Оборудование для реализации технологий обработки материалов

Министерство науки и высшего образования Российской Федерации

Федеральное государственное бюджетное

образовательное учреждение высшего образования

«Казанский национальный исследовательский

технологический университет»

Ш. Р. Мухаметзянов, Г. А. Талипова, Р. Р. Сафин

ОБОРУДОВАНИЕ ДЛЯ РЕАЛИЗАЦИИ 

ТЕХНОЛОГИЙ ОБРАБОТКИ 

МАТЕРИАЛОВ

Учебное пособие

Казань

Издательство КНИТУ

2019

УДК 674.05(075)
ББК 37.13я7

М92

Печатается по решению редакционно-издательского совета 

Казанского национального исследовательского технологического университета

Рецензенты:

канд. техн. наук Л. И. Аминов
д-р техн. наук Е. Ю. Разумов

М92

Мухаметзянов Ш. Р.
Оборудование для реализации технологий обработки материалов : 
учебное пособие / Ш. Р. Мухаметзянов, Г. А. Талипова, Р. Р. Сафин;
Минобрнауки России, Казан. нац. исслед. технол. ун-т. – Казань : 
Изд-во КНИТУ, 2019. – 160 с.

ISBN 978-5-7882-2665-1

Рассмотрены оборудование и инструменты, применяемые в технологи
ях классической и художественной обработки металла, древесины, стекла, 
камня и полимеров.

Предназначено для бакалавров факультета энергомашиностроения и 

технологического оборудования направления подготовки 29.03.04 «Технология художественной обработки материалов», изучающих дисциплину «Оборудование для художественной обработки материалов», а также для магистрантов, аспирантов и преподавателей.

Подготовлено на кафедре архитектуры и дизайна изделий из древе
сины.

ISBN 978-5-7882-2665-1
© Мухаметзянов Ш. Р., Талипова Г. А., 

Сафин Р. Р., 2019

© Казанский национальный исследовательский 

технологический университет, 2019

УДК 674.05(075)
ББК 37.13я7

ВВЕДЕНИЕ

Оборудование для реализации технологий обработки материа
лов – учебная дисциплина, предметом изучения которой являются методы классификации и выбора технологического оборудования и инструментов для реализации технологий обработки современных материалов и формирования готовой продукции с учетом художественных 
закономерностей.

Обработка материалов предусматривает придание им необходи
мых размеров, формы, определенных свойств и включает в себя широкий класс процессов: резание, шлифование, давление, прессование, 
термообработка, склеивание, пайка, сварка, оксидирование, сплавление, травление, электролиз, глубинное и поверхностное закаливание, 
обработка взрывом, водоструйная и пескоструйная обработка, обработка токами высокой частоты, растворение, окрашивание и др. 

В учебном пособии приведены подробные сведения о видах и 

типах технологического оборудования, приспособлениях, оснастке и 
инструментах,
применяемых 
при 
изготовлении 
художественно
промышленных изделий. Большое внимание уделено металлообрабатывающим станкам, деревообрабатывающему оборудованию, обработке стекла, оборудованию, применяемому для работы с камнем, а 
также оборудованию для переработки полимеров.

В результате освоения дисциплины «Оборудование для реализации 

технологий обработки материалов» выпускники должны приобрести:

– способность выбирать необходимое оборудование, оснастку и 

инструмент для получения требуемых функциональных и эстетических свойств художественно-промышленных изделий;

– готовность к выбору технологического цикла для создания ху
дожественных изделий из разных материалов.

1. МЕТАЛЛООБРАБАТЫВАЮЩИЕ СТАНКИ

1.1. Классификация по основным признакам

Признаки, по которым проводят классификацию:
− по технологическому назначению; 
− степени универсальности; 
− весу; 
− точности; 
− основному размеру. 
Классификация по технологическому назначению. По техно
логическому назначению станки разбиты на девять групп. Главным 
признаком объединения станков в группы является идентичность выполняемых ими технологических операций, например, токарных сверлильных, фрезерных и т. д. Выделяют следующие группы станков: 

1 – токарные;
2 – сверлильные; 
3 – шлифовальные; 
4 – комбинированные; 
5 – зубо- и резьбообрабатывающие; 
6 – фрезерные; 
7 – строгальные, долбежные и протяжные; 
8 – станки заготовительных производств; 
9 – разные. 
Каждая группа станков делится на девять типов по следующим 

основным признакам: 

– по количеству исполнительных органов одинакового назначе
ния (многошпиндельные и т. д.);

– типу инструмента (зубодолбежные и т. д.);
– компоновке (вертикальношпиндельные, горизонтально-шпин
дельные, одностоечные и т. д.);

– типу обрабатываемых поверхностей (круглошлифовальные, 

плоскошлифовальные и т. д.). Данная классификация используется 
технологом при назначении станка, в зависимости от вида операции и 
некоторых других факторов. 

