Металлорежущие станки с ЧПУ

МЕТАЛЛОРЕЖУЩИЕ 
СТАНКИ С ЧПУ 

УЧЕБНОЕ ПОСОБИЕ

В.Б. МЕЩЕРЯКОВА
В.С. СТАРОДУБОВ

Рекомендовано Учебно-методическим советом СПО 
в качестве учебного пособия для учебных заведений, реализующих 
программу среднего профессионального образования по специальностям 
15.02.07 «Автоматизация технологических процессов и производств», 
15.02.08 «Технология машиностроения»

Москва
ИНФРА-М
2020

ISBN 978-5-16-013968-5 (print)
ISBN 978-5-16-106674-4 (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(075.32)
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 23.10.2019. 
Формат 6090/16. Бумага офсетная. Гарнитура Newton. 
Печать цифровая. Усл. печ. л. 21,0. ППТ50. Заказ № 00000

ТК 682976-1069156-250914

Мещерякова В.Б.
Металлорежущие станки с ЧПУ : учебное пособие / В.Б. Мещерякова, 
В.С. Стародубов.  — Москва : ИНФРА-М, 2020. — 336 с. — (Среднее 
профессиональное образование). — DOI 10.12737/textbook_5a9cf7a4
9f5066.49242272.

ISBN 978-5-16-013968-5 (print)
ISBN 978-5-16-106674-4 (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 средних профессиональных учебных заведений, а также для подготовки на специальных курсах операторов станков с ЧПУ, 
членов ремонтных бригад, технологов-программистов.

УДК 62(075.32)
ББК 65.304.15я73

М56

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 производство), из различных материалов (сталь, чугун, различные цветные сплавы), могут иметь простую или сложную форму, изготавливаются с различной точностью размеров и шероховатостью обрабатываемых поверхностей.

При изготовлении деталей в массовом и крупносерийном произ
водстве должен обеспечиваться выпуск большого количества одинаковых 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-автоматы, 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 изготавливаются данные детали, должны быть широкоуниверсальными и иметь 
высокую мобильность (быструю переналаживаемость на изготовление 
других деталей). Долгое время (до появления станков с ЧПУ) автоматизация управления таких станков была затруднена. Во многих случаях 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 разных 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 центральных 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, фрезерования 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 шпинделя 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 криволиней
ным 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 квалификации.

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 изготавли
ваются детали в машиностроении, приведены в работе. 

1.2. ОСНОВНЫЕ ВИДЫ ОБРАБОТКИ ЗАГОТОВОК И ПРИНЦИПЫ 

ПОСТРОЕНИЯ МЕТАЛЛОРЕЖУЩИХ СТАНКОВ С ЧПУ

Формообразование поверхностей заготовок точением осуще
ствляется 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, ко
торые могут быть токарно-револьверные, токарно-карусельные и др. 
(рис.1.4).

Заготовка на токарно-револьверных станках устанавливается и за
жимается 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 обра
батываемых 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 обра
ботки 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 при
меняются прутки длиной порядка 3 м. 

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

Различные виды обработки отверстий на заготовках осуществля
ются вращающимся режущим инструментом (сверла, зенкеры, зенковки, развертки, расточные головки, метчики и др.), установленным в шпинделе станка (рис. 1.5).

В начальный период разработки станков с ЧПУ выпускались 

сверлильные станки с ЧПУ (например, мод. 2Р135Ф2 и др.). В настоящее время выпускаются в основном сверлильно-фрезерно-расточные станки с ЧПУ, называемые многоцелевыми станками, с горизонтальной и вертикальной компоновкой шпинделя (рис. 1.6). На 
этих станках кроме обработки обычных отверстий может производиться 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 шпиндельная 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 авиационной 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 шлифование является одним из наиболее распространенных методов окончательного формообразования (рис. 1.8).

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

перемещение заготовки 2 относительно шлифовального круга 1 необходимо для обеспечения продольной подачи Dsпр. Для обработки 
поверхности на всю ширину заготовка или круг должны иметь движение поперечной подачи Dsп. Периодически происходит и движение 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

1

2

1

2

а)
б)

4
1
1
2
3
3

в)
г)

Рис. 1.8. Схемы обработки на шлифовальных станках:

а — на плоскошлифовальных станках; б — на внутришлифовальных станках; 

в — на круглошлифовальных станках; г — на бесцентровошлифовальных станках;

1 — шлифовальный круг; 2 — нож; 3 — заготовка; 4 — ведущий круг

При круглом шлифовании (рис. 1.8, в) движение продольной подачи 

обеспечивается возвратно-поступательным перемещением заготовки. 
Вращение заготовки является движением круговой подачи Dsкр.

При бесцентровом шлифовании (рис. 1.8, г) заготовка 3 обрабаты
вается в незакрепленном состоянии. Ее устанавливают на нож 2
между двумя кругами — шлифующим 1 и ведущим 4. Эти круги вращаются в одном направлении, но с разными скоростями. Трение 
между ведущим кругом и заготовкой больше, чем между ней и рабочим кругом. Вследствие этого заготовка увлекается во вращение со 
скоростью, близкой к окружной скорости ведущего круга.

Перед шлифованием ведущий круг устанавливают наклонно под 

углом θ (1–7°) к оси вращения заготовки. Вектор vв.к скорости этого 
круга разлагается на составляющие, и возникает скорость движения 
подачи vsпр. Поэтому заготовка перемещается по ножу вдоль своей 
оси и может быть прошлифована на всю длину. Чем больше 
угол θ,тем больше подача.

На рис. 1.9 показаны кругло- и плоскошлифовальные станки и 

основные движения в них. Круглошлифовальный станок состоит из