Технологическая оснастка. Станочные приспособления

ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ 
ОСНАСТКА

СТАНОЧНЫЕ ПРИСПОСОБЛЕНИЯ

В. В. КЛЕПИКОВ

Москва
ИНФРА-М
2022

УЧЕБНОЕ ПОСОБИЕ

Рекомендовано в качестве учебного пособия 
для студентов высших учебных заведений,
обучающихся по направлению подготовки 
15.03.05 «Конструкторско-технологическое обеспечение 
машиностроительных производств» 
(квалификация (степень) «бакалавр»)

УДК 621(075.8)
ББК 30.605я73
 
К48

Клепиков В. В.
Технологическая оснастка. Станочные приспособления : учебное 
пособие / В. В. Клепиков. — Москва : ИНФРА-М, 2022. — 345 с. + Доп. 
материалы [Электронный ресурс]. — (Высшее образование: Бакалавриат). — www.dx.doi.org / 10.12737 / 24563.

ISBN 978-5-16-012518-3 (print)
ISBN 978-5-16-105675-2 (online)
В данном учебном пособии раскрыты особенности технологической 
оснастки, применяемой при проектировании технологических процессов 
обработки типовых деталей машиностроительного производства. Особенностью книги является то, что каждая ее глава посвящена только тем 
видам оснастки, которые применяются в производстве деталей: валам, 
дискам, некруглым стержням, полым цилиндрам и корпусным деталям, 
что значительно упрощает процесс проектирования технологических процессов их производства.
Содержание учебного пособия соответствует актуальным требованиям 
Федерального государственного образовательного стандарта высшего образования последнего поколения.
Учебное пособие предназначено для студентов высших учебных заведений, обучающихся по направлению подготовки «Конструкторско-технологическое обеспечение машиностроительных производств», может 
быть также полезно инженерам промышленных предприятий.

УДК 621(075.8)
ББК 30.605я73

К48

А в т о р:
Клепиков В. В. — доктор технических наук, профессор

Р е ц е н з е н т ы:
Вороненко В. П. — доктор технических наук, профессор кафедры 
технологии машиностроения ФГБОУ ВО «Московский государственный технический университет “Станкин”»;
Шандров В. П. — кандидат технических наук, профессор, заведующий кафедрой технологии машиностроения ФГБОУ ВО «Московский государственный машиностроительный университет (МАМИ)»

ISBN 978-5-16-012518-3 (print)
ISBN 978-5-16-105675-2 (online)

ФЗ 
№ 436-ФЗ
Издание не подлежит маркировке 
в соответствии с п. 1 ч. 4 ст. 11

© Клепиков В. В., 2017

Материалы, отмеченные знаком 
, доступны 
в электронно-библиотечной системе znanium (www.znanium.com)

Введение

Эффективность технологических процессов производства ма
шиностроительных изделий в значительной степени повышается 
за счет использования достижений науки и техники в области совершенствования технологической оснастки. Широкое применение гибких производственных систем (ГПС), роботизированных 
технологических комплексов (РТК) и другого технологического 
оборудования, управляемого от ЭВМ, внесло существенные коррективы в задачи, поставленные перед разработчиками технологической оснастки.

Применение «жесткой автоматизации» в условиях крупносерий
ного и массового производства и «гибкой автоматизации» в условиях 
единичного и мелкосерийного производства диктует свои условия 
в области развития технологической оснастки, ее соответствующего 
разделения на группы. Однако само разделение производств по типам достаточно условно, а применение автоматизации в условиях 
единичного и мелкосерийного производства, а также «гибкой автоматизации» в условиях крупносерийного производства вносит неопределенность в установившиеся требования к проектированию 
технологических систем и, как следствие, технологической оснастки.

В учебнике изложены общие методы разработки технологиче
ской оснастки для механической обработки типовых деталей (валов, корпусов, рычагов, полых цилиндров и дисков).

