Проектирование технологической оснастки

ПРОЕКТИРОВАНИЕ 

ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЙ 

ОСНАСТКИ

Учебное пособие

Йошкар-Ола

2021

УДК 621.9(075.8)
ББК  34.6я73

П 79

Рецензенты:

д-р техн. наук, профессор Марийского государственного университета 

Г. С. Юнусов;

главный инженер АО «Марийский машиностроительный завод»

С. А. Божко

Печатается по решению 

редакционно-издательского совета ПГТУ

Проектирование технологической оснастки: учебное пособие / 
О. С. Зверева, Н. Г. Крашенинникова, С. Я. Алибеков, 
О. Н. Стародубцева. – Йошкар-Ола: Поволжский государственный 
технологический университет, 2021. – 212 с.
ISBN 978-5-8158-2258-0

Представлены методы силовых и геометрических расчетов механизмов 
станочных приспособлений, расчеты на прочность элементов приспособлений, 
допуски на изготовление и износ деталей приспособлений с 
учетом особенности технических требований к точности приспособлений.
Приведены необходимые сведения о применяемых материалах и термической 
обработке деталей приспособления. Дана подробная методика 
теоретического расчета первичных погрешностей базирования и установки 
заготовок, конкретные схемы и их расчет. Рассмотрены типовые элементы 
конструкций станочных приспособлений для токарных, фрезерных, 
сверлильных, шлифовальных станков, станков с ЧПУ и обрабатывающих 
центров.

Для студентов направлений подготовки «Машиностроение», «Конструкторско-
технологическое обеспечение машиностроительных производств», «
Материаловедение и технология материалов».

УДК 621.9(075.8)

ББК 34.6я73

ISBN 978-5-8158-2258-0
© О. С. Зверева, Н. Г. Крашенинникова, 
С. Я. Алибеков, О. Н. Стародубцева, 2021
© Поволжский государственный 
технологический университет, 2021 

П 79

ОГЛАВЛЕНИЕ

ПРЕДИСЛОВИЕ.................................................................................5
ВВЕДЕНИЕ.........................................................................................6

1. КЛАССИФИКАЦИЯ СТАНОЧНЫХ ПРИСПОСОБЛЕНИЙ ....7

2. ОСНОВНЫЕ ЭЛЕМЕНТЫ ПРИСПОСОБЛЕНИЙ...................15

2.1. Установочные элементы приспособлений.........................17

2.1.1. Установка заготовок на плоские поверхности ..........21

2.1.1.1. Точечные постоянные опоры ...........................21
2.1.1.2. Опорные шайбы, пластины ..............................25
2.1.1.3. Регулируемые опоры.........................................28

2.1.2. Установка заготовок по отверстию ............................29

2.1.2.1. Оправки ..............................................................29
2.1.2.2. Установочные пальцы.......................................45
2.1.2.3. Центры................................................................52

2.1.3. Установка заготовок по наружной цилиндрической
поверхности. Опорные призмы.............................................57

2.2. Зажимные механизмы..........................................................61

2.2.1. Винтовые механизмы...................................................62
2.2.2. Рычажные механизмы и прихваты.............................66
2.2.3. Клиновые механизмы ..................................................75
2.2.4. Клино-плунжерные механизмы..................................79
2.2.5. Эксцентриковый зажим ...............................................85

2.3. Детали приспособлений для направления режущего
инструмента .................................................................................94

3. УНИВЕРСАЛЬНЫЕ БЕЗНАЛАДОЧНЫЕ 
ПРИСПОСОБЛЕНИЯ ......................................................................98

3.1. Патроны кулачковые............................................................98
3.2. Цанговые патроны..............................................................105
3.3. Машинные тиски................................................................113

4. РАСЧЕТ СИЛ ЗАКРЕПЛЕНИЯ ЗАГОТОВОК 
В ПРИСПОСОБЛЕНИЯХ..............................................................118

4.1. Расчет сил закрепления заготовки при точении 
и растачивании...........................................................................119
4.2. Расчет сил закрепления заготовки при сверлении 
и рассверливании.......................................................................130
4.3. Расчет сил закрепления заготовки при фрезеровании....137
4.4. Коэффициент запаса...........................................................146