Классификация по степени универсальности. Все станки по 

степени универсальности делятся на четыре группы: 

– универсальные станки могут выполнять более трех операций, в 

том числе и с применением приспособлений на большой номенклатуре 
деталей большого диапазона размеров;

– станки широкого назначения могут выполнять до трех опера
ций на деталях широкой номенклатуры; 

– специализированные станки предназначены для выполнения 

одной операции на однотипных деталях широкого диапазона размеров;

– специальные станки предназначены для обработки конкретной 

детали или однотипных деталей небольшого диапазона размеров. 

Данная классификация используется технологом при назначении 

станка в зависимости от типа производства. Станки специальные и 
специализированные обычно используются в автоматических линиях. 

Классификация по весу. По весу все станки делятся: 
– на легкие – до 1 тонны;
– средние – до 10 тонн; 
– крупные – до 30 тонн; 
– тяжелые – до 100 тонн; 
– уникальные – свыше 100 тонн. 
Данная классификация используется в основном проектировщи
ками механосборочных цехов для установки в тех или иных пролетах 
грузоподъемных механизмов соответствующей грузоподъемности для 
установки заготовок на станок и снятия их со станка. От веса станка 
зависит также способ его установки в цеху. Станки легкие и средние 
устанавливаются на общем полу цеха, а станки крупные, тяжелые и 
уникальные требуют специальных фундаментов для установки. 

Классификация по точности. По точности все станки делятся 

на станки: 

– нормальной точности – обозначаются буквой Н (обычно не 

обозначаются); 

– повышенной точности – П; 
– высокой точности – В; 
– особо высокой точности – А; 
– особо точные – С (мастер-станки). 
Данная классификация используется технологом при назначении 

станка в зависимости от требуемой точности обработки. Станки классов точности В, А и С должны эксплуатироваться в специальных помещениях (термоконстантные участки или цеха), в которых поддерживается стабильный температурный режим. Причем чем выше точность станка, тем жестче температурный режим в помещении. 

Классификация по основному размеру. Станок каждого типа 

имеет свой основной размер, характеризующий размеры обрабатываемых деталей, инструмента или станка. Для токарных автоматов и токарноревольверных станков таким размером является максимальный 
диаметр прутка, который может быть вставлен в отверстие шпинделя 
станка. Для карусельных, круглошлифовальных и зубофрезерных 
станков таким размером является наибольший диаметр обрабатываемой детали. Для фрезерных станков – размеры стола и т. д. Для станков наиболее распространенных типов разработаны размерные ряды. 
Каждый ряд включает в себя несколько станков подобных по конструкции, компоновке, принципу действия и т. д., которые отличаются 
друг от друга диапазоном размеров обрабатываемых деталей. Например, размерный ряд токарно-винторезных станков образуют станки 
моделей 1И611, 16Б16, 16К20, 1М63, 164, 165, 168 и т. д., которые отличаются максимальными диаметрами обрабатываемых деталей (250; 
320; 400; 630; 800; 1000 мм и т. д.). Конструкция станков из одного 
размерного ряда состоит в основном из унифицированных узлов и 
одинаковых или подобных деталей. Это облегчает проектирование, 
изготовление и эксплуатацию станков. 

Обозначение станков. Для большинства станков, включенных в 

размерные ряды, установлено следующее правило построения обозначения модели станка. Первая цифра обозначает принадлежность станка к технологической группе. Вторая – обозначает принадлежность 
станка к определенному типу. Третья или третья и четвертая цифры 
обозначают типоразмер станка (его основной размер). У некоторых 
типов станков основной размер обозначается формальной цифрой (горизонтально, вертикальнофрезерные и некоторые другие). Буква, стоящая между первой и второй или второй и третьей цифрами, обозначает модернизацию. Модернизация станка сопровождается изменением 
основных технических характеристик. Буква, за исключением букв Н, 
П, В, А, С, М, Ф, стоящая после обозначения основного размера, обозначает модификацию станка. Она сопровождается изменением конструкции отдельных узлов станка без изменения основных характеристик. Буквы Н, П, В, А, С обозначают класс точности. Буква М обозначает наличие у станка магазина инструментов и/или заготовок. Буква 
Ф обозначает наличие системы числового программного управления 
станком. Цифра, стоящая сразу за буквой Ф, обозначает тип системы 
числового программного управления: 1 – система цифровой индика

ции; 2 – позиционная система управления; 3 – контурная система 
управления; 4 – комбинированная система управления.