Излагаемый в учебнике материал опирается на современные 

методы теории базирования, размерных цепей, управления технологическими процессами и применения ЭВМ. Несмотря на то что 
в каждом разделе учебника приведены конкретные примеры применения технологической оснастки, ее можно считать типовой для 
данного класса деталей.

В связи с широким кругом поставленных перед проектировщи
ками технологической оснастки задач в учебнике рассматриваются 
в основном зажимные приспособления, применяемые при обработке типовых машиностроительных деталей.

В результате изучения дисциплины студенты должны:
знать

 
• роль и значение технологической оснастки в машинострои
тельном производстве, тенденции ее развития, классификации, 
области рационального применения и системы проектирования 
(ПК-9);

уметь

 
• проектировать и рассчитывать технологическую оснастку для 

машиностроительных производств, выбирать рациональный вид 
оснастки для каждого типа производства (ПК-21);
владеть

 
• навыками использования технологической оснастки для произ
водства изделий требуемого качества при наименьших затратах 
общественного труда (ПК-1);

 
• способностью использовать основные закономерности, дей
ствующие в процессе изготовления машиностроительной продукции для производства изделий требуемого качества, заданного количества, при наименьших затратах общественного труда 
(ПК-1);

 
• способностью участвовать в разработке и внедрении опти
мальных технологий изготовления машиностроительных изделий (ПК-21);

 
• способностью принимать участие в разработке средств тех
нологического оснащения машиностроительных производств 
(ПК-9).

Глава 1  

ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ ОСНАСТКА ДЛЯ 

ПРОИЗВОДСТВА ДЕТАЛЕЙ ТИПА «ВАЛЫ»

1.1. ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ

К классу деталей типа тел вращения относятся валы, у кото
рых длина (L) превышает диметр (d) более чем в 3 раза (L / d > 3). 
Жесткими считаются валы, у которых L / d < 12, нежесткими — 
у которых L / d ≥ 12.

По точности основных размеров валы разделяются на группы:

 
• пониженной точности (10—14 квалитет);

 
• нормальной точности (8—9 квалитет);

 
• точные (6 квалитет);

 
• особо точные (4—5 квалитет).

На специальных и специализированных станках валы обычно 

устанавливаются и закрепляются в патронах. На универсальных станках кроме патрона часто используются хомутики (при 
диаметре валов до 150 мм), гладкий или чашечный центр (при 
диаметре валов до 60 мм). При обработке нежестких валов применяются неподвижные и подвижные люнеты, при обработке 
валов с внутренним отверстием — грибковые центры (рифленый 
и гладкий).

При большом внутреннем диаметре отверстия (более 200 мм) 

заготовка устанавливается в трехкулачковый патрон, при этом кулачки патрона размещаются по отверстию «на разжим». Реже используются цельные или разжимные пробки. При обработке крупных валов со стороны заднего центра устанавливается бугель.

Торцевые поводки обычно применяются при диаметре торца 

от 45 до 100 мм (биение торца — не более 0,03—0,04 мм).

Для валов с внутренним отверстием используются зубчатые 

передние центры. При этом задний грибковый центр поджимает 
заготовку к зубчатому центру. Зубцы врезаются в заготовку, что 
обеспечивает ее вращение. Получаемые при этом впадины на торце 
заготовки могут быть заранее подготовлены специальным пуансоном. Однако такое решение является целесообразным, если центры 
и торцы не используются в качестве баз при дальнейшей обработке, 
т.е. отрицательное влияние на торцевую поверхность заготовки 
не скажется на качестве обрабатываемой детали.

В условиях единичного производства нерационально исполь
зование дорогой технологической оснастки даже при обработке 
сложных поверхностей заготовок (эксцентриков, кулачков, шатунных шеек и т.д.).

Если поверхности заготовки располагаются эксцентрично к ос
новным базам, то обычно достаточно сместить заготовку, например, подложив пластину определенной толщины под один из кулачков токарного самоцентрирующего патрона (рис. 1.1, а).

