Технологическое оборудование машиностроительных предприятий

Н.Н. СЕРГЕЛЬ

ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЕ 
ОБОРУДОВАНИЕ
МАШИНОСТРОИТЕЛЬНЫХ 
ПРЕДПРИЯТИЙ

Рекомендовано 
Учебно-методическим объединением высших учебных заведений 
Республики Беларусь по образованию в области 
машиностроительного оборудования и технологий 
в качестве учебного пособия для студентов высших учебных заведений,
обучающихся по специальности 1–36 01 03 «Технологическое оборудование 
машиностроительного производства»

2013

 
Минск 
Москва
 
«Новое знание» 
«ИНФРАМ»

УДК 621(075.8)
ББК 34.5-5я73
 
С32

Сергель, Н.Н.
Технологическое оборудование машиностроительных предприятий : учеб. пособие / Н.Н. Сергель. — Минск : Новое знание ; М. : ИНФРА-М, 2013. — 732 с. : ил. — (Высшее образование: Бакалавриат).

ISBN 978-985-475-540-3 (Новое знание)
ISBN 978-5-16-006465-9 (ИНФРА-М)

Приведено сжатое описание состояния парка основного современного   металлорежущего и другого технологического оборудования 
машиностроительного производства с учетом предполагаемых направлений его развития. К традиционным добавлены разделы, посвященные устройству некоторого литейного и сварочного оборудования, 
оборудования для обработки давлением, технологического транспорта, применяемых на машиностроительных предприятиях.
Для студентов машиностроительных специальностей вузов. Может 
быть полезно конструкторам и техническим работникам машиностроительных предприятий.

УДК 621(075.8)
ББК 34.5-5я73

С32

 
© Сергель Н.Н., 2013
 
© ООО «Новое знание», 2013
ISBN 978985475540-3 (Новое знание) 
ISBN 978-5-16-006465-9 (ИНФРА-М)

Рецензенты:
доктор технических наук, профессор Барановичского государственного 
университета В.М. Благодарный;
главный специалист по развитию, начальник инженерной службы ОАО 
«Барановичский автоагрегатный завод» А.М. Семерков

Оглавление

Введение....................................................................................................................... 5

Глава 1. Основные виды технологического оборудования 
машиностроительного производства............................................................10
1.1. Оборудование литейного производства................................................10

1.1.1. Оборудование для литья в песчаные формы...........................10
1.1.2. Литье в оболочковые формы.........................................................20
1.1.3. Литье по выплавляемым моделям...............................................29
1.1.4. Кокильное литье.................................................................................39
1.1.5. Литье под давлением........................................................................46
1.1.6. Центробежное литье..........................................................................60

1.2. Обработка давлением. Оборудование....................................................65

1.2.1. Прокатка................................................................................................65
1.2.2. Ковка.......................................................................................................83
1.2.3. Горячая штамповка............................................................................87
1.2.4. Холодная объемная штамповка....................................................98
1.2.5. Прессование металла......................................................................101
1.2.6. Листовая штамповка.......................................................................104
1.2.7. Волочение............................................................................................114

1.3. Сварочное оборудование...........................................................................121

1.3.1. Газовая сварка и резка....................................................................121
1.3.2. Электродуговая сварка...................................................................134
1.3.3. Контактная сварка...........................................................................161
1.3.4. Высокочастотная сварка................................................................199
1.3.5. Конденсаторная сварка..................................................................201
1.3.6. Диффузионная сварка....................................................................207
1.3.7. Сварка металлов трением..............................................................210
1.3.8. Ультразвуковая сварка металлов................................................214
1.3.9. Сварка взрывом.................................................................................221

Глава 2. Общие сведения о металлорежущих станках 
и устройстве их узлов.......................................................................................226
2.1. Металлорежущий станок как технологическая система..............226
2.2. Кинематическая структура станка........................................................252
2.3. Основные узлы и механизмы технологического .
оборудования.................................................................................................258

2.4. Технико-экономические показатели и критерии

работоспособности оборудования.........................................................283

Оглавление
4

Глава 3. Устройство металлорежущих станков......................................289
3.1. Токарные станки и автоматы...................................................................289

3.1.1. Токарные станки общего назначения........................................289
3.1.2. Токарно-револьверные станки.....................................................297
3.1.3. Токарно-карусельные станки.......................................................327
3.1.4. Многошпиндельные токарные вертикальные .
полуавтоматы.....................................................................................344

3.1.5. Многошпиндельные токарные горизонтальные

автоматы и полуавтоматы.............................................................354

3.1.6. Гидрокопировальные токарные полуавтоматы.....................362
3.1.7. Токарные станки с числовым программным .
управлением.......................................................................................371

3.2. Сверлильные и расточные станки.........................................................382
3.3. Шлифовальные и доводочные станки.................................................403
3.4. Станки для электрофизической и электрохимической .
обработки........................................................................................................441

