Москва
ИНФРА-М
2017

ТЕХНОЛОГИЯ ОБРАБОТКИ
ТЕХНОЛОГИЯ ОБРАБОТКИ

ЗУБЧАТЫХ КОЛЕС
ЗУБЧАТЫХ КОЛЕС

ÌÎÍÎÃÐÀÔÈß
ÌÎÍÎÃÐÀÔÈß

Â.Â. ÊËÅÏÈÊÎÂ
Â.Â. ÊËÅÏÈÊÎÂ

УДК 621(075.4)
ББК 34.8
 
К48

Клепиков В.В.
Технология обработки зубчатых колес : монография / В.В. Клепи-
ков. — М. : ИНФРА-М, 2017. — 409 с.  — (Научная мысль). — www.
dx.doi.org/10.12737/24635.

ISBN 978-5-16-012469-8 (print)
ISBN 978-5-16-105616-5 (online)

Изложен системный подход к применению результатов исследований техно-
логических систем производства зубчатых колес. Приведены результаты теоре-
тических, экспериментальных и производственных исследований элементов 
технологических систем производства зубчатых колес. Раскрыты технологические 
возможности основных операций и технологических процессов. Раскрыты пути 
повышения эффективности процессов обработки зубчатых колес.
Монография рассчитана на специалистов, работающих в области машино-
строения в целом и производства зубчатых колес в частности, может быть полезна 
также преподавателям и студентам вузов машиностроительного профиля.

УДК 621(075.4)
ББК 34.8

К48

Р е ц е н з е н т ы:
Вороненко В.П., доктор технических наук, профессор кафедры технологии 
машиностроения Московского государственного технологического универси-
тета «Станкин»;
Кузнецов А.М., доктор технических наук, профессор Московского государ-
ственного машиностроительного университета (МАМИ)

ISBN 978-5-16-012469-8 (print)
ISBN 978-5-16-105616-5 (online)

ФЗ 
№ 436-ФЗ
Издание не подлежит маркировке 
в соответствии с п. 1 ч. 2 ст. 1

© Клепиков В.В., 2016

Введение

Зубчатые колеса являются и будут оставаться в будущем одним из 
основных элементов машин и механизмов. Область их применения 
очень широка. Они используются в автомобилестроении, станко-
строении, авиастроении, космической технике и других отраслях 
машиностроительной промышленности.
Технология производства зубчатых колес является одной из 
сложных и проблемных задач, требующей наличия специального 
дорогостоящего оборудования, технологической оснастки и специа-
листов высокой квалификации. Совершенствование технологи-
ческих процессов изготовления зубчатых колес в части решения 
проблемных вопросов повышения качества и производительности 
обработки, стойкости режущего и деформирующего инструментов, 
сводится не только к анализу и обобщению мирового опыта, но и к 
необходимости постоянного проведения теоретических, экспери-
ментальных и производственных исследований, характерных для 
отечественного машиностроения. Поэтому можно считать, что пред-
лагаемая монография направлена на решение актуальных задач ма-
шиностроительной промышленности.
Ни один из вариантов технологического процесса не может быть 
оптимальным, так как всегда есть вероятность его совершенство-
вания. Однако, учитывая известные на данный момент новые кон-
структивные и технологические решения и условия конкретного 
производства, можно приблизиться к максимальной эффективности 
технологического процесса производства зубчатых колес при за-
данной программе их выпуска. Процесс проектирования значи-
тельно упрощается в результате наличия типового или аналогичного 
процесса обработки деталей, близких по конструктивным признакам 
и технологическим требованиям к зубчатым колесам. Вследствие 
несовершенства такого процесса копирование его в большинстве 
случаев неэффективно. Типовой технологический процесс дает пред-
ставление в основном о последовательности операций, анало-
гичный — связан с конкретными условиями производства, а при-
нятые в нем решения часто связаны не с поиском эффективных ре-
шений, а, например, с отсутствием нужного оборудования, 
инструмента или другой технологической оснастки. Причем чем 
более массовым является производство, тем более оно консерва-
тивно и часто не включает в себя последние достижения науки и тех-
ники, несмотря на требования рынка и необходимость творческого, 
неординарного подхода к решению технологических задач.
Данная монография посвящена комплексному подходу к ре-
шению конструкторских и технологических задач в области совер-

