Металлообрабатывающие станки и оборудование машиностроительных производств

МЕТАЛЛООБРАБАТЫВАЮЩИЕ 
СТАНКИ И ОБОРУДОВАНИЕ 
МАШИНОСТРОИТЕЛЬНЫХ 
ПРОИЗВОДСТВ

Москва
ВУЗОВСКИЙ УЧЕБНИК
ИНФРА-М
2020

УЧЕБНОЕ ПОСОБИЕ

А.О. ХАРЧЕНКО

Севастопольский государственный университет

2-е издание

Харченко А.О.
Металлообрабатывающие станки и оборудование машиностроительных производств : учебное пособие / А.О. Харченко. — 2-е изд. — Москва : Вузовский 
учебник : ИНФРА-М, 2020. — 260 с. + Доп. материалы [Электронный ресурс].

ISBN 978-5-9558-0426-2 (Вузовский учебник)
ISBN 978-5-16-010783-7 (ИНФРА-М, print)
ISBN 978-5-16-102780-6 (ИНФРА-М, online)

Приведены основные понятия и определения по станкам с ЧПУ и оборудованию 
машиностроительных производств, даны сведения по классификации станков, обозначению осей координат, о составе оборудования. Пособие содержит общие виды, 
краткие технологические описания оборудования, примеры некоторых узлов станков, схемы компоновок гибких производственных систем. 
Учебное пособие предназначено для студентов, обучающихся по направлениям «Кон структорско-технологическое обеспечение машиностроительных производств», «Машиностроение», «Инженерная механика», «Автоматизация технологических процессов и производств».

УДК 658.52.011.56(075.8)
ББК 34.5:34.4я73

УДК 658.52.011.56(075.8)
ББК 34.5:34.4я73
 
Х22

Р е ц е н з е н т ы:
Копп В.Я. — доктор технических наук, профессор;
Кузнецов Ю.Н. — доктор технических наук, профессор

Х22

© Харченко А.О., 2015
© Вузовский учебник, 2015

ISBN 978-5-9558-0426-2 (Вузовский учебник)
ISBN 978-5-16-010783-7 (ИНФРА-М, print)
ISBN 978-5-16-102780-6 (ИНФРА-М, online)

Данная книга доступна в цветном исполнении 
в электронно-библиотечной системе Znanium.com

СОДЕРЖАНИЕ 

ПРЕДИСЛОВИЕ ..................................................................................................................................... 4
1.
ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ О МЕТАЛЛООБРАБАТЫВАЮЩЕМ  ОБОРУДОВАНИИ ..................... 5

1.1.
Классификация и обозначение станков с  ЧПУ .......................................................................... 5

Таблица 1.1 — Классификация металлорежущих станков ................................................................... 7
1.2.
Основные условные обозначения для кинематических схем .................................................... 9

1.3. Обозначение осей координат и направлений перемещений 
исполнительных органов на схемах станков с ЧПУ ........................................................................... 10
2.
ВИДЫ ГПС  И ИХ СОСТАВ ........................................................................................................ 16

2.1.
Терминология ............................................................................................................................. 16

2.2.
Состав оборудования ГПС ........................................................................................................ 18

2.3.
Гибкие производственные модули ............................................................................................ 20

