Оборудование механообработки в мелкосерийном производстве

 
 
 
 
Л. Н. Москалев 
 
 
 
 
 
 
ОБОРУДОВАНИЕ МЕХАНООБРАБОТКИ 
В МЕЛКОСЕРИЙНОМ ПРОИЗВОДСТВЕ 
 
Учебное пособие 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Москва    Вологда 
«Инфра-Инженерия» 
2024 
 
1 
 

УДК  621.7 
ББК 34.4 
М82 
 
 
 
Рецензенты: 
доктор химических наук, профессор Р. С. Давлетбаев; 
директор ООО НПО «Медицинские инструменты» Р. Р. Абдуллин 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Москалев, Л. Н.  
М82  
Оборудование механообработки в мелкосерийном производстве : учебное пособие / Л. Н. Москалев. – Москва ; Вологда : Инфра-Инженерия, 
2024. – 144 с. : ил., табл. 
ISBN 978-5-9729-1942-0 
 
Представлены обзоры технологических процессов со снятием и без снятия слоя 
материала, протекающих в механообрабатывающем производстве. Содержит обзорные сведения о металлорежущих станках. Приведены задачи с примерами анализа 
кинематических схем главного движения цепи и движения подач.  
Для студентов, обучающихся по направлениям подготовки бакалавров и магистров 15.03.02 «Технологические машины и оборудование», 15.06.01 «Машиностроение», а также для молодых рабочих на производстве. 
 
УДК 621.7 
ББК 34.4 
 
 
 
 
 
ISBN 978-5-9729-1942-0 
” Москалев Л. Н., 2024 
 
” Издательство «Инфра-Инженерия», 2024 
 
” Оформление. Издательство «Инфра-Инженерия», 2024 
2 
 

ʝˆˎ˃˅ˎˈːˋˈ 
 
Введение ...................................................................................................................... 4 
 
ГЛАВА 1. ОБЗОР ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ОПЕРАЦИЙ  МЕХАНООБРАБАТЫВАЮЩЕГО ПРОИЗВОДСТВА ............................................................ 5 
1.1. Группы, методы, виды и назначение 
механообрабатывающего производства ................................................................ 5 
1.2. Основные технологические операции механической обработки 
без удаления слоя материала 
................................................................................... 6 
1.3. Основные операции механической обработки  
с удалением слоя материала 
.................................................................................. 11 
 
ГЛАВА 2. МЕТАЛЛОРЕЖУЩИЕ СТАНКИ 
МЕХАНООБРАБАТЫВАЮЩЕГО ПРОИЗВОДСТВА 
.................................. 16 
2.1. Токарные станки 
.............................................................................................. 16 
2.2. Сверлильные станки ....................................................................................... 27 
2.3. Расточные станки ............................................................................................ 32 
2.4. Фрезерные станки ........................................................................................... 44 
2.5. Резьбообрабатывающие станки ..................................................................... 47 
2.6. Строгально-протяжные станки ...................................................................... 54 
2.7. Шлифовальные станки ................................................................................... 61 
2.8. Зубообрабатывающие станки......................................................................... 76 
 
ГЛАВА 3. РАСЧЕТ КИНЕМАТИЧЕСКИХ СХЕМ ПРИВОДА 
ГЛАВНОГО ДВИЖЕНИЯ СТАНКОВ ............................................................... 84 
3.1. Методика наладки металлообрабатывающих станков 
................................ 84 
3.2. Условные обозначения элементов кинематических схем .......................... 87 
3.3. Уравнение кинематического баланса 
............................................................ 90 
3.4. Алгоритм построения структурных сеток и графиков вращения 
.............. 91 
3.5. Определение величины знаменателя ряда передаточных отношений ...... 95 
3.6. Пример построения структурной сетки и графика чисел оборота          
двенадцати ступенчатого привода 
........................................................................ 96 
3.7. Задачи на разные темы по кинематическим схемам станков ................... 100 
3.8. Примеры расчета и анализа кинематических схем, узлов 
и механизмов станков .......................................................................................... 100 
3.8.1. Пример составления уравнения кинематического баланса 
................ 100 
3.8.2. Пример выполнения задачи № 2 ........................................................... 104 
 
Приложение ............................................................................................................ 115 
 
