Прогрессивное технологическое оборудование

 

 

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РФ 

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ АВТОНОМНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ  
ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ  
«НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ «МИСиС» 

ИНСТИТУТ ЭКОТЕХНОЛОГИЙ И ИНЖИНИРИНГА 

 
 
 

 

 

 

 
 

 

№ 2961 

Кафедра технологического оборудования и инжиниринга

Л.В. Седых 
 
 

Прогрессивное технологическое
оборудование 

 

Учебное пособие 

Рекомендовано редакционно-издательским 
советом университета 

Москва 2017 

УДК 621(075.8) 
 
С28 

Р е ц е н з е н т  
канд. техн. наук, доц. М.Н. Скрипаленко 

Седых Л.В. 
С28  
Прогрессивное технологическое оборудование : учеб. пособие / Л.В. Седых. – М. : Изд. Дом НИТУ «МИСиС», 2017. – 
95 с. 
ISBN 978-5-906953-37-7 

Учебное пособие предназначено для студентов бакалавриата и магистратуры, изучающих предметы: «Машины, агрегаты и процессы для обработки 
материалов резанием», «Инжиниринг оборудования и процессов для обработки материалов резанием», «Инжиниринг оборудования и технологий для 
производства и отделки проката», «Технологические процессы в машино-
строении». Рассмотрены основные формообразующие движения, применяемые в автоматизированных процессах резания металлов. Приведены характеристики современных станков с числовым программным управлением 
(ЧПУ). Изложены особенности конструкций автоматизированного технологического оборудования. 
Предназначено для студентов направлений подготовки 15.03.02 и 
15.04.02 «Технологические машины и оборудование», может быть рекомендовано студентам направления подготовки 22.04.02 «Металлургия». 

УДК 621(075.8) 

 
 Л.В. Седых, 2017 
ISBN 978-5-906953-37-7 
 НИТУ «МИСиС», 2017 

ОГЛАВЛЕНИЕ 
Введение .................................................................................................... 5 
1. Общие сведения о станках с ЧПУ ....................................................... 7 
1.1. Основные понятия о станках с программным управлением 
и их классификация ............................................................................. 7 
1.2. Основные сведения о ЦПУ .......................................................... 9 
1.3. Общие понятия о ЧПУ станками .............................................. 11 
1.3.1. Краткая историческая справка о станках с ЧПУ ............ 11 
1.3.2. Основные сведения о системе с ЧПУ .............................. 13 
1.3.3. Классификация систем ЧПУ ............................................ 16 
1.3.4. Оси координат в станках с ЧПУ ...................................... 18 
1.3.5. Назначение и основные преимущества станков с ПУ ... 21 
Контрольные вопросы ....................................................................... 22 
2. Токарные станки с ЧПУ ..................................................................... 23 
2.1. Формообразующие движения токарных станков .................... 23 
2.2. Конструктивные особенности токарных станков с ЧПУ 
на примере Emco Concept Turn 155 ................................................. 25 
Контрольные вопросы ....................................................................... 36 
3. Фрезерные станки с ЧПУ ................................................................... 37 
3.1. Формообразующие движения фрезерных станков .................. 37 
3.2. Классификация фрезерных станков с ЧПУ .............................. 38 
3.3. Устройства ЧПУ фрезерных станков ....................................... 41 
3.4. Конструктивные особенности фрезерных станков с ЧПУ 
на примере Emco Concept Mill 155 .................................................. 42 
3.5. Вертикально-фрезерный станок 6Р13Ф3-37 с ЧПУ ................ 53 
3.5.1. Основные узлы и движения станка 6Р13Ф3-37 .............. 54 
3.5.2. Кинематическая схема станка 6Р13Ф3-37 ...................... 55 
3.6. Вертикально-фрезерный консольный станок 6Р13РФЗ 
с револьверной головкой и ЧПУ ...................................................... 56 
3.6.1. Основные узлы и движения  вертикально-фрезерного 
станка 6Р13РФ3 ........................................................................... 57 
3.6.2. Кинематическая схема станка 6Р13РФ3 ......................... 59 
3.7. Вертикально-фрезерный станок 6520Ф3-36 с крестовым 
столом и ЧПУ..................................................................................... 61 
3.7.1. Основные узлы и движения вертикально-фрезерного 
станка 6520Ф3-36 с крестовым  столом и ЧПУ ........................ 62 
3.7.2. Кинематическая схема привода главного движения 
вертикально-фрезерного  станка 6520Ф3-36 с крестовым  
столом и ЧПУ .............................................................................. 63 

