Проектирование технологических процессов в камнеобрабатывающем производстве

№ 2566 
МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РФ 
ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ АВТОНОМНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ  
ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ  
«НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ «МИСиС» 
 
Кафедра литейных технологий 
и художественной обработки материалов 
 
 
 
 
Ю.А. Павлов 
 
 
 
 
Проектирование 
технологических процессов 
в камнеобрабатывающем  
производстве 
Учебное пособие 
 
 
Рекомендовано редакционно-издательским 
советом университета 
 
Москва  2015 

УДК 621.7 
 
П12 
Р е ц е н з е н т ы :  
докт. техн. наук, проф. Ю.Ф. Набатников  
(зав. каф. ТМР Горного института НИТУ «МИСиС»);   
канд. техн. наук Ю.И. Сычёв (зав. лаб. ФГУП «ВНИПИИстромсырьё») 
Павлов Ю.А. 
П12  
Проектирование технологических процессов в камнеобрабатывающем производстве : учеб. пособие / Ю.А. Павлов. – 
М. : Изд. Дом МИСиС, 2015. – 203 с. 
ISBN 978-5-87623-926-6 
В учебном пособии рассмотрены научные принципы формирования технологической системы современного гибкого комплексно автоматизированного и компьютеризированного камнеобрабатывающего производства. Систематизированы классификационные признаки и характеристики её объектов 
и функциональных подсистем. Изложены методические основы проектирования технологических процессов обработки природных камней с использованием системного принципа их построения в разных типах производства. 
Приведена методика автоматизированного проектирования индивидуальных 
и типовых технологических процессов. Дано описание специализированных 
программных комплексов САПР-АСТПП для разных видов технологического оборудования камнеобрабатывающих производств. 
Предназначено для студентов дневной и очно-заочной (вечерней) форм 
обучения с разным квалификационным уровнем по образовательному направлению «Технология художественной обработки материалов». 
УДК 621.7 
ISBN 978-5-87623-926-6 
© Ю.А. Павлов, 2015 
 
2 

ОГЛАВЛЕНИЕ 
Введение....................................................................................................5 
Глава 1. Общие принципы построения технологической системы 
камнеобрабатывающего производства...................................................7 
1.1. Структура технологической системы  
камнеобрабатывающего производства и принципы  
её разработки.........................................................................................7 
1.2. Требования к исходным материалам и продукции 
камнеобрабатывающего производства.............................................14 
1.3. Технические условия на товарную продукцию 
камнеобрабатывающих предприятий ...............................................20 
1.4. Классификация и анализ процессов формообразования 
изделий из камней ..............................................................................34 
1.5. Классификации и использование технологического 
оборудования в камнеобрабатывающем производстве ..................44 
1.6. Инструментальное обеспечение камнеобрабатывающего 
производства .......................................................................................52 
1.7. Технологическая оснастка и проектирование её наладки  
на основе теории базирования объектов ..........................................71 
1.8. Размерные цепи наладки камнеобрабатывающего 
оборудования ......................................................................................90 
Контрольные вопросы и задания для самостоятельной работы 
студентов.............................................................................................94 
Глава 2. Общие принципы проектирования технологических 
процессов камнеобрабатывающего производства...............................96 
2.1. Технологические процессы дискретного производства: 
основные понятия и определения .....................................................96 
2.2. Методика технологического проектирования  
дискретного производства...............................................................100 
2.3. Системный принцип построения технологических  
процессов в разных типах камнеобрабатывающего  
производства .....................................................................................105 
2.4. Размерные технологические связи в процессе  
изготовления изделий из природных камней.................................115 
2.5. Методы выбора рациональных технологических  
режимов в камнеобрабатывающем производстве .........................127 
2.6. Нормирование и оценка технологических процессов  
обработки материалов......................................................................135 
 