1.2. Обработка конструкционных материалов

Механическая обработка поверхностей заготовок является одной 

из основных завершающих стадий изготовления деталей машин. Одна 
из актуальных задач машиностроения – дальнейшее развитие, совершенствование и разработка новых технологических методов обработки заготовок, применение новых конструкционных материалов и повышение качества обработки деталей машин. Наряду с обработкой 
резанием применяют методы обработки пластическим деформированием с использованием химической, электрической, световой, лучевой 
и других видов энергии.

1.3. Классификация движений в металлорежущих станках

Обработка металлов резанием – процесс срезания с поверхности 

заготовки слоя металла в виде стружки для получения необходимой 
геометрической формы, точности размеров, взаимного расположения 
и шероховатости поверхностей детали.

Чтобы срезать с заготовки слой металла, необходимо режущему 

инструменту и заготовке сообщать относительные движения. Инструмент и заготовку устанавливают на рабочих органах станков, обеспечивающих движение. 

Движения, которые обеспечивают срезание с заготовки слоя ма
териала или вызывают изменение состояния обработанной поверхности заготовки, называют движениями резания. Главное движение 
определяет скорость деформирования материала и отделения стружки 
(Дг); движение подачи обеспечивает врезание режущей кромки инструмента в материал заготовки (Дs).

Движения могут быть непрерывными или прерывистыми, а по 

характеру – вращательными, поступательными, возвратно-поступательными. Движения подачи: продольное, поперечное, вертикальное, 
круговое, окружное, тангенциальное.

В процессе резания на заготовке различают:
– обрабатываемую поверхность; 
– поверхность резания;
– обработанную поверхность.

Установочные движения – движения, обеспечивающие взаимное 

положение инструмента и заготовки для срезания с нее определенного 
слоя металла.

Вспомогательные движения – транспортирование заготовки, за
крепление заготовки и инструмента, быстрые перемещения рабочих 
органов.

1.4. Режимы резания, шероховатость поверхности

При назначении режимов резания определяют скорости главного 

движения резания и подачи и глубину резания.

Скоростью главного движения называют расстояние, пройден
ное точкой режущей кромки инструмента за единицу времени (м/с).

Для вращательного движения

где
– максимальный диаметр заготовки, мм; n – частота вращения, 

мин −1.

Для возвратно-поступательного движения

где L – расчетная длина хода инструмента; m – число двойных ходов 
инструмента в минуту; k – коэффициент, показывающий соотношение 
скоростей рабочего и вспомогательного хода.

Подача S − путь точки режущей кромки инструмента относи
тельно заготовки в направлении движения подачи за один ход заготовки или инструмента.

В зависимости от технологического метода обработки подачу 

измеряют: мм/об – точение и сверление; мм/дв. ход – строгание и 
шлифование.

Глубина резания t – расстояние между обрабатываемой и обра
ботанной поверхностями заготовки, измеренное перпендикулярно к 
обработанной поверхности (мм).

В общегосударственной единой системе (ЭНИМС) станки раз
деляются на 10 групп и 10 типов. В группы объединены станки, схожие или одинаковые по технологическому методу обработки. Типы 
характеризуют их назначение, степень автоматизации, компоновку.

1.6. Технологические возможности способов резания

1.6.1. Точение

Процесс точения осуществляется на токарных станках при вра
щении обрабатываемой заготовки (главное движение) и перемещении 
резца (движение подачи).

Движение подачи осуществляется:
– параллельно оси вращения заготовки (продольная); 
– перпендикулярно оси вращения заготовки (поперечная); 
– под углом к оси вращения заготовки (наклонная). 
Схемы обработки поверхностей заготовки точением представле
ны на рис. 1.1.

Рис. 1.1. Схемы обработки поверхностей заготовки точением

С помощью точения выполняют следующие операции: обтачи
вание – обработка наружных поверхностей (рис. 1.1а); растачивание –
обработка внутренних поверхностей (рис.1.1б); подрезание – обработка торцевых поверхностей (рис. 1.1в); резка – разрезание заготовки на 
части (рис. 1.1г); резьбонарезание – нарезание резьбы (рис. 1.1д).

По технологическим возможностям точение условно подразде
ляют на черновое, получистовое, чистовое, тонкое.