3.5. Зубообрабатывающие и резьбообрабатывающие станки..............471
3.6. Фрезерные станки.......................................................................................517
3.7. Протяжные, строгальные, долбежные станки...................................547
3.8. Агрегатные станки.......................................................................................577
3.9. Обрабатывающие центры.........................................................................597
3.10. Автоматические линии............................................................................622

Глава 4. Промышленные роботы..................................................................635

Глава 5. Гибкие производственные модули и гибкие 
производственные системы............................................................................654

Глава 6. Технологическое оборудование для нанесения 
покрытий и упрочнения поверхностей......................................................670

Глава 7. Технологическое оборудование для сборки..........................687

Список использованных источников...............................................................725

Интернет-источники.........................................................................................730

Введение

Краткий исторический обзор развития станкостроения.

Первое устройство для точения приводилось в движение рукой
с помощью лука. Потом конструкцию усовершенствовали и заготовку стали вращать с помощью педали ногой. Обрабатываемое
изделие крепилось между двумя привязанными к древесным стволам отточенными колышками — прообразами центров.

В начале XV в. основание токарного станка представляло со
бой деревянную скамейку-станину. На ней находились две бабки,
соединенные бруском, служившим опорой для резца. Это избавляло токаря от необходимости держать резец на весу. Над станком
висела укрепленная на столбе гибкая жердь. К концу жерди прикреплялась веревка, которую обвивали вокруг заготовки, опускали
вниз и привязывали к деревянной педали. Нажимая на педаль, токарь приводил заготовку во вращение. Применение ножного привода освобождало обе руки, и токарь мог держать резец значительно увереннее.

Изобретение пороха и начало производства огнестрельного ору
жия способствовало развитию металлообработки и совершенствованию металлорежущего оборудования: нужно было в отливке
ствола удалять круглой стальной пилой прибыль, рассверливать
ствол. В более поздний, мануфактурный период в металлообработке наибольшее значение приобрели прессы, прокатные машины,
механические молоты, сверлильные станки, проволочно-волочильные машины, шлифовально-точильные машины.

Уже в средние века изготовляли чугунные зубчатые колеса для

станков и машин. Большие зубчатые колеса отливали с зубьями,
оставляя только небольшой припуск на отделку. Небольшие
стальные колеса отковывали в виде сплошных заготовок, на которых нарезали зубья. Это привело к появлению зубообрабатывающих станков. Зуборезные станки (изобретение которых относится
к 30-м годам XIX столетия) были двух видов: с вращающейся
фрезой или шарошкой для нарезки малых колес и с резцом, движущимся прямолинейно, — для строгания зубьев больших колес.

История развития станкостроения в Республике Беларусь.

В XVI — первой половине XVII в. экономика белорусских земель
переживала подъем. Магдебургское право, дарованное белорусским
городам, и развитие ремесла привели к распространению в городах

Введение
6

цеховой организации. Металлообработкой занимались кузнецы,
оружейники, слесари, ювелиры.

После третьего раздела Речи Посполитой в конце XVIII в., когда

белорусские земли отошли к Российской империи, нашей земле
отводилась роль аграрного придатка. Поэтому речи о развитии
металлообработки на территории современной Беларуси в XIX в.
вести не приходится. Существовавшие гуты и рудни из-за низкой
по сравнению с российскими производствами конкурентоспособности закрылись.

На территории Беларуси в 1858 г. в городах насчитывалось

15 623 ремесленника всех специальностей. Количество ремесленников, занятых в металлообработке, колебалось от 98 человек
в 1795 г. до 136 в 1828 г., а предприятий — от 13 до 22. В 1860 г.
мануфактурное производство в металлообработке представлено
8 мануфактурами с 239 работниками. Капиталистическое производство тоже было не на высоте: предприятий 11, а рабочих на
них — 62 человека. По другим данным, в конце XIX в. в пределах
территории современной Беларуси действовало 130 железообрабатывающих предприятий.

В Беларуси станкостроение как отрасль машиностроения и ме
таллообработки начало развиваваться с 1920 г. В 1926 г. на Минском металлообрабатывающем заводе Поляка, Дорского и Семенюка «Энергия» был изготовлен первый образец токарного станка,
в 1927 г. выпущена их первая партия. Началось освоение вертикально-сверлильных станков: 13 января 1928 г. выпущены первый
сверлильный и 10 токарных станков. В 1928 г. в Минске на базе
чугунно-литейного и машиностроительного завода «Металл», завода «Восход» и сельскохозяйственных мастерских создан машиностроительный завод «Коммунар», который в 1934 г. выпустил
первые металлорежущие станки. В 1932 г. металлообрабатывающая
промышленность республики произвела около 1500 металлорежущих станков и свыше 15 000 различных машин. В 1934 г. работало
пять станкостроительных заводов (в Минске, Витебске, Гомеле),
на которых освоили изготовление поперечно-строгальных и сверлильных станков и гайконарезных автоматов. В 1940 г. эти заводы
выпустили 10,2 % станков, произведенных в Советском Союзе.