5. ВЫБОР И РАСЧЕТ ПРИВОДОВ ЗАЖИМНЫХ
УСТРОЙСТВ ..................................................................................149

5.1. Пневматические приводы..................................................149

5.1.1. Пневматические поршневые приводы ...................151
5.1.2. Вращающиеся пневмоцилиндры ............................155
5.1.3. Диафрагменные пневмоприводы (пневмокамеры)...158

5.2. Гидравлический привод.....................................................163
5.3. Вакуумный привод.............................................................167
5.4. Электромагнитные и магнитные приводы.......................169
5.5. Электромеханический привод...........................................171
5.6. Привод зажимных устройств приспособлений, 
использующих механизм подачи станка.................................172

6. ТОЧНОСТЬ ПРИСПОСОБЛЕНИЯ ..........................................174

ЗАКЛЮЧЕНИЕ ..............................................................................204

Приложение 1. Механические свойства сталей ..........................207
Приложение 2. Модуль нормальной упругости..........................209

ПРЕДИСЛОВИЕ

Настоящее издание предназначено для студентов направле-

ний подготовки 15.03.01 «Машиностроение», 15.03.05 «Кон-
структорско-технологическое обеспечение машиностроительных 
производств», 22.03.01 «Материаловедение и технология матери-
алов». Материал, изложенный в данном учебном пособии, соот-
ветствует требованиям компетентностного подхода последней 
редакции 
государственного 
образовательного 
федерального 

стандарта ВО к содержанию дисциплин «Технологическая 
оснастка», «Проектирование технологической оснастки».

Пособие состоит из шести разделов, изучение которых поз-

волит студентам освоить основные этапы расчета и проектирова-
ния станочных приспособлений. 

Первый раздел посвящен систематизации и классификации 

технологической оснастки на основе элементов приспособлений. 
Во втором разделе представлены конструкции элементов приспо-
соблений, описан порядок выбора и расчета установочных, за-
жимных элементов приспособлений, элементов для направления 
режущих инструментов. В третьем разделе приведены анализ 
конструкций и расчет токарных кулачковых и цанговых патро-
нов, машинных тисков. В четвертом разделе дана методика рас-
чета сил закрепления заготовок в приспособлениях при токарной, 
сверлильной, фрезерной обработке с примерами расчета. Пятый 
раздел содержит методику выбора и расчета привода зажимных 
устройств приспособлений: пневматического, гидравлического, 
вакуумного, механического и магнитного. В шестом разделе дана 
подробная методика теоретического расчета первичных погрешностей 
базирования и установки заготовок, приводятся конкретные 
схемы и их расчет.

Для лучшего усвоения материала учебного пособия выделены 
основные понятия, подробно рассмотрены примеры. В конце 
каждого раздела предложены вопросы для самоконтроля знаний, 
систематизации и закрепления изученного.

ВВЕДЕНИЕ

Приспособлениями в машиностроении называют вспомогательные 
устройства, используемые при механической обработке, 
сборке и контроле изделий. 

Наиболее значительную долю парка приспособлений составляют 
станочные приспособления, применяемые для установки и 
закрепления заготовок. 

Станочными приспособлениями называются дополнительные 
устройства к металлорежущим станкам, позволяющие 
наиболее экономично обеспечить в заданных производственных 
условиях заложенные в конструкции детали требования к точно-
сти размеров, формы и взаимного положения обрабатываемых 
поверхностей.

Среди задач, решение которых достигается за счет примене-

ния приспособлений, можно выделить следующие:

- увеличение точности обработки заготовок;
- установка заготовок на станках без разметки и выверки;
- увеличение производительности труда на операции, что 

способствует снижению себестоимость продукции;

- облегчение условий работы и обеспечение ее безопасности;
- расширение технологических возможностей оборудования.
В данном учебном пособии представлены основные этапы, 

нормы и стандарты проектирования и расчета станочных приспо-
соблений, знание которых необходимо для проектирования рабо-
тоспособной, высокопроизводительной технологической оснастки.

