Обеспечение точности механической обработки крупногабаритных деталей во время работы с использованием приставных станков

ОБЕСПЕЧЕНИЕ ТОЧНОСТИ 
ОБЕСПЕЧЕНИЕ ТОЧНОСТИ 

МЕХАНИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ 
МЕХАНИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ 

КРУПНОГАБАРИТНЫХ
КРУПНОГАБАРИТНЫХ

ДЕТАЛЕЙ ВО ВРЕМЯ РАБОТЫ
ДЕТАЛЕЙ ВО ВРЕМЯ РАБОТЫ

С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ
С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ

ПРИСТАВНЫХ СТАНКОВ
ПРИСТАВНЫХ СТАНКОВ

Москва
ИНФРА-М
2024

À.À. ÏÎÃÎÍÈÍ
À.À. ÀÔÀÍÀÑÜÅÂ

МОНОГРАФИЯ

УДК 621(075.4)
ББК 34.4
 
П43

Погонин А.А.
Обеспечение точности механической обработки крупногабаритных деталей во время работы с использованием приставных станков : 
монография / А.А. Погонин, А.А. Афанасьев. — Москва : ИНФРА-М, 
2024. — 184 с.  — (Научная мысль). — DOI 10.12737/monography_58eb2
cd941d796.11323994.

ISBN 978-5-16-012968-6 (print)
ISBN 978-5-16-105753-7 (online)

В монографии рассмотрен новый подход к восстановлению точности деталей 
с неопределенным базированием. На основе этого разработаны мобильные технологии восстановления точности крупногабаритных деталей без их демонтажа 
на рабочем месте, что позволяет значительно сократить затраты на ремонт. 
Большое внимание в работе уделено вопросу компоновки и разработки конструкции приставных станочных модулей, позволяющих осуществить мобильные 
технологии. Приведены конструкции станочных модулей. Новая технология рассмотрена применительно к оборудованию цементных заводов (бандажей и роликов цементных печей), но может быть распространена на крупногабаритные 
детали оборудования других производств.
Книга может быть полезна как для студентов, изучающих технологию машиностроения, так и для специалистов цементных заводов. 
Монография публикуется в авторской редакции.

УДК 621(075.4)
ББК 34.4

П43

Р е ц е н з е н т ы:
Гавриленко И.Г., доктор технических наук, профессор Белгородского государственного технологического университета им. В.Г. Шухова; 
Пелипенко Н.А., доктор технических наук, профессор 

ISBN 978-5-16-012968-6 (print)
ISBN 978-5-16-105753-7 (online)
© Погонин А.А., Афанасьев А.А., 2017

Введение

Необходимость дальнейшего развития народного хозяйства 
страны в условиях развивающейся рыночной экономики ставит задачи разработки и внедрения новых прогрессивных технологий, нового технологического оборудования. Интенсификация производства и экономия всех видов ресурсов может быть осуществлена 
на основе повышения производительности действующего оборудования и сокращения времени его простоя. Это может быть достигнуто либо применением более производительного нового оборудования, либо повышением надежности работы существующего оборудования.
Для производства строительных материалов машиностроительные заводы выпускают разнообразные машины и оборудование, 
причем наряду с созданием новых происходит непрерывное совершенствование и изменение существующих конструкций. Для производства строительных материалов в промышленности используются 
агрегаты: вращающиеся печи, шаровые мельницы, сушильные барабаны. При этом процесс производства строительных материалов 
характеризуется значительной энергоемкостью, большим потреблением сырья и высокими стоимостными затратами.
Важнейшим фактором повышения эффективности работы оборудования строительных материалов является его надежность, которая во многом зависит от качества монтажных работ, от своевременного и профилактического и ремонтного обслуживания.
Практика производства показывает, что монтажные работы, профилактическое и ремонтное обслуживание тяжелых машин и крупногабаритных установок являются наиболее трудоемкими ручными 
работами. Поэтому в течение многих лет постоянно наблюдается 
увеличение численности работающего персонала в этих отраслях 
промышленного производства. Одной из главных причин отсутствия 
должного роста производительности труда в этом направлении является слабая оснащенность восстановительных, ремонтных и предмонтажных работ специальным оборудованием в виде малогабаритных, встраиваемых, переносных станок, приспособлений и инструментов.
В соответствии с этим ставится задача разработки новых прогрессивных восстановительных ремонтных технологий и создание необходимого переносного станочного оборудования для выполнения 
восстановительных, ремонтных и предмонтажных работ крупногабаритных деталей опорных узлов вращающихся печей без их демонтажа.

