Основы технологии машиностроения

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РФ

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ АВТОНОМНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ 

ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ 

«НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ «МИСиС»

ГОРНЫЙ ИНСТИТУТ

№ 2879

Кафедра горного оборудования, транспорта и машиностроения

В.У. Мнацаканян

Основы технологии 
машиностроения

Учебное пособие

Рекомендовано методической комиссией НИТУ «МИСиС»
по направлению подготовки 15.03.05 «Конструкторскотехнологическое обеспечение машиностроительных
производств» в качестве учебного пособия

Москва 2018

УДК 622.2

М73

Р е ц е н з е н т

д-р техн. наук, проф. В.А. Тимирязев (ФГБОУ ВО «МГТУ «СТАНКИН»)

Мнацаканян В.У.

М73
Основы технологии машиностроения :
учеб. пособие /

В.У. Мнацаканян. – М. : Изд. Дом НИТУ «МИСиС», 2018. –
221 с.

ISBN 978-5-906846-90-7

Изложены теоретические основы технологии машиностроения и их ис
пользование для разработки эффективных технологических процессов изготовления деталей горных машин. Особое внимание уделено вопросам обеспечения качества машин и повышения производительности механической обработки.

Предназначено для самостоятельной работы, курсового и дипломного про
ектирования студентов, обучающихся по направлению подготовки 05.03.05 
«Конструкторско-технологическое обеспечение машиностроительных производств», профиль «Технология производства и ремонта горных машин», специальностям 21.05.04 «Горное дело», специализация «Горные машины и оборудование», 23.05.01 «Наземные транспортно-технологические средства», 
специализация «Технологические средства природообустройства и защиты в 
чрезвычайных ситуациях».

УДК 622.2

ISBN 978-5-906846-90-7

 В.У. Мнацаканян, 2018
 НИТУ «МИСиС», 2018

ОГЛАВЛЕНИЕ

Предисловие..........................................................................................5

1. Основные понятия и определения ......................................................6

1.1. Производственный и технологический процессы
в машиностроении................................................................................6
1.2. Структура технологического процесса .......................................8
1.3. Типы машиностроительных производств .................................14

2. Техническое нормирование в машиностроительном
производстве ...........................................................................................19

2.1. Временные связи в производственном процессе......................19
2.2. Основы технического нормирования ........................................24
2.3. Повышение производительности механической обработки 
путем уменьшениязатрат времени на выполнение операций ........31

3. Показатели качества машин и их деталей........................................44

3.1. Виды поверхностей деталей машин...........................................44
3.2. Параметры, характеризующие качество деталей машин.........47
3.3. Технологичность конструкции изделий....................................57

4. Базирование и базы в машиностроении ...........................................64

4.1. Типовые схемы базирования деталей и узлов машин..............65
4.2. Классификация баз......................................................................73
4.3. Смена баз......................................................................................76
4.4. Принцип единства баз.................................................................87
4.5. Основы выбора технологических баз........................................88

5. Размерные связи в машинах и технологических процессах...........94

5.1. Классификация размерных цепей..............................................94
5.2. Погрешность замыкающего звена размерной цепи ...............100
5.3. Пять методов достижения точности замыкающего
звена размерной цепи.......................................................................103
5.4. Методы получения и измерения точности размеров
деталей машин ..................................................................................125

6. Достижение точности при изготовлении деталей .........................130

6.1. Три этапа настройки технологической системы
на точность........................................................................................131
6.2. Погрешность установки и пути ее уменьшения.....................132
6.3. Погрешности статической настройки и пути
их уменьшения..................................................................................138
6.4. Погрешности обработки, возникающие
в процессе резания............................................................................141

7. Методы получения заготовок для изготовления деталей
машин ....................................................................................................163

7.1. Способы получения отливок ....................................................164
7.2. Заготовки, получаемые обработкой давлением......................171
7.3. Заготовки, получаемые сваркой и комбинированными 
методами............................................................................................178
7.4. Получение заготовок и изделий методом порошковой 
металлургии ......................................................................................183

8. Расчет припусков и операционных размеров ................................189

8.1. Расчетно-аналитический и табличный методы
определения припусков на механическую обработку ..................189
8.2. Определение численных значений составляющих
припуска ............................................................................................199

9. Основы проектирования технологических процессов
изготовления деталей машин ..............................................................210

