Приводы технологического оборудования

В. В. Пинчук
В. В. Брель

 

ПРИВОДЫ  

ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО 

ОБОРУДОВАНИЯ

Допущено Министерством образования Республики Беларусь  

в качестве учебного пособия для учащихся учреждений образования,  

реализующих образовательные программы 

среднего специального образования по специальности  

«Технологическое оборудование машиностроительного производства»

Минск
РИПО
2021

УДК 62-585.8(075.32)
ББК 34.447я723

П32

А в т о р ы:

заведующий кафедрой «Нефтегазоразработка и гидропневмоавтоматика» 

УО «Гомельский государственный технический университет  

имени П. О. Сухого» доктор технических наук, доцент В. В. Пинчук;

доцент кафедры «Автоматизированный электропривод» 

этого же учреждения образования  

кандидат технических наук, доцент В. В. Брель

Р е ц е н з е н т ы:

цикловая комиссия специальных предметов (дисциплин) машиностроения  

и металлообработки филиала «Колледж современных технологий  
в машиностроении и автосервисе» УО РИПО (О. В. Лукьяненко);

профессор кафедры «Технологическое оборудование»  

Белорусского национального технического университета  

кандидат технических наук, доцент А. М. Якимович

Все права на данное издание защищены. Воспроизведение всей книги или любой ее 

части не может быть осуществлено без разрешения издательства.

Выпуск издания осуществлен при финансовой поддержке Министерства образования 

Республики Беларусь.

П32

Пинчук, В. В.

Приводы технологического оборудования : учеб. пособие / 

В. В. Пинчук, В. В. Брель. – Минск : РИПО, 2021. – 291 с. : ил.

ISBN 978-985-7253-89-0.

В учебном пособии освещены вопросы, связанные с назначением и кон-
В учебном пособии освещены вопросы, связанные с назначением и кон-

струкцией электрических, электромеханических, гидравлических и пневма-
струкцией электрических, электромеханических, гидравлических и пневма-
тических приводов технологического оборудования, в том числе станков с 
тических приводов технологического оборудования, в том числе станков с 
программным управлением, промышленных роботов, робототехнических 
программным управлением, промышленных роботов, робототехнических 
комплексов и гибких производственных систем. Рассматриваются вопросы 
комплексов и гибких производственных систем. Рассматриваются вопросы 
построения агрегатно-модульных систем, обеспечивающих реализацию раз-
построения агрегатно-модульных систем, обеспечивающих реализацию раз-
личных видов машин и оборудования на основе унифицированных узлов.
личных видов машин и оборудования на основе унифицированных узлов.

Предназначено для учащихся учреждений образования, реализующих об-
Предназначено для учащихся учреждений образования, реализующих об-

разовательные программы среднего специального образования по специаль-
разовательные программы среднего специального образования по специаль-
ности «Технологическое оборудование машиностроительного производства».
ности «Технологическое оборудование машиностроительного производства».

УДК 62-585.8(075.32)

ББК 34.447я723

ISBN 978-985-7253-89-0     
              © Пинчук В. В., Брель В. В., 2021

 
 
 
              © Оформление. Республиканский институт

 
 
 
 
        профессионального образования, 2021

ВВЕДЕНИЕ
ВВЕДЕНИЕ

Русское станкостроение возникло еще в XVIII в. Андрей 

Нартов, то карь Петра I, построил ряд токарных станков, в том 
числе копировально-токарные, для нарезания винтов, обтачи-
вания цапф орудий, отрезки прибылей. Это он изобрел станок 
с самоходным суппортом. Со лдат Яков Батищев создал станки 
для одновременной обработки 12 и 24 ружейных стволов. Русские 
самоучки Лев Собакин, Алексей Сурнин, Павел Захава и 
многие другие обогатили технику того времени станками новых 
типов. М.В. Ломоносов сконструировал сферно-токарный станок 
для обработки металлических сферических зеркал. Однако несмотря 
на наличие талантливых русских механиков, создавших 
ряд оригинальных станков, станкостроение в царской России не 
поднялось до уровня самостоятельной отрасли, большая часть 
оборудования ввози лась из-за границы. Из 90–100 тыс. металлорежущих 
станков, которыми в 1914–1917 гг. располагала вся 
промышленность России, станков отече ственного производства 
было менее 20 %. Их выпускали (в числе прочей продукции) на 
сорока предприятиях, тридцать из которых были кустарны ми 
мастерскими с численностью рабочих 40–100 человек.

Станкостроительные заводы бывшего СССР выпускали 

уже 202 типоразмера универ сальных и специализированных станков. 
Отечественная промышленность получила автоматы и полуавтоматы, 
зубообрабатывающие, шлифо вальные, протяж ные, 
карусельные, револьверные, расточные и другие сов ременные 
станки, предназначенные не только для единичного, но и для 
крупносерийного и массового производства деталей для различ-
ных ма шин.