КЛАССИФИКАЦИЯ СТАНОЧНЫХ 

ПРИСПОСОБЛЕНИЙ

Станочные приспособления делят на универсальные, пере-

налаживаемые и специальные.

Универсальные безналадочные приспособления (УБП) пред-

ставляют собой законченные механизмы долговременного ис-
пользования с постоянными (несъемными) элементами. Такие 
приспособления не требуют изготовления дополнительных спе-
циальных деталей. Установка различных заготовок обеспечивает-
ся регулированием положения установочно-зажимных элементов.

УБП целесообразно применять на станках в условиях еди-

ничного и мелкосерийного производства, при малых коэффици-
ентах загрузки (менее 0,5) одной операцией рентабельны во всех 
типах производства. 

К УБП относятся: оправки, универсальные тиски, токарные 

патроны, универсальные патроны, магнитные патроны, универ-
сальные поворотные и делительные столы, головки, цанговые 
приспособления, плиты, поводковые устройства, стойки кондук-
торные и т.д. 

УБП находятся в эксплуатации до полного физического из-

носа. 

На рисунке 1.1 изображены тиски слесарные.
Универсальные наладочные приспособления (УНП) предна-

значены для базирования и закрепления широкой номенклатуры 
заготовок, устанавливаемых в сменных наладках. Конструкции 
приспособлений состоят из двух частей: базовой части и сменной 

1 

наладки. Под сменной наладкой понимается специальная сбороч-
ная единица, обеспечивающая установку заготовки на базовом 
агрегате (изготавливается под конкретную форму и размер заготовки), 
а в кондукторах – и для направления режущего инструмента. 
В корпусе они базируются с помощью Т-образных, шпоночных 
пазов, установочных пальцев и штифтов. Базовая часть 
приспособлений – неизменная постоянная часть, предназначенная 
для установки наладок, представляет собой законченный механизм 
многократного использования в компоновках УНП: корпус 
с элементами для базирования и закрепления сменных наладок, 
зажимной механизм с ручным либо механизированным 
(встроенным или прикрепляемым) приводами. В качестве базовых 
частей универсально-наладочных приспособлений широко 
используются магнитные плиты и патроны, на которые устанавливаются 
сменные специализированные или специальные наладки – 
переходники. При смене объекта производства утилизируются 
только сменные наладки, базовая же часть, не изношенная 
физически, используется в комплекте с другими наладками для 
обработки заготовок других деталей. 

Рис. 1.1. Тиски слесарные: 1 – ходовой винт; 2 – подвижная губка; 3 – неподвижная 
губка; 4 – опорная плита; 5 – рукоятка

УНП оснащают станки в условиях единичного и мелкосерийного 
многономенклатурного производства.

УНП подразделяются по видам оборудования: токарные, 

фрезерные, сверлильные и др., а также по обрабатываемым деталям, 
например, для планок, клиньев, рычагов и т.д. 

Предусмотрены два класса точности базовых частей: приспособления 
нормальной точности (Н) используются для обработки 
заготовок по 9...13-му квалитетам, повышенной точности 
(П) – по 7-му квалитету. 

На рисунке 1.2 изображено приспособление универсально-

наладочное с многоместной наладкой для установки фланцев.

Рис. 1.2. Приспособление универсально-наладочное с многоместной 

наладкой для установки фланцев: 1 – фланец центрирующий; 2 – заготовка;
3 – шайба быстросъемная; 4 – шпилька; 5, 6 – гайки; 7 – болт; 8 – плита; 9 – стол 
гидравлический; 10 – палец ромбический; 11 – палец цилиндрический

Приспособление состоит из базовой части – гидравлического 

стола 8 и верхней плиты 9 со сменными установочными и зажимными 
элементами. Плита 9 базируется на столе 8 с помощью цилиндрического 
11 и ромбического 10 пальцев. Плиту закрепляют 
четырьмя болтами 7 и гайками 5. Заготовки 2 базируются по 
плоскости и отверстию. Заготовки устанавливают на сменные 
оправки 1 и закрепляют быстросъемными шайбами 3 с помощью 
гаек 6 и шпилек 4, ввернутых в штоки поршней цилиндров гид-
равлического стола 8.