3. ТОКАРНЫЕ СТАНКИ И КОМПЛЕКСЫ........................................................................................ 23
3.1. Токарно-револьверные станки с  ЧПУ .......................................................................................... 23
3.2. Токарно-карусельные станки и обрабатывающие центры ........................................................... 24
3.3. Токарные патронно-центровые станки с ЧПУ ............................................................................. 31
3.4. Токарные автоматы и полуавтоматы с ЧПУ ................................................................................. 35
3.5. Токарные ГПМ на базе многошпиндельных токарных автоматов с ЧПУ и многоцелевых 
станков .................................................................................................................................................. 45
4. МНОГООПЕРАЦИОННЫЕ СТАНКИ (МС) ДЛЯ ОБРАБОТКИ  КОРПУСНЫХ ДЕТАЛЕЙ ..... 62
4.1.  Станки с ЧПУ сверлильно-расточной группы ............................................................................. 62
4.2.  Фрезерные станки с ЧПУ ............................................................................................................. 68
4.3. Сверлильно-фрезерно-расточные станки ..................................................................................... 88
4.4. ГПМ на базе многооперационных станков ................................................................................. 109
5. ШЛИФОВАЛЬНЫЕ СТАНКИ, ОБРАБАТЫВАЮЩИЕ ЦЕНТРЫ И ГПМ ................................ 120
5.1. Круглошлифовальные станки с ЧПУ .......................................................................................... 120
5.2. Внутришлифовальные полуавтоматы с ЧПУ ............................................................................. 122
5.3. Плоскошлифовальные станки с ЧПУ.......................................................................................... 123
5.4. Шлифовальные ГПМ ................................................................................................................... 124
6. ЗУБООБРАБАТЫВАЮЩИЕ СТАНКИ С ЧПУ И ПОЛУАВТОМАТЫ ..................................... 136
6.1. Зубофрезерные станки с ЧПУ ..................................................................................................... 136
6.2. Зубообрабатывающие полуавтоматы .......................................................................................... 137
7.  СТАНОЧНЫЕ   ПРИСПОСОБЛЕНИЯ   ДЛЯ   МЕТАЛЛОРЕЖУЩИХ СТАНКОВ С ЧПУ .... 146
7.1. Приспособления для токарных станков с ЧПУ .......................................................................... 146
7.3. Приспособления для многооперационных станков ................................................................... 171
8. СИСТЕМЫ ИНСТРУМЕНТАЛЬНОГО ОБЕСПЕЧЕНИЯ ........................................................... 181
8.1. Инструмент для токарных станков с ЧПУ .................................................................................. 181
8.2. Инструмент для сверлильно-фрезерно-расточных  станков с ЧПУ .......................................... 187
8.3. Устройства для настройки инструмента ..................................................................................... 194
8.4.  Устройства  для  автоматической  смены  инструмента ........................................................... 194
9. КОНТРОЛЬНО-ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЕ УСТРОЙСТВА .................................................................. 198
9.1. Состав технических устройств контроля .................................................................................... 198
9.2. Устройства контроля  деталей и состояния  режущего 
инструмента на станке........................................................................................................................ 198
9.3. Модули  контроля  деталей вне станка ....................................................................................... 202
10. Транспортно-загрузочные и складские системы ГПС ................................................................ 205
10.1. Устройства автоматической загрузки и разгрузки станков ..................................................... 205
10.2. Автоматизированные складские системы................................................................................. 215
10.3. Транспортно-накопительные системы ...................................................................................... 218
10.4. Межоперационные транспортные системы ГПС ..................................................................... 222
11. КОНВЕЙЕРЫ ДЛЯ УДАЛЕНИЯ СТРУЖКИ ............................................................................. 231

 
 

11.1. Механические конвейеры .......................................................................................................... 231 
11.2. Пневматические и гидравлические устройства стружкоудаления .......................................... 235 
12. КОМПОНОВКИ  ГПС .................................................................................................................. 236 
12.1. ГПС для обработки деталей типа тел вращения ....................................................................... 236 
12.2. ГПС для обработки корпусных деталей.................................................................................... 240 
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК ................................................................................................ 254 
ПРИЛОЖЕНИЕ  А ............................................................................................................................. 257 
ПРИЛОЖЕНИЕ Б ............................................................................................................................... 258 
ПЕРЕЧЕНЬ ТЕМ И  СОДЕРЖАНИЯ  КОНТРОЛЬНЫХ ЗАДАНИЙ ...................................... 258 
ПРИЛОЖЕНИЕ В ............................................................................................................................... 259 
ПЕРЕЧЕНЬ ТЕМ КУРСОВЫХ РАБОТ И ПРОЕКТОВ ............................................................ 259 
 

                                                                                                                                                                              