3 

2.7. Методы оптимизации технологических процессов 
камнеобрабатывающего производства...........................................141 
2.8. Единая система технологической документации  
в дискретных обрабатывающих производствах ............................150 
Контрольные вопросы и задания для самостоятельной  
работы студентов..............................................................................153 
Глава 3. Автоматизированные системы проектирования 
технологических процессов в камнеобрабатывающем  
производстве .........................................................................................156 
3.1. Типовая структура САПР-ТП и методы разработки  
её проектных процедур....................................................................156 
3.2. Информационные базы данных технологической  
системы камнеобрабатывающего производства............................170 
3.3. Проектирование технологических процессов обработки 
материалов с использованием САПР ТП «Компас-Вертикаль» ..178 
3.4. Специализированные программные комплексы  
CAD-CAM  для камнеобрабатывающего производства ...............186 
Контрольные вопросы и задания для самостоятельной  
работы студентов..............................................................................197 
Заключение............................................................................................199 
Список литературы...............................................................................200 
 
 
4 

ВВЕДЕНИЕ 
В соответствии с Федеральным государственным стандартом 
высшего профессионального образования по направлению «Технология художественной обработки материалов» задачами профессиональной производственно-технологической деятельности выпускника являются: разработка технологических процессов обработки выбранных материалов, включая расчёт технологических параметров; 
выбор оборудования, оснастки и специального инструмента для производства готовой продукции.  
Традиционно подготовка специалистов и бакалавров на кафедре 
ТХОМ ориентировалась на камнеобрабатывающие производства 
(специализация и профиль 1). В результате освоения основной образовательной программы выпускники данной специализации и профиля должны обладать профессиональными компетенциями, которые оцениваются следующими их способностями: определять и назначать технологический процесс обработки природных камней с 
указанием технологических параметров для получения готовой продукции; выбирать необходимое оборудование, оснастку и инструмент для получения требуемых функциональных свойств и эстетического качества промышленных изделий; систематизировать и классифицировать природные камни и технологические процессы в зависимости от функционального назначения и художественных особенностей изготавливаемого объекта; использовать компьютерные программы, необходимые в сфере практической деятельности для получения заданного изделия. 
Структура построения и содержание учебного пособия соответствуют этим требованиям. Оно предназначено студентам разных уровней подготовки при изучении следующих дисциплин: «Проектирование технологических процессов и оборудования для художественной обработки камня» – для инженерной специальности 26.10.01; 
«Компьютерное проектирование» – для бакалавриата направления 
26.14.00; «Проектирование технологических процессов обработки 
материалов» и « Системы автоматизированного проектирования» – 
для бакалавриата направления 29.03.04. Учебное пособие также может быть полезно студентам при выполнении технологической части 
выпускной квалификационной работы (дипломного проекта). 
Основной целью первой главы является изложение системных 
принципов формирования технологической среды современного 
 
5 

камнеобрабатывающего производства. Обобщены ранее полученные 
студентами знания по отдельным фрагментам технологической системы, представленной в виде её многомерной структуры, элементы 
которой разрабатываются на основе единого объектно-процессного 
метода. Объектами технологической системы являются исходные 
материалы, продукция камнеобработки, оборудование, инструменты 
и оснастка, которые взаимосвязаны процессами разных уровней. 
Анализируются процессы формообразования изделий из камня и 
размерной наладки системы «станок–оснастка–инструмент–деталь». 
При этом используются методы классификаций объектов, основы 
теории их базирования и расчёта размерных цепей.  
Во второй главе изложены общие принципы проектирования технологических процессов камнеобрабатывающего производства. Рассмотрены конструкторские и технологические размерные связи в 
процессе проектирования и изготовления изделий. Даны рекомендации по выбору технологических режимов обработки природных камней разными способами. Пояснена методика оптимизации технологических процессов с использованием технико-экономических критериев. Представлена единая система технологической документации. 
В третьей главе рассмотрена типовая структура современной автоматизированной системы проектирования технологических процессов и дана характеристика её функциональных подсистем в камнеобрабатывающем производстве. Пояснены методы создания информационных баз и банков данных для технологической системы 
обрабатывающих дискретных производств. Изложена методика проектирования единичных и типовых технологических процессов обработки материалов с использованием универсальной САПР-ТП 
«Компас-Вертикаль». Приведена типовая структура и дана характеристика интегрированной автоматизированной системы технического проектирования и подготовки производства изделий камнеобработки. Показаны примеры специализированных программных комплексов САПР-АСТПП для разных видов камнеобрабатывающего 
оборудования.  
Каждая глава завершается списком контрольных вопросов и заданий для самостоятельной работы студентов.  
Учебное пособие по проектированию технологических процессов 
камнеобработки подготовлено впервые, поэтому автор готов воспринимать любые конструктивные предложения по его улучшению. 
 