Это позволит значительно сократить продолжительность времени 
ремонтных работ, сократить расходы и повысить долговечность этого 
уникального оборудования.
Реальные потери от простоя в течение суток только одной вращающейся цементной печи, связанные с заменой опорного ролика, составляют более 100 тыс. руб. А стоимость замены одного бандажа вращающейся печи находится в пределах 600–1200 тыс. руб. В настоящее 
время в России эксплуатируется более 300 подобных агрегатов, 
каждый из которых имеет 7–8 бандажей и до 16 опорных роликов. 
Своевременное восстановление точности бандажей и опорных роликов без остановки печи позволяет избежать этих потерь.
Таким образом, повышение эффективности восстановительной 
ремонтной и предмонтажной обработки крупногабаритных деталей 
вращающихся агрегатов — бандажей и опорных роликов возможно 
на основе использования специальных встраиваемых переносных 
станков, в которых в настоящее время испытывает острую потребность промышленность строительных материалов.
Потребность в разработке прогрессивных, восстановительных, 
ремонтных технологий с использованием специальных переносных 
станков испытывают также предприятия тяжелого машиностроения, 
энергетического, атомного, а также предприятия горнодобывающих 
отраслей. Применение таких станков позволяет существенно поднять производительность труда во многих отраслях народного хозяйства, исключив необходимость демонтажа крупногабаритных 
деталей и простои оборудования.
Однако эффективное развитие таких мобильных технологий сдерживается отсутствием технологических основ целенаправленного, 
системного проектирования технологических процессов индивидуальной восстановительной обработки крупногабаритных деталей на 
их рабочем месте, а также отсутствием концепции создания переносных станков.
Совокупность технологических методов по восстановлению геометрической точности и работоспособности крупногабаритных деталей без их демонтажа непосредственно на рабочем месте с использованием переносных станков получила название мобильных или 
восстановительных ремонтных технологий. В отдельной литературе 
эти методы проходят под названием безрамной технологии.
Технологические решения этого нового научного направления 
существенно отличаются от традиционных подходов в решениях 
задач достижения требуемой точности деталей с применением стационарных станков, так как в данном случае стоит задача восстановления требуемой точности крупногабаритных деталей машин на их 
рабочем месте с использованием малогабаритных, переносных, 
встраиваемых станков.

1. ПРОБЛЕМА ВОССТАНОВЛЕНИЯ ТОЧНОСТИ 
КРУПНОГАБАРИТНЫХ ДЕТАЛЕЙ МАШИН  
БЕЗ ИХ ДЕМОНТАЖА.  
ЦЕЛЬ И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ

1.1. СОСТОЯНИЕ ПРОБЛЕМЫ ВОССТАНОВЛЕНИЯ ТОЧНОСТИ 
КРУПНОГАБАРИТНЫХ ДЕТАЛЕЙ МАШИН БЕЗ ИХ ДЕМОНТАЖА 
С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ВСТРАИВАЕМЫХ СТАНКОВ