Эффективность скоростного проектирования и внедрения 

передовой технологии, комплексной механизации и автоматиза-
ции процессов про изводства металлорежущих станков обеспечи-
вается широко развитой спе циализацией производства на основе 

Введение

агрегатирования, унификации и нор мализации деталей и целых 
узлов. Это направление развития станкостроения позволило пе-
рейти к более совершенному типу производ ства. Агрегатирова-
ние и унификация становятся основой проектирования и произ-
водства станков.

Возросла потребность промышленности в спе циальных агре-

гатных станках, особенно в автоматических линиях. Повышение 
уровня механизации и автоматизации станков явилось одним из 
главных направлений советского станкостроения, оно обеспечи-
ло значи тельное сокращение затрат времени на ручные и вспо-
могательные приемы. Актуальность этой проблемы остается и 
в настоящее время.

 Преимущество станков, выпускаемых промышленностью 

стран СНГ, – возможность встраивания их в автоматические ли-
нии. Вместе с механизацией и автоматизацией станков вырос-
ли требования к точности обработки. Это вызвало значительное 
увеличение выпуска прецизионных станков.

Страны СНГ занимают ведущее место в создании станков 

для элек трофизической и электрохимической размерной об-
работки, основанных на различных процессах энергетического 
воздействия на твердое тело. На этих станках можно обрабаты-
вать детали из твердых сплавов, жаро прочных и других материа-
лов независимо от их твердости.

Развитие вычислительной техники позволило развернуть 

работы по со зданию систем числового управления металлоре-
жущими станками. Число вая система основана на использова-
нии счетно-решающих устройств. Она довольно сложна, однако 
практика показала ее неоспоримые преимуще ства. Такие станки 
можно очень быстро перенастраивать на обработку но вой, от-
личной от прежней партии деталей при разнообразной их номен-
клатуре. По существу универсальный станок в данном случае 
является автоматом.

Наряду с этим ведутся работы по изысканию системы, кото-

рая вместе с осуществлением программы учитывала бы реальные 
условия работы, на пример недостаточную жесткость детали. Та-
кие системы получили назва ние адаптивных, или самонастраи-
вающихся.

В странах СНГ выпускают металлорежущие станки с ав то-

мати ческой сменой инструмента при их программном управле-

Введение

нии. Эти станки, называемые многооперационными, предназна-
чены для обработки кор пусных деталей, деталей с отверстиями, 
а также деталей типа рычагов, плит, кронштейнов и т. п. Осо-
бенностью станков является автоматическая смена инструмента, 
который в больших количествах (иногда свыше 100) находится 
в специальных магазинах.

Успешному развитию отечественного станкостроения спо-

собствует огром ная научно-исследовательская работа, проводи-
мая учеными, инже нерами и новаторами производства. По мере 
роста выпуска и номенкла туры металлорежущих станков стави-
лись и решались новые задачи, расширялся круг исследований.

Основоположником курса «Кинематика станков» является 

профессор Г.М. Головин. В его трудах дано решение таких вопро-
сов, как настройка винто резных, делительных и дифференциаль-
ных цепей. Им установлен единый закон кинематической настрой-
ки и тем самым заложена основа дальней ших исследований.

Принципиальные вопросы проектирования станков отраже-

ны в работах академика В.И. Дикушина. На базе этих работ были 
впервые созданы агрегатные станки, имеющие исключительное 
значение в нашем машиностроении. Повышение мощности и бы-
строходности металлорежущих станков тре бовало обеспечения 
их жесткости и виброустойчивости. В работах инженера К.В. Во-
тинова и других были рассмотрены проблемы жесткости станков, 
теоре тически и экспериментально обоснованы нормы жесткости 
различных станков, системы конструктивных и технологических 
мероприятий по по вышению их жесткости.

Большим вкладом в станкостроение явились труды профес-

сора Д.Н. Решетова. При его участии разработаны материалы по 
рас чету металлорежущих станков. Кроме того, под его руковод-
ством прове дены широкие экспериментальные исследования по 
динамике привода и, в частности, по вибрации станков. В ре-
зультате работы коллектива научных работников и инженеров 
созданы стройная теория и методы инженерных расчетов несу-
щей способности деталей и механизмов привода. Большие науч-
ные разработки проведены в области гидрофикации металлоре-
жущих станков. Промышленное использование гидропривода в 
широком масшта бе впервые осуществили станкостроители.

В странах СНГ издано много книг, посвященных рассматри-

ваемым во просам. Одной из первых фундаментальных работ яви-

Введение

лась книга профессора Н.С. Ачеркана «Расчет и конструирование 
металлорежущих станков», выпущенная в 1936 г.