9.1. Исходные данные для проектирования...................................210
9.2. Последовательность разработки технологического
процесса изготовления детали ........................................................210

Библиографический список.................................................................220

Предисловие

Технология машиностроения представляет собой отрасль науки, ко
торая занимается изучением закономерностей и выявлением связей, 
действующих в процессе изготовления машин, в целях достижения требуемого качества машин с наименьшей себестоимостью. Современное 
представление о технологии машиностроения сформировалось на основе трудов многих отечественных и зарубежных ученых и производственных работников. Значительный вклад в развитие технологии машиностроения был сделан советскими и российскими учеными. Вопросы 
обеспечения качества изделий, управления точностью и создания новых 
технологий рассматриваются в работах Б.C. Балакшина, А.А. Гусева, 
М.Е. Егорова, А.И. Каширина, В.М. Кована, И.А. Когана, А.М. Кузнецова, B.C. Корсакова, А.А. Маталина, Я.М. Радкевича, А.П. Соколовского, Г.И. Солода, А.Г. Суслова, В.А. Тимирязева и др. 

Технический прогресс в машиностроении характеризуется не 

только улучшением конструкций машин, но и совершенствованием 
технологий их производства. Актуальной задачей современного машиностроительного производства является повышение качества выпускаемых машин и в первую очередь их точности. Технологическое 
обеспечение показателей качества машин в процессе их изготовления 
является основной задачей технологов.

В учебном пособии изложены основные принципы разработки тех
нологических процессов изготовления деталей машин, основы теории 
баз, теории размерных цепей, современные методы расчета припусков 
и операционных размеров, а также вопросы достижения точности при 
изготовлении деталей.

1. ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ И ОПРЕДЕЛЕНИЯ

1.1. Производственный и технологический 

процессы в машиностроении

Производство, связанное с изготовлением машин, называется ма
шиностроительным. Главная цель машиностроительного производства – изготовление машин заданного качества в необходимом количестве, в заданные сроки и при наименьших затратах материалов, 
энергии, трудовых и иных ресурсов. 

Технология машиностроения – ключевое звено машиностроения –

решает, как и какими средствами изготовлять высококачественные 
машины с минимальными затратами на основе изучения закономерностей и выявления связей, действующих в процессе изготовления машиностроительных изделий.

Изделие – предмет производства, подлежащий изготовлению на 

предприятии. Изделием в машиностроении могут быть заготовка, деталь, сборочная единица, машина, комплекс и комплекты в зависимости от того, что является конечным продуктом данного производства. 
Например, для станкостроительного завода изделием является металлорежущий станок, для предприятия горного машиностроения –
конусная дробилка или конвейер, для завода поршней – поршень.

Превращение предметов природы в полезное для человека изделие 

происходит в результате выполнения производственного процесса. 
Он включает все этапы, которые проходит исходное сырье по пути его 
превращения в готовое изделие.

Так, для изготовления готовой продукции на машиностроительных 

заводах требуется выполнить комплекс работ, а именно: завезти на завод необходимые материалы, произвести контроль их качества и количества, организовать транспортировку, учет и хранение на складах. 
Затем необходимо изготовить заготовки, обработать их и получить готовые летали. В процессе изготовления детали контролируют и транспортируют как внутри цеха, так и между цехами. Из полученных отдельных деталей собирают изделия, которые затем окрашивают, упаковывают и сдают на склад готовой продукции.

Таким образом, производственный процесс представляет собой со
вокупность всех выполняемых этапов, включающих действия людей 
и применяемых на данном предприятии орудий труда, которые необходимы для изготовления и ремонта выпускаемой продукции.

Для осуществления производственного процесса современный ма
шиностроительный завод имеет основное и вспомогательное производство.

К основному производству относится производство товарной про
дукции. К вспомогательному производству относится производство 
средств, необходимых для обеспечения функционирования основного 
производства. Состав цехов и служб предприятия с указанием связей
между ними представляет производственную структуру машиностроительного производства.

Производственный процесс осуществляется на производственном 

участке, который представляет собой группу рабочих мест, организованных по предметному, технологическому или предметно-технологическому принципу. Совокупность производственных участков образуют цех.

