Полный гайд по металлорежущим станкам: виды, принцип работы, критерии выбора

От сверлильного станка в мастерской до автоматизированного комплекса на авиазаводе — металлорежущее оборудование встречается почти на каждом производстве. С его помощью создают детали для техники, транспорта, приборов и промышленных систем. В этой статье разобрались, какие бывают металлорежущие станки, как они устроены, чем отличаются друг от друга и как подобрать оборудование под задачи конкретного предприятия.

Что такое металлорежущий станок

Металлорежущий станок — это оборудование, которое обрабатывает металлическую заготовку режущим инструментом. 

В зависимости от конструкции и назначения станок может выполнять токарную, фрезерную, сверлильную, шлифовальную металлообработку или другой ее вид. 

Как появились металлорежущие станки 

Первые прототипы такого оборудования начали создавать в Древнем Египте примерно в XIII веке до н. э. Судя по изображениям на барельефах, это были примитивные устройства, которые приводились в движение с помощью веревок и деревянных колес.

В античные времена появились станки с лучковым приводом. Механизм выглядел так: к заготовке прижимали острое лезвие или обточенный камень, а между заготовкой и изогнутым деревянным луком натягивали тетиву. Мастер водил луком из стороны в сторону, заготовка вращалась, и с нее срезался тонкий слой материала. Благодаря таким приспособлениям обработка цилиндрических форм стала более быстрой и равномерной.

В Средние века металлообработка оставалась в основном ручным ремеслом, но начали появляться более сложные устройства, например токарные станки с ножным приводом или водяным колесом. Кузнечные мастерские постепенно развивались в мануфактуры, производство становилось более организованным, а инструменты — более точными.

В начале XX века на производствах начали применять станки с электроприводом, а в 1940–1950-х годах — оборудование с числовым программным управлением (ЧПУ). 

Сегодня металлорежущие станки — это уже не отдельные машины, а часть автоматизированных комплексов и цифровых производственных цепочек. Такие станки ускоряют обработку, обеспечивают стабильное качество и позволяют выпускать детали с заданными параметрами. Без них невозможно представить современное производство комплектующих для техники, транспорта, оборудования и инженерной инфраструктуры.

Классификация металлорежущих станков

По типу обработки

Это основной признак, по которому проводится классификация металлорежущего оборудования. По типу обработки станки делят на девять групп — в зависимости от того, какую операцию они выполняют: 

• Токарные — вращают заготовку и равномерно обрабатывают ее резцом.
• Сверлильные и расточные — создают отверстия и обрабатывают их внутри.
• Шлифовальные — уменьшают шероховатость поверхности и подгоняют деталь под нужный размер.
• Фрезерные — срезают лишний материал с помощью фрезы — вращающегося инструмента с режущими лезвиями, который движется по заданной траектории.
• Зубо- и резьбообрабатывающие — предназначены для изготовления зубчатых колес и формирования резьбы. 
• Строгальные и протяжные — убирают слои металла поступательными движениями режущего инструмента. В строгальных станках резец движется по поверхности заготовки и снимает стружку. В протяжных — проходит сквозь заготовку и формирует пазы, отверстия или шлицы. 
• Разрезные — применяются для раскроя и резки металлопроката.

• Комбинированные — объединяют в одном корпусе несколько обрабатывающих модулей и могут совмещать функции разных станков. Например, есть токарно-фрезерные, токарно-шлифовальные и сверлильно-фрезерные станки.
• Разные — сюда входит оборудование, которое нельзя отнести к предыдущим группам. Это обдирочные и делительные машины, трубообрабатывающие станки и другие устройства.

По классу точности 

Этот признак определяет, насколько точно станок выдерживает заданные размеры и геометрию детали. Всего выделяют пять классов точности:

• Н (нормальной точности) — стандартное оборудование, которое подходит для большинства типовых операций.
• П (повышенной точности) — обеспечивают более стабильные геометрические параметры и точную посадку деталей.
• В (высокой точности) — используются там, где важны минимальные отклонения, например в приборостроении.
• А (особо высокой точности) — применяются в задачах, где критична высокая точность. Часто используются при единичном и мелкосерийном производстве. 
• С (особо точные, или прецизионные) — обеспечивают погрешность до 1 мкм. Используются в микроэлектронике, медицине, авиационной промышленности, а также при изготовлении высокоточных компонентов для других станков. 

