Программирование обработки на оборудовании с ЧПУ. Том 2

Программирование обработки

на оборудовании с ЧПУ

В двух томах 

Под редакцией Г.Б. Евгенева и А.Х. Хараджиева

Том 2

ISBN 978-5-7038-4908-8 (т. 2)
ISBN 978-5-7038-4906-4

© Оформление. Издательство  
 
МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2018

 
 
Программирование обработки на оборудовании с ЧПУ : учебник : в 2 т. / 

[Г. Б. Евгенев и др.] ; под ред. Г. Б. Евгенева и А. Х. Хараджиева. — Москва : 
Издательство МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2018. 

ISBN 978-5-7038-4906-4 
Т. 2. — 356, [4] с. : ил. 
ISBN 978-5-7038-4908-8 

Изложены теоретические основы и практические методы программирова-
ния обработки на станках и роботах с ЧПУ в соответствии с профессиональной  
деятельностью бакалавров и инженеров по направлению обучения «Автоматизация 
технологических процессов и производств». 
Приведены модель жизненного цикла изделий машиностроения, а также ком-
пьютерные модели изделий и технологических процессов машиностроения. Дано 
описание основных характеристик оборудования с ЧПУ, оснастки, систем ЧПУ и 
автоматизированного программирования.
Описаны физические принципы и методы программирования резки, наплав-
ки, токарной, фрезерной, сверлильно-расточной и токарно-фрезерной обработок. 
Дано описание теории и практики программирования многокоординатной обра-
ботки и промышленных роботов, а также контрольно-измерительных машин.
Содержание учебника соответствует курсу лекций, читаемых в МГТУ 

им. Н.Э. Баумана.

УДК 681.5
ББК 34.5-5 

П78

УДК 681.5
ББК 34.5-5
 
П78 

Авторы:
Г.Б. Евгенев, А.Х. Хараджиев, А.В. Грошев, С.А. Мальков,  
В.А. Бурков, Н.В. Сергеев, Н.А. Романов

Рекомендовано Редакционно-издательским советом  
МГТУ им. Н.Э. Баумана в качестве учебника 

Рецензенты: 
Кафедра «Робототехники и мехатроники ФГБОУ ВПО МГТУ «СТАНКИН»
(заведующий кафедрой д-р техн. наук, профессор Ю.В. Подураев);
канд. техн. наук, доцент ФГБОУ ВПО МГТУ им. Н.Э. Баумана 
В.Б. Пясецкий 

ОГЛАВЛЕНИЕ

Список сокращений ....................................................................................... 
5

7. ПРОГРАММИРОВАНИЕ ТОКАРНОЙ ОБРАБОТКИ  .......................... 6

7.1.  Процессы токарной обработки  .................................................... 6
7.2.  Циклы токарной обработки  .......................................................... 22
7.3.  Программирование токарных операций  ...................................... 36
7.4.  Настройка токарных операций  .................................................... 59

Вопросы для самопроверки  ......................................................................... 72

8. ПРОГРАММИРОВАНИЕ ФРЕЗЕРНОЙ 
И СВЕРЛИЛЬНО-РАСТОЧНОЙ ОБРАБОТКИ  ......................................... 74

8.1.  Процессы фрезерной и сверлильно-расточной обработки  ........ 74
8.2.  Программирование фрезерной и сверлильно-расточной 

операций  ........................................................................................ 111

8.3.  Настройка переходов фрезерной и сверлильно-расточной 

обработки  ....................................................................................... 164

Вопросы для самопроверки  ......................................................................... 227

9. ПРОГРАММИРОВАНИЕ ТОКАРНО-ФРЕЗЕРНОЙ ОБРАБОТКИ  .... 229

9.1.  Алгоритм программирования и типы токарно-фрезерных 

станков  ........................................................................................... 229

