Конструкции и наладка токарных станков

КОНСТРУКЦИИ 

И НАЛАДКА 

ТОКАРНЫХ СТАНКОВ

Л.И. ВЕРЕИНА
М.М. КРАСНОВ

Рекомендовано 

Учебно-методическим советом СПО 

в качестве учебного пособия для студентов учебных заведений, 

реализующих программу среднего профессионального образования 

по специальностям 15.02.01 «Монтаж и техническая эксплуатация 

промышленного оборудования (по отраслям)», 15.02.05 «Техническая 

эксплуатация оборудования в торговле и общественном питании», 

15.02.08 «Технология машиностроения»  

УЧЕБНОЕ ПОСОБИЕ

Под общей редакцией кандидата технических наук 

Л.И. Вереиной

Москва 
ИНФРА-М 

202

УДК 621.9(075.32)
ББК 34.63я723
 
В31

Вереина Л.И.

В31 
 
Конструкции и наладка токарных станков : учебное пособие / 

Л.И. Вереина, М.М. Краснов ; под общ. ред. Л.И. Вереиной. — 
Москва : ИНФРА-М, 2024. — 480 с. — (Среднее профессиональное 
образование).

ISBN 978-5-16-013960-9 (print)
ISBN 978-5-16-106702-4 (online)
Приведены общие справочные сведения по теории резания, режущему 

инструменту и инструментальным материалам, смазочно-охлаждающим 
технологическим средам. Даны сведения по устройству и кинематике токарных станков как с ручным, так и с числовым программным управлением, а также их узлов. Описаны многоцелевые станки вертикальной 
компоновки для обработки тел вращения. Рассматривается наладка 
на требуемую точность обработки, установка и выверка заготовок сложной формы. Уделено внимание токарной обработке с плазменным нагревом: даны требования к плазменному оборудованию, режимы работы, автоматизация процессов программно-математического обеспечения, примеры 
использования при этом манипуляторов.

Для студентов учреждений среднего профессионального образова
ния, может быть использовано студентами высших учебных заведений, 
обучающихся по направлениям подготовки «Машиностроение» и «Конструкторско-технологическое обеспечение машиностроительных производств», а также быть полезно специалистам машиностроительных предприятий.

УДК 621.9(075.32)

ББК 34.63я723

Р е ц е н з е н т ы:

Н.Н. Анисимов, начальник производства предприятия ООО «Иннова
ционные конструкции»;

Е.Б. Филиппова, кандидат технических наук, доцент кафедры «Инфор
мационные компьютерные технологии» Российского химико-технологического университета имени Д.И. Менделеева

ISBN 978-5-16-013960-9 (print)
ISBN 978-5-16-106702-4 (online)

© Вереина Л.И., Краснов М.М., 

2017

Предисловие

В механических цехах современного машиностроительного завода токарные станки составляют значительную долю станочного 
парка. Чтобы получить деталь нужной формы с требуемыми размерами и качеством поверхности, в механических цехах заготовку 
подвергают на металлорежущих станках обработке резанием, 
удаляя лишние слои металла. На токарных станках обрабатываются 
наружные и внутренние цилиндрические, конические, торцовые 
и фасонные поверхности, нарезается резьба в деталях типа тел вращения; формообразование достигается сочетанием движений заготовки и режущего инструмента (разнообразных резцов, сверл, зенкеров, разверток, метчиков и плашек).
Применение на токарных станках дополнительных специальных 
устройств (для шлифования, фрезерования, сверления радиальных 
отверстий) значительно расширяет технологические возможности 
этого оборудования.
В давние времена человек механизировал изготовление изделий 
из камня и кости с помощью примитивных токарных станков. 
В Европе в начале XVIII в. появились первые станки, изготовленные из металла. Шпиндель такого станка приводился во вращение человеком от ножной педали через ременную передачу.
С развитием техники ручной и ножной привод главного движения был заменен электромашинным, гидравлическим и др. Через 
цеха под потолком проходил длинный вал (трансмиссия), от которого с помощью ременных передач передавалось вращение всем 
станкам, находящимся в цехе. Шпиндель станка имел несколько 
ступеней вращения, так как на нем были закреплены шкивы разных 
диаметров.
Русское станкостроение возникло в начале XVIII в., в эпоху 
Петра I. Токарь Петра I Андрей Нартов (впоследствии ставший 
академиком Российской академии наук) создал ряд металлорежущих станков, в том числе первый в мире токарно-копировальный 
автомат. Солдат Яков Батищев создал 12- и 24-шпиндельные токарные станки для изготовления ружейных стволов. До сих пор 
не изменилась конструкция сферотокарного станка для обработки 
сферических металлических зеркал, которая была сконструирована 
М.В. Ломоносовым. Русские самоучки Лев Собакин, Алексей 
Сурнин и многие другие обогатили технику того времени станками 
новых типов.

