Металлорежущие станки с ЧПУ

МЕТАЛЛОРЕЖУЩИЕ 

СТАНКИ С ЧПУ 

УЧЕБНОЕ ПОСОБИЕ

В.Б. МЕЩЕРЯКОВА
В.С. СТАРОДУБОВ

Допущено 

Учебно-методическим объединением по университетскому

политехническому образованию в качестве 

учебного пособия для студентов высших учебных заведений, 

обучающихся по направлению подготовки бакалавров
15.03.02 «Технологические машины и оборудование»

(квалификация (степень) «бакалавр»)

Москва

ИНФРА-М

202

М56

ISBN 978-5-16-005081-2 (print)
ISBN 978-5-16-102068-5 (online)

© Мещерякова В.Б.,
 
Стародубов В.С., 2015

Р е ц е н з е н т ы:

П.М. Кузнецов — д-р техн. наук, проф., зав. кафедрой «Автоматизация производства 

и проектирования в машиностроении» Открытого университета им. В.С. Черномырдина;

А.П. Кузнецов — канд. техн. наук, доцент Московского государственного технологического 
университета «Станкин»

УДК 62(075.8)
ББК 65.304.15я73
 
М56

Оригинал-макет подготовлен в НИЦ ИНФРА-М
ООО «Научно-издательский центр ИНФРА-М»

127214, Москва, ул. Полярная, д. 31В, стр. 1

Тел.: (495) 280-15-96, 280-33-86. Факс: (495) 280-36-29

E-mail: books@infra-m.ru        http://www.infra-m.ru

Подписано в печать 20.02.2023. 

Формат 6090/16. Бумага офсетная. Гарнитура Newton. 

Печать цифровая. Усл. печ. л. 21,0. ППТ20. Заказ № 00000

ТК 475650-1998955-250914

Мещерякова В.Б.

Металлорежущие станки с ЧПУ : учебное пособие / В.Б. Мещерякова, 

В.С. Стародубов.  — Москва : ИНФРА-М, 2023. — 336 с. — (Высшее 
образование: Бакалавриат). — DOI 10.12737/5721.

ISBN 978-5-16-005081-2 (print)
ISBN 978-5-16-102068-5 (online)
В учебном пособии рассмотрены различные способы управления металлорежущими 
станками, даны принципы построения и возможности систем 
ЧПУ. Представлены особенности компоновок и конструкций станков с ЧПУ, 
способы расширения их технологических возможностей, повышения производительности, 
точности и надежности.

Рассмотрены задачи, решаемые при подготовке управляющих про грамм, 

особенности технологической подготовки, математических расчетов и контроля 
УП. Даны основы программирования для станков с ЧПУ, способы настройки, 
особенности технологического обслуживания и ремонта.

Предназначено для студентов высших учебных заведений, обучающихся 

по направлениям 15.03.05 «Конструкторско-технологическое обеспечение 
машиностроительных производств» (квалификация «бакалавр») и 15.03.02 
«Технологические машины и оборудование» (квалификация «бакалавр») 
по профилю подготовки «Металлорежущие станки и комплексы», а также для 
подготовки в лицеях, техникумах, на специальных курсах операторов станков 
с ЧПУ, членов ремонтных бригад, технологов-программистов.

УДК 62(075.8)

ББК 65.304.15я73

ФЗ 

№ 436-ФЗ

Издание не подлежит маркировке 
в соответствии с п. 1 ч. 4 ст. 11

Отпечатано в типографии ООО «Научно-издательский центр ИНФРА-М»

127214, Москва, ул. Полярная, д. 31В, стр. 1

Тел.: (495) 280-15-96, 280-33-86. Факс: (495) 280-36-29

РАЗДЕЛ 1

ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ О МЕТАЛЛОРЕЖУЩИХ 
СТАНКАХ С ЧПУ

1.1. ТИПОВЫЕ ДЕТАЛИ, ИЗГОТАВЛИВАЕМЫЕ НА СТАНКАХ 

С ЧИСЛОВЫМ ПРОГРАММНЫМ УПРАВЛЕНИЕМ (ЧПУ)

В машиностроении необходимо изготавливать большое коли-

чество различных деталей, на базе которых создаются механизмы и 
машины. При этом детали изготавливаются в разном количестве 
(массовое, крупносерийное, среднесерийное и мелкосерийное про-
изводство), из различных материалов (сталь, чугун, различные цвет-
ные сплавы), могут иметь простую или сложную форму, изготавли-
ваются с различной точностью размеров и шероховатостью обраба-
тываемых поверхностей.