6 

ГЛАВА 1. ОБЩИЕ ПРИНЦИПЫ 
ПОСТРОЕНИЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЙ 
СИСТЕМЫ КАМНЕОБРАБАТЫВАЮЩЕГО 
ПРОИЗВОДСТВА 
1.1. Структура технологической системы 
камнеобрабатывающего производства 
и принципы её разработки 
Натуральный (природный) камень – материал, без которого невозможно представить облик большинства современных городов. 
Изделия из него широко используются для строительства и отделки 
зданий и сооружений самого разного назначения. Камнеобработка – 
процесс механического, термического или химического воздействия 
на природный камень с целью придания ему необходимого размера и 
фактуры [6, 8]. Благодаря современной технологии камнеобработки 
можно изготавливать из природного камня готовые изделия для 
строительства и отделки помещений, а также для технических целей. 
Это всевозможные архитектурные детали (карнизы, колонны и др.), 
плиты и профильные детали для облицовочных работ, материалы для 
внутренней отделки помещений, мемориальные изделия, станины 
станков и т.д. Однако, прежде чем начать изготавливать изделия из 
камня, его необходимо добыть и предварительно обработать, чтобы 
получить необходимую исходную продукцию (блоки, стеновые камни, разнородное сырьё для дорожных покрытий) [8, 14]. 
Мировой уровень развития камнеобработки характеризуется ускоренным ростом объёмов добычи блочного камня и производства 
готовой продукции, достигаемым прежде всего за счёт использования прогрессивных технологий, создания и применения эффективного добывающего и обрабатывающего оборудования.  
Технологическая система – совокупность функционально взаимосвязанных средств технологического обеспечения, предназначенных 
для выполнения в условиях производства заданных технологических 
процессов в соответствии с требованиями технической документации на выпускаемую предприятиями продукцию (рис. 1.1). 
Камнеобработка относится к дискретному виду обрабатывающего 
исходный материал производства, связанного со штучным изготовлением изделий при разных объёмах выпуска продукции определённой номенклатуры (лат. nomenclatura – перечень названий или имён). 
 
7 

 
Рис. 1.1. Структура системы технологического обеспечения 
камнеобрабатывающего производства 
В состав системы технологического обеспечения (СТО) любого 
дискретного производства входят следующие элементы: технологические процессы; технологическое оборудование; инструменты; технологическая оснастка; контрольно-измерительные устройства. Эти 
компоненты иерархической структуры СТО могут быть связаны с 
любыми объектами производства или предметами труда – изделиями 
и их комплексами, сборочным единицами, деталями и их комплектами, заготовками и полуфабрикатами (см. рис. 1.1).  
Таким образом, в составе организационно замкнутого на выпуск 
конечной продукции камнеобрабатывающего производства должны 
существовать в общем случае системы технологического обеспечения для заготовительных, обрабатывающих и сборочных (монтажных) производственных единиц (заводов, цехов, участков, линий или 
отдельных рабочих мест). 
Объектами камнеобрабатывающего производства являются различные продукты или предметы производственного труда. 
Изделие – это продукт конечной стадии камнеобрабатывающего 
производства, например, модульная плитка, мозаичное панно, 
скульптура или облицовка камина. Состав сложного изделия может 
быть представлен в виде схемы, приведённой на рис. 1.2.  
 