Становление нашей станкостроительной отрасли относится 
к 1930-м гг.: вступили в строй Московский станкостроительный 
завод им. С. Орджоникидзе (1932 г.), Московский завод «Станкоконструкция» (1934 г.), Тбилисский станкостроительный завод 
и Саратовский завод тяжелых зуборезных станков (1935 г.), Киевский завод станков-автоматов (1936 г.), Краматорский завод тяжелого станкостроения (1939 г.).
Большим событием того времени было создание в 1933 г. первого экспериментального научно-исследовательского института 
(ЭНИМС). К тем годам относятся и первые выпуски в МВТУ 
им. Н.Э. Баумана инженеров — специалистов в области станкостроения и создание Московского станкоинструментального института.
За последние десятилетия станки претерпели большие изменения, превратились в автономно работающие комплексы, управляемые системами числового программного управления (ЧПУ) 
и электронно-вычислительными машинами (ЭВМ).
Студентам предстоит изучить устройство и автоматизацию современных станков — новые экономические отношения обусловливают высокие требования к квалификации инженеров и техников, так как продукция российских заводов должна быть конкурентоспособной в условиях мирового рынка.
Учебное пособие включает шесть разделов, объединяющих 30 глав. 
Первый раздел «Общие сведения» знакомит с теорией резания, режущими инструментами; в нем даются общие сведения о металлорежущих станках и метрологическом обеспечении станков токарной группы. Во втором разделе изучаются основные типовые 
детали, механизмы и сборочные единицы металлообрабатывающих 
станков. Кинематической настройке станков посвящен третий 
раздел. В четвертом разделе излагаются устройство и кинематика 
токарных станков, в том числе одношпиндельных и многошпиндельных токарных автоматов, станков с ЧПУ, многоцелевых 
станков. Наладка токарных станков описывается в пятом разделе. 
В учебном пособии также рассмотрены особенности устройства токарных станков, работающих в условиях обработки с плазменным 
подогревом (шестой раздел).
Процесс изучения дисциплины направлен на формирование способности:
 
• выбирать основные и вспомогательные материалы для изготовления изделий машиностроения, способы реализации основных технологических процессов (ПК-2);

• анализировать исходные информационные данные для проектирования технологических процессов изготовления машиностроительной продукции, средств технологического оснащения, автоматизации и управления (ПК-5);
 
• участвовать в разработке проектов изделий машиностроения 
с учетом технологических, конструкторских, эксплуатационных, 
эстетических, экономических и управленческих параметров 
(ПК-8);
 
• разрабатывать на основе действующих стандартов техническую 
документацию, в том числе в электронном виде, для регламентного эксплуатационного обслуживания средств и систем машиностроительных производств (ПК-13);
 
• разрабатывать проектную и рабочую техническую документацию машиностроительных производств, оформлять законченные проектно-конструкторские работы (ПК-14);
 
• участвовать в мероприятиях по контролю соответствия разрабатываемых проектов и технической документации действующим 
стандартам, техническим условиям и другим нормативным документам (ПК-15);
 
• участвовать в разработке новых технологий и изделий машиностроения (ПК-19).
Освоив материал учебного пособия, учащийся должен:
знать
 
• основы теории резания металлов, режущий инструмент, применяемый на токарных и многоцелевых станках;
 
• контрольно-измерительные инструменты и приборы, а также 
средства достижения нанометрической точности и методы 
контроля;
 
• кинематическую структуру и компоновку станков;
 
• конструктивные особенности устройства и кинематики токарных прецизионных станков;
 
• принципы построения и функционирования станка в целом 
и отдельных его подсистем;
 
• особенности плазменно-механической обработки на токарных 
станках;
уметь
 
• проводить анализ кинематической структуры станка;
 
• составлять уравнения кинематического баланса цепей станка 
и выводить формулы настройки цепей этого станка;
 
• осуществлять кинематическую настройку станка по заданным 
режимам резания;

владеть навыками
 
• изготавливать сложные по конфигурации детали с большим числом обрабатываемых наружных и внутренних поверхностей;
 
• осуществлять наладку станка;
 
• осуществлять обработку заготовок из труднообрабатываемых 
материалов с применением плазменного подогрева.

Раздел I 
Общие сПРавОчные сведения

Глава 1 
ОснОвы теОРии Резания

1.1. ОснОвные ПОнятия и элементы Резания

Стружка — это слой металла, деформированный и отделенный 
в результате обработки резанием. Различают следующие типы 
стружки: скалывания, сливную и надлома. Стружка скалывания 
(рис. 1.1, а) образуется при обработке вязких металлов с малыми скоростями резания v, при больших толщинах срезаемого слоя и малых 
передних углах лезвия резца. Увеличение вязкости обрабатываемого 
материала, уменьшение толщины срезаемого слоя, увеличение скорости резания и увеличение переднего угла приводят к постепенному переходу стружки скалывания в сливную (рис. 1.1, б); в последнем случае резание происходит с меньшими силами и менее 
шероховатой поверхностью обрабатываемой заготовки. Стружка 
надлома образуется при обработке хрупких материалов (чугуна, 
бронзы); срезаемая стружка легко рассыпается (рис. 1.1, в).