Решающая роль в ускорении технического перевооружения 

машино строения принадлежит станкоинструментальной про-
мышленности.

Станкостроение – это крупная отрасль машиностроения, 

ко торая в состоянии полностью обеспечить потребность нашей 
промышлен ности в металлорежущем оборудовании. От уровня 
его развития во многом зависит успех всей промышленности рес-
публики.

1. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ О ПРИВОДАХ  
1. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ О ПРИВОДАХ  

ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ОБОРУДОВАНИЯ
ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ОБОРУДОВАНИЯ

1.1. КРАТКИЕ СВЕДЕНИЯ  
1.1. КРАТКИЕ СВЕДЕНИЯ  
О ТЕХНОЛОГИЧЕСКОМ ОБОРУДОВАНИИ
О ТЕХНОЛОГИЧЕСКОМ ОБОРУДОВАНИИ

Республика Беларусь занимает одно из ведущих мест в соз-

дании станков для размерной обработки, основанных на раз-
личных процессах энергетического воздействия на твердое тело. 
На этих станках можно обрабатывать детали из твердых спла-
вов, жаро прочных и других материалов независимо от их твер-
дости.

Станкостроение производит в больших количествах любые 

станки. С 1962 г. республики бывшего Советского Союза зани-
мали первое место в мире по выпу ску металлорежущих станков, 
обеспечивая в них свои потребности и экс портируя их во многие 
страны мира. Если в 1930 г. станкостроитель ная промышленность 
СССР выпустила 8000 станков около 40 моделей, то в 1975 г. уже 
230  000 станков более 2000 моделей, в том числе 5000 станков 
с числовым программным управлением. Если в 1950 г. выпуск 
автоматических линий составил 10 комплектов, то в 1960 г. их 
бы ло выпущено 174, а в 1975 г. – 280 комплектов.

В зависимости от характера выполняемых работ металлоре-

жущие станки делят на группы и типы. Станок, являющийся 
представителем размерного ряда и имеющий конкретные пара-
метры, характеризует собой типоразмер, который в свою очередь 
может иметь различное конструктивное исполне ние. Конструк-
цию станка данного типоразмера, спроектированную для заданных 
условий обработки, называют моделью.

Такая классификация позволяет присваивать каждому станку 
серийного производства шифр (индекс) – условное обозначение 
типа и модели, со стоящее из трех-четырех цифр. Первая 
цифра указывает группу, вторая – тип, третья и четвертая ха-

1. Общие сведения о приводах технологического оборудования 

рактеризуют один из важнейших размеров стан ка или обрабатываемой 
детали. При модернизации станка в его индекс вводят 
букву между первой и второй цифрами. Например, шифр 2150 
обо значает вертикально-сверлильный станок с наибольшим диаметром 
свер ления 50 мм деталей из стали. После модернизации 
станку присвоен ин декс 2А150, который отличает его новую модель 
от предыдущей. Модификацию базовой модели обозначают 
какой-либо буквой в конце шифра. Например, 6Н12 – индекс 
вертикально-фрезерного станка, 6Н12К – копировально-фрезерного, 
6Н12Ф – станка с программным упра влением, созданного 
на базе станка предыдущей модели. Шифр спе циальных и специализированных 
станков образуется добавлением к шифру завода 
порядкового номера модели. Например, ЕЗ-9 – шифр специального 
станка для нарезания зубчатых реек, выпускаемого Егорьевским 
станко строительным заводом «Комсомолец». 

По степени универсальности различают станки универсальные, 
специа лизированные и специальные. Первые предназначены 
для обработки дета лей, сходных по конфигурации, но имеющих 
различные размеры, например зубообрабатывающие или 
резьбонарезные станки. На специальных станках обрабатывают 
детали одного типоразмера, а на специализированных выполняют 
только одну операцию.

По своему устройству станки делят на автоматы и полуавтоматы. 
Автоматом, или автоматическим станком, называют станок, 
в котором все рабочие и вспомогательные движения, необходимые 
для выполнения тех нологического цикла обработки 
заготовки, механизированы. Полуавтома том – автоматический 
станок, в котором часть движения не меха низирована. В большинстве 
случаев это движения, связанные с загрузкой и снятием 
заготовок.

По степени точности различают станки пяти классов: нормальной 
Н, повышенной П, высокой В, особо высокой А точности 
и особо точные С (мастер-станки). Соотношение между величинами 
допусков при переходе от класса к классу выражается 
знаменателем ряда 1,6.

Крупногабаритные станки с массой более 10 т, относят 
к группе тяжелых станков. В отдельных случаях в основу 
классифика ции положены такие признаки, как число одновременно 
работающих инстру ментов, расположение оси шпинделя 
в пространстве и т. д.