8 

 
Рис. 1.2. Структурная схема сложного изделия 
Деталь – это изделие, изготовленное из однородного по наименованиюи виду материала, без применения сборочных или монтажных 
операций. 
Заготовкой в дискретном производстве называется изделие, используемое для изготовления детали. Заготовку, поступающую на 
первую операцию обработки, называют исходной заготовкой, например, блок, слэб толщиной 20 мм или толстомерная плита.  
Полуфабрикат – объект производства, который должен пройти еще 
одну или несколько стадий обработки, прежде чем стать готовым изделием, годным для потребления. Продукция (например, слэбы) одного предприятия может служить полуфабрикатом для другого предприятия, выпускающего, например, архитектурно-строительные изделия. 
Сборочная единица – это сложное изделие, составные части которого подлежат жёсткому или подвижному соединению на предприятии-изготовителе, например, посредством операций склеивания, 
механического скрепления или связки цементным раствором. 
Сборочная единица может состоять из отдельных деталей или из 
сборочных единиц более высоких порядков и деталей. Сборочная 
единица первого порядка входит непосредственно в готовое изделие. 
Она может состоять из сборочных единиц более высоких порядков и 
деталей. Сборочная единица второго порядка может включать сборочные единицы третьего порядка и детали и т.д. Сборочная единица 
наивысшего порядка состоит только из отдельных деталей. 
Комплекс – это два и более изделия, не соединённых на предприятии-изготовителе сборочными операциями, но предназначенных для 
выполнения взаимосвязанных эксплуатационных функций (например, комплекс облицовки стен и пола зала станции метро).  
 
9 

Комплект – это два и более изделия, не соединённых сборочными 
операциями на изготавливающем их предприятии и представляющих 
набор изделий, имеющих общее эксплуатационное назначение вспомогательного характера (например, комплект инструментов, комплект запасных частей). 
Технологические процессы (ТП) – это часть производственного 
процесса, содержащая действия по последовательному изменению 
размеров, формы, фактуры, внешнего вида или состояния объекта 
производства. ТП являются основными компонентами системы технологического обеспечения камнеобрабатывающего производства.  
Производственный процесс (ПП) – это совокупность всех действий, осуществляемых для подготовки и организации ресурсов, а также обеспечения и управления ими на всех стадиях переработки сырья, материалов, полуфабрикатов и других объектов или предметов 
труда в готовую продукцию, удовлетворяющую потребностям рынка. Он охватывает: подготовку средств производства и организацию 
обслуживания рабочих мест; получение и хранение материалов и полуфабрикатов; все стадии изготовления деталей; сборку изделий; 
транспортирование материалов, заготовок, деталей и готовых изделий; технический контроль на всех стадиях производства; упаковку 
готовых изделий и другие действия, связанные с изготовлением выпускаемой продукции. Важнейшим элементом производственного 
процесса является техническая подготовка производства, включающая в себя художественное, конструкторское и технологическое проектирование, а также календарное планирование производства. 
Производственная система представляет собой обособившуюся в 
результате общественного разделения труда часть производственного процесса, способную самостоятельно или во взаимодействии с 
другими аналогичными системами удовлетворять конкретные потребности и запросы потенциальных потребителей с помощью производимых этой системой товаров и услуг. Основной тенденцией 
развития камнеобрабатывающего производства стала ориентация на 
гибкие производственные системы. 
Гибкая производственная система (ГПС) – единица или комплекс 
технологического оборудования совместно с системой обеспечения 
их функционирования в автоматическом режиме, обладающие свойствами автоматизированной переналадки на изготовление группы 
изделий в соответствии с технологическими возможностями. Для 
современных ГПС характерно комплексное использование компьютерных средств технической подготовки производства различных 
 
10