3.8. Продольно-фрезерный станок с ЧПУ ....................................... 64 
3.9. Точность обработки на фрезерных станках с ЧПУ ................. 71 
3.10. Методы контроля фрезерных станков с ЧПУ ........................ 73 
3.11. Диагностика технического состояния фрезерных 
станков с ЧПУ .................................................................................... 73 
Контрольные вопросы ....................................................................... 73 
4. Агрегатные станки с ЧПУ .................................................................. 74 
4.1. Агрегатно-модульный принцип создания оборудования 
машиностроения ................................................................................ 75 
4.2. Агрегатные станки ..................................................................... 77 
4.2.1. Схемы компоновки агрегатных станков ......................... 78 
4.2.2. Расположение осей координат в агрегатных  
станках с ЧПУ ............................................................................. 79 
4.2.3. Компоновка агрегатного станка с ЧПУ ........................... 79 
Контрольные вопросы ....................................................................... 81 
5. Многоцелевые станки с ЧПУ ............................................................ 82 
Контрольные вопросы ....................................................................... 84 
6. Промышленные роботы ..................................................................... 85 
6.1. История развития роботехники ................................................. 85 
6.2. Промышленные роботы-манипуляторы ................................... 87 
6.2.1. Общее устройство и составные части ПР ....................... 87 
6.2.2. Компоновка ПР .................................................................. 89 
6.3. Роботизированный технологический комплекс (РТК) ........... 90 
Контрольные вопросы ....................................................................... 93 
Библиографический список ................................................................... 94 
 

ВВЕДЕНИЕ 

Машиностроение является технической основой интенсификации 
производства, следовательно, ведущей отраслью промышленности. 
Продукция машиностроения разнообразна по назначению и принципу действия, поэтому от ее развития зависят объемы и темпы внедрения современного прогрессивного оборудования. 
В настоящее время особенностями развития машиностроения являются: 
– постоянное увеличение номенклатуры изделий и усложнение их 
конструкций; 
– сокращение времени на освоение новой продукции; 
– привлечение высококвалифицированных рабочих, инженеров и 
техников. 
Задачи развития современного машиностроения: 
– увеличение производительности; 
– сокращение цикла конструкторской и технологической подготовки; 
– сокращение объемов строительно-монтажных работ за счет реконструкции производства и перекомпоновки технологического производства; 
– экономия ресурсов. 
Таким образом, одним из условий технического прогресса является освоение и выпуск новой продукции при минимальных затратах. 
Развитие современного производства направлено на тенденцию 
использования автоматизированного оборудования и создание на его 
базе автоматизированных линий. Комплексные исследования автоматизированных линий в условиях эксплуатации выявили большие 
резервы повышения производительности. 
Технология металлообработки представляет собой комплекс технологических процессов, направленных на получение деталей необходимых размеров, форм и качества поверхности. Деталь можно получить, используя обработку резанием на металлорежущих станках 
(МРС) с предустановленными режущими инструментами. МРС 
представляет собой машину, предназначенную для обработки различных материалов, заготовок или полуфабрикатов в целях изготовления из них изделий в соответствии с прилагаемой документацией. 
Современные станки оснащаются высокопроизводительным инструментом, который позволяет достичь максимальных результатов в 

ходе выполнения технологического процесса. Работа современных 
МРС основывается на числовом программном управлении (ЧПУ), 
т.е. предполагает управление приводами системами автоматического 
позиционирования. Для организации работы таких станков требуется 
написание программы с подготовительными и вспомогательными 
функциями на специализированном языке программирования. 

1. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ О СТАНКАХ С ЧПУ 

Для того чтобы обеспечить технологический цикл обработки на 
МРС, необходимо воздействовать на его механизмы. Поэтому у любого МРС есть система управления, с помощью которой оператор 
станка задает параметры его работы. В автоматизированном технологическом оборудовании осуществляется автоматическое управление. Ручное управление в автоматических станках используется для 
реализации наладочных режимов и специальных элементов рабочего 
цикла. 
При автоматическом управлении решение о порядке рабочего 
цикла принимает система управления без участия оператора. Она же 
выдает команды на включение и выключение механизмов станка и 
управляет его работой. 
Циклом обработки называют совокупность перемещения рабочих 
органов, повторяющихся при обработке каждой заготовки. Комплекс 
перемещений рабочих органов в цикле работы станка осуществляется в определенной последовательности, т.е. по программе. 
Управляющая программа (УП) – это совокупность команд, соответствующих заданному алгоритму работы станка. 
Алгоритм – порядок действий с однозначным описанием их выполнения. 

1.1. Основные понятия о станках с программным 
управлением и их классификация 

Программа управления станком – это последовательность команд, 
обеспечивающая заданное функционирование рабочих органов станка. 
При ручном управлении станком необходимую последовательность команд задает рабочий, который, предварительно изучив чертеж и техническую документацию, составляет программу работ, обрабатывает деталь, измеряет ее, производит сравнение с чертежом и 
при наличии рассогласования устраняет неточности. 
При автоматическом управлении станком необходимая последовательность команд задается программоносителем, который может 
быть изготовлен в виде материального аналога обрабатываемой детали (кулачков, копиров, упоров и т.д.). Например, в токарных 
(рис. 1.1) и фрезерных копировальных станках форма обрабатываемой детали зависит от формы шаблона или копира. 

Рис. 1.1. Токарный копировальный станок 

В отдельную группу выделены станки с цифровой индикацией и 
преднабором координат (рис. 1.2). 

 

Рис. 1.2. Фрезерный станок с цифровой индикацией и преднабором 
координат 

В этих станках имеется электронное устройство, которому задаются координаты нужных точек (преднабор координат), и рабочие 
органы станка, снабженные датчиками положения, выводятся в требуемую позицию. На экране высвечивается каждое мгновенное положение стола (цифровая индикация). В таких станках исходная программа работы задается станочником. 
По виду управления станки с программным управлением (ПУ) делят на станки с системами циклового программного управления 
(ЦПУ) и станки с ЧПУ. 
Системы ЦПУ более просты, так как в них программируется 
только цикл работы станка, а величины рабочих перемещений, т.е. 
геометрическая информация, задаются упрощенно, например с помощью упоров. 
В станках с ЧПУ управление осуществляется от программоносителя, на который в числовом виде занесена и геометрическая, и технологическая информация. Программа для оборудования с ЧПУ может быть загружена с внешних носителей (например, дискет или 
флеш-накопителей). 
По функциональному назначению автоматическое управление 
можно разделить следующим образом: 
– управление неизменными повторяющимися циклами обработки 
(например, управление агрегатными станками, выполняющими фрезерные, сверлильные, расточные и резьбонарезные операции путем осуществления циклов движения многошпиндельных силовых головок);  
– управление изменяемыми автоматическими циклами, которые 
задают в виде индивидуальных для каждого цикла материальных моделей-аналогов (копиров, наборов кулачков, системы упоров и т.д.) 
Примером ЦПУ являются системы управления копировальных токарных и фрезерных станков, многошпиндельных токарных автоматов и др.; 
– ЧПУ, при котором программу задают в виде записанного на том 
или ином носителе массива информации. Управляющая информация 
для станков с ЧПУ является дискретной, и ее обработка в процессе 
управления осуществляется цифровыми методами. 

1.2. Основные сведения о ЦПУ 

Системой ЦПУ называют систему ПУ, в которой, в основном, 
программируют цикл работы станка, реже режимы обработки, смену 
инструмента. 