9.2.  Формирование кинематической модели станка .......................... 231
9.3.  Позиционирование детали  ........................................................... 233
9.4.  Точка смены инструмента  ............................................................. 235
9.5.  Позиционирование инструмента  ................................................. 236
9.6.  Обработка с использованием противошпинделя  ........................ 238
9.7.  Многозадачная обработка  ............................................................. 241
9.8.  Пример программирования токарно-фрезерной обработки  ...... 244

Вопросы для самопроверки  ......................................................................... 249

10. ПРОГРАММИРОВАНИЕ МНОГОКООРДИНАТНОЙ 
ОБРАБОТКИ  ................................................................................................. 250

10.1. Процесс пятикоординатной обработки  ....................................... 250
10.2. Виды многокоординатной обработки  .......................................... 256
10.3. Индексная пятикоординатная обработка  .................................... 258
10.4. Четырехкоординатная обработка с применением 
цилиндрической интерполяции  ................................................... 259

10.5. Четырехкоординатная обработка с применением гравировки 
и выборки  ...................................................................................... 260

Оглавление

10.6.  Обработка типа 5D-контур  ......................................................... 260
10.7.  Пятикоординатная обработка вдоль изопараметрических 

линий поверхностей  .................................................................... 262

10.8.  Пятикоординатная обработка контура на поверхности  ........... 264
10.9.  Пятикоординатная обработка боковой поверхностью фрезы  .. 266
10.10. Пятиосевая обработка по поверхностям  .................................... 268
10.11. Ротационная обработка  ............................................................... 273
10.12. Черновая ротационная обработка  .............................................. 280
10.13. Морфинг  ...................................................................................... 282
10.14. Пятикоординатное пиление  ....................................................... 285

Вопросы для самопроверки  ......................................................................... 287

11. ПРОГРАММИРОВАНИЕ ПРОМЫШЛЕННЫХ РОБОТОВ  ............. 288

11.1.  Концептуальная модель робототехнологических 

комплексов  ................................................................................... 288

11.2.  Процессы обработки на робототехнологических 

комплексах  ................................................................................... 295

11.3.  Программирование обработки с использованием роботов  ...... 296

Вопросы для самопроверки  ......................................................................... 306

12. ПРОГРАММИРОВАНИЕ КОНТРОЛЬНО-ИЗМЕРИТЕЛЬНЫХ
МАШИН  ....................................................................................................... 307

12.1.  Технические измерения в машиностроении  .............................. 307
12.2.  Современные методы контроля .................................................. 312
12.3.  Координатно-измерительные системы  ...................................... 315
12.4.  Основной принцип работы координатно-измерительных 

машин  ........................................................................................... 317

12.5.  Применение координатно-измерительных машин 

с возможностью механического сканирования  ......................... 321

12.6.  Стационарные и мобильные координатно-измерительные 

машины  ........................................................................................ 323

12.7.  Программное обеспечение и обработка данных  ....................... 324
12.8.  Методы и оборудование для бесконтактного сканирования  ... 326
12.9.  Применение 3D-сканирования при контроле отклонений 

в производстве  ............................................................................. 327

12.10. Лазерно-оптические системы  ..................................................... 331
12.11. Голографические системы  ........................................................... 332
12.12. Фотограмметрические системы  .................................................. 334
12.13. Ультразвуковые системы контроля и измерений  ...................... 337

Вопросы для самопроверки  ......................................................................... 338
Литература  ..................................................................................................... 339
Приложение. Задачи для самостоятельного решения  ................................. 340
Предметный указатель  ................................................................................... 353

СПИСОК СОКРАЩЕНИЙ

ВСО 
— высокоскоростная обработка
КНБ 
— кубический нитрид бора
ПКА 
— поликристаллический алмаз
ПР 
— промышленный робот
СПИД 
— станок—приспособление—инструмент—деталь 
РТК 
— роботизированный технический комплекс
САПР 
— система автоматизированного проектирования
СОЖ 
— смазочно-охлаждающая жидкость 
СИ 
— средства измерений 
ТП 
— технологический процесс
ТПП 
— технологическая подготовка производства
ЛСК 
— локальная система координат
КИМ 
— координатно-измерительная машина
УП 
— управляющая программа
ЧПУ 
— числовое программное управление
CAD 
— Computer Aided Design 
CAM 
— Computer Aided Manufacturing
CLDATA — Cutter Location DATA
IDEF 
— Integrated DEFinition
IDEF3 
— Integrated DEFinition for Process Description Capture Method 
ISO  
— International Standard Organization