ПРЕДИСЛОВИЕ 
 
        Решение задачи повышения производительности труда, а также улучшения качества продукции при минимальных затратах связано с широким внедрением металлообрабатывающих станков с числовым программным управлением (ЧПУ), а 
наибольший эффект их применения достигается при создании гибких производственных систем (ГПС), обеспечивающих комплексную автоматизацию многономенклатурного производства. В составе ГПС используется многоцелевое технологическое оборудование с программным управлением, микропроцессорные вычислительно-управляющие средства, контрольно-измерительные устройства в комплексе 
с промышленными роботами и транспортно-накопительными устройствами. 
        Опыт использования ГПС показал, что при их рациональной эксплуатации переход от отдельных станков с ЧПУ к автоматизированным комплексам повышает 
эффективность оборудования в 2,5…3 раза, коэффициент загрузки станков — до      
0,85…0,9, а коэффициент сменности — до 2…3. Помимо улучшения техникоэкономических показателей, внедрение ГПС изменяет также условия труда персонала. Тяжелый, монотонный, рутинный труд превращается в труд творческий с использованием широких интеллектуальных возможностей человека. 
         Материал учебного пособия построен на основе многолетнего опыта преподавания ряда дисциплин, в числе которых «Металлообрабатывающее оборудование», 
«Оборудование и транспорт механообрабатывающих цехов», «Станки с ЧПУ», 
«Технические средства автоматизации”, а также с учетом качественных изменений, 
происшедших в станкостроении за последние годы. 
          Приведенные в пособии технические характеристики, схемы станков с ЧПУ, 
общие виды комплексов и станков ГПС, конструкции станочных приспособлений, 
режущих и вспомогательных инструментов,  контрольно-измерительных устройств 
и транспортно-загрузочных систем, а также разработки автора, защищенные авторскими свидетельствами и патентами,  призваны помочь студентам направлений 
«Конструкторско-технологическое 
обеспечение 
машиностроительных 
производств», «Машиностроение», «Инженерная механика» и «Автоматизация технологических процессов и производств»  в изучении металлообрабатывающего технологического оборудования машиностроительных производств. 
 

1. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ О МЕТАЛЛООБРАБАТЫВАЮЩЕМ  

ОБОРУДОВАНИИ 
 

1.1.
 Классификация и обозначение станков с  ЧПУ 
В зависимости от характера выполняемых работ и применяемого режущего 
инструмента станки подразделяют на группы и типы (таблица 1.1). Станки создают 
по размерным рядам, представляющим собой группы однотипных станков подобной 
кинематической структуры и конструкции, но имеющих разные размеры.  
Типоразмер станка — представитель ряда с конкретными параметрами, а модель станка – конструкция данного типоразмера. 
Классификация станков по степени универсальности предусматривает подразделение их на универсальные (для разнообразных операций на заготовках широкой 
номенклатуры в единичном и мелкосерийном производствах, а также при ремонтных работах), специализированные (для обработки однотипных заготовок разных 
размеров в крупносерийном и массовом производствах) и специальные (для обработки заготовок одного наименования и одного типоразмера в массовом производстве). 
По габаритным размерам и массе, которые в значительной степени определяются параметрами тех деталей, для обработки которых предназначен станок, их 
подразделяют на легкие (до 1 т), средние (до 10 т) и тяжелые (свыше 10 т). Последние делят на крупные (10…30 т), собственно тяжелые (30…100 т) и особо тяжелые — уникальные (свыше 100 т). 
Классификация станков по точности предусматривает пять классов: нормальной точности (Н); повышенной точности (П) ( на базе станков класса Н, но при 
более высоких требованиях к качеству изготовления и сборки основных узлов); высокой точности (В) (достигается специальной конструкцией отдельных узлов и 
элементов при высоких требованиях к изготовлению, сборке и регулировке станка); 
особо высокой точности (А) ( на базе станков класса В, но при более высоких требованиях к точности изготовления основных узлов и деталей); особо точные (С) , 
так называемые мастер-станки (для обработки деталей, определяющих точность 
эталонов зубчатых колес, измерительных винтов или деталей к станкам классов А и 
В). 
Станки классов В, А, С эксплуатируют в помещениях с постоянной температурой и влажностью. В зависимости от класса точности соотношение допусков на 
изготовление деталей и узлов следующее: Н – 1,0; П – 0,6; В – 0,4; А – 0,25; С – 0,15. 
Современный станок с ЧПУ представляет собой самоуправляющуюся рабочую машину, органически связанную с вычислительной машиной, работающей в реальном масштабе времени и преобразующей дискретные сигналы информации в 
дискретные сигналы управления. 
По технологическим признакам в зависимости от назначения системы ЧПУ 
разделяют на позиционные, контурные и комбинированные. 
По наличию обратной связи системы ЧПУ разделяют на разомкнутые (имеющие один источник информации — от управляющей программы через устройства 
управления к исполнительным органам станка) и замкнутые (с обратной связью по 
положению рабочего органа и с компенсацией погрешности станка, самоприспосаб