Цикл работы станка – это совокупность всех движений, необходимых для обработки заготовок и выполняемых в определенной последовательности. В большинстве станков с ЦПУ режимы резания не 
программируют, а изменяют вручную, автоматическая смена инструмента может вообще отсутствовать. Системы ЦПУ экономически 
выгодно применять в среднесерийном и крупносерийном производстве, реже в массовом. 
Системами ЦПУ оснащают токарно-револьверные, лоботокарные, 
токарно-копировальные, вертикально-фрезерные и копировальнофрезерные, вертикально-сверлильные, алмазно-расточные и другие 
типы станков. Широко используют переналаживаемые агрегатные 
станки с ЦПУ, которые являются уже не специальными, а специализированными станками. Системы ЦПУ используют в автоматических 
линиях для управления циклами работы. Системы ЦПУ применяют 
для управления промышленными роботами. Функциональная схема 
системы ЦПУ указана на рис. 1.3. 

 

Рис. 1.3. Функциональная схема системы ЦПУ 

Программатор циклов состоит из блока задания программы 1 и 
блока поэтапного ввода программы 7. Из блока задания программы 1 
информация поступает в схему автоматики. Схема автоматики состоит из схемы управления циклом работы станка 2 и схемы преобразования сигналов контроля 6. Схема автоматики согласует действия программатора циклов с исполнительными элементами станка и 
датчиком обратной связи 5. Схему автоматики в системах ЦПУ чаще 
всего строят на электромагнитных реле. Из схемы управления цик

лом работы станка 2, сигналы поступают в исполнительное устройство, обеспечивающее отработку заданных программой команд. Исполнительное устройство состоит из исполнительных элементов 3 
(приводов рабочих органов станка) и рабочих органов станка 4 (суппорты, револьверные головки, столы, насосы охлаждения и т.д.). Рабочие органы отрабатывают этап программы, а датчик обратной связи 5 контролирует окончание отработки и дает команду блоку 7 (через блок 6) на переключение следующего этапа программы. Окончание этапа программы чаще всего контролируется путевыми переключателями (реле выдержки времени, реле давления). 

1.3. Общие понятия о ЧПУ станками 

Числовое программное управление обеспечивает управление движениями рабочих органов станка и скоростью их перемещения при формообразовании, а также последовательностью цикла обработки, режимами резания, различными вспомогательными функциями. 

1.3.1. Краткая историческая справка о станках с ЧПУ 

Шифрование программы работы какой-либо машины в форме 
пробивок на перфокартах, перфолентах или на других носителях 
программы применяют давно. Этот принцип применялся в ткацком 
станке Жаккара, созданном в 1801 г., «механическом пианисте» – 
пианоле (рис.1.4), наборной машине – монотипе и т.д. 

 

Рис. 1.4. Механический пианист – пианоле 

Все эти машины работали по принципу: есть отверстие на диске – 
действие совершается, нет отверстия – действие не совершается 
(рис. 1.5). Причем действия были предельно просты и не зависели от 
сложности программы. 

 

Рис. 1.5. Программное управление механическим пианино 

В станкостроении ПУ стало применяться значительно позже из-за 
сложности процессов металлообработки. Решение этой задачи стало 
возможным, когда машиностроение, электроника, вычислительная 
техника достигли определенного уровня развития. 
Первое поколение станков с ПУ в нашей стране было создано на 
базе серийно выпускаемых универсальных станков, промышленный 
выпуск их начался в 1959 г. От базовых моделей станки с ЧПУ отличались только автоматизацией привода подач: устанавливались шаговые электрогидравлические или гидравлические приводы, беззазорные редукторы, передачи винт-гайка качения. Устройство ЧПУ, 
выполненное на электронных лампах, давало возможность получать 
необходимые размеры обрабатываемой заготовки при регулируемой 
подаче. 
Второе поколение станков с ЧПУ характеризуется применением 
систем управления, выполненных на полупроводниковых приборах. 
Такие системы могли изменять в автоматическом цикле не только 
подачи, но и частоту вращения шпинделя, давать технологические 
команды на автоматическую смену инструмента, подачу СОЖ, зажим детали и т.д. Высокая стоимость этих систем сделала нерента