1.2. Классификация, типы, структура приводов технологического оборудования 

1.2. КЛАССИФИКАЦИЯ, ТИПЫ, СТРУКТУРА  
1.2. КЛАССИФИКАЦИЯ, ТИПЫ, СТРУКТУРА  
ПРИВОДОВ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ОБОРУДОВАНИЯ
ПРИВОДОВ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ОБОРУДОВАНИЯ

1.2.1. Общие сведения
1.2.1. Общие сведения

Совокупность устройств, приводящих в действие рабочие органы 
ме таллорежущих станков, называют приводом. Он состоит 
из двигателя и механизмов, передающих движение рабочим органам. 
Для приводов ме таллорежущих станков обычно применяют 
односкоростные асинхронные электродвигатели переменного 
тока с короткозамкнутым ротором, с синх ронной частотой 
вращения 3000, 1500, 1000 и 750 об/мин. Обладая жесткой характеристикой, 
эти двигатели обеспечивают постоянство мощности 
во всем диапазоне скоростей и незначительное изменение 
частоты вращения вала под нагрузкой. Используют также много-
скоростные двигатели пере менного тока, и в частности двухско-
ростные – 1500, 3000, 750/1500 об/мин, трехскоростные – 1000, 
1500/3000 об/мин и др.

Экономичная работа внутришлифовальных станков с диа-

метром обра ботки от 3 до 200 мм требует привода главного дви-
жения шлифовального круга с частотой вращения 5000 об/мин и 
выше. Здесь наиболее целесо образно применение высокоскорост-
ных электродвигателей, питаемых от источников тока высокой 
частоты (600–2400 Гц).

При электрическом регулировании частоты вращения на-

ходят примене ние двигатели постоянного тока с тиристорным 
управлением, которые по зволяют регулировать частоту враще-
ния валов в диапазоне 10:1. Включение приборов с электромаг-
нитными муфтами дает возможность еще более расширить этот 
диапазон. В станках с числовым программным управлением при-
меняют шаговые двигатели, быстродействие которых до стигает 
8 кГц и выше. 

При осуществлении вспомогательных движений не редко ис-

пользуют электромагниты (соленоиды). 

Наряду с механическим, электро- и пневмоприводом в ме-

таллорежущих станках распространение получил гидравлический 
привод (гидропривод). Известные преимущества гидропривода пе-
ред приводами других типов предопределили его бурное разви-
тие и широкое внедрение в различных областях техники. 

1. Общие сведения о приводах технологического оборудования 

Наибольшее распространение гидропривод получил в си-

стемах технологического оборудования: в современных метал-
лорежущих и деревообрабатывающих станках, особенно в шли-
фовальных, агрегатных и некоторых других. Гидравлические 
системы сравнительно простыми средствами приводятся к авто-
матическому цикловому действию.

По сравнению с механическим, гидравлический привод бо-

лее компактен и менее металлоемок. Он обеспечивает бессту-
пенчатое регулирование скорости движения рабочих органов 
станка, обладает лучшими динамическими характеристиками и 
позволяет осуществить реверсирование прямолинейного движе-
ния, упрощает решение вопроса надежной смазки всех механиз-
мов и направляющих станка, не требует специальных устройств 
для защиты деталей механизмов от перегрузок, позволяет легко 
перестраивать станок на различные структуры цикла и режимы 
работы.

При современных повышенных скоростях перемещения ра-

бочих органов гидропривод обеспечивает легко регулируемое 
плавное и активное гашение инерционных сил. Кроме того, 
применение гидропривода в станках и автоматических линиях 
обусловлено его относительно высокой надежностью при дли-
тельной работе в заводских условиях, высоким быстродействием, 
хорошими компоновочными свойствами, простотой осуществле-
ния линейных перемещений, широким диапазоном и простотой 
регулирования скоростей и усилий, простыми возможностями 
остановки исполнительных органов в нужном положении, про-
стотой логических схем, позволяющих компоновать гидравличе-
ские приводы и их системы управления из ограниченного набора 
стандартных элементов и узлов. 

Гидроприводы современных машин, как правило, составля-

ют из наукоемких компонентов: нормализованных аппаратов и 
агрегатов, серийно изготовляемых специализированными заво-
дами. Это позволяет упростить процесс проектирования, монтаж 
гидравлических систем и их эксплуатацию. Применение ориги-
нальных устройств, отличных от нормализованных, ограничи-
вается экономическими и эксплуатационными соображениями, 
так как увеличиваются сроки проектирования и изготовления 
машины. Кроме того, нередко требуются тщательные исследо-
вания и экспериментальная проверка разработанных устройств.