ливающиеся — с адаптацией на различные внешние возмущения и изменения протекания техпроцесса). 
В зависимости от степени автоматизации и типа системы ЧПУ для станков 
приняты следующие дополнительные обозначения: Ф1 — цифровая индикация и 
предварительный набор координат; Ф2 — позиционные и прямоугольные системы 
ЧПУ; Ф3 — контурные системы ЧПУ; Ф4 — универсальные комбинированные системы ЧПУ; М — инструментальный магазин и автоматическая смена инструмента 
(АСИ); Р — револьверная инструментальная головка и АСИ; РМ — револьверная 
головка , инструментальный магазин и АСИ. 
Каждая модель станка имеет цифровое или буквенно-цифровое обозначение 
— шифр, по которому можно получить некоторое первоначальное представление о 
станке. Схемы расшифровки трех основных систем обозначений отечественных 
станков с ЧПУ приведены на рисунке 1.1. Например, модель станка 1А512МФ3 
следует расшифровывать по первому варианту (рисунок 1.1, I), начинающемуся с 
цифры. Так, 1 — группа токарных станков; А — буква модернизации модели; 5 — 
тип карусельных станков; 12 — условный либо характерный размер станка (в данной модели это соответствует размеру планшайбы 1250 мм); М — с инструментальным магазином и автоматической сменой инструмента; Ф3 — с контурной системой 
ЧПУ; станок относится к нормальному классу точности, буква Н в классе не указывается. 
Модель станка РТ-724Ф3РМ расшифровывается по второму варианту (рисунок 1.1, II) : РТ — буквенное обозначение завода-изготовителя (Рязанский станкостроительный завод); 724 — порядковый номер модели; Ф3 — с контурной системой ЧПУ; РМ — с револьверной головкой, инструментальным магазином и АСИ. 
Обозначение станка с ЧПУ, например, модели ИР320ПМФ4 расшифровывается по третьему варианту (рисунок 1.1, III): ИР — буквенное обозначение заводаизготовителя (Ивановский завод тяжелого станкостроения); 320 — характерный 
размер (габариты стола 320320); П — повышенного класса точности; М — с инструментальным магазином и АСИ; Ф4 — с комбинированной системой ЧПУ. 
           Наиболее часто встречаются следующие буквенные обозначения заводовизготовителей России и Украины: 
БРСК — Бердичевский станкостроительный (Украина); 
КТ — Средневолжский станкостроительный (г. Самара, Россия); 
РТ — Рязанский станкостроительный (Россия); 
ИР — Ивановский тяжелого станкостроения (Россия); 
ОФ — Одесский фрезерных станков (Украина); 
ОП — Одесский прецизионных станков (Украина); 
КК — Самарский (Куйбышевский) координатно-расточных станков (Россия); 
ЛР — Санкт-Петербургское (бывшее Ленинградское) станкостроительное 
производственное объединение (Россия); 
МЕ — Московский завод автоматических линий (Россия); 
            К — Корсунь-Шевченковский станкостроительный им. Б. Хмельницкого 
(Украина); 
Е — Егорьевский станкостроительный (Россия); 
СТ — Саратовский тяжелых зубообрабатывающих станков (Россия). 