По уровню автоматизации

Классификация по степени автоматизации показывает, как распределяются функции между оператором и машиной. Чем выше уровень автоматизации, тем меньше ручного труда и выше производительность. По этому признаку станки разделяют на четыре категории:

• Ручные — все действия выполняет оператор.
• Полуавтоматы — часть операций автоматизирована, но человек контролирует ключевые этапы.
• Автоматы — работают по заданной программе без постоянного участия оператора.
• Станки с ЧПУ — полностью управляются цифровыми программами. В отличие от автоматов имеют гибкие настройки, поддерживают сложные режимы обработки, позволяют добиваться высокой точности и повторяемости.

По степени универсальности 

Этот признак отражает, насколько широкий круг задач может выполнять машина. По этому критерию выделяют две группы металлообрабатывающих станков:

• Универсальные — подходят для обработки деталей различных форм, размеров и назначения. Такое оборудование легко перенастраивается и может выполнять несколько операций, поэтому его часто используют в ремонтных и инструментальных цехах, на опытных участках и при мелкосерийном производстве. К универсальным станкам относятся токарные, фрезерные, сверлильные и строгальные машины — как с ручным управлением, так и с ЧПУ. 
• Специализированные — рассчитаны на обработку определенных деталей и обычно выполняют одну операцию. Их используют в серийном производстве, где важны стабильность, скорость и повторяемость. Такие станки часто работают в составе поточных линий. 

Основные виды металлорежущего оборудования

Рассмотрим устройства, которые чаще всего используются в металлообработке. Эти виды металлорежущих станков выполняют ключевые операции и встречаются на большинстве производств. 

Токарные станки

Наиболее распространенный вид металлорежущего оборудования. 

Металлообработка на токарном устройстве происходит так. Заготовку закрепляют на станке в специальном зажимном механизме — патроне. Он соединен с вращающимся валом — шпинделем. При запуске оборудования шпиндель приходит в движение и заготовка начинает крутиться вместе с ним. Резец перемещается вдоль заготовки, срезает с нее лишний материал и придает детали нужную форму: цилиндр, конус, фаску. 

Токарные станки используются для создания деталей с осевой симметрией: валов, втулок, осей, колец.

Разновидности токарных станков: 

• Токарно-винторезные — самые универсальные. Нарезают резьбу, выполняют обработку канавок, черновую и чистовую обточку, торцовку. Составляют до 70–80% станочного парка на металлообрабатывающих предприятиях. Именно на них делают большинство стандартных деталей. 
• Токарно-револьверные. Позволяют установить несколько резцов разной формы и быстро переключаться между ними. Подходят для серийной обработки деталей, производство которых требует нескольких операций.
• Токарно-карусельные. Рассчитаны на изготовление крупногабаритных деталей. Заготовка крепится вертикально, что упрощает ее установку и снижает нагрузку на станок. Такие станки часто применяются в тяжелой промышленности.
• Лоботокарные станки. Нужны для обработки торцевых поверхностей заготовок большого диаметра и небольшой длины, так называемых коротких деталей — дисков, колес, шестерен.
• Настольные токарные станки. Компактные и простые в эксплуатации устройства для обработки небольших заготовок. Используются в мелких мастерских, учебных классах, хобби-студиях. 

Фрезерные станки

Станки этой группы обрабатывают металл по другому принципу: вращается не заготовка, а инструмент — фреза, которая закреплена на шпинделе. Фреза движется по определенной траектории и убирает излишки материала в нужных местах. Заготовка обычно остается неподвижной.

Фрезерные станки могут обрабатывать плоские, наклонные и криволинейные поверхности, а также вырезать пазы, канавки, уступы и сложные рельефы. Применяются как для грубых, так и для высокоточных операций. Современные модели часто оснащаются ЧПУ и используются для 3D-обработки.

Разновидности фрезерных станков: 

• Вертикально-фрезерные — фреза движется сверху вниз. На этих станках можно обрабатывать рельефные поверхности, делать выемки, карманы и другие углубления.
• Горизонтально-фрезерные — фреза расположена сбоку, параллельно столу. Такие станки удобны для обработки плоских поверхностей, длинных прямых пазов и уступов. 
• Универсальные — позволяют менять положение фрезы и перемещать плоскость стола. Это дает больше свободы при обработке сложных форм и углов. 

Сверлильные станки

Сверлильные станки используют, когда нужно сделать отверстие в металлической заготовке. Принцип работы простой: сверло вращается и погружается в заготовку, формируя отверстие нужного диаметра и глубины. 