Традиционные технологические решения по обработке изготавливаемых деталей предусматривают использование стационарных 
станков на заводах-производителях или на ремонтных заводах при 
восстановлении геометрической точности изношенных базовых поверхностей. Однако в тяжелом, энергетическом и горном машиностроении при наличии крупногабаритных изношенных деталей 
и узлов машин возникает проблема восстановления точности крупногабаритных деталей непосредственно на рабочем месте без их демонтажа [31, 37, 113]. Решение этой проблемы возможно на основе 
применения новых мобильных технологий, основанных на использовании переносных встраиваемых станков, которые позволяют выполнять обработку деталей на ее рабочем месте без демонтажа [81, 
88, 89, 106].
Интенсивное развитие техники в последние десятилетия привело 
к созданию машин и агрегатов больших размеров. Обычно для обеспечения точной взаимосвязи таких узлов необходимо осуществлять 
предмонтажную, монтажную и послемонтажную механическую обработку сопрягаемых поверхностей. Для обработки таких изделий 
в стационарных условиях требуются уникальные, большие станки, 
стоимость которых достигает миллионы рублей. При этом трудоемкость выверки и установки таких изделий на станках соответствует 
трудоемкости их выверки и сборки на месте эксплуатации. Поэтому 
управление точностью установки крупногабаритных деталей является актуальной задачей для тяжелого машиностроения [13, 31, 113]. 
При обработке громоздких изделий на стационарных станках возникают упругие деформации, устранить которые можно только применением тяжелых и крайне дорогостоящих приспособлений. Кроме 
того, возникают значительные деформации в самих станках. В работах [12, 55, 65, 125] исследованы закономерности формирования 
погрешностей базирования деталей, приспособлений и спутников 
и даются аналитические зависимости определения влияния состав

ляющих погрешности установки на формирование точности обработки деталей. 
Проведены специальные исследования для решения задач снижения коробления корпусных деталей при механической обработке, 
которые подтвердили, что, несмотря на строгую регламентацию технологического процесса, деформация детали является заметной величиной [11, 56]. Температурные деформации, связанные с обработкой деталей на станках вынуждают тратить иногда сотни часов на 
выравнивание температуры станка, и детали. Поэтому в ряде случаев 
реализация обработки крупногабаритных деталей непосредственно 
на месте их работы без демонтажа является единственным эффективным способом их обработки для восстановления требуемой геометрической точности [7, 8, 82, 100, 102]. В этом случае мы имеем 
дело с новыми мобильными технологиями, которые реализуются 
с помощью встраиваемых переносных станков.
Этим новым технологиям стали уделять все большее внимание 
как в России, так и за рубежом — в Германии, США, Японии, 
Франции, Великобритании и др. Об актуальности мобильных технологий свидетельствуют многие публикации, появившиеся в последние годы, а также материалы проводимых конференций и различные изобретения по этой тематике [84, 138, 142, 143, 145, 147]. 
Однако обобщающих работ по этой важной проблеме ни в нашей 
стране, ни за рубежом не имеется.
В числе важных направлений развития мобильных технологий 
является ремонт и профилактическое обслуживание уникальных тяжелых станков, прессов, молотов, горизонтально-ковочных машин 
и другого тяжелого оборудования, которое можно осуществить с помощью встраиваемых передвижных станочных модулей. Этому также 
уделяется большое внимание за рубежом. В работе [42] показано, что 
специальный переносной станок, используемый при ремонте крупногабаритных деталей, позволяет существенно поднять производительность труда при обслуживании тяжелых станков. Подобный 
станок был создан на Краматорском заводе тяжелого машиностроения для восстановительной обработки направляющих станин 
металлорежущего оборудования.
В Польше создан переносной фрезерный станок для обработки 
шаботов ковочных молотов. Применение аналогичного станка на 
Харьковском заводе транспортного машиностроения позволило заводской бригаде ремонтников из трех человек за 10 дней выполнить 
ремонт шабота ковочного молота весом 120 т при затратах 
150 тыс. руб. Аналогичный ремонт трех шаботов ковочных молотов 
традиционными методами с доставкой по железной дороге секции 
шаботов из Харькова в Краматорск потребовал выполнения большого объема строительно-монтажных и восстановительных работ 

