Автоматизация технологических процессов и производств. Введение в специальность

-¬¡ ©¡¡
«¬ª°¡--¤ª©œ§¸©ª¡
ª¬œ£ªžœ©¤¡
-ÁÌÄÛ
ÊÍÉʾ¼É¼
¾

¿ÊÀÏ
В.М. Виноградов, А.А. Черепахин
АВТОМАТИЗАЦИЯ 
ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ 
ПРОЦЕССОВ И ПРОИЗВОДСТВ 
ВВЕДЕНИЕ В СПЕЦИАЛЬНОСТЬ
УЧЕБНОЕ ПОСОБИЕ
Рекомендовано Учебно-методическим советом СПО 
в качестве учебного пособия для учебных заведений, 
реализующих программу среднего профессионального образования 
по специальностям 15.02.07 «Автоматизация технологических процессов 
и производств (по отраслям)», 15.02.08 «Технология машиностроения»
Москва                                        202
ИНФРА-М

УДК 681.5(075.32)
ББК 32.965я723
 
В49
Р е ц е н з е н т ы:
Ю.В. Максимов — доктор технических наук, профессор, заведующий 
кафедрой «Автоматизированные станочные системы и инструменты» 
Московского государственного машиностроительного университета 
(МАМИ);
В.В. Клепиков — доктор технических наук, профессор Московского 
государственного индустриального университета
Виноградов В.М.
В49 
 
Автоматизация технологических процессов и производств. Введение в специальность : учебное пособие / В.М. Виноградов, А.А. Черепахин. — Москва : ФОРУМ : ИНФРА-М, 2024. — 161 с. — (Среднее 
профессиональное образование).
ISBN 978-5-00091-536-3 (ФОРУМ)
ISBN 978-5-16-013873-2 (ИНФРА-М, print)
ISBN 978-5-16-108856-2 (ИНФРА-М, online)
В учебном пособии рассмотрены этапы развития техники, машиностроения и автоматизации производства как основы проектирования технологических машин и комплексов. Приведены примеры оригинальных 
проектных решений по автоматизирующему оборудованию и в целом 
по современным технологическим комплексам в машиностроении.
Учебное пособие предназначено для студентов учреждений среднего профессионального образования, обучающихся по специальностям 
15.02.07 «Автоматизация технологических процессов и производств» 
и 15.02.08 «Технология машиностроения».
УДК 681.5(075.32)
ББК 32.965я723
© Виноградов В.М., 
Черепахин А.А., 2014
ISBN 978-5-00091-536-3 (ФОРУМ)
ISBN 978-5-16-013873-2 (ИНФРА-М, print)
ISBN 978-5-16-108856-2 (ИНФРА-М, online) 
© ФОРУМ, 2014

Предисловие
Основной задачей курса «Введение в специальность» является 
формирование у студентов четкого представления о характере их будущей профессиональной деятельности, ее видах, профессиональных 
компетенциях, а также других возможных специализациях, связанных 
с конкретным профилем подготовки.
Для обеспечения успешного усвоения основных технических 
дисциплин по данному профилю необходимо сформировать у студентов правильное мировоззрение по истории развития техники, 
машиностроения, промышленного производства и технологии машиностроения как науки. Особое внимание следует обратить на 
развитие автоматизации производственных процессов и оборудования как основу проектирования технологических машин и комплексов.
Один из характерных процессов научно-технической революции 
заключается в том, что к традиционным трем звеньям машин (двигатель, передаточный механизм, рабочий орган) добавляется новое, 
четвертое звено — универсальные средства автоматизации с программным управлением, с охватом всего комплекса операций. Это 
резко улучшает работу оборудования, открывает большие возможности для сокращения ручного труда, в первую очередь тяжелого как 
в физическом, так и психологическом отношении.
В настоящее время в технической политике взят курс на создание 
автоматизированных производств, построенных на базе технологических комплексов, обеспечивающих выпуск требуемой номенклатуры и количества деталей машин при минимальном экономически обоснованном количестве обслуживающего персонала и производственных площадей.
3