В 1952 г. в БССР был превзойден довоенный уровень произ
водства станков. С 1956 г. дает продукцию Барановичский завод

Введение
7

станкопринадлежностей. В 1957 г. изготовил первый агрегатный
станок, а в 1959 г. — первую автоматическую линию Минский завод автоматических линий. Молодечненский станкостроительный
завод с 1959 г. специализируется на выпуске сверлильных и резьбонарезных станков и гайконарезных автоматов. Плоскошлифовальные станки высокой точности с 1960 г. производит Оршанский станкостроительный завод «Красный борец», бесцентровошлифовальные станки — Витебский станкостроительный завод
им. С.М. Кирова.

В 1960–1980 гг. среднегодовые темпы роста валовой продук
ции Беларуси составили более 14 %. Потом наступил некоторый
спад. Увеличился выпуск прецизионных, специальных и агрегатных станков. В 8-й пятилетке (1966–1970) развивалось производство станков тяжелых, уникальных, специального назначения, полуавтоматов и автоматов.

В 9-й пятилетке построены и начали давать продукцию Бара
новичский завод автоматических линий, Оршанский инструментальный завод, 1-я очередь Пинского завода литейного оборудования. В 1977 г. начал давать основную продукцию Пинский завод
кузнечно-прессовых автоматических линий. Освоено свыше 100 новых видов станков, инструмента, оснастки. Доля новой продукции
в 1977 г. достигла 63 %, прецизионных станков — 45,8 %, станков
высокой и особо высокой точности — 15,7 %. С Государственным
знаком качества выпускались 90 % строгальных и 100 % протяжных станков.

В конце 1970 г. белорусские станки поставляют в 56 стран,

в том числе Великобританию, США, ФРГ, Францию, Италию,
Японию. В 1985 г. около 30 % продукции станкостроения Беларуси шло на экспорт. До 1985 г. Белоруссия производила около 99 %
протяжных станков в СССР.

В 1980 г. производство металлорежущих станков достигло

29,7 тыс., а через 5 лет выпуск снизился до 23,7 тыс. В 1990 г. выпущено 15,5 тыс. металлорежущих станков, в 1995 г. – 4,7 тыс.,
в 2000 г. – 5,4 тыс., а в 2003 г. производство металлорежущих станков составило 5,2 тыс. Станкостроение республики пока еще неумело решает проблему развития в условиях жесткой рыночной
конкуренции.

Введение
8

Современное состояние станкостроения в Республике Беларусь. Заводы станкостроительной промышленности находятся
в Барановичах, Витебске, Гомеле, Гродно, Кобрине, Минске, Молодечно, Орше и других городах. Собственное станкостроение в Беларуси объединяет предприятия по производству автоматических
линий, металлообрабатывающих станков, универсальной технологической оснастки, кузнечно-прессового и литейного оборудования,
металлообрабатывающего инструмента, гидроаппаратуры и других
изделий общемашиностроительного назначения. В настоящее время
станкостроение Беларуси представлено 32 предприятиями, а также
специальными конструкторскими бюро, научно-исследовательскими и проектно-технологическими организациями. В станкостроительной отрасли сформирован производственный потенциал
по выпуску свыше 400 типоразмеров металлорежущих станков,
80 типоразмеров деревообрабатывающих станков, 50 типоразмеров кузнечно-прессовых машин. В то же время удельный вес расходов на научные исследования в машиностроении в стоимости
всей продукции составляет 1,9 %. На производство продукции на
1 доллар США расходуется около 1,5 кг эквивалента топливноэнергетических ресурсов, в то время как в Германии — в 12, а в Австрии — в 15 раз меньше. Это свидетельствует о низкой конкурентоспособности нашей продукции.

Основные тенденции развития оборудования машиностроительных производств. Перед станкостроителями любого времени
стоят примерно одинаковые задачи, которые они решают средствами
своего времени каждый раз на новом, все более высоком уровне.
К таким задачам относятся повышение производительности, точности обработки, уровня автоматизации, надежности и долговечности, степени унификации и агрегатирования. Современное машиностроение предъявляет высокие технико-экономические требования
к показателям станков:

а) максимальная производительность при обеспечении задан
ной точности и шероховатости обработанной поверхности;

б) простота, легкость и безопасность обслуживания и управле
ния, удобство ремонта.