Типы сверлильных станков:

• Вертикально-сверлильные — сверло движется сверху вниз, заготовка закреплена на столе. Такие станки подходят для большинства стандартных операций.
• Горизонтально-сверлильные — сверло расположено сбоку, параллельно полу. Эти станки удобны при обработке длинных и тяжелых заготовок, которые сложно установить вертикально.
• Радиально-сверлильные — отличаются подвижной конструкцией. Сверло закреплено на балке, которую можно поворачивать и перемещать вдоль стола. Это позволяет точно навести инструмент на нужную точку, не передвигая заготовку. Такие станки особенно полезны при работе с крупными корпусами, плитами и рамами.
• Многошпиндельные — оснащены несколькими шпинделями со сверлами, которые работают одновременно. Такое оборудование позволяет просверливать несколько отверстий за один цикл, ускоряет серийную обработку и помогает выдерживать одинаковое расстояние между отверстиями.

Расточные станки 

Расточные станки нужны, чтобы доработать уже готовое отверстие: расширить, выровнять, задать нужный диаметр и форму. Такое оборудование применяют при производстве блоков цилиндров, фланцев, корпусов редукторов и других деталей, где от точности геометрии отверстия зависит надежность сборки. 

Разновидности расточных станков: 

• Координатно-расточные — работают по заданным координатам. Позволяют разместить отверстие в нужной точке детали и обработать его с высокой точностью. Используются при сборке сложных узлов, производстве пресс-форм и оснастки. 
• Алмазно-расточные — используют инструмент с алмазным покрытием. Обеспечивают микронную точность и гладкую, почти зеркальную поверхность. Такие станки востребованы в авиастроении, приборостроении и других сферах, где важна чистота обработки.

Шлифовальные станки

Шлифовальные станки используют на заключительной стадии обработки. Их задача — убрать следы предыдущих операций, уменьшить шероховатость и довести деталь до заданных параметров. 

В отличие от токарного или фрезерного оборудования такие станки не режут, а снимают тонкий слой металла абразивным инструментом, например шлифовальным кругом.

Разновидности шлифовальных станков:

• Плоскошлифовальные. Заготовку закрепляют на столе, над ней вращается шлифовальный круг. Такие станки используют для обработки плоских наружных поверхностей — плит, пластин, оснований и корпусных деталей.
• Круглошлифовальные. Заготовка вращается вокруг своей оси, а шлифовальный круг движется вдоль нее. Эту разновидность оборудования применяют для наружной обработки цилиндрических деталей — валов, втулок, осей, штифтов.
• Бесцентрово-шлифовальные. Заготовка свободно вращается между двумя кругами — рабочим и опорным. Такие станки позволяют быстро шлифовать длинные, тонкие или мелкие цилиндрические детали без закрепления в патроне. Используются при производстве шпилек, втулок и осей малого диаметра.
• Внутришлифовальные. Заготовка остается неподвижной, абразивный инструмент погружается в нее и обрабатывает внутреннюю поверхность. Эти станки используют для втулок, подшипников и других деталей с жесткими требованиями к внутреннему диаметру.
  

Зубообрабатывающие станки

Эти станки формируют и обрабатывают зубья на заготовке. Они необходимы при изготовлении зубчатых колес, шестерен, реек и других деталей с зубчатым зацеплением.

Разновидности зубообрабатывающих станков:

• Зубофрезерные — формируют зубья с помощью вращающейся фрезы. Используются для обработки наружных зацеплений.
• Зубодолбежные — создают профиль зуба поступательными движениями резца. Подходят для внутренних зацеплений и деталей со сложной формой зубьев.
• Зубострогальные — снимают металл с боковых поверхностей зуба. Чаще всего применяются для обработки конических колес с прямыми зубьями.
• Зубошлифовальные — выполняют финишную обработку, повышают точность и чистоту поверхности зубьев.

Современное металлорежущее оборудование: тренды и технологии 

Металлообрабатывающая индустрия не стоит на месте: растут требования к точности, скорости и стабильности результатов. Чтобы соответствовать этим запросам, предприятия переходят на цифровые и автоматизированные решения. Такие технологии помогают выпускать продукцию высокого качества, уменьшают влияние человеческого фактора и позволяют быстрее адаптироваться к изменениям в производственном процессе.

Станки с ЧПУ

Станки с числовым программным управлением работают по заранее составленной компьютерной программе. Сначала технолог создает 3D-модель детали и проектирует процесс ее обработки с помощью специального программного обеспечения. Затем эту информацию преобразуют в управляющий файл и загружают в блок управления станком.

Оборудование «читает» файл и автоматически выполняет нужные действия: подводит инструмент, задает скорость, выбирает режим, выдерживает траекторию и глубину. Оператору не нужно управлять каждым движением вручную — он только запускает цикл и контролирует технологический процесс.