При изготовлении деталей в массовом и крупносерийном произ-

водстве должен обеспечиваться выпуск большого количества одина-
ковых деталей (сотни тысяч и даже миллионы штук). Это, например, 
шарикоподшипники, болты, винты, шайбы и другие детали. При их 
изготовлении применяют высокопроизводительные полуавтоматы, 
автоматы, автоматические линии, цеха-автоматы и даже заводы-авто-
маты, которые без переналадки должны в течение длительного срока 
изготавливать одинаковые детали с высокой производительностью. 
Однако таких деталей в машиностроении относительно немного (20–
25%). Большая же часть деталей изготавливается в среднесерийном и 
мелкосерийном производстве в небольших количествах (несколько 
сотен или даже несколько десятков штук). При этом разновидность 
этих деталей (размеры, форма, материал, точность обработки) очень 
большая. Поэтому металлорежущие станки, на которых изготавлива-
ются данные детали, должны быть широкоуниверсальными и иметь 
высокую мобильность (быструю переналаживаемость на изготовление 
других деталей). Долгое время (до появления станков с ЧПУ) автома-
тизация управления таких станков была затруднена. Во многих слу-
чаях приходилось жертвовать производительностью этих станков с 
целью получения большей мобильности.

На рис 1.1 приведено примерное распределение в машино-

строении номенклатуры изготавливаемых деталей.

Детали типа тел вращения могут быть длинными, тогда необходимо 

применять при их изготовлении на токарных станках с ЧПУ заднюю 
бабку для поддержания второго конца детали, а иногда еще и люнет 
(специальное приспособление, поддерживающее заготовку в средней 
части, чтобы она не прогибалась во время обработки от сил резания). 
Часто такие детали требуют только токарной обработки (обточки раз-
ных диаметров, точения канавок, фасок, подрезки торцов и др.).

В тех случаях, когда на таких деталях необходимо обрабатывать 

еще шпоночные пазы, сверлить отверстия, фрезеровать поверхности, 
требуется их дополнительная обработка на сверлильном и фрезерном 
станках. 

При обработке коротких деталей (типа валиков, фланцев, штуце-

ров и др.) может также требоваться только токарная обработка, но с 
необходимостью обработки криволинейных поверхностей и цент-
ральных отверстий с одной стороны. В этом случае на токарном 
станке с ЧПУ производится полная обработка, в том числе сверление 
и расточка центральных отверстий невращающимся инструментом, 
установленным в задней бабке или револьверной головке. Здесь 
проблемой является обработка криволинейных поверхностей, когда 
требуется перемещение режущего инструмента одновременно по 
двум координатам (X и Z) по определенной траектории (рис. 1.2, а).

Однако много коротких деталей типа тел вращения требуют 

кроме токарной обработки сверления отверстий не только по центру, 
но и по окружности, сверления поперечных отверстий, фрезерова-
ния шпоночных пазов и шестигранников и др. (рис. 1.2, б). При этом 
требуется обработка с двух сторон (за два установа). В этом случае 
также требуется обработка либо на нескольких станках (токарном, 

Рис. 1.1. Общая структура изготавливаемых деталей 

на металлорежущих станках с ЧПУ

сверлильном, фрезерном), либо необходимо иметь на токарном 
станке с ЧПУ возможность поворота на определенный угол шпин-
деля с заготовкой по координате С и установки в револьверной 
голов ке станка вращающихся инструментов (сверла, фрезы), а для 
обработки с двух сторон на одном станке иметь кроме основного 
шпинделя еще и противошпиндель.

Изготовление фланцевых (плоских) деталей производится на 

сверлильных, фрезерных и координатно-расточных станках с вертикальной 
компоновкой шпинделя с возможностью одновременного 
перемещения стола, салазок и шпиндельной бабки с инструментом 
(координаты X, Y, Z). Обработка заготовки производится в большинстве 
случаев с одной стороны, но большим количеством различных 
режущих инструментов (рис. 1.2, в).