Часть объема цеха, предназначенная для выполнения работы од
ним или группой рабочих, где размещены технологическое оборудование, инструмент, приспособления и стеллажи, называется рабочим 
местом. Таким образом, рабочее место является элементарной единицей структуры предприятия, где размещены исполнители работы, 
обслуживаемое 
технологическое 
оборудование 
и 
предметы 

труда.

Производственный процесс состоит из отдельных частей-этапов, 

при выполнении которых происходит качественное изменение объекта производства. Под качественным изменением объекта производства понимается изменение формы или размеров заготовки при механообработке, изменение физико-механических свойств материала при 
термообработке, изменение качества поверхности при отделке или покраске, а также изменение относительного положения деталей в процессе сборки изделия и др.

Часть производственного процесса, при выполнении которой про
исходит качественное изменение объекта производства, называется 
технологическим процессом.

Примерами технологических процессов являются технологиче
ский процесс изготовления вала или зубчатого колеса; технологический процесс получения заготовки – штамповки или отливки; технологический процесс термообработки – закалки и отпуска заготовки; 
технологический процесс сборки редуктора.

Таким образом, в результате выполнения различных технологиче
ских процессов происходит изменение геометрической формы и размеров заготовки, изменение качества поверхности и внешнего вида 

объекта производства, изменение физико-механических свойств материалов, изменение относительного положения деталей при их соединении в процессе сборки и др.

Производственный процесс
на машиностроительных заводах 

включает ряд технологических процессов, например, литья, ковки, 
штамповки, сварки, механической обработки, термической обработки, сборки и многое другое.

1.2. Структура технологического процесса

Технологический процесс изготовления изделия или отдельной де
тали разделяется на части. Это обусловлено физическими и экономическими факторами. Например, физически невозможно осуществить 
обработку призматической заготовки со всех шести сторон с одной 
установки. В свою очередь, экономически нецелесообразно создавать 
многошпиндельный станок для одновременной обработки группы отверстий в корпусной детали, изготовляемой в единичном производстве в количестве двух-трех штук.

Изготовление деталей в общем случае связано с необходимостью 

обработки различных по геометрии поверхностей – плоских, цилиндрических, резьбовых и прочих, что требует применения различных 
методов обработки и различного оборудования. При этом для достижения требуемой точности детали предварительную – черновую – обработку заготовки следует отделять от чистовой, обработки, что также 
означает деление технологического процесса на части.

Законченная часть технологического процесса, выполняемая на од
ном рабочем месте одним или несколькими рабочими, называется 
технологической операцией.

Технологическая операция охватывает все действия, выполняемые 

рабочими и оборудованием над одним или несколькими совместно обрабатываемыми объектами производства.

Как следует из определения, характерной чертой технологической 

операции является неизменность рабочего места, объекта обработки и 
исполнителей. Например, черновая токарная обработка, выполненная 
сначала на одном конце вала, а после переустановки – на другом, представляет одну операцию. Если черновую токарную обработку одного 
конца вала у всей партии заготовок выполняют на определенном рабочем месте, а потом на том же или другом рабочем месте обрабатывают второй конец вала, то имеют место две операции.

Если чистовая обработка заготовки следует за черновой, и обе ра
боты выполняет на одном и том же рабочем месте один рабочий, то все 
это в целом представляет одну операцию. Если же между черновой и 
чистовой обработкой выполняют термическую обработку – закалку с 
отпуском, то вся работа в целом представляет три операции.

Операция является основным элементом производственного пла
нирования и учета. По количеству необходимых технологических 
операций определяют трудоемкость технологического процесса, требуемое число рабочих, необходимое количество оборудования и инструмента.

При реализации производственного и технологического процессов 

возникает необходимость выполнения сопутствующих работ, которые 
непосредственно не определяют качественное изменение объекта 
производства, например контроль деталей, их транспортирование, 
складирование и т.п. Подобные работы являются вспомогательными 
операциями производственного и технологических процессов.

Таким образом, различные технологические процессы механиче
ской обработки разделяют на операции, которые, в свою очередь, 
включают установы, позиции, переходы, проходы и приемы.

Установ представляет собой часть технологической операции, вы
полняемую при неизменном закреплении обрабатываемых заготовок 
или собираемой сборочной единицы. Операция может выполняться за 
один или несколько установов. Например, вал, закрепленный в трехкулачковом патроне, обтачивают с одного конца, а затем вынимают заготовку из патрона, поворачивают ее на 180°, повторно закрепляют и обтачивают с другого конца. Эта операция выполняется за два 
установа.