в цехе, а также построения дополнительной железнодорожной ветки 
длиной 100 м. В результате затраты на восстановительные работы, 
в которых участвовало несколько десятков человек, составили более 
7 млн руб.
Большие преимущества и широкие технологические возможности 
использования специального переносного устройства для механической обработки при ремонте прессов показаны в работе [106].
Слабая оснащенность рабочих мест средствами, исключающими 
ручной труд, при выполнении ряда трудоемких операций по обработке крупногабаритных деталей имеет место также на ряде заводов 
энергетического и тяжелого машиностроения. Это означает значительную долю ручного труда в общей трудоемкости изготовления 
изделий в тяжелом, энергетическом и атомном машиностроении. 
Решение этой актуальной проблемы возможно путем оснащения 
рабочих мест соответствующими переносными станками. Проведенные исследования показывают, что доля ручного труда только при 
зачистке поверхностей с помощью ручных шлифовальных машин 
корпуса атомного реактора БН-1600 составляет более 12% от общей 
нормативной трудоемкости его изготовления.
Отсутствие методологии проектирования мобильных ремонтных 
технологий с использованием переносных станков, а также отсутствие технологической концепции создания переносных станков 
является одной из основных причин, ограничивающих возможность 
широкого применения этого перспективного станочного оборудования.
Особенно активно работы по созданию переносных станков ведутся в Германии, где практически ежегодно подаются заявки на патенты подобного оборудования.
Так, например, фирма Franz-Haberle (Германия) разработала переносной кругло-шлифовальный станок с широкими технологическими возможностями [142].
Во Франции создан специальный переносной станок для обработки центровых отверстий на валах большого диаметра. Технологические возможности переносного станка рассмотрены в работе [143]. 
Эффективность станка объясняется тем, что обработка центровых 
отверстий на валах большого диаметра с использованием стационарных станков является малопроизводительной операцией. Это 
связано с большими затратами времени на установку, выверку 
и снятие крупногабаритной детали при сравнительно малых затратах 
времени на последующую механическую обработку.
Аналогично при обработке заготовок типа труб большой длины 
имеет место неблагоприятное соотношение машинного и вспомогательного времени. Для решения этой проблемы в Германии фирмой 
Buker создан переносной станок для обработки труб [l45]. Этот 

станок отличается простотой и легкостью в управлении и высокой 
производительностью.
В свою очередь ряд американских фирм разработали и предлагают 
передвижные токарные станки для решения различных технологических задач [144].
Японская фирма Карацу Тэнносе разработала ряд специальных 
токарных станков, которые в соответствии с решаемыми технологическими задачами могут быть использованы как стационарные, так 
и передвижные [146].
Для выполнения отделочной обработки на отдельных поверхностях ряд зарубежных фирм создали специальные шлифовальные 
станки, обеспечивающие обработку по принципу ленточного шлифования, которые отличаются легкостью и удобством в эксплуатации 
[147].
Использование переносных станков позволяет реализовать 
и другие методы отделки поверхностей, изложенные в работах [58, 
62, 124, 139].
Характерно, что традиционные производители высококачественных стационарных станков, такие зарубежные фирмы, как 
«Cima» (Италия), «Deckel» (Германия), «Fellows» (США), «Pfauter» 
(Германия) и др. успешно выполняют заказы по изготовлению 
нестационарных станков и постоянно ведут исследования и работы 
по созданию новых технологий с использованием переносных 
станков.
В тех случаях, когда технологические задачи по восстановлению 
точности крупногабаритных деталей стараются решать только с позиций традиционных технологий, невозможно обеспечить должную 
экономическую эффективность использования различного технологического оборудования. Это объясняется тем, что традиционные 
технологические решения включают остановку оборудования, демонтаж изношенных деталей, транспортировку деталей на базовый 
завод-изготовитель с целью восстановительной обработки с использованием тяжелого стационарного оборудования. На наш взгляд, 
оптимальное решение имеет место только при рациональном использовании сочетаний традиционных и мобильных технологий 
с использованием переносных станков, что позволяет снизить затраты и существенно поднять производительность производств, в которых используют крупногабаритные машины и агрегаты. Это относится в первую очередь к предприятиям по производству строительных материалов к предприятиям тяжелого и энергетического 
машиностроения.
Не менее важной областью использования переносных станков, 
обеспечивающих реализацию мобильных технологий, является их 
применение для выполнения профилактики и ремонта машин на 

