Станкостроение: от истоков до современных технологий
Станкостроение играет ключевую роль в развитии промышленности, являясь основой для производства широкого спектра продукции. В развитых промышленных странах объем продукции металлообработки составляет около 30% общего производства продукции. Успех развития того или иного производства в значительной степени зависит от эффективного использования металлорежущих станков (МРС).
Анализ времени нахождения заготовки в цехе показывает, что лишь 5% времени она находится на станке, и только 1,5% уходит на съем металла. Это подчеркивает важность оптимизации процессов обработки и повышения эффективности использования станков.
Истоки и развитие отечественного станкостроения
Становление станкостроения в России заложено в трудах выдающихся ученых и инженеров, таких как академик Дикушин В.И., профессора Ачеркан Н.С., Владзиевский А.П., Решетов Д.Н., Грановский Г.И., Головин Г.М., Богословский Б.Л. и многих других. Дальнейшее совершенствование МРС и повышение требований к их эксплуатационным свойствам привели к созданию новых теоретических направлений, которые были изложены в трудах профессоров Пуша В.Э., Кудинова В.А., Проникова А.С., Бушуева В.В., Каминской В.В., Левиной З.М., Хомякова В.С., Аверьянова О.И.
В период становления отечественного станкостроения в 30-х годах решалась задача создания станков различных технологических групп с позиции максимально возможного удовлетворения потребности различных отраслей народного хозяйства страны. В основном это были сравнительно простые станки универсального назначения с ручным управлением (РУ). Этот период характеризовался специализацией заводов по технологическому признаку, среди которых выделялись заводы - гиганты, например, такие как: Московский завод “Красный пролетарий”, Средневолжский станкозавод, Краснодарский станкозавод им. Седина (все изготавливали станки токарной группы), Горьковский и Дмитровский заводы по производству станков фрезерной группы, Ленинградский станкозавод им. Я.М. Свердлова, заводы Минска и на Коломенском станкозаводе по производству расточных МРС, Одесский и Ивановский станкозаводы по производству сверлильных станков и т. д. Этот период также отмечен и организацией заводов по производству прецизионных станков. В частности такие заводы работали в Москве, Одессе, Куйбышеве, а несколько позже в Вильнюсе, Ереване и других городах.
Военный (1941-1945 г.) и послевоенный периоды, вплоть до 60-х годов, характеризовался более организованным выпуском металлорежущего оборудования, поскольку правительством страны была поставлена цель значительного выпуска продукции оборонного назначения и восстановления народного хозяйства страны после войны. Для этих целей создавались станки высокопроизводительные и сравнительно недорогие, поскольку они изготавливались на основе унифицированных узлов и агрегатов. Эти станки по своему назначению относились к специальным станкам, поскольку они могут производить только одну операцию и только на конкретных деталях. В настоящее время подобные станки и автоматические линии продолжают функционировать на многих заводах автомобильной, тракторной, сельскохозяйственной и других отраслях. Для решения практических задач в этот период времени было создано самостоятельное научное направление по проблеме создания и эксплуатации металлорежущего автоматизированного оборудования для условий массового производства (работы проф. Да-щенко А.И., Волчкевича В.И., Черпакова Б.И., Белова В.С., доц. Брона Л.С.
В период 60-80 годов предпринимается попытка изменить структуру парка МРС, сделать ее более приемлемую для решения задач, которые каждые пять лет находили отражения в различных постановления в виде основных показателях повышения производительности труда, снижения трудоемкости изготовления изделий, повышения точности обработки и т.д. Контрольные цифры выпуска МРС по объему и видам оборудования строились на основе обширной информации об обрабатываемых деталях, выраженных через суммарную трудоемкость их изготовления.
