Расчет и проектирование технологической оснастки в машиностроении

РАСЧЕТ

И ПРОЕКТИРОВАНИЕ 
ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЙ 

ОСНАСТКИ

В МАШИНОСТРОЕНИИ

Допущено 

Учебно-методическим объединением по образованию 

в области технологии и проектирования текстильных изделий

в качестве учебного пособия для бакалавров и магистров высших

учебных заведений по направлению подготовки

«Технологические машины и оборудование» 

(профиль «Машины и аппараты текстильной 

и легкой промышленоости»)

Москва
ИНФРА-М

2018

УЧЕБНОЕ ПОСОБИЕ

И.С. ИВАНОВ

УДК 621.01(075.8)
ББК 34.4я73
 
И21

Иванов И.С.

Расчет и проектирование технологической оснастки в маши
ностроении : учеб. пособие / И.С. Иванов. — М. : ИНФРА-М, 
2018. — 198 с. — (Высшее образование: Бакалавриат). — www.
dx.doi.org/10.12737/5688.

ISBN 978-5-16-006705-6 (print)
ISBN 978-5-16-102353-2 (online)

В учебном пособии изложены основные сведения о проектировании 

технологической оснастки для обработки деталей машин.  

Рассмотрены вопросы  классификации приспособлений механообра
батывающего производства, конструкции установочных элементов, зажимных и установочно-зажимных механизмов приспособлений и их расчет, а также конструкции силовых приводов и элементов для определения 
положения направления инструментов.

Приведена методика проектирования специальных приспособлений с 

различными примерами их разработки для операций механической обработки.

Рассмотрены вопросы нормализации и стандартизации приспособле
ний. Приведены примеры проектирования универсально-наладочных 
приспособлений и приспособлений для групповой обработки.

Для студентов высших учебных заведений, обучающихся по машино
строительным специальностям. Книга может быть полезна технологам и 
конструкторам машиностроительных  предприятий.

УДК 621.01(075.8)

ББК 34.4я73

И21

© Иванов И.С., 2015

Р е ц е н з е н т
А.К. Прокопенко, д-р техн. наук, проф., Московский государственный 
университет дизайна и технологии

ISBN 978-5-16-006705-6 (print)
ISBN 978-5-16-102353-2 (online)

ФЗ 

№ 436-ФЗ

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

Предисловие

На современном этапе жизни общества исключительное значение 

необходимо придавать развитию отечественного машиностроения, 
подготовке высококвалифицированных инженерно-технических 
кадров для этой отрасли промышленности. Ведущую роль в машиностроении играет станкостроение, средства производства — технологическое оборудование, приспособления и инструменты для машиностроительных предприятий.

Приспособлениями в машиностроении называют вспомогательные 

устройства, используемые при механической обработке, ремонте, 
сборке, контроле и испытании изделий. Приспособления, рабочие 
и контрольные инструменты, вместе взятые, называют технологической оснасткой, причем приспособления являются наиболее сложной 
и трудоемкой ее частью. Затраты на технологическую оснастку составляют до 20% себестоимости изделия. 

Современные механосборочные цехи располагают большим пар
ком приспособлений, в крупносерийном и массовом производстве 
на каждую деталь приходится в среднем десять приспособлений. 
Наиболее значительную их долю (89…90% общего парка приспособлений) составляют станочные приспособления, применяемые для 
установки и закрепления обрабатываемых заготовок. Сложность построения технологических процессов в машиностроении обусловливает большое разнообразие конструкций приспособлений и высокий 
уровень предъявляемых к ним требований. Недостаточно продуманные технологические и конструкторские решения при создании приспособлений приводят к увеличению сроков подготовки производства и снижению его эффективности.

Использование приспособлений способствует повышению про
изводительности и точности обработки, сборки и контроля; облегчению условий труда; сокращению количества и снижению необходимой квалификации рабочих; строгой регламентации длительности 
выполняемых операций; расширению технологических возможностей оборудования; повышению безопасности работы и снижению 
аварийности.

Широкое распространение в машиностроении получила оснаст
ка многократного использования. При внедрении переналаживаемых станочных приспособлений в 2…3 раза уменьшается трудоемкость проектирования и в 3…4 раза — цикл изготовления станочных 
приспособлений. Технологическая оснастка многократного использования применяется в различных типах производства, а также соответствует требованиям, обусловленным применением станков с 
ЧПУ. 

Для успешного решения вопросов модернизации современного 

производства инженерно-технические работники машиностроения 
должны знать теоретические основы создания технологической 
оснастки, уметь анализировать соответствие конструкции приспособлений требованиям производства, обладать соответствующими 
навыками проектирования и расчета различных приспособлений.

В данном учебном пособии большое внимание уделяется основам 

расчета и конструирования приспособлений, подробно изложена 
методика конструирования специальных приспособлений, приведены примеры выполнения расчетов, что позволяет использовать его 
при выполнении курсовых проектов по машиностроительным специальностям, а также при выполнении выпускных квалификационных работ.