При обработке очень сложных объемных деталей с криволинейным 
профилем требуется управление одновременно по трем координатам, 
а в отдельных случаях — по четырем и даже по пяти координатам; 
тогда дополнительно необходимо применять поворотный 
стол, иногда и два стола, и иметь возможность поворачивать шпиндель (
или шпиндельную бабку) на определенный угол.

а)
б)

в)
г)

Рис. 1.2. Типовые детали, изготавливаемые на токарных станках с ЧПУ (а и б) и 

на многоцелевых станках (в и г) с вертикальной и горизонтальной 

компоновкой шпинделя

До появления станков с ЧПУ изготовление таких деталей было 

очень трудоемким и производилось на разных универсальных 
станках с управлением ими вручную операторами высокой квали-
фикации.

Большой группой изготавливаемых деталей являются корпусные 

детали (рис. 1.2, г). Их особенностью является необходимость обработки 
большого количества отверстий и плоскостей, расположенных 
практически со всех сторон детали. В этом случае чаще всего необходимо 
применять станки с горизонтальной компоновкой шпинделя 
и с поворотным столом, что позволяет обрабатывать деталь с четырех 
сторон. Изготовление таких деталей требует применения большого 
количества различных режущих инструментов и возможности совмещения 
на одном станке и черновой, и чистовой обработки. При 
изготовлении таких деталей на станке с вертикальной компоновкой 
шпинделя применяются два стола: поворотный (на 360°) и наклоняемый (
в пределах до 180°).

Условные обозначения марок материалов, из которых изготавливаются 
детали в машиностроении, приведены в работе. 

1.2. ОСНОВНЫЕ ВИДЫ ОБРАБОТКИ ЗАГОТОВОК И ПРИНЦИПЫ 

ПОСТРОЕНИЯ МЕТАЛЛОРЕЖУЩИХ СТАНКОВ С ЧПУ

Формообразование поверхностей заготовок точением осуществляется 
двумя движениями: вращательным движением заготовки 
(главное движение резания) и поступательным движением резца 
(движение подачи) (рис.1.3).

Данная обработка производится на токарных станках с ЧПУ, которые 
могут быть токарно-револьверные, токарно-карусельные и др. 
(рис.1.4).

Заготовка на токарно-револьверных станках устанавливается и зажимается 
в патроне (или в цанге) на шпинделе 1 станка (рис.1.4, а) 
и получает вращательное движение с заданной частотой, определяемой 
выбранной скоростью резания (в токарно-карусельных станках 
заготовка устанавливается на вращающейся карусели 1). Режущие 
инструменты устанавливаются на суппортах или в револьверной головке 
2 и получают движение подачи параллельно оси вращения заготовки (
продольная подача по координате Z), перпендикулярно оси 
вращения заготовки (поперечная подача по координате X).

Токарные станки по технологическому назначению и типам обрабатываемых 
заготовок подразделяют на центровые, патронные, патронно-
центровые, карусельные, прутковые.

Центровые станки служат для обработки заготовок типа валов с 

прямолинейными и криволинейными контурами. Обрабатываются 
только наружные поверхности заготовок. Для поддержания правого 

1

2

1

2

а)
б)

1

2

1

2

в)
г)

Рис. 1.3. Схемы формообразования поверхностей резанием 

на токарных станках:

а — продольная обработка; б — поперечная обработка;  в — нарезание резьбы; 

г — обточка фасонной поверхности; 1 — инструмент; 2 — заготовка

1

1

2

2

Рис. 1.4. Примеры токарных станков:

а — токарно-револьверный; б — токарно-карусельный

конца изготавливаемого вала и снижения его прогиба на станке применяется 
задняя бабка, а при значительной длине применяется люнет. 

Патронные станки служат для обработки заготовок типа зубчатых 

колес, фланцев, шкивов. Обрабатываются как наружные, так и внутренние 
поверхности.

Токарно-карусельные станки (рис. 1.4, б) предназначены для обработки 
крупных, тяжелых заготовок, у которых отношение длины 
(высоты) заготовки к диаметру составляет 0,3–0,5. Это заготовки 
рабочих колес водяных и газовых турбин, зубчатых колес, маховиков. 
Особенностью станков является наличие круглого стола-карусели 1 
с вертикальной осью вращения.