Библиографический список ................................................................................ 140 
 
3 
 

ʑ˅ˈˇˈːˋˈ 
 
Механическая обработка металлов используется как в тяжелой, так и легкой областях промышленности. На предприятиях используются машины и инструменты специального и (или) общего назначения.  
С каждым годом во всем мире растет выпуск сложных изделий, применяемых в быту и в производственных условиях. Усложняются как конструкции 
машин, так и системы управления ими. Поэтому машины, станки и инструменты совершенствуются, а технологические операции становятся все быстрее 
и быстрее, при этом требования к качеству и дизайну машин, станков возрастают. С 60-х годов XX века на станках российских производителей применяются и совершенствуются цифровые вычислительные устройства (числовое программное управление – ЧПУ) для управления производственными процессами. 
ЧПУ может быть применено в классическом оборудовании механической обработки металлов. Однако, несмотря на совершенствования машин и станков, 
основные рабочие органы, которым сообщаются определенные движения в зависимости от характера выполняемых работ, остаются такими же как и в классическом оборудовании.  
Изготовление оборудования для механической обработки металлов является процессом чрезвычайно сложным и трудоемким. Поэтому на проведение этого процесса требуются значительные затраты материальных средств. 
Для уменьшения таких затрат применяются необходимые соответствующие расчеты кинематических схем. Эти расчеты позволяют рассчитать или подобрать 
все необходимые параметры рабочих органов машин и станков. Решению этой 
задачи могут способствовать высококвалифицированные технологи и конструкторы, знающие конструкции машин и станков, а также знающие и умеющие 
читать, рассчитывать кинематические схемы станков. 
В учебном пособии рассматриваются: 
– группы, виды, методы и назначение механообрабатывающего производства;  
– обзор металлорежущих станков механообрабатывающей промышленности; 
– задачи и примеры составления уравнений кинематического баланса цепей главного движения и движения подач металлорежущих станков; 
– задачи и примеры анализа кинематических схем металлорежущих станков. 
4 
 

ʒʚʏʑʏ1 
 
 
ʝʐʖʝʟʡʔʤʜʝʚʝʒʗʦʔʠʙʗʤʝʞʔʟʏʥʗʘ 
ʛʔʤʏʜʝʝʐʟʏʐʏʡʪʑʏʭʨʔʒʝʞʟʝʗʖʑʝʓʠʡʑʏ 
 
§ 1.1. ʒ˓˖˒˒˞ǡˏˈ˕ˑˇ˞ǡ ˅ˋˇ˞ˋː˃ˊː˃˚ˈːˋˈ 
ˏˈ˘˃ːˑˑ˄˓˃˄˃˕˞˅˃ˡ˜ˈˆˑ˒˓ˑˋˊ˅ˑˇ˔˕˅˃ 
 
Механообрабатывающее производство – это процесс преобразования 
природных ресурсов в заготовку, деталь, изделие и т. д. 
Заготовка – это предмет труда, из которого изменением формы, размеров, свойств поверхности и (или) материала изготавливают деталь. 
Деталь – это готовое изделие, изготовленное без применения сборочных 
операций и (или) изделия, подвергнутые защитным или декоративным покрытиям или изготовленные из одного материала пайкой, склейкой, сваркой и т. п. 
Детали (частично или полностью) возможно объединять в узлы. 
Механообработка (механическая обработка металлов и других материалов) – это комплекс технологических операций над заготовками из металла или 
других материалов путем механического воздействия на них. Этот комплекс 
операций проводится с целью изменения характеристик металлического сырья 
(формы, размеры, либо физико-механические свойства) для последующих технологических процессов. 
В настоящее время существуют две основные группы механической обработки металлического сырья, которые делятся на различные методы и виды 
обработки (рис. 1). 
К первой группе механической обработки относятся следующие технологические процессы: 
Группа 1. Обработка без снятия материала (металлические стружка, опилки и т. п.). 
Группа 2. Обработка со снятием материала (стружка, опилки, также возможен абразивный порошок и т. п.). 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
5 
 