Таблица 1.1 — Классификация металлорежущих станков 

Группа

станков

индекс

Шифр типа

0
1
2
3
4
5
6
7
8
9

Резервные
0
—
—
—
—
—
—
—
—
—
—

Токарные
1

Автоматы и полуавтоматы

револьверные
Сверлильно
отрезные
Карусельные
Токарные и 

лобовые
Многорезцовые
Специализиро
ванные

Разные 

токарные
специали
зированные

одно
шпиндельные

много
шпиндельные

Сверлильные 

и расточные
2
Гайкона
резные

Вертикально
сверлильные

Полуавтоматы
Координатно
расточные

Радиально
сверлильные

Горизонтадьно
расточные

Алмазно
расточные

Горизонтально
сверлильные

Разные 

сверлильные
одно
шпинделъные

много
шпиндельные

Шлифо
вальные и 

доводочные

3
—
Круглошлифо
вальные

Внутришли
фовальные

Обдирочно
шлифовальные

Специализирован
ные шлифовальные
—
Заточные
Плоскошлифо
вальные

Притирочные и 

полировочные

Разные, 

работающие 

абразивами

Комбини
рованные
4
—
––
—
—
—
—
—
—
—
—

Зубо- и

резьбообра
батывающие

5
Резьбона
резные

Зубострогаль
ные для цилин
дрических 

колес

Зуборезные 

для кониче
ских колес

Зубофрезерные
Для нарезания 

червячных пар

Для обработки 

торцов зубьев
Резьбофрезерные
Зубоотделочные 

и проверочные

Зубо- и резьбо
шлифовальные

Разные зубо- и 

резьбообрабаты
ваюшие

Фрезерные
6
—
Вертикальные 

консольные

Непрерывно
го действия

Продольные 

одностоечные

Копировальные и 

гравировальные

Вертикальные 

бесконсольные

Продольные

двухстоечные

Консольные ши
рокоуниверсаль
ные

Горизонтальные 

консольные

Разные 

фрезерные

Строгальные, 

долбежные и 

протяжные

7
—

Продольные

Поперечно
строгальные
Долбежные

Протяжные

горизонталь
ные
—
Протяжные 

вертикальные
—
Разные 

строгальные

одностоечные
двухстоечные

Разрезные
8
—

Работающие
Прави́льно
разрезные
Ленточные
Дисковые
Ножовочные
—
__
резцом, 

пилами

абразивным 

кругом

гладким 

диском

Разные
9
—
Опиловочные
Пилонасека
тельные

Правильно
бесцентрово
обдирочные

Балансировочные

Для испытания 

сверл и 

шлифовальных 

кругов

Делительные 

машины
—
—
—

 
Рисунок 1.1 — Схемы расшифровки различных систем обозначений отечественных станков с ЧПУ

 

1.2. Основные условные обозначения для кинематических схем 
 
           В механизмах станков с ЧПУ для передачи движения от одного звена к другому служат ременные, цепные, зубчатые, червячные, винтовые, реечные передачи, 
муфты, валы, подшипники. 
Наиболее употребительные в приводах станков условные обозначения механических передач и других элементов даны в таблице 1.2. 
 
 
Таблица 1.2. — Условные обозначения элементов кинематических схем 

Наименование
Обозначение
Наименование
Обозначение

Вал
Передача цепью

Подшипник скольжения 
радиальный

Передача клиновым 
ремнем

Подшипники качения:
радиальный (общее обозначение)
радиальный роликовый
упорный шариковый одинарный

Передача плоским 
ремнем:
открытая
перекрестная

Соединение двух валов:
глухое
эластичное
шарнирное
плавающая муфта
зубчатая муфта

Передача зубчатая:
цилиндрическая
коническая
винтовая
червячная
реечная

Соединение деталей с валом:
свободное при вращении
передвижное без вращения
при помощи вытяжной шпонки
глухое

Муфта сцепления кулачковая:
односторонняя
двусторонняя
Передачи винт-гайка:
качения (шариковая)
скольжения
Муфта электромагнитная:
односторонняя
двусторонняя