7. ПРОГРАММИРОВАНИЕ ТОКАРНОЙ ОБРАБОТКИ 

7.1. Процессы токарной обработки

При механической обработке процесс резания подобен процессу рас-
клинивания, а рабочая часть режущих инструментов — клину (рис. 7.1).
При действии усилия Р на резец его режущая кромка врезается в заго-
товку, а передняя поверхность, непрерывно сжимая лежащий впереди слой 
металла и преодолевая силы сцепления его частиц, отделяет их от основной 
массы в виде стружки. Слой металла, срезаемый при обработке, называется 
припуском.

Рис. 7.1. Схемы работы клина (а) и резца (б):

1 — стружка; 2 — резец; 3 — заготовка; 4 — припуск

Суть процесса токарной обработки заключается в формировании поверх-
ностей вращения инструментом с одной режущей кромкой, при этом, как 
правило, происходит вращение заготовки и перемещение резца (рис. 7.2). 
Конфигурация токарных резцов, применяемых на станках с ЧПУ, не-
посредственно не определяет форму обрабатываемой поверхности. Поэто-
му при формообразовании используется движение не по одной, а по двум 
согласованным осям станка: продольной — вдоль оси вращения обрабаты-

7.1. Процессы токарной обработки

ваемой детали и поперечной — перпендику-
лярной к оси вращения детали. Первая ось 
станка обозначается Z, вторая — X.
В связи со спецификой конфигурации 
обрабатываемых объектов, представляющих 
собой тела вращения, геометрические рас-
четы при программировании токарной об-
работки сводятся к решению задач на пло-
скости в осевом сечении. Осями системы 
координат детали, в которой выполняются 
расчеты, являются ось X, совпадающая с 
осью вращения детали, и ось Y, лежащая, 
как правило, в одной из торцовых плоско-
стей.
На рис. 7.3 представлены типы токарных резцов, используемых для вы-
полнения различных переходов: 1 — резцы проходные отогнутые правые 
с главным углом в плане ϕ = 45° для обработки габаритных ступеней и тор-
цов, снятия фасок; 2 — резцы контурные чистовые (ϕ = 93°…95°) для обра-
ботки наружных ступеней; 3 — резцы контурные (ϕ = 63°) для обработки 
фасонных поверхностей; 4 — резцы резьбовые для наружных резьб с шагом 
2…6 мм; 5 — резцы резьбовые для внутренних резьб с шагом до 2 мм; 6 — 
резцы расточные проходные-подрезные (ϕ = 95°) для обработки ступеней 
отверстий; 7 — резцы расточные проходные (ϕ < 90°) для отверстий диа-
метром от 22 мм; 8 — резцы проходные-подрезные (ϕ = 45°) для обработки 
габаритных торцов и ступеней; 9 — резцы для проточки наружных прямых 
канавок шириной 1…6 мм и глубиной, равной ширине; 10 — резцы контур-
ные (ϕ = 93°) для фасонных наружных поверхностей; 11 — резцы контур-

Рис. 7.2. Схема продольного и 
поперечного точения (обозначе-
ны стрелками) 

Рис. 7.3. Типы резцов, применяемых для обработки на токарных станках с ЧПУ 

7. Программирование токарной обработки

ные чистовые (ϕ = 63°) для фасонных наружных поверхностей; 12 — рез-
цы резьбовые для нарезания наружных резьб с шагом до 2 мм; 13 — резцы 
проходные упорные (ϕ = 93…95°) для наружных ступеней с движением от 
наружного диаметра к оси детали.
При проектировании токарных операций на станках с числовым программным 
управлением (ЧПУ), как и во всех других случаях проектирования, 
необходимо решать две взаимосвязанные задачи: структурного и параметрического 
синтеза. Структурный синтез заключается в определении последовательности 
переходов в операции. Он состоит из двух этапов: определение 
последовательности переходов обработки каждого элемента формы детали; 
упорядочение этих переходов для формирования структуры операции.