При установке заготовки, например коленчатого вала в центрах, 

можно использовать смещенные центровые отверстия и вести обработку каждой шейки отдельно от своих центров, т.е. как обычного вала (рис. 1.1, б, в). В этом случае можно использовать специальные приспособления (центросместители). Обработку также 
можно вести в четырехкулачковом патроне, установив заготовку 
сначала относительно одной оси, а затем относительно другой 
(рис. 1.1, г). Наиболее простым решением является установка заготовок со смещенным центром на планшайбе токарного станка. 
Смещение центра тяжести заготовки в случае необходимости может быть уравновешено противовесом.

При обработке фасонных и сложноконтурных поверхностей, 

например кулачков на валах (кулачковых валов), используются 
копиры. Роль копиров заключается в направлении режущего инструмента для обеспечения заданной траектории его движения. 

а

б

в

г

Рис. 1.1. Схемы установки и закрепления заготовок с эксцентриковыми 

поверхностями на универсальных токарных станках

Обработка с копиров ведется на токарных, шлифовальных, фрезерных и других станках.

При обработке на фрезерном станке скрепленные заготовка 3 

и копир 1 вращаются с постоянной условной скоростью. Расстояние 
между их общей осью и осью фрезы 2 изменяется в соответствии 
с профилем копира, по которому скользит ролик 4 (рис. 1.2, а).

В целях компенсации изменения диаметра фрезы после пере
точки ролик и копир имеют коническую форму. Перемещение 
ролика позволяет компенсировать изменения диаметра фрезы 
и обеспечивать заданную точность обработки (рис. 1.2, б). Копир 
изготавливают из высокоуглеродистой или легированной стали 
и подвергают закалке до HRC 62 (рис. 1.2, в).

Аналогичная конструкция копира может быть использована 

и при токарной обработке (рис. 1.3).

а

б

в

1

4
2
3

1

3
2
4

Рис. 1.2. Схемы копиров для фрезерования замкнутого профиля:

1 — копир; 2 — фреза; 3 — заготовка; 4 — ролик

1
2
3

4

Рис. 1.3. Схема копиров для токарной обработки сложнопрофильных поверхностей:

1 — копир; 2 — резец; 3 — заготовка; 4 — ролик

При использовании копиров необходимо учитывать изменения 

первоначальных геометрических углов заточки резца (на кинематические), возникающие в процессе резания.

Делительные головки могут использоваться на токарных станках 

для поворота обрабатываемой заготовки вокруг оси при обработке 
пазов, шлицев и других поверхностей. Различают головки для периодического поворота на равные и неравные углы и непрерывного вращения заготовки, согласованного с подачей инструмента 
(стола станка) при нарезании винтовых канавок. Делительные 
головки также можно разделить на универсальные и специальные. Универсальные делительные головки, в свою очередь, разделяют лимбовые и безлимбовые. Они настраиваются на непосредственное, простое и дифференциальное деление.

Непосредственное деление обеспечивается установкой на шпин
деле делительного диска, имеющего определенное количество равномерно расположенных отверстий. Диск поворачивается рукояткой 
и выполняет деление окружности на заданное равное количество 
частей (2, 3, 4, 5, …). Простое деление на n равных частей выполняется при вращении рукоятки относительно неподвижного диска.

Дифференциальное деление применяют, когда нельзя подобрать 

делительный диск с нужным числом отверстий. Если на диске нет 
нужного числа отверстий, то применяют число n, близкое к заданному, а разность между ними компенсируют дополнительным поворотом шпинделя головки (положительным или отрицательным).

Безлимбовые делительные головки не имеют делительных 

дисков, в этом случае рукоятку поворачивают на один оборот 
и фиксируют на неподвижном диске.

Оптические делительные головки поворачивают на требуемый 

угол (отсчета) через окуляр микроскопа (по шкале диска), при этом 
они обеспечивают более точное деление.