Окончание таблицы 1.2 
 

Муфта сцепления фрикционная:
общее обозначение
конусная односторонняя
конусная двусторонняя
дисковая односторонняя
дисковая двусторонняя
обгонная односторонняя

Маховичок

Электродвигатель

Тормоз:
конусный
ленточный
дисковый

Шпиндели станков:
токарных
фрезерного 
сверлильного

1.3. Обозначение осей координат и направлений перемещений 

исполнительных органов на схемах станков с ЧПУ

 
Систему координат станка, выбранную в соответствии с рекомендациями ISO 
(Международной организации по стандартизации) принято называть стандартной. 
Стандартная система координат представляет собой правую прямоугольную декартову систему координат, в которой положительные направления осей координат 
определяются правилом правой руки: большой палец указывает положительное 
направление оси абсцисс Х, указательный — оси ординат У, и средний — оси аппликат Z. 
Особенность системы в том, что ось координат Z принимают всегда параллельной оси главного шпинделя станка, независимо от того, как он расположен — 
вертикально или горизонтально. Эта особенность позволяет при ЧПУ для наиболее 
распространенной плоской обработки использовать в программах обозначения координат через Х и У независимо от расположения шпинделя (рисунок 1.2). 
В качестве положительного направления оси Z принимают направление от заготовки к инструменту. Ось Х — всегда горизонтальна. Дополнительные движения, 
параллельные осям Х, У, Z обозначают соответственно U, V, W (вторичные) и P, Q, 
R (третичные). Вращательные движения вокруг осей Х, У, Z обозначают соответственно буквами А, В, С. Положительные направления вращений А, В, С вокруг координатных осей Х, У и Z показаны на рисунке 1.2. Для вторичных угловых перемещений вокруг специальных осей используются буквы D и Е.  
Начало стандартной системы координат станка обычно совмещается с базовой 
точкой узла, несущего заготовку и зафиксированного в таком положении, при котором все перемещения рабочих органов станка описываются в стандартной системе 
положительными координатами. 
 
 

Рисунок 1.2 — Правая прямоугольная система координат станка 
 
Системой координат токарного станка служит двухкоординатная система Х, 
Z. Начало этой системы принимается в базовой точке шпиндельного узла. Положительные направления осей системы координат токарного станка определяются расположением основного рабочего диапазона перемещений инструмента (рисунок 1.3, 
а, б). 
Для станков сверлильной, сверлильно-расточной и фрезерной групп применяется трехкоординатная система Х, У, Z. Начало этой системы координат принимается преимущественно в базовой точке стола, расположенного в одном из крайних положений. Направления координатных осей этой стандартной системы связаны с 
конструкцией станка (рисунок 1.3, в,г) [32]. 
Движения рабочих органов станка задаются в программе координатами или 
приращениями координат базовых точек в системе координатных осей, определенных в стандартной системе координат. Система координатных осей рабочих органов 
станка представляет собой совокупность отдельных управляемых по программе координат, каждая из которых закреплена за конкретным рабочим органом станка и 
имеет индивидуальное обозначение, направление и начало отсчета. Для обеспечения 
общности методов подготовки программ рекомендации комитета ISO регламентируют обозначения и направления осей координат рабочих органов станка. 
На рисунках 1.4–1.7 изображены схемы различного оборудования с ЧПУ, на 
которых указаны обозначения и положительные направления движений рабочих органов относительно стандартной системы координат, связанной с обрабатываемой 
заготовкой [14, 16, 21]. 
 

Рисунок 1.3 — Направления стандартной системы координат станка: 
а — токарного при перемещении инструментов над осью вращения шпинделя; б — то же, под 
осью шпинделя; в, г — сверлильно-расточных и фрезерных с соответственно вертикальным и  
горизонтальным расположением шпинделя 

 
                                                  а                                                                   б 
Рисунок 1.4 — Компоновка токарного станка (а) и промышленного робота (б) с направлениями их  
                          осей и движений