Таблица 7.1

Квалитеты точности и значения параметра Ra для токарной обработки

Переход
Заготовка
Деталь

ITmin
ITmax
Ramin
Ramax
ITmin
ITmax
Ramin
Ramax

Обработка наружных цилиндрических поверхностей

Точение 
черновое
15
17
80
100
14
14
100
100

Точение 
получистовое
14
15
40
80
12
13
20
80

Точение 
чистовое
12
13
20
40
9
11
2,5
20

Точение 
отделочное
8
9
1,25
5
7
8
0,63
2,5

Обработка внутренних цилиндрических поверхностей

Сверление
15
17
80
100
12
13
20
80

Рассверливание
13
17
20
100
11
12
2,5
20

Растачивание 
черновое
15
17
40
100
13
14
40
100

Растачивание 
получистовое
13
14
40
80
11
12
10
40

Растачивание 
чистовое
11
12
10
40
9
10
2,5
10

Последовательность переходов обработки каждого элемента формы 
детали зависит от состояния заготовки и требований чертежа детали. Эта 
последовательность назначается в соответствии с табл. 7.1. При этом она 

7.1. Процессы токарной обработки

может изменяться в зависимости от качества инструмента. Например, при 
использовании качественных сверл может быть получен 8 квалитет. 
Переходы объединяются в стадии обработки: черновая (14 квалитет), 
получистовая (12…13 квалитеты), чистовая (9…11), отделочная (7…8), доводочная (
5…6).
Для переходов каждой последующей стадии должен быть оставлен припуск, 
значение которого зависит от обрабатываемого размера и его квалите-
та (табл. 7.2). Например, при исполняемом размере до 18 мм включительно 
при необходимости получения точности 12 квалитета под черновую обработку 
необходимо оставить припуск 1,9 мм на сторону. Это компонент параметрического 
синтеза, в который входят также режимы обработки. 

Таблица 7.2

Припуски для токарной обработки 

Исполняемый  
размер, мм

Токарная обработка

черновая
получистовая
чистовая
отделочная

(0,18] 

[5,6] 
3,55
3,15
0,75
0,35

[7,8] 
3,2
2,8
0,4
0

[9,11] 
2,8
1,0
0
0

[12,13] 
1,9
0
0
0

(18,30] 

[5,6] 
3,95
1,95
0,75
0,35

[7,8] 
3,6
1,6
0,4
0

[9,11] 
3,2
1,2
0
0

[12,13] 
2,0
0
0
0

(30,50] 

[5,6] 
5,1
2,5
1,1
0,5

[7,8] 
4,6
2,0
0,6
0

[9,11] 
4,0
1,4
0
0

[12,13] 
2,6
0
0
0

(50,80] 

[5,6] 
5,75
2,75
1,15
0,55

[7,8] 
5,2
2,2
0,6
0

[9,11] 
4,6
1,6
0
0

[12,13] 
3,0
0
0
0

7. Программирование токарной обработки

Исполняемый  
размер, мм

Токарная обработка

черновая
получистовая
чистовая
отделочная

(80,120] 

[5,6] 
6,35
2,95
1,15
0,55

[7,8] 
5,8
2,4
0,6
0

[9,11] 
5,2
1,8
0
0

[12,13] 
3,4
0
0
0

Примечание. Круглые скобки — исполняемый размер не входит в приведенный диапазон 
значений, квадратные — входят.

Основные параметры режимов резания при токарной обработке 
(рис. 7.4) приведены ниже. 
Частота вращения шпинделя n (об/мин). 
Скорость резания vc (м/мин) — скорость, с которой режущая кромка 
движется по поверхности заготовки.