Для использования в токарных станках с ЧПУ широкое распро
странение получили различные самоцентрирующиеся быстропереналаживаемые универсальные поводковые патроны. Реже используются 
инерционные патроны. Во фрезерных, сверлильных и расточных 
станках с ЧПУ широко используются стандартные переналаживаемые приспособления: УБП, УНП, СНП, УСП, СРП1, а также универсально-сборочная переналаживаемая оснастка (УСПО). В отличие от УСП в УСПО используются беззазорные способы базирования 

1 
УБП — универсальные безналадочные приспособления; УНП — универсальные наладочные приспособления; СНП — специализированные наладочные приспособления; УСП — универсально-сборные приспособления; 
СРП — сборно-разборные приспособления.

деталей оснастки. Методом агрегатирования создаются различные 
приспособления без пригонки. Зазоры в соединениях выбираются, 
в частности, путем использования разрезных втулок и шариков.

По конструкции гидролиты УСПО близки СРП, только вме
сто Т-образных пазов выполнены сетки резьбовых отверстий или 
V-образных пазов.

При обработке крупных валов на токарных и шлифовальных 

станках применяются гидростатические люнеты, позволяющие повысить точность обработки в 1,5—2 раза.

Сокращение подготовительно-заключительного времени (Тп.з) 

на токарных станках с ЧПУ в условиях мелкосерийного производства является важной задачей, решение которой ведется в трех основных направлениях:

1) ускорения переналадки технологической оснастки на станке;
2) наладки технологической оснастки вне станка;
3) типизации и унификации технологической оснастки.
Подготовительно-заключительное время зависит от партии за
готовок (рис. 1.4). Желательно обеспечить условия, когда производится одновременный запуск в производство не одной, а нескольких партий однотипных деталей. В этом случае снижется время 
на переналадку станка и оснастки, пробную обработку и измерение 
детали и внесение коррекции.

N

Tп.з

0

Рис. 1.4. Зависимость подготовительно-заключительного времени 

(Тп.з) от величины партии заготовок (N) при токарной обработке

Группирование деталеопераций проводится путем сопостав
ления элементов наладки станка и технологической оснастки, требуемой точности и качества обрабатываемых поверхностей деталей 
в различных партиях.

Следует учитывать, что для большинства деталей (до 90% слу
чаев) число инструментов, осуществляющих токарную обработку 
одной детали, и число применяемых инструментов не превышает 
восьми, а зажимных инструментов — двух. Поэтому группирование 
деталей целесообразно проводить по применяемым инструментам.

1.2. УСТАНОВКА ЗАГОТОВОК В ЦЕНТРАХ И ПАТРОНАХ

1.2.1. Установка заготовок в центрах

Обычно при обработке валы устанавливаются во вращающиеся 

поводковые, упорные (с отжимной гайкой с конусностью 1 : 10 или 
1 : 7) центры или упорные полуцентры.

Центр на станке закрепляют с помощью конуса Морзе. Конус 

рабочей части упорного центра, закаленный или твердосплавный, 
обычно имеет угол при вершине 60 или 75°. Полуцентры применяются для удобства обработки торцевой или наружной поверхности 
цилиндрических заготовок. Центры выполняются подвижными 
или неподвижными. Неподвижные центры обычно используются 
при частоте вращения заготовки до 120 мин–1. При большей частоте 
вращения могут использоваться вращающиеся центры.

Для передачи крутящего момента обрабатываемой заготовке 

применяются поводковые центры.

При закреплении заготовки вала на токарном станке вне зависи
мости от установки вала с левого торца правый торец заготовки обычно 
поддерживается жестким или вращающимся центром (рис. 1.5, а—в).

а

б

в

2

1
2

1

Рис. 1.5. Схемы установки заготовки на токарном 

станке с поджимом задним центром:

1 — заготовка; 2 — задний центр