Качественно новые свойства МРС приобрели в сочетании с системами числового программного управления (ЧПУ). Существенно расширились технологические возможности таких станков, появились предпосылки оперативного вмешательства в процесс механической обработки деталей и обеспечения наиболее рациональной организации труда в целом. Наряду с существовавшим ранее традиционным принципом проектирования станков потребовался более серьезный учет целого ряда факторов связанных со спецификой внедрения ЧПУ, технологии обработки и организации инструментального хозяйства, технико-экономического анализа применения станков с ЧПУ. Эти и другие подобные вопросы нашли должное отражение в трудах Васильева В.С., Маталина А.А Ю.Д., Лещенко В.А., Соломенцева Ю.М., Враговым Ю.Д.
На протяжении многих лет в России был проведен целый комплекс работ, связанных с решением задач по созданию высокопроизводительных и прецизионных МРС. Проблема обеспечения точности обработки в пределах нескольких микрон достигалась применением узлов, деталей и элементов точных и особо точных исполнений. Точность перемещения исполнительных органов станка (каретки, салазки, столы и т.п.) обеспечивалась за счет применения соответствующих систем отсчета координат и со-ответствующих конструкций направляющих. Разработаны и поставлены на серийное производство особо точные подшипники качения для шпинделей и механизмов, подачи, гидростатические опоры шпинделей и направляющих тяжелых карусельных и продольно-фрезерных станков, аэростатические опоры для шпинделей и направляющих особо точных токарных станков, работающих алмазным инструментом.
В результате указанных выше и других работ, которые проводились в стране, появилась возможность изготовлять координатно-расточные и круглошлифовальные станки, позволяющие обрабатывать цилиндрические поверхности с отклонением от круглости в пределах двух-трех десято микрометра и шероховатостью менее одной десятой.
Семидесятые годы явились годами увеличения производства МРС с ЧПУ во всем мире. Широкое внедрение на заводах МРС с ЧПУ явилось причиной резкого роста потребности в системах ЧПУ с широкими технологическими возможностями, в специфических видах комплектующих изделий, вспомогательном и режущем инструменте, в различных исполнениях приспособлений и т.д. Для обработки сложных деталей стали использоваться МРС с ЧПУ с устройствами автоматической смены инструмента (АСИ) и заготовки (АСЗ), получившими название многоцелевых станков (МЦС). МЦС явились дальнейшим развитием сверлильных, фрезерных, расточных и токарных станков.
МЦС освободил рабочего, как от силовых, так и от большинства логических функций. В этом отношении МЦС не просто автоматизированный вариант своих предшественников, а качественно новый станок, позволяющий организовать малолюдную технологию обработки заготовок. Автоматизация этих функций предопределила и качественно новые технологические возможности этих станков. Главным образом, эти возможности выражаются в преобразование практически неограниченного объема информации об обработке заготовки в рабочий процесс без участия человека.
Современные тенденции и модульный принцип проектирования
С проблемой сокращения сроков проектирования, освоения и эксплуатации МРС связано немало работ. Требование к сокращению сроков проектирования и освоения МРС привело к созданию таких направлений в машиностроении, как унификация, нормализация, стандартизация.
Наиболее приемлемым вариантом проектирования МЦС в настоящее время считается модульный принцип проектирования, научные основы формирования технических и компоновочных решений многоцелевых станков разработаны лауреатом премии Правительства РФ, проф. Аверьяновым О.И. Это положение обосновывается тем, что модульный принцип проектирования МЦС одновременно решает задачи двух концептуальных подхода изготовления продукции машиностроения. Первая концепция (технологическая) отражает особенность рыночного спроса на продукцию, которая сводиться к удовлетворению конкретных потребительских запросов покупателя. Вторая (конструкторская) - использование в компоновках МЦС, предназначенных для реализации первой концепции, заранее созданных узлов, обладающих законченными конструктивными и функциональными свойствами, т.е. модулями.
Особую роль в металлообработке занимает технология обработки деталей на станках. Считается, что формирование технологии машиностроения как отрасли знания началось с появлением крупного машиностроения. Заметный вклад в развитие технологии машиностроения внесли наши соотечественники А. Чехов, М.В. Сидоров, Я.Батищев, А.К.Нартов и многие другие.