Рис. 7.4. Параметры режимов резания

На современных станках с ЧПУ для сохранения постоянной скорости 
резания предусмотрена возможность соответственного изменения частоты 
вращения шпинделя. Но при обработке очень маленьких диаметров и при 
максимальном приближении к оси заготовки это компенсация будет неосуществима, 
так как диапазон скоростей станка ограничен. В том случае, 
если заготовка имеет перепады диаметров, конусную или криволинейную 
поверхность, скорость резания необходимо назначать с учетом этих изменений.

Подача fn (мм/об) — линейное перемещение инструмента за один оборот 
детали. 
Подача оказывает большое влияние на качество обработанной поверхности, 
а также на процесс стружкообразования. Она определяет не только 
толщину стружки, но и ее форму в соответствии с геометрией пластины.

Окончание табл. 7.2

7.1. Процессы токарной обработки

Глубина резания ap (мм) — половина разности обрабатываемого и обработанного 
диаметров. 
Глубина резания всегда измеряется в направлении, перпендикулярном 
направлению подачи инструмента.
Главный угол в плане kr — угол, под которым режущая кромка подходит 
к детали. 
Он измеряется между проекцией главной режущей кромки на основную 
плоскость и направлением подачи и является важной величиной, определяющей 
выбор токарного инструмента. Оказывает влияние на формообразование 
стружки, направление сил резания, длину контакта режущей кромки 
с деталью и возможности инструмента выполнять те или иные виды обработки. 

При обработке металла резанием необходимо не только получить деталь 
определенной формы, размера и требуемого качества обработанной поверхности, 
но и обеспечить образование короткой, легко транспортируемой 
стружки. 
Это особенно важно при высоких режимах обработки на современных 
станках с ЧПУ, когда в единицу времени образуется большой объем стружки 
и необходимо обеспечить безостановочную работу оборудования, безопасность 
оператора и не допустить повреждения обрабатываемой детали. На 
рис. 7.5 представлена форма стружки, получаемой при чистовой (рис. 7.5, а) 
и черновой (рис. 7.5, б ) обработке.

Рис. 7.5. Форма стружки при чистовой (а) и черновой (б) обработке

Форма стружки зависит от глубины резания, главного угла в плане, подачи, 
обрабатываемого материала, геометрии инструмента и радиуса при 
вершине пластины (рис. 7.6). 
Способ стружколомания частично зависит от геометрии пластины и инструмента 
и от режимов резания. Любой из видов стружколомания может 
приводить к нежелательным последствиям, но их можно избежать, выбрав 
соответствующие геометрию и параметры режима обработки. 
Рабочая область режущего инструмента (рис. 7.7, а) определяется сочетанием 
подачи fn и глубины резания ap, обеспечивающим удовлетворитель-
ное стружколомание (рис. 7.7, б, I).
Вследствие множества ограничений при расточке для стабильности процесса 
резания операции растачивания требуют тщательного подхода и де-

7. Программирование токарной обработки

тальной проработки. Правильный выбор расточной оправки, ее соответствующее 
закрепление и использование могут уменьшить риск возникновения 
вибраций и нежелательных отклонений инструмента и, как следствие, обеспечить 
хорошее качество обработанного отверстия. 
В процессе обработки тангенциальная Ft и радиальная Fr составляющие 
силы резания стремятся отжать инструмент от заготовки (рис. 7.8). В результате 
действия тангенциальной составляющей силы резания инструмент 
смещается ниже линии центров, тем самым уменьшая задний угол. Это особенно 
важно при обработке отверстий небольшого диаметра, когда пластина 
должна иметь значительный задний угол, чтобы исключить контакт с поверхностью 
обработанного отверстия. Отклонение под действием радиальной 
силы означает уменьшение глубины резания и толщины стружки, что 
может привести к вибрации. 

Рис. 7.7. Рабочая область режущего инструмента (а) и форма стружки, образующаяся 
в ней (б)

Рис. 7.6. Формирование стружки: 

а — сливной; б — с ломкой об инструмент; в — с ломкой о деталь