шенствования технологических процессов и элементов технологи-
ческих систем производства зубчатых колес. В силу новизны и мас-
штабности решаемой задачи основной акцент был сделан на 
обеспечение качества и производительности обработки, а также 
стойкости инструмента. В работе приводится наиболее актуальная 
в данное время часть результатов исследований, проведенных ав-
тором за последние 30 лет.
Автор выражает глубокую благодарность за помощь и консуль-
тации при выполнении данной работы О.В. Таратынову, А.М. Куз-
нецову, С.Н. Калашникову, Б.М. Солоницыну, Б.Н. Вардашкину, 
З.Д. Горецкой, Ц.З. Сазар, В.В. Конькову, Ю.Н. Гусеву, А.Б. Петрову 
и другим ученым и специалистам, а также мастерам, наладчикам 
и рабочим лабораторий и машиностроительных предприятий, с ко-
торыми автор работал.
Автор не претендует на полное, всеобъемлющее решение 
проблемы и будет признателен за критические замечания, которые 
будут учтены в последующих работах.

1. НоВый подход к деятельНости 
машиНостроительНых предприятий 
и построеНию техНологических 
процессоВ обработки зубчатых колес

1.1. проблемы машиНостроительНого произВодстВа 
В XXI Веке

Экономика развитых стран основана на деятельности многих не-
зависимых друг от друга предприятий, работающих в различных на-
правлениях машиностроения и активно реагирующих на новые за-
просы со стороны потребителей. Умение правильно управлять та-
кими предприятиями имеет огромное значение, поскольку от этого 
зависит его устойчивое положение на рынке. Кроме того, сово-
купный успех многих предприятий создает предпосылки для обще-
ства и государства занять ведущее положение в мировой экономике, 
так как наука управления производством и уровень применяемой 
технологии являются главной составляющей экономического и со-
циального развития нации.
В условиях перехода машиностроения от централизованного обес-
печения товарами к рыночным отношениям, а также по мере стабили-
зации экономики, возникнет необходимость выработки иных подходов 
в оценке экономической политики и стратегии поведения машиностро-
ительных предприятий на рынке. Видимо, в дальнейшем рынок все 
в большей степени будет ориентироваться не только на выпуск типового 
оборудования, но и на удовлетворение функциональных потребностей 
некоторых клиентов, к которым следует подходить по-разному.
В отличие от товаров повседневного спроса, продукция машино-
строительных предприятий, в силу специфических особенностей тех-
нического, организационного и экономического характера, менее 
эластична к изменяющимся условиям рынка. Обычно номенклатура 
машиностроительных предприятий ограничена условиями повы-
шения затрат на его разработку и создание. Поэтому каждое предло-
жение по освоению нового изделия должно сопровождаться обосно-
ванием необходимости сокращения или прекращения выпуска 
прежнего. Вместе с тем, на рынке спроса продукции машиностроения 
имеет место долговременная тенденция в сторону увеличения выпуска 
разнообразного и качественного оборудования небольшими пар-
тиями. А в условиях острой конкуренции среди производителей обо-
рудования важную роль у потребителей дорогостоящего оборудования 
будут играть сроки выполнения заказа и сервисного обслуживания.

В связи с острой конкурентной борьбой на рынке приходится 
постоянно анализировать свойства продукции, определять степень 
потребительского предпочтения к ней по сравнению с другими ана-
логичными изделиями. Для этого используется понятие конкурен-
тоспособность, которая определяется в зависимости от двух ос-
новных рыночных показателей — качества продукции и цены.
Для производителя машиностроительной продукции важным 
экономическим показателем является максимально возможная при-
быль, получаемая им после реализации продукции. В настоящее 
время известно несколько методов оценки эффективности деятель-
ности предприятий с учетом инвестиционных затрат. Эти методы 
делятся на простые оценки и на методы, основанные на дисконти-
рованных оценках.
Простая норма прибыли аналогична показателям рентабельности 
предприятия и рассчитывается как отношение прибыли за какой-
либо промежуток времени (обычно за год) к общему объему инвес-
тиций. В качестве прибыли обычно берется чистая прибыль, т.е. 
прибыль после уплаты налогов и процентов по кредитам.
Методы, основанные на дисконтированных оценках, позволяют 
учесть неравномерность поступлений сумм или платежей, относя-
щихся к различным периодам времени.
В дальнейшем при оценке характеристики производства для про-
стоты изложения будем понимать простую норму прибыли без учета 
дисконтирования.
Прибыль можно представить в виде:

Пр ⋅ Ц - З - Н,

где Ц — рыночная цена продукции машиностроения; Пр — коли-
чество реализованной продукции; З — затраты предприятия, свя-
занные с изготовлением продукции; Н — различные статьи налогов.
Очевидно, что Пр напрямую зависит от Ц и от количества реали-
зуемой продукции. Кажущаяся возможность улучшить экономи-
ческие показатели предприятия за счет высокой цены на самом деле 
ограничена влияниями различных факторов внешнего и внутреннего 
характера (конъюнктура на рынке, незначительные ресурсы и т.д.). 
С определенным допущением цену на рынке машиностроительной 
продукции можно условно принять как нормированную с некото-
рыми отклонениями в большую или меньшую сторону от установ-
ленного рынком уровня цен.
Количество выпускаемой продукции зависит не только от рыноч-
ного спроса, но и от технологического ресурса предприятия (ТРП) 
и уровня организации производства.
Перечень, уровень налогов и порядок их выплаты в значительной 
степени зависят от полученной предприятием выручки. Это, прежде 

всего, налог на добавленную стоимость, на прибыль, на превышение 
расходов на оплату труда, на содержание жилищного фонда и объ-
ектов социально-культурной сферы и т.д. Часть налогов входит в се-
бестоимость продукции.
Важной составляющей, входящей в состав формулы прибыли, 
являются собственные затраты производителя машиностроительной 
продукции. Методика расчета собственных затрат по статьям рас-
ходов не вызывает особых трудностей, но для анализа рационального 
использования ТРП в условиях рынка удобно структуру затрат рас-
смотреть на основе методики расчета, изложенной в работе.
Собственные затраты (З) предприятия являются функцией раз-
личных организационных, технологических и технико-экономи-
ческих факторов процесса изготовления продукции (ап)

З = f(а1, а1, ..., ап).

Все затрат можно разделить на три группы факторов, каждую из 
которых выразим через соответствующие параметры производства.
Первая группа факторов относится к приобретению и эксплуа-
тации технологического оборудования. В нее входят следующие за-
траты:
 
• затраты на приобретение оборудования и его ремонт;
 
• эксплуатацию и амортизацию помещений;
 
• отчисления на восстановление и капитальные вложения, приве-
денные к текущим затратам;
 
• повременная заработная плата обслуживающего персонала и т.д.
Эту группу затрат (аф) назовем косвенными, поскольку они ис-
числяются на год работы оборудования и рассчитываются для 
каждой единицы отдельно. На стоимость продукции они перено-
сятся пропорционально части годового фонда времени, затрачива-
емого на обработку детали

аф = Зс/Фс,

где Зс — косвенные приведенные затраты, приходящиеся на год ра-
боты оборудования, руб.; Фс — расчетный годовой фонд времени 
работы оборудования, мин.
Вторая группа факторов связана с производительностью обору-
дования через обобщенный показатель в виде расчетного фонда вре-
мени (Ф) обработки изделия. Он равен суммарному годовому вре-
мени работы оборудования, необходимому для изготовления задан-
ного количества изделий (d). Этот показатель является функцией 
штучно-калькуционного времени изготовления изделия (Фш.к) и ко-
эффициента использования оборудования (δи.о).
Величина Фш.к зависит от технических параметров оборудования 
и от факторов, определяющих допустимые режимы обработки, вре-

менем наладки оборудования на партию и числом деталей в партии. 
Коэффициент δи.о отражает надежность работы оборудования, 
влияние загрузки оборудования, организацию технологии обработки 
изделия и т.д.
Для различных условий производства расчетный фонд времени 
работы оборудования определяется по-разному. Так, для условий 
серийного производства

Ф = Фш.к ⋅ d/ δи.о,

а для массового:

Ф = Фс ⋅ Роб,

где Роб — количество оборудования, используемое в производстве 
для обработки заданной программы изготовления изделий.
Таким образом, при обработке d изделий в год суммарные кос-
венные приведенные затраты можно выразить в следующем виде

З = aф ⋅ Ф.

К третьей группе факторов относятся затраты, зависящие только 
от изготавливаемых изделий и составляющие прямые затраты на 
одно изделие (Зп) и сумму переменных затрат (Зп.п) на d изделий, т.е.

Зд = Зп ⋅ d + Зп.п.

С учетом изложенного выше годовые приведенные затраты на 
изготовление заданного количества изделий будут иметь вид

З = aф ⋅ Ф + Зд.

При сопоставлении между собой нескольких технологических 
вариантов изготовления изделий одного наименования по приве-
денным затратам, возможен случай, при котором сравниваемые ва-
рианты будут иметь одинаковые значения З, т.е.

Зi = Зj или ai ⋅ Фi + Здi  = aj ⋅ Фj + Здj .