Под автоматизированным производством рекомендуется понимать действующую совокупность технологических комплексов, объединенных единой транспортно-накопительной системой, системой 
управления и диспетчирования, необходимыми для унифицирования, 
обеспечивающую выполнение замкнутого технологического процесса 
на совокупности обрабатываемых деталей с минимальным участием 
человека.
Признано считать центральной задачей создание надежных и высокоавтоматизированных станочных модулей и комплексов, которые 
допускали бы их объединение без дополнительного привлечения рабочей силы посредством транспортно-накопительных систем и централизованного управления в крупные автоматизированные производства, обеспечивающие обработку и контроль деталей.
Технические и технологические обрабатывающие комплексы следует создавать на базе отработанных конструкций станочных модулей, 
объединенных единым технологическим процессом, управлением 
и транспортом, в том числе роботизированным.
Загрузочные устройства и устройства межоперационного транспортирования в большинстве проектируются вместе с обрабатывающим оборудованием и предназначаются для определенных изделий. 
Однако обеспечение их работоспособности в эксплуатации является 
достаточно сложной задачей, требующей высокой квалификации обслуживающего персонала.
Повышение требований к работе оборудования привело к созданию типовых конструкций, обеспечивающих оптимальные варианты станков и транспортно-загрузочных устройств. Часть загрузочно-разгрузочных операций выполняют механизмы самих станков, 
для других — используют специальные устройства, имеющие самостоятельный привод и систему управления.
В связи с поставленными задачами весь курс введения в специальность целесообразно представить в виде двух частей — теоретической 
и лабораторно-практической. Теоретическую часть следует посвятить 
представлению информации об истории развития техники и машиностроения; автоматизации технологических процессов и оборудования 
как основе проектирования технологических машин и комплексов; 
примерам проектных решений при создании технологических комплексов.
4

В лабораторно-практической части необходимо дать студентам 
начальные знания по металлорежущим станкам, инструментам, технологической оснастке, конструкционным материалам, резанию 
и пластическому деформированию металла в процессе обработки 
заготовок, промышленным роботам и прочим автоматизирующим 
устройствам.

Ðàçäåë I
ÒÅÎÐÅÒÈ×ÅÑÊÀß ×ÀÑÒÜ
Глава 1
ИСТОРИЯ РАЗВИТИЯ ТЕХНИКИ,
МАШИНОСТРОЕНИЯ
И ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЙ НАУКИ
1.1. Исторический путь развития промышленности
и машиностроения в России
История возникновения металлообработки в России исследована
мало, хотя и известно, что уже в Х в. русские мастераремесленники
обладали высокой техникой изготовления оружия, предметов домаш
него обихода и т. п. Уже в ХII в. при изготовлении оружия применяли
сверлильные и токарные устройства с ручным приводом и вращатель
ным движением инструмента или обрабатываемой заготовки, а в
ХIV—ХVI вв. стали использовать токарные и сверлильные станки с
вращательным движением от водяной мельницы (рис. 1.1).
Зарождение металлообрабатывающей промышленности первона
чально было отмечено в окрестностях г. Тулы в ХVI в. Эта промыш
ленность была основана на использовании местной железной руды.
Более значительное развитие металлообработка получила во времена
Петра I, когда ремесленные мастерские стали превращаться в фабри
ки и заводы, оборудованные машинами.
К этому времени относятся также и первые шаги в механизации
производственных процессов.
Военная промышленность как единственная область массового
производства в то время положила начало введению принципа взаи
мозаменяемости в технологию производства.
6

Глава 2. История развития техники, машиностроения...
25
Рис. 1.1. Станок А.К. Нартова для обтачивания опорных цапф орудийных стволов:
1 — орудийный ствол; 2 — цапфа; 3 — вращающаяся резцовая головка; 4 — водя
ное колесо; 5 — груз механизма продольной подачи каретки ствола; 6 — рейка ка
ретки ствола; 7 — деревянная рама, установленная на вбитых в землю сваях;
8 — подвижная каретка ствола
В 1615 г. в России была изготовлена первая пушка с нарезным
стволом, а в 1632 г. около Тулы построены заводы для производства
литых пушек, стволы которых изготавливались сверлением и раста
чиванием. Значительный вклад в технологию машиностроения был
внесен в эпоху Петра I путем внедрения в производство ряда новых
технологических процессов по изготовлению артиллерийского и
стрелкового вооружения, монет, постройки кораблей и создания для
этих технологий новых оригинальных станков и инструментов, прин
ципиальные схемы которых используются и в наше время.
В последующие годы металлообрабатывающая промышленность
получила дальнейшее развитие не только на оружейных, но и на
вновь возникших машиностроительных заводах, занимающихся изго
товлением паровозов, вагонов, станков и других изделий.
Основой развития машиностроения в России послужили проекты
и труды русских механиков, изобретателей и ученых, которые сумели
обобщить и успешно внедрить в производство опыт изготовления
вооружений и предметов быта. Начало ХVIII в. было отмечено созда
нием производственных процессов и машин для обработки деталей,
которые легли в основу будущего станкостроения.
7