Dr

Dr

Dr

Ds

t

в
а
б

t

Рис. 1.1. Стружка скалывания (а), сливная (б) и надлома (в):

t — глубина резания; Dr — главное движение; Ds — движение подачи

Резание сопровождается выделением теплоты. Более всего нагревается стружка — на это расходуется 75% выделяющейся 
теплоты, до 20% теплоты воспринимает резец, около 4% — обрабатываемая заготовка и около 1% расходуется на нагрев окружающей 
атмосферы. При затуплении резца это распределение резко меняется: в большей степени будут нагреваться резец и заготовка.
Режущий инструмент деформирует не только срезаемый слой, 
но и поверхностный слой обрабатываемой заготовки, который 
в результате этого упрочняется: увеличивается его твердость 
и уменьшается пластичность; происходит наклеп обрабатываемой 
поверхности. Чем мягче и пластичнее обрабатываемый металл, тем 
интенсивнее происходит образование наклепа. Глубина и степень 
упрочнения при наклепе растут с увеличением подачи и глубины 
резания; при затуплении резца глубина наклепа увеличивается 
в 2–3 раза. Применение смазочно-охлаждающей жидкости значительно уменьшает глубину и степень упрочнения поверхностного 
слоя.
При обработке резцом (особенно пластических металлов) на передней поверхности лезвия вблизи режущей кромки образуется  
нарост. Наиболее интенсивно он образуется при скоростях резания 
v = 10…20 м/мин. При малых скоростях резания (v < 5 м/мин) температура в зоне резания недостаточна для образования нароста, 
а при скоростях v > 50 м/мин нарост не успевает привариваться 
к передней поверхности лезвия. В условиях наростообразования 
невозможно получить обработанную поверхность высокого качества, поэтому при повышенных требованиях к качеству обработанной поверхности работать в диапазоне скоростей 7…50 м/мин 
нежелательно.
Снятие стружки на станках осуществляется сочетанием главного 
движения и движения подачи.
Главное движение резания Dr (см. рис. 1.1) обеспечивает отделение стружки с заготовки с наибольшей скоростью в процессе резания.
Движением подачи Ds называется прямолинейное поступательное 
или вращательное движение режущего инструмента или заготовки, 
скорость которого меньше скорости главного движения резания. 
Движение подачи позволяет подвести под режущую кромку инструмента новые участки заготовки, в результате чего обеспечивается снятие стружки со всей обрабатываемой поверхности.
Различают скорость резания v (скорость главного движения резания) и скорость движения подачи vs. При лезвийной обработке 

скорость резания задается в метрах в минуту (м/мин), а скорость 
подачи — в миллиметрах в минуту (мм/мин). Если главное движение является вращательным, то скорость резания равна линейной скорости точек заготовки (или сверла, зенкера, развертки). 
Ее определяют по формуле

1000

dn
v
π
=
,

где d — диаметр заготовки (инструмента), мм; n — частота вращения заготовки (инструмента), мин-1.

При обработке абразивным инструментом скорость резания за
дается в метрах в секунду (м/с), в этом случае скорость резания 
определяют по формуле

ш к

1000 60

.
D
n
v
π
=
⋅
,

где Dш.к — диаметр шлифовального круга, мм; n — частота его вращения, мин-1.

При абразивной обработке (круглом шлифовании) скорость 

круговой подачи (мм/мин) находят по формуле

заг
sv
d
n
= π
,

где dзаг — диаметр заготовки, мм; n — частота вращения заготовки, 
мин-1.

Подачей S называется отношение расстояния, пройденного рас
сматриваемой точкой режущей кромки (или заготовки) вдоль траектории этой точки в движении подачи, к соответствующему числу 
циклов или долей цикла другого движения во время резания.

Под циклом движения понимается полный оборот, двойной ход 

или ход режущего инструмента (заготовки), а под долей цикла — 
например, угловой поворот на один зуб. Под ходом понимают движение в одну сторону при возвратно-поступательном движении. 
Цикл движения и ход характеризуют подача на один зуб Sз, подача 
на оборот So, подача на ход Sx, подача на двойной ход S2x.

У обрабатываемой заготовки различают следующие поверхности: 

обрабатываемую, обработанную и поверхность резания (рис. 1.2). 
Расстояние между обрабатываемой и обработанной поверхностями, 
измеренное перпендикулярно обработанной поверхности, называется глубиной резания t. Глубина резания измеряется в миллиметрах 
(см. рис. 1.1, б).

Обрабатываемая

поверхность

Обработанная
поверхность

Основная
плоскость

Плоскость

резания

Поверхность

резания

Рис. 1.2. Поверхности, обрабатываемые резцом

Площадь срезаемого слоя (рис. 1.3)

о
f
S t
=
,

где Sо — подача на оборот.

So

a

b

t

f

ϕ

Рис. 1.3. Поперечное сечение срезаемого слоя:

t — глубина резания; а — толщина срезаемого слоя; b — ширина срезаемого слоя; 
f — площадь поперечного сечения срезаемого слоя; ϕ — главный угол в плане ре
жущего лезвия; Sо — подача на оборот