Приняв во внимание одинаковое значение фонда времени обра-
ботки изделий (Фi = Фj) в сравниваемых вариантах, после незначи-
тельных преобразований получим

d = δи.о/ Фш.к ⋅ DЗд/DDф,

где DЗд = Здi - Здj — разность прямых затрат на деталь, руб.; Daд =
= aдi - aдj — разность косвенных затрат сопоставляемых вариантов, 
приходящихся на одну минуту годового фонда времени работы обо-
рудования, руб/мин.
Таким образом, при положительном значении второго множителя 
(DЗд/DDф >> 0) значение d определяется исключительно организаци-

онно-технологическими параметрами (коэффициентом использо-
вания оборудования и фондом штучно-калькуционного времени).
В условиях серийного производства значения коэффициента ис-
пользования оборудования находятся в пределах δи.о = 0,5–0,7, 
в условиях массового — δи.о > 0,7.
Каждое изделие включает в себя определенное число деталей, для 
изготовления которых необходимо затратить некоторую часть вре-
мени Фш.к, т.e.

t
t
t
t
Ј
M
B i
П
i 1

m

j 1

k

j

i
=
−
(
) +











=
= ∑
∑
,

где tМ — машинное время; tВ — вспомогательное время; tП — время 
переналадки; k — число деталей, входящих в состав изделия; mi — 
число деталей i-ro типа в партии.
Суммарное время tS, затраченное на изготовление изделия, есть 
трудоемкость его изготовления, которая в свою очередь зависит как 
от количества изготавливаемых изделий, так и от партий их запуска. 
Поэтому в дальнейшем будем рассматривать изменение характерис-
тики производства, используя при этом понятие относительной тру-
доемкости изготовления изделия в функции программы выпуска, т.е. 
Тотн = f(d).
Работы отечественных ученых указывают на наличие различных 
стадий освоения продукции в условиях крупносерийного и массо-
вого производства (рис. 1.1). Максимальная трудоемкость, прини-
маемая за 100%, изготовления изделия (точка А) соответствует изго-
товлению опытного образца или небольшой установочной партии 
в условиях экспериментального цеха или участка. Объясняется это 
тем, что, как правило, на данном этапе производства обработка про-
исходит на неотработанных режимах (tМ, tВ не соответствуют опти-
мальным значениям) и с существенными потерями, связанными 
с переналадкой оборудования (tП).
По мере роста спроса на изделие происходят процессы усовер-
шенствования технологии изготовления (отрезок АБ), что выража-
ется в максимально возможном сокращении машинного и вспомо-
гательного времени, а также за счет снижения организационных 
потерь при переналадке оборудования. На практике этот временной 
отрезок производства носит название переходной технологии.
Дальнейшее совершенствование процесса изготовления изделий 
связано с решением многих технологических и организационных 
моментов деятельности предприятия, направленных главным об-
разом на резкое повышение производительности за счет автомати-
зации производства и использования специального высокоэффек-
тивного технологического оборудования. Характеристика этого 

этапа на рисунке изображена отрезком БВ. В определенном смысле 
точка В означает достижение рационально-минимального значения 
трудоемкости изготовления изделия. По некоторым данным, общее 
снижение трудоемкости от момента изготовления опытной серии 
изделий до момента организации по принципу массового автомати-
зированного производства может быть достигнуто в пределах 50–
60%. Поскольку технологическое оборудование автоматизированных 
производств создается с некоторым запасом по производительности, 
то всегда имеется возможность несколько увеличить выпуск про-
дукции предприятия (точка Г).
Представленная на рисунке характеристика работы предприятия 
в виде ломаной кривой АБВГ описывает качественную особенность 
развития многих российских предприятий, которые долгие годы ра-
ботали в режиме постоянного увеличения объемов выпуска изделий 
без расширения ассортимента. Каждая ордината на рисунке означает 
наличие определенного состава технологического оборудования 
(ТРП), а площадь, ограниченная кривой, — основные фонды пред-
приятия. Отмеченная форма организации производства в опреде-
ленной степени изолирована, поскольку она может иметь место 
только при условии, если входная информация о спросе на про-
дукцию в модели деятельности предприятия спрогнозирована с вы-
сокой степенью достоверности. Однако в действительности воз-
можны любые ситуации. Например, при изменившейся ситуации на 
рынке спроса (точка Д) правая часть области характеристики произ-
водства означает недоиспользование ТРП, что в свою очередь при-
водит к «омертвлению» значительной части основных фондов. Сле-
довательно, для предприятия важно соотнести свои технологические 
ресурсы к ожидаемому рыночному спросу с позиции обеспечения 
минимально возможных затрат при изготовлении продукции. 

рис. 1.1. Изменение трудоемкости обработки изделий 
от их количества в партии