Преимущества ЧПУ-станков:

• Точность и повторяемость процесса. Все параметры задаются в цифровом виде — детали получаются одинаковыми даже при большом тираже.
• Универсальность. Один и тот же станок можно использовать для различных задач — нужно лишь сменить инструмент и загрузить другую программу.
• Меньше ручного труда. Оператор только следит за процессом, а всю обработку станок выполняет сам.
• Совместимость с другими системами. ЧПУ-станки можно подключать к корпоративному ПО, например к производственным (MES) и управленческим (ERP) системам. Это помогает синхронизировать работу оборудования, отслеживать загрузку, сроки и отклонения от них.

Сейчас ЧПУ-станки дополняют новыми возможностями: удаленным мониторингом, адаптивным управлением резанием, автоматическим распознаванием неисправностей, прогнозированием износа инструмента. Эти функции делают обработку более точной и стабильной, а работу — более быстрой и предсказуемой.

Автоматизированные линии и роботизированные комплексы 

Появление ЧПУ в середине прошлого века стало отправной точкой для автоматизации металлообработки.

Сам по себе ЧПУ-станок — это еще не автоматизированная система. Он точно выполняет команды программы, но заготовку обычно подает оператор, он же запускает цикл и снимает готовую деталь.

Автоматизация убирает часть этих операций. В автоматизированную производственную линию включают подающие устройства, системы смены инструмента и измерительные модули. Такие решения позволяют станку выполнять несколько операций подряд с минимальным участием человека. Так может работать, например, токарно-фрезерный центр с ЧПУ, если он дополнен автоматической подачей и сменой инструмента.

Следующий уровень автономности оборудования — роботизация. Станок становится частью комплекса с промышленными манипуляторами, конвейерами и системами контроля. Робот сам берет заготовку, устанавливает ее, запускает цикл, снимает готовую деталь и передает дальше — на шлифовку, сборку или проверку.

Как выбрать металлорежущий станок

Выбор станка зависит от задач, которые стоят перед предприятием. Важно учитывать особенности деталей, объемы выпуска, требования к качеству и точности. Ниже — ключевые параметры, на которые стоит опираться при выборе.

Критерии выбора оборудования 

1. Тип обработки. Определите, какие операции нужно выполнять: токарные, фрезерные, сверлильные, расточные, шлифовальные и так далее. Под каждую из них подбирается соответствующий тип оборудования. Если операций несколько, имеет смысл рассмотреть универсальные или комбинированные станки.
2. Точность. От класса точности зависит, сможет ли станок выдерживать нужные параметры при серийной обработке. Для большинства задач достаточно оборудования нормальной или повышенной точности (классы Н или П), но для изделий со сложной геометрией и серьезными требованиями к посадке потребуются станки высокой точности (класс В и выше).
3. Производительность. Ключевой параметр при работе с крупными партиями. Важно учитывать мощность, количество шпинделей, скорость подачи и съема материала, возможность автоматической работы.
4. Тип привода и система управления. Станки с ручным управлением подойдут для простых операций и небольших объемов. Если нужно точное и стабильное производство, лучше выбрать оборудование с ЧПУ.
5. Надежность и сервис. Даже самое точное оборудование будет бесполезным, если станет часто простаивать из-за поломок. Лучше выбирать марки с развитой сетью сервисных центров и стабильными поставками запчастей. 
6. Бюджет и срок окупаемости. Нужно не только сравнивать цены, но и учитывать эффективность — как быстро оборудование окупится, насколько дорого будет обходиться его обслуживание и как это повлияет на себестоимость деталей.

Популярные производители

На российском рынке представлено оборудование как зарубежных, так и отечественных брендов. Вот некоторые из самых распространенных:

• DMG Mori (Германия/Япония) — один из лидеров в сегменте токарных и фрезерных станков с ЧПУ. Высокая точность, надежность, интеграция с цифровыми платформами.
  
• HAAS (США) — универсальные токарные и фрезерные станки с ЧПУ. Широкая линейка, простой интерфейс, хорошее соотношение цены и качества.
  
• Mazak (Япония) — производит многофункциональные обрабатывающие центры. Оборудование подходит для автоматизированного и серийного производства.
  
• «СТАНКО» (Россия) — модельный ряд включает универсальные токарные, фрезерные и сверлильные станки, в том числе с ЧПУ.
  
• «Белмаш» (Республика Беларусь) и «Точприбор» (Россия) — недорогие решения для малого и среднего производства.

---

Эффективность металлообработки напрямую зависит от того, насколько точно оборудование соответствует задачам производства. Правильно подобранный станок способен ускорить выпуск деталей, повысить качество продукции и снизить нагрузку на персонал. Машина, которая не отвечает специфике предприятия, будет задерживать сроки, требовать частой переналадки и лишних затрат на обслуживание. Чтобы техника приносила экономический результат, а не дополнительные расходы, при выборе оборудования важно учитывать реальные условия производства: объемы, тип обработки, требования к готовым изделиям.