предприятиях горнодобывающего и нефтегазового комплекса, 
а также на предприятиях заготовительного производства.
Реализацию такого подхода можно осуществить путем применения малогабаритных нестационарных станочных модулей на таких 
операциях, как восстановление геометрической точности изношенных базовых поверхностей точением, фрезерованием, шлифованием. Возможна также зачистка и подготовка сварных швов, вырезка закладных деталей, дообработка отверстий, локальная обработка, связанная с устранением наружных и внутренних дефектов, 
и др.
Исследования показывают, что круг задач применения мобильных технологий постоянно расширяется, так как их использование обеспечивает наиболее рациональную по трудозатратам 
сборку, ремонт и обслуживание крупногабаритных агрегатов 
и машин. Использование этих технологий обеспечивает удлинение 
срока службы ответственных деталей без необходимости их демонтажа и замены, что приводит к снижению расходов на запасные 
части и на трудовые затраты [81, 86, 89, 94].
Развитие новых мобильных технологий восстановления геометрической точности крупногабаритных деталей без их демонтажа базируется на фундаментальных положениях основ технологии машиностроения, в разработку которых внесли крупный вклад основоположники технологии И.А. Тиме, А.П. Гавриленко, А.П. Соколовский, 
Б.С. Балакшин, В.М. Кован, В.С. Корсаков.
Разработке способов управления точностью механической обработки и созданию новых технологий и методов обработки посвящены работы отечественных ученых Ю.М. Соломенцева, 
А.М. Кузнецова, А.В. Мухина, В.Г. Митрофанова, О.А. Новикова, 
Л.Г. Одинцова, А.Г. Суслова, В.А. Тимирязева, Б.И. Черпакова и др.
Новые ремонтные технологии по восстановлению точности крупногабаритных деталей невозможны без применения современного, 
эффективного инструмента, обладающего требуемой стойкостью 
и долговечностью. Решению этих задач посвящены работы С.А. Васина, В.А. Гречишникова, В.Я. Кершенбаума, В.А. Землянского и др. 
[23, 39, 42, 43, 52, 54].
Проведение восстановительной ремонтной обработки основывается на получении достоверной информации, характеризующей 
фактические отклонения параметров точности деталей и работоспособность узлов. Задачи метрологической оценки точности с использованием прямых и косвенных методов измерения, включая вибромониторинг, рассмотрены в работах Я.М. Радкевича, М.С. Островского, В.И. Телешевского и др.
Вопросам обработки крупногабаритных деталей машин посвящено ряд работ, выполненных в Белгородском государственном 

технологическом университете им В.Г. Шухова (БГТУ им. В.Г. Шухова) на кафедре «Технология машиностроения» [26, 64, 79, 87, 90, 
91, 122]. В числе первых следует отметить работы Н.А Пелипенко, 
посвященные обработке крупногабаритных цилиндрических деталей, в которых рассматриваются вопросы формообразования поверхностей приставными станками [8, 81].
В ряде случаев обработку деталей, например бандажей, приходится выполнять при базировании их по обрабатываемой поверхности. Поэтому представляют интерес вопросы формообразования 
точности при бесцентровой обработке, которые были исследованы 
в работах И.Д. Гебеля, А.Ф. Прохорова, Б.И. Черпакова [18, 28, 29, 
30].
Теоретической базой этих работ по бесцентровой обработке является использование для описания процесса формообразования 
цилиндрических поверхностей аппарата гармонического анализа 
и, в частности, рядов Фурье. Сущность этого метода основана на том, 
что многие сложные функции можно представить в виде тригонометрического ряда

 
f(x) = a0+

n=

∞
∑
1
(ancos nx + bnsin nx), 
(1.1)

где xÎ(0Î2p), а коэффициенты а0, an, bn находят по формулам Эйлера — Фурье:

 
a0 = 1
2p
f x dx
( )

0

2π
∫
; an = 1
p
f x
nxdx
( )cos

0

2π
∫
; 
(1.2)

bn = 1
p
f x
nxdx
( )sin

0

2π
∫
, (n = 1, 2, 3, …).

При решении технологических задач, как правило, аналитическое 
выражение функции неизвестно, так как она обычно задается в виде 
таблицы или графиком. В этом случае коэффициенты находят одним 
из приближенных способов.
В работах И.Д. Гебеля [28, 29] даны теоретические аспекты процесса бесцентрового шлифования цилиндрических деталей при их 
базировании на двух неподвижных опорах. Поверхность базы задается рядом Фурье. Считается, что отклонение радиуса детали от круглости к номинальному радиусу намного меньше единицы.
Считая, что опоры являются точечными, автор получает аналитическую зависимость колебания радиус-вектора обрабатываемой 
поверхности от указанных главных параметров.