1.
общие сведения

Среди задач, решение которых достигается применением при
способлений, можно выделить три основные.

1. Установка заготовок на станках без выверки. Применение при
способлений для установки заготовок ликвидирует дорогостоящую 
и трудоемкую операцию разметки, устраняет выверку обрабатываемой детали на станке, обеспечивает возможность автоматического 
получения точности размеров, а следовательно, повышает точность 
обработки за счет устранения погрешностей, связанных с разметкой 
и выверкой.

2. Повышение производительности труда. Малая трудоемкость 

(высокая производительность) в равной мере зависит как от высокопроизводительного оборудования, так и от высокопроизводительного приспособления. Повысить производительность труда — это значит сократить норму штучного времени на операцию. Норму 
штучно-калькуляционного времени tшт-к определяют по формуле

tшт-к = (to + tв + tтех.об + t орг.об + tпер + tп-з) /n, 

где
to — основное время; tв — вспомогательное время; tтех.об — время технического обсуживания рабочего места; tорг.об — время организационного обсуживания; tпер — время регламентированных перерывов; 
tп-з — подготовительно-заключительное время; n — число деталей в 
партии.

Основное время tо можно сократить несколькими способами: 

1) увеличением числа одновременно работающих инструментов (при 
одновременной работе нескольких инструментов операция из многопереходной превращается в однопереходную и время на обработку 
детали резко сокращается), для этого проектируют многошпиндельные сверлильные и фрезерные головки, многорезцовые державки 
для револьверных станков на несколько инструментов и др; 2) одновременной обработкой нескольких деталей, для этого проектируют 
многоместные приспособления или приспособления для установки 
деталей пакетами; 3) повышением режимов резания. Проектирование приспособлений, повышающих жесткость технологической системы, позволяет повысить режимы резания и применить многоинструментальную обработку.

Вспомогательное время tв можно сократить, уменьшив время на 

установку и закрепление деталей или совместив вспомогательное и 
основное время. При использовании приспособлений рабочий мо

жет не проверять положение деталей при установке. Для сокращения 
времени закрепления детали конструкторы проектируют быстродействующие ручные, механизированные, автоматизированные и многократные зажимные устройства, поворотные приспособления, 
автоматические загрузочные устройства, выталкиватели и др. Проектируя поворотные многопозиционные многоместные или непрерывно действующие приспособления, учитывают, что установка и 
снятие, закрепление и открепление деталей будут выполнять во время работы станка; таким образом, время, затрачиваемое на эти приемы, совмещается с основным временем.

Следовательно, оперативное время tоп = to + tв можно уменьшить, 

применив приспособления, повышающие степень концентрации 
операций механической обработки. Приспособления расширяют 
возможность интенсификации технологических процессов, используя параллельные и параллельно-последовательные схемы обработки поверхностей.

Время технического обслуживания рабочего места tтех.об сокращают, 

используя быстросменные патроны, многорезцовые державки, в которых наладка осуществляется вне станка на специальных приспособлениях, шаблоны для установки инструмента на размер и др.

Время организационного обслуживания tорг.об можно уменьшить при 

создании в приспособлениях окон и лотков для отвода стружки, 
устройств для автоматической очистки от стружки и ее транспортирования и др.

Время регламентированных перерывов tпер сокращается за счет при
менения приспособлений, облегчающих труд рабочих. 

Подготовительно-заключительное время tп-з уменьшается за счет 

тех же мероприятий, что и tтех.об, но, кроме того, за счет создания 
приспособлений, обеспечивающих точную и быструю переналадку 
приспособлений на обработку разных деталей.

Задачей конструктора по обеспечению повышения производи
тельности труда является анализ нормы времени для уменьшения ее 
составляющих.

3. Расширение технологических возможностей оборудования. За
воды серийного производства оснащены в основном универсальными металлорежущими станками. Каждый станок предназначен для 
выполнения какой-то определенной работы с заданной точностью. 
Для таких станков применяют специальные приспособления, расширяющие технологические возможности оборудования. С помощью такого приспособления на станке выполняют работу, для 
осуществления которой необходим станок совершенно иного типа. 
Например, с помощью специальных приспособлений обработку 
шлифованием, протягиванием и фрезерованием можно производить 
на токарном станке, растачивание и долбление — на фрезерном, обработку точных отверстий — на сверлильных станках и др.

Приспособления, расширяющие технологические возможности 

станков, позволяют осуществить: крепление инструментов, редко 
используемых при работе на станке; дополнительные взаимные перемещения инструмента и обрабатываемой детали; крепление инструментов и обрабатываемых деталей на не предназначенных для этой 
цели поверхностях станка; точное направление инструмента.

2.
КлассифиКация ПрисПособлений

Классификацию приспособлений проводят по нескольким при
знакам.