Одним из основных направлений развития современного стан
костроения является автоматизация, которая включает комплекс
мероприятий (технических, организационных и др.), позволяющих

Введение
9

вести производственные процессы без непосредственного участия
человека. Наиболее существенный вклад в автоматизацию производства, снижение затрат живого и овеществленного труда и повышение производительности вносит опережающее развитие выпуска
и внедрения станков с ЧПУ. На базе многооперационных станков,
оснащаемых промышленными роботами, системами измерения
и складирования, решаются проблемы комплексной автоматизации изготовления деталей в мелкосерийном производстве, что позволит в недалеком будущем существенно улучшить экономические показатели машиностроительных предприятий. В мире доля
станков с ЧПУ сейчас превышает 50 %.

ГЛАВА

ОСНОВНЫЕ ВИДЫ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО 
ОБОРУДОВАНИЯ МАШИНОСТРОИТЕЛЬНОГО 
ПРОИЗВОДСТВА

1.1. Оборудование литейного производства

1.1.1. Оборудование для литья в песчаные формы

Основные технологические циклы в литейном производстве.

Производство отливок — сложный многостадийный процесс с многократным перемещением большого количества различных материалов, смесей, стержней, форм, модельно-опочной оснастки, отливок,
отходов и др.

Можно выделить несколько главных потоков, обеспечивающих

реализацию следующих технологических циклов (рис. 1.1):

 подготовка формовочных материалов и приготовление смесей;
 изготовление форм и стержней;
 подготовка шихтовых материалов, получение жидкого метал
ла и заливка его в формы;

 выбивание, очистка и окончательная обработка отливок.
Сумма последовательных технологических циклов определяет

производственный цикл изготовления отливок.

Подготовка формовочных материалов и приготовление смесей.

Формовочные и стержневые смеси составляются в большинстве
случаев из свежих песчано-глинистых формовочных материалов,
регенерата, оборотной смеси и различных добавок. Процесс приготовления смесей включает:

 разгрузку, складирование и подготовку свежих песчано-гли
нистых материалов и добавок;

1.1.1. Оборудование для литья в песчаные формы
11

 подготовку оборотной формовочной смеси;
 регенерацию отработанных смесей;
 приготовление смесей.
Свежие пески и необходимые добавки подготавливаются на

складах формовочных материалов, где производятся сушка, охлаждение и просеивание кварцевых песков; резка, сушка и измельчение глины; размалывание каменного угля; измельчение и просеивание высокоогнеупорных материалов (магнезита, циркона и др.);
приготовление жидких связующих материалов, глиняных суспензий и др.

Подготовка оборотной смеси заключается в просеивании, маг
нитной сепарации, охлаждении и гомогенизации, т.е. придании ей
однородности по содержанию влаги и температуре.

Регенерация отработанных смесей — это восстановление зер
нового состава смеси и активация поверхности зерен песка.

Приготовление смесей включает дозирование исходных мате
риалов, их смешивание, выдержку смеси и ее разрыхление. Оборудование, применяемое для этого, можно разделить на следующие
группы:

а) оборудование для складирования и подготовки формовоч
ных материалов;

б) оборудование для подготовки оборотных смесей;
в) смесеприготовительное оборудование;
г) транспортное оборудование.

Рис. 1.1. Схема технологического процесса изготовления отливок

в песчаных формах

Сдача отливок
на склад

Приготовление формовочных
и стержневых смесей

Изготовление
полуформ

Изготовление
стержней

Сборка
форм

Приготовление
расплавленного
металла

Заливка форм

Выбивка и очистка
отливок

1. Технологическое оборудование машиностроительного производства
12

Установка для сушки песка в потоке горячего воздуха изобра
жена на рис. 1.2. Сырой песок из расходного бункера 10 при помощи дискового 9 и ленточного 8 питателей подается в сушильную
трубу 1, температура в которой достигает 500 °С. Разрежением,
создаваемым вентилятором 4, сырой песок увлекается вверх со скоростью 15...17 м/с и, проходя по трубе, в горячем газе быстро высыхает. Установка снабжена батарейным циклоном-осадителем 2
и скруббером 3 для сбора пыли. Из циклона-осадителя высушенный песок поступает в бункер 6, из которого подается на вибрационное сито 5, где просеивается и частично охлаждается. В качестве
источника тепла рекомендуется использовать газ, подводимый
к горелкам 7.

Влага с поверхности зерен удаляется тем быстрее, чем выше

температура и скорость воздуха, омывающего частицы материала.

1 — сушильная труба; 2 — батарейный циклон-осадитель; 3 — скруббер для
сбора пыли; 4 — вентилятор; 5 — вибрационное сито; 6 — бункер; 7 — горелка;

8 — ленточный питатель; 9 — дисковый питатель; 10 — расходный бункер

Рис. 1.2. Установка для сушки песка в потоке воздуха

1
2
3
4

5
6
7
8
9
10