В прутковых токарных станках с ЧПУ в качестве заготовки применяются 
прутки длиной порядка 3 м. 

Для увеличения количества устанавливаемых режущих инструментов (
не только резцов, но и сверл, фрез, метчиков) и сокращения 
времени смены этих инструментов на токарных станках с ЧПУ уста-
навливают одну, две и иногда три револьверные головки. Такие 
станки получили название токарные многоцелевые станки. На неко-
торых таких станках устанавливается также противошпиндель.

Различные виды обработки отверстий на заготовках осуществля-

ются вращающимся режущим инструментом (сверла, зенкеры, зен-
ковки, развертки, расточные головки, метчики и др.), установ-
ленным в шпинделе станка (рис. 1.5).

В начальный период разработки станков с ЧПУ выпускались 

сверлильные станки с ЧПУ (например, мод. 2Р135Ф2 и др.). В на-
стоящее время выпускаются в основном сверлильно-фрезерно-рас-
точные станки с ЧПУ, называемые многоцелевыми станками, с го-
ризонтальной и вертикальной компоновкой шпинделя (рис. 1.6). На 
этих станках кроме обработки обычных отверстий может произво-
диться расточка точных отверстий и фрезерование поверхностей.

Как указывалось выше, обработка различных отверстий, а также 

фрезерование поверхностей могут производиться и на токарных 
многоцелевых станках с ЧПУ.

Типовые схемы обработки поверхностей заготовок фрезерованием 

показаны на рис. 1.7. 

Режущий инструмент (фреза) устанавливается в шпинделе станка 

и получает вращательное (Dr) движение, а заготовка устанавливается 
на столе станка и получает продольное (Dsпp) и поперечное (Dsп) 
перемещения. Вертикальное (Dsв) перемещение получает шпиндель-
ная бабка или консольный стол.

Фрезерные станки с ЧПУ выпускаются как специализированные 

(в том числе и с револьверной головкой) для обработки деталей в 
инструментальном производстве (типа штампов), деталей в авиаци-
онной промышленности и др.

1

2

1

2

1

2

а)
б)
в)

1

2

1

2

г)
д)

Рис. 1.5. Схемы обработки отверстий:

а — сверлом; б — зенкером; в — цековкой; г — цилиндрической разверткой; 

д— метчиком; 1 — инструмент, 2 — заготовка

4

А

1

1

2

2

3

 
a) 
б)

Рис. 1.6. Примеры многоцелевых станков:

а — с горизонтальной компоновкой шпинделя; б — с вертикальной компоновкой 

шпинделя; 1 — шпиндель;  2 — крестовый стол; 3, 4 — поворотные столы

Обработка поверхностей фрезерованием чаще применяется в 

многоцелевых станках с ЧПУ совместно с обработкой отверстий 
(в том числе и на токарных станках). 

Шлифование является одним из видов обработки резанием, осу-

ществляемым абразивным инструментом — шлифовальным кругом. 
Его применяют для чистовой и отделочной обработки заготовок с 
высокой точностью. Для заготовок из закаленных сталей шлифова-
ние является одним из наиболее распространенных методов оконча-
тельного формообразования (рис. 1.8).

При плоском шлифовании (рис. 1.8, а) возвратно-поступательное 

перемещение заготовки 2 относительно шлифовального круга 1 не-
обходимо для обеспечения продольной подачи Dsпр. Для обработки 
поверхности на всю ширину заготовка или круг должны иметь дви-
жение поперечной подачи Dsп. Периодически происходит и движе-
ние подачи Dsв на глубину резания. 

Движения, осуществляемые при внутреннем шлифовании, пока-

заны на рис. 1.8, б.

На некоторых внутришлифовальных станках с ЧПУ применяется 

револьверная головка с несколькими кругами. 

1

2
1

2

а)
б)

1

2

1

2

в)
г)

Рис. 1.7. Схемы формообразования поверхностей фрезерованием:
а — концевой фрезой; б — цилиндрической фрезой; в — торцевой фрезой; 

г — фасонной концевой фрезой; 1 — инструмент; 2 — заготовка