Под установом понимают процесс придания заготовке (детали) 

требуемой точности относительного положения при закреплении ее в 
приспособлении, на станке или в собираемом изделии.

Позицией называют каждое отдельное фиксированное положение, 

занимаемое неизменно закрепленной заготовкой или собираемой сборочной единицей совместно с приспособлением относительно инструмента или неподвижной части оборудования для выполнения определенной части операции. Так, при обработке отверстия зубчатого колеса на вертикальном сверлильно-расточном полуавтомате с поворотным столом, заготовка проходит четыре позиции (рис. 1.1). На позиции I происходит установка и съем заготовки, на позиции II выполняется сверление отверстия, на позиции III – зенкерование, а на позиции 
IV выполняют развертывание отверстия.

Аналогично, при обработке заготовки на шестишпиндельном то
карном автомате, закрепленная заготовка в процессе цикла обработки 
проходит шесть позиций. Каждый поворот шпиндельного барабана 
соответствует определенной позиции.

Рис. 1.1. Обработка отверстия зубчатого колеса на вертикальном сверлильно
расточном полуавтомате с поворотным столом за четыре позиции: 

позиция I – установка и съем заготовки; позиция II – сверление отверстия; 

позиция III – зенкерование; позиция IV – развертывание отверстия

Технологический переход – законченная часть технологической 

операции, характеризуемая постоянством применяемого инструмента, режимов резания и поверхностей, образуемых обработкой или 
соединяемых при сборке. При обработке резанием технологический 
переход представляет собой законченную часть технологической операции, выполняемую над одной или несколькими поверхностями заготовки, одним или несколькими одновременно работающими инструментами без изменения или при автоматическом изменении режимов работы станка. Например, на токарно-револьверном станке производят обработку втулки за два установа, выполняя последовательно 
10
технологических 
переходов
(рис. 
1.2): 
подрезку 
торцов

(1, 2, 8), зенкерование отверстия (3, 5, 6), наружное точение (4, 9), развертывание отверстия (7) и цекование фаски (10). Указанная обработка выполняется на одном станке различными инструментами, следовательно, она представляет собой одну операцию, состоящую из 
двух установов и десяти переходов. 

Рис.1.2. Переходы, выполняемые на токарно-револьверном

станке при обработке втулки

Применительно к сборочным операциям технологический переход 

представляет собой законченный процесс присоединения одной детали к другой. Примерами являются установка шпонки на вал, монтаж 
подшипника на вал, завертывание винта или гайки, запрессовка 
втулки и др. На операциях термической обработки технологическими 
переходами являются нагрев заготовки, закалка, очистка окалины, отпуск. Таким образом, формирование переходов осуществляется по 
технологическим принципам, а формирование операций – по организационным.

Технологические переходы при механообработке могут выпол
няться за один или несколько проходов (рабочих ходов). Проход (рабочий ход) является частью технологического перехода, которая представляет собой однократное перемещение инструмента относительно 

заготовки, в результате которого с поверхности или сочетания поверхностей заготовки снимается один слой материала. Например, шлифование валика на круглошлифовальном станке выполняется за несколько проходов. Точение ступенчатого валика из круглого проката 
на токарном станке с числовым программным управлением (ЧПУ) 
также выполняется за несколько проходов (рис. 1.3).

Рис. 1.3. Точение ступеней вала на токарном станке с числовым 

программным управлением за два прохода

В процессе выполнения операций помимо технологических пере
ходов, определяющих непосредственное изменение качественного состояния объекта, выполняют также вспомогательные переходы – установку и закрепление заготовки, перемещение заготовки на заданные 
позиции, включение и выключение станка, подвод и отвод режущего 
инструмента и др.

Вспомогательный переход является частью технологической опе
рации, которая включает законченное действие человека или оборудования, не сопровождающееся изменением формы, размеров или качества поверхностей, но необходимое для выполнения технологического перехода. Так, для осуществления обработки заготовку устанавливают и закрепляют с требуемой точностью в приспособлении или 
на станке. В процессе сборки деталь аналогично устанавливают на 
сборочном стенде или относительно другой базовой детали.

Таким образом, технологические операции состоят из технологи
ческих и вспомогательных переходов, которые, в свою очередь, включают проходы – рабочие и вспомогательные ходы.