МЕХАНИЧЕСКАЯ ОБРАБОТКА МЕТАЛЛА 
ОБРАБОТКА 
СО СНЯТИЕМ МАТЕРИАЛА 
(стружка) 
ОБРАБОТКА 
БЕЗ СНЯТИЯ МАТЕРИАЛА 
(стружка) 
ГРУППЫ 
МЕТОДЫ 
РЕЗАНИЕ 
точение, растачивание, 
сверление, развертывание, 
зенкерование, строгание, 
фрезерование, протягивание, 
долбление, шлифование, 
притирка, суперфиниширование, 
хонингование 
ЛИТЬЕ 
в кокиль, в песчаные 
и оболочковые формы, 
под давлением, 
в центробежном поле и т. д. 
ПЛАСТИЧЕСКАЯ 
ДЕФОРМАЦИЯ 
прокатка, обкатывание, ковка, 
прессование, штамповка 
ТЕРМООБРАБОТКА 
отжиг, закалка, отпуск, 
нормализация, старение, 
криогенная обработка 
ВИДЫ ОБРАБОТКИ 
черновая, получистовая, чистовая 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Рис. 1 – Структура разделения механообработки по группам, методам, видам 
 
ȚͳǤʹǤʝ˔ːˑ˅ː˞ˈ˕ˈ˘ːˑˎˑˆˋ˚ˈ˔ˍˋˈˑ˒ˈ˓˃˙ˋˋ 
ˏˈ˘˃ːˋ˚ˈ˔ˍˑˌˑ˄˓˃˄ˑ˕ˍˋ 
˄ˈˊ˖ˇ˃ˎˈːˋˢ˔ˎˑˢˏ˃˕ˈ˓ˋ˃ˎ˃ 
 
При изготовлении заготовок, деталей, изделий применяются различные 
технологии, требующие определенные методы или способы обработки. Одним 
из таких способов изготовления детали позволяет получать любые необходимые формы изделия без удаления слоя материала.  
К такому способу обработки относятся: литье, штамповка, прокатка, ковка, волочение и др. 
1. Литье. Осуществляется заполнением жидким металлом полости заданных форм и размеров с последующим затвердением, таким образом можно получить заготовки любой сложной формы. Например (рис. 2): а) литье в землю, 
6 
 

б) литье в оболочковые формы, в) литье по выплавляемым моделям, г) литье 
в кокиль, д) литье под давлением, е) центробежное литье, ж) непрерывное литье. 
Очевидно, что литье – это как черновая, так и получистовая операция, требующая дополнительную обработку заготовок. Выбор того или иного способа литья зависит от многих факторов (тип производства, сложность конфигурации, 
размеры, выбор материала детали, требуемая точность и шероховатость поверхности и т. д.). 
2. Пластическая деформация. Осуществляется под действием внешних 
сил, при этом меняется форма, конфигурация, размеры, физико-механические 
свойства металла. Например, (рис. 3): а, б – ковка, штамповка, в, г – штамповка, д, е – прессование, ж  – накатывание резьбы. Как правило, это черновые 
операции и предполагают дальнейшую обработку заготовок резанием с целью 
получения деталей с требуемыми характеристиками (размеры, шероховатость, 
и т. п.): 
– ковка (рис. 3, а, б) – высокотемпературная обработка давлением различных металлов, нагретых до ковочной температуры. Особым видом ковки является холодная ковка, осуществляемая без нагрева деформируемого металла; 
– штамповка (рис. 3, в, г) – процесс пластической деформации материала 
с изменением формы и размеров тела. Она делится на два основных вида: холодная штамповка листового металла или из прутков и горячая объемная штамповка, холодная штамповка листового металла или из прутков: 
1) в процессе горячей объемной штамповке заготовке придается необходимая форма и размеры при помощи штампа, полость которой заполняется металлом. Деталь будет иметь форму полости штампа; 
2) листовая штамповка подразумевает в исходном виде тело, одно из измерений которого пренебрежимо мало по сравнению с двумя другими (лист 
или металлическая лента до 6 мм). Пример: перфорированный металл (перфолист), профильный лист (профнастил) и т. д.; 
– прессование (рис. 3, д, е) – процесс обработки материалов давлением 
для увеличения плотности и изменения формы, перераспределения фаз материала и изменения механических или иных его свойств. Изделие получается путем выдавливания нагретого металла из контейнера через отверстие матрицы 
усилием пресс-штемпеля (пуансон) с пресс-шайбой. Для прессования полых заготовок (например, трубы) пресс-машину оснащают дополнительной иглой, закрепленной либо на пуансоне, либо в иглодержателе, имеющем независимый 
привод. Форма матрицы определяет форму профиля получившегося изделия. 
Известно два способа прессования: прямой (материал выдавливается в направлении движения пуансона) и обратный (материал движется из контейнера навстречу движения пуансона); 
– накатывание резьбы (рис. 3, ж) – процесс получения резьбы в результате пластической деформации заготовки резьбонакатным инструментом (накатные плашки, резьбовые сегменты, ролики с винтовой или кольцевой нарезкой, 
затылованные ролики). Профиль накатываемой резьбы образуется за счет вдавливания инструмента в материал заготовки и выдавливание части материала 
во впадины инструмента. 
7 
 