Одним из первых, описавших накопленные опыт в технологии машиностроения, был профессор Московского университета И. Двигубский, который в 1807 г написал книгу » Начальные основания технологии или краткое описание работ на заводах и фабриках производимых». В 1885 г. вышла работа профессора И.И. Тиме (1838-1920) «Основа машиностроения, организация машиностроительных фабрик в техническом и экономическом отношении и производство работ». Профессор А.П. Гавриленко (1861-1914) издал книгу «Технология металлов», в которой был обобщен опыт развития технологии металлообработки.
В связи с бурным развитием техники в начале XX в. возникла необходимость обобщения опыта по разработке и осуществлению технологических процессов. Технология машиностроения стала формироваться как отрасль науки на основе обобщения результатов большого труда коллективов заводов, научно-исследовательских институтов, высших учебных заведений и работников науки и промышленности. Основы технологии машиностроения были созданы главным образом трудами российских ученых: Балакшина Б.С., Бородачева Н.А., Вотинова К.В., Дементьева В.И., Деменьюка Ф.С., Егорова М.Е., Зыкова А.А., Каширина А.И., Кована В.М., Корсакова В.С., Маталина А.А., Митрофанова С.П., Рыжова Э.В., Сателя Э.А., Соколовского А.П., Яхина А.Б.
На основе перечисленных направлений и складывался парк МРС в машиностроении. Были разработаны методы классификации парка (работы Кваши Я.Б), академиком Львовым Д.С. рассмотрена структура парка с учетом классификации обрабатываемых деталей, базовые принципы классификации рабочих машин академиком Артоболевским И.И. предложено классифицировать исходя из технического назначения. В настоящее время серийное производство станков в России составляет до 75-80% действующих производственных мощностей.
Основную долю станочного парка в серийном производстве составляют универсальные МРС с РУ, которые, согласно классификации, разработанной еще в 30-х годах академиком Дикушиным В.И., делятся по технологическому признаку на токарные, фрезерные, зубообрабатывающие, шлифовальные и другие станки. Всего таких признаков этой классификации девять.
Большое внимание в отрасли уделялось использованию в машиностроении при обработке труднообрабатываемых материалов высокоэнергетическими и комбинированными концентрированными потоками энергии. С этой целью в технологии машиностроения широко применялись отечественные станки, основанные на использовании концентрированных потоков энергии различной физической природы, Электронные и ионные пучки, световое (лазерное) излучение, плазменные струи и дуги, электродуговые, микродуговые и электроимпульсные воздействия являются универсальным технологическим инструментом для обработки труднообрабатываемых деталей.
Современный станок с ЧПУ
Пензенская область является одним из центров станкостроения в России. На своих страницах в соцсетях губернатор Олег Мельниченко разместил запись о достижениях пензенских станкостроителей. Он обратил внимание на то, что каждый четвертый станок в России - пензенского производства.
Олег Мельниченко подчеркнул, что пензенский «СтанкоМашСтрой» вошел в ТОП-5 в стране среди 36 крупных производителей металлообрабатывающего оборудования. Так, за 2022 год предприятие произвело 266 станков, в том числе 56 с ЧПУ.
Глава Пензенской области отметил, что производству оборудования для обработки металлов уделяется огромное внимание. «Больше года в регионе работает станкостроительный кластер, который позволяет эффективнее развивать производства, наращивать объемы продукции, оказывать поддержку предпринимателям, в том числе с помощью льготных займов», - пояснил Олег Мельниченко. По его словам, работа в данном направлении будет продолжена. «Станкостроительство - это один из основных критериев развития экономики, как региона, так и страны в целом», - подытожил губернатор.
| Показатель | Значение |
|---|---|
| Доля станков пензенского производства в России | 25% |
| Место "СтанкоМашСтрой" в рейтинге производителей | ТОП-5 |
| Произведено станков в 2022 году | 266 |
| Произведено станков с ЧПУ в 2022 году | 56 |