Специализированные наладочные приспособления
(СНП) 

предназначены для базирования и закрепления заготовок род-
ственных по конфигурации деталей различных габаритных раз-
меров и с одинаковыми схемами базирования.

Компоновка СНП состоит из конструкции специализирован-

ного (по схеме базирования и виду обрабатываемых деталей) ба-
зового агрегата и сменных наладок – универсальных или специ-
альных установочных и зажимных элементов. Базовый агрегат 
предназначен для многократного использования в компоновках 
СНП. Сменная наладка – это компонуемые на базовом агрегате 
установочные и зажимные элементы, обеспечивающие ба-
зирование и закрепление определенной заготовки. Система СНП 
характеризуется применением многоместных приспособлений, 
обеспечивающих высокую производительность.

Система применяется также при групповой обработке заго-

товок. Эффективной областью применения СНП является се-
рийное производство обработки заготовок на станках.

На рисунке 1.3 изображено приспособление двухместное спе-

циализированное для установки заготовок деталей типа «фланец».

Заготовки базируют по торцу, отверстию и шпоночному па-

зу. Заготовку 12 устанавливают на сменную наладку 7 и фикси-
руют по шпоночному пазу головкой винта 11.

Рис. 1.3. Приспособление двухместное специализированное для уста-

новки заготовок деталей типа «фланец»: 1 – установ; 2 – палец; 3 – прихват; 4
– гидроцилиндр; 5 – поршень; 6 – шток; 7 – наладка сменная; 8 – болт;
9 – шайба быстросменная; 10 – штырь; 11 – винт; 12 – заготовка; 13 – гайка;
14 – тяга; 15 – рычаг

Заготовки закрепляют быстросъемной шайбой 9 с помощью 

болта 8 ввернутого в шток 6 поршня 5 гидроцилиндра 4. Заготов-

ки больших диаметров закрепляют поворотными прихватами 3, 
сила зажима которым передается от гидроцилиндра 4 с помощью 
рычага 15, тяги 14 и гаек 13. Сменные наладки 7 устанавливают 
на корпусе приспособления и фиксируют по штырю 10. Приспо-
собление базируют на столе станка пальцами 2. По оси приспо-
собление устанавливают так, чтобы центр, установленный в 
шпиндель станка, совместился с центровым гнездом установа 1.

Сборно-разборные приспособления (СРП). Их рентабельно 

применять в условиях серийного (крупносерийного) производства 
изделий, имеющих большое число модификаций.

Система СРП основывается на нормализации элементов. Однако 
здесь стандартизируются главным образом функциональные 
сборочные единицы (зажимные, установочные, корпусные, подвижные 
губки, планшайбы, оправки и патроны) и некоторые 
детали (неподвижные губки, немеханизированные прямоугольные 
и круглые плиты, подставки к опорам). 

В СРП предусмотрены два типа прямоугольных плит, которые 
отличаются наличием или отсутствием вмонтированных гидроцилиндров, 
а также два типа круглых плит. 

Для компоновки приспособлений тискового типа на прямоугольных 
плитах предусматривается использование неподвижных 
и подвижных губок. Подвижные губки могут устанавливаться 
на механизированные плиты, так как приводятся в действие от 
гидроцилиндров с тянущим усилием до 25 кН и толкающим – до 
30 кН при давлении в гидросистеме 10 МПа. 

Функции зажимных механизмов могут осуществляться ручными 
и механизированными зажимами, которые крепятся в 
Т-образных пазах плит. Для зажима могут использоваться гидравлические 
прижимные блоки. 

Токарные СРП собираются на планшайбах. Заготовки базируются 
в сменных наладочных элементах, устанавливаемых на