е) 
ж) 
 
 
8 
 
 
Рис. 2 – Литье 
 
 
б) 
г) 
 
 
 
 
 
 
 
 
д) 
 
 
а) 
 
в) 
 

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
ж) 
 
 
г) 
е) 
 
 
9 
 
 
Рис. 3 – Пластическая деформация 
в) 
 
д) 
 
 
б) 
 
 
 
 
а) 

3. Термообработка. Осуществляется путем нагрева, выдержки и охлаждения твердых металлических сплавов для получения заданных свойств при этом 
происходит изменение внутреннего строения и структуры. Такая обработка используется либо в качестве промежуточной операции для улучшения обрабатываемости давлением, резанием, либо как окончательная операция технологического процесса, обеспечивающая заданный уровень свойств изделия. Общая 
длительность нагрева металла при тепловой обработке складывается из времени собственного нагрева до заданной температуры и времени выдержки при 
этой температуре. Нагрев может сопровождаться взаимодействием поверхности металла с газовой средой и приводить к обезуглероживанию поверхностного слоя и образованию окалины. Обезуглероживание приводит к тому, что поверхность изделий становится менее прочной и теряет твердость.  
Время нагрева зависит от типа печи, размеров изделий, их укладки в печи; время выдержки зависит от скорости протекания фазовых превращений. 
Существует много различных видов такой обработки, среди которых выделяются основные виды: 
1)  отжиг: 
– отжиг первого рода – это гомогенизация, рекристаллизация, снятие напряжений. Цель – получение равновесной структуры. Превращения в твердом 
состоянии отсутствуют (если они и имеются, то только лишь как побочное явление); 
– отжиг второго рода – это отжиг связанный с превращениями в твердом 
состоянии. К нему относятся: полный отжиг, неполный отжиг, нормализация, 
изотермический отжиг, патентирование, сфероидизирующий отжиг; 
2)  закалка. Закалку проводят с повышенной скоростью охлаждения (на воздухе, в масле или в воде) с целью получения неравновесных структур или 
упрочнения металла. Сталь после закалки обладает высокой твердостью, остаточными напряжениями, низкими пластичностью и вязкостью. Например: 
сталь 40ХНМА после закалки имеет твердость выше 50 HRC, однако она становится хрупким. Поэтому далее проводят отпуск, а именно – нагревают до 
450–500 ƒC и выдерживают при этой температуре для уменьшения внутренних 
напряжений. При отпуске твердость ее уменьшается (до 45–48 HRC); 
3)  отпуск. Отпуск необходим для снятия внутренних напряжений, что придает материалу комплекс механических и эксплуатационных свойств, т. е. материал становится более пластичным, хотя и уменьшается его прочность; 
4)  нормализация – это вид отжига. Металл нагревают до определенной 
температуры и выдерживают с последующим охлаждением. Нагревание выполняется до полной перекристаллизации, а охлаждение производится на воздухе. 
Результат – сталь приобретает мелкозернистую, однородную структуру. Нормализация обеспечивает большую производительность и лучшее качество поверхности при обработке резанием; 
5)  дисперсионное твердение (старение). После проведения закалки проводится нагрев на более низкую температуру с целью выделения частиц упрочняющей фазы. Иногда проводится ступенчатое старение при нескольких температурах с целью выделения нескольких видов упрочняющих частиц; 
10