Раздел I. Теоретическая часть
В 1712 г. на Тульском оружейном заводе русский механик
М.В. Сидоров создал «вододействующие машины» для сверления
оружейных стволов (рис. 1.2).
Рис. 1.2. Модель «вододействующей машины» для сверления оружейных стволов
М.В. Сидорова
В 1714 г. Яков Батищев построил станки для одновременного
сверления 16 ружейных стволов и зачистки напильниками наружных
и внутренних поверхностей оружейных стволов с помощью «водил»
от мельничных приводов.
В период с 1718 по 1725 г. русский механик и изобретатель
А.К. Нартов создал механический суппорт для токарного станка, кото
рый с помощью реечношестеренного привода перемещался вдоль об
рабатываемой детали. Он также создал винторезный, зуборезный, пило
насекательный и другие станки оригинальной конструкции (рис. 1.3).
Большой вклад в создание обрабатывающего оборудования внес
М.В. Ломоносов (1711—1765), построивший лоботокарные, сферото
карные и шлифовальные станки. Изобретатель паровой машины
И.И. Ползунов (1728—1764) построил специальные цилиндрорасточ
ные и другие станки для обработки деталей паровой машины. Рус
ский механик И.П. Кулибин (1735—1818) создал специальные станки
для производства зубчатых колес часовых механизмов.
В это же время были сделаны первые шаги в механизации произ
водственных процессов. Простейшее автоматическое устройство на
основе поплавка и системы прикрепленных к нему рычагов, способ
ное производить те или иные действия по управлению машиной,
было создано И.И. Ползуновым.
8

Глава 2. История развития техники, машиностроения...
27
а
б
Рис. 1.3. Модели станков А.К. Нартова:
а — большой токарнокопировальный станок; б — токарнополировальный ме
дальерный станок (1712 г.)
История развития машиностроения показывает, что темпы тех
нического прогресса непрерывно возрастали, сокращалось время от
появления технической идеи до ее реализации, от изобретения до
широкого применения технических средств.
Рост темпов технического прогресса можно проиллюстрировать
также следующими примерами: с момента открытия электрического
тока в конце ХVIII в. до создания первой электростанции прошло
около века. В 1942 г. был создан первый маломощный атомный реак
тор Ферми. Прошло только 12 лет до пуска в СССР первой атомной
электростанции (1954 г.). Если идея создания телефона была сформу
лирована в 1820 г., а осуществлена в опытном образце через 56 лет, то
радио проделало этот путь за 35, радар — за 15, телевизор — за 14, ла
зер — за 9, транзистор — за 5 лет.
Конструкция машин непрерывно совершенствовалась. Замена
машин новыми чаще всего происходила потому, что обеспечивалась
большая экономичность, производительность, улучшались условия
9

Раздел I. Теоретическая часть
труда. Так, в 1814 г. был создан первый паровоз, который усердно слу
жил человечеству 150 лет. В 1955 г. производство паровозов в СССР
было полностью прекращено, так как он оказался менее экономич
ным, чем электровоз и тепловоз. Путь прогресса в машиностроении
включал также непрерывное расширение производства машин, рабо
тающих при высоких скоростях, нагрузках, давлениях и температурах.
Развитие техники неизбежно вело к усложнению конструкции
машин, увеличению составляющих их деталей как с механическими
элементами (валами, зубчатыми колесами, рычагами и др.), так и с
гидравлическими, пневматическими, электрическими и электронны
ми элементами. Возрастали требования к быстроте управления маши
нами, их надежности и долговечности. Актуальной становилась зада
ча автоматизации процесса управления с помощью быстродействую
щих электронных устройств.
История техники убедительно показывает, что наряду с развити
ем конструкции машин непрерывно совершенствовались и способы
их изготовления, процессы обработки деталей, оборудование и фор
мы организации производства.
Под влиянием расширяющихся потребностей производства раз
личных деталей машин непрерывно изменялись и совершенствова
лись металлорежущие станки и инструменты. Создание новых стан
ков и инструментов, использование новых схем обработки являлось
одним из путей повышения эффективности обработки деталей ма
шин.
Следует учитывать, что не только методы обработки оказывали
влияние на конструкцию деталей всевозможных машин, но и разви
тие машиностроения влияло на развитие способов обработки и кон
струкции металлообрабатывающих станков и инструментов. Напри
мер, создание реактивных двигателей заставило машиностроителей
разработать не только способы обработки лопаток турбин, имеющих
сложную фасонную поверхность, но и создать новые станки и инст
рументы для реализации этих способов.
Необходимость резкого увеличения производительности труда
при расширении объемов производства деталей заставило машино
строителей обратить внимание на возможности сокращения затрат
вспомогательного времени (на закрепление и съем детали, пуск стан
ка, его подналадку и т. п.).
Наиболее эффективным средством, обеспечивающим сокраще
ние вспомогательного времени, является автоматизация производ
10