I. По целевому назначению приспособления делят на пять групп.
1. Станочные приспособления — используют для установки и за
крепления обрабатываемых заготовок на станках. В зависимости от 
вида механической обработки различают сверлильные, токарные, 
фрезерные, расточные, шлифовальные и другие станочные приспособления. Они являются самой многочисленной группой и составляют 70…80% общего числа приспособлений.

2. Приспособления для крепления рабочих инструментов — характери
зуются большим числом нормализованных конструкций, что объясняется нормализацией и стандартизацией самих рабочих инструментов.

Приспособления первой и второй групп являются составными 

частями технологической системы.

3. Сборочные приспособления — используют для соединения со
прягаемых деталей и сборочных единиц, крепления базовых деталей 
(сборочных единиц) собираемого изделия, предварительного деформирования собираемых упругих элементов (пружин, рессор и т.д.), 
выполнения сборочных операций, требующих приложения больших 
сил (клепка, вальцовка, напрессовка и т.д.) и др.

4. Контрольные приспособления — применяют для контроля заго
товок, промежуточного и окончательного контроля обрабатываемых 
деталей, а также для проверки собранных элементов и машин.

5. Приспособления для захвата, перемещения и перевертывания об
рабатываемых заготовок.

II. По степени специализации приспособления делят на универ
сальные, специализированные и специальные (рис. 2.1).

Универсальные приспособления (УП) используют для расширения 

технологических возможностей станков или для обслуживания приспособлений. К ним относятся: универсальные, поворотные, делительные столы; головки; универсальные приводы; устройства для 
механизации зажима в приспособлениях и т.п. 

Универсальные безналадочные приспособления (УБП) используют 

для закрепления заготовок широкой номенклатуры и различной конфигурации. К ним относятся: универсальные патроны с неразъемными кулачками; универсальные фрезерные и слесарные тиски.

Универсально-наладочные приспособления (УНП) используют для 

закрепления заготовок различной конфигурации. К ним относятся: 
универсальные патроны со сменными кулачками; универсальные 
тиски со сменными губками; скальчатые кондукторы и т.п.

Универсальные приспособления (УП)

Универсальные

Приспособления станочные

Универсальные безналадочные приспособления (УБП)

Специализированные безналадочные

приспособления (СБП)

Специализированные наладочные

приспособления (СНП)

Специализированные
Специальные

Универсально-сборные приспособления (УСП)

Сборно-разборные приспособления (СРП)

Специальные приспособления (СП)

Универсальные наладочные приспособления (УНП)

рис. 2.1. Классификация станочных приспособлений

Специализированные безналадочные приспособления (СБП) исполь
зуют для закрепления заготовок, близких по конструктивно-технологическим признакам, с одинаковыми базовыми поверхностями, 
требующих одинаковой обработки. При осуществлении одинаковых 
операций необходимо регулировать элементы. К ним относятся приспособления для групповой обработки деталей типа валиков, втулок, 
фланцев, дисков, кронштейнов, корпусных деталей и т.п.

Специализированные наладочные приспособления (СНП) используют 

для закрепления заготовок, близких по конструктивно-технологическим признакам, объединенных общностью базовых поверхностей и характером обработки и требующих для выполнения однотипных операций замены специальной наладки. Приспособления 
СНП аналогичны СБП, но возможности их шире.

Универсально-сборочные приспособления (УСП) используют для за
крепления заготовок широкой номенклатуры при выполнении различных операций. Но для каждой операции собирают специальное 
приспособление из заранее изготовленных стандартных деталей, которое после использования разбирают и многократно применяют в 
последующих компоновках.

Специальные приспособления (СП) используют для выполнения 

определенной операции при обработке конкретной детали, они являются одноцелевыми. При смене объекта производства такие при

способления, как правило, приходится списывать независимо от 
степени их физического износа.

Эти приспособления трудоемки и дороги в изготовлении, и их 

изготовляют в единичном производстве, а применяют главным образом в крупносерийном и массовом производствах.

В любом приспособлении можно выделить отдельные группы де
талей и механизмы, имеющие одинаковое назначение. Их принято 
называть элементами. Под элементом приспособления понимают 
деталь или элемент, выполняющие определенную функцию.

III. По функциональному назначению элементы приспособлений 

делят: на установочные; зажимные; силовые приводы; элементы для 
определения положения и направления инструментов; корпусы; вспомогательные механизмы (делительные, фиксирующие и т.д.); вспомогательные и крепежные детали (рукоятки, сухари, шпонки и т.п.).

К приспособлениям предъявляют ряд требований. Они должны 

обеспечивать необходимую точность; быть удобными, эффективными и безопасными в работе; обеспечивать необходимую жесткость; 
быть простыми и удобными при регулировке и ремонте; обеспечивать требуемое положение детали или инструментов относительно 
рабочих органов.