Записано со слов профессора Аверьянова Олега Ивановича, доктора технических наук, лауреата премии правительства РФ, работавшего в конце 80-х годов директором ЭНИМС — головного научно-исследовательского института в области станкостроения СССР
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 в условиях, например, мелкосерийного производства, показывает, что 5% времени она находится на станке и только 1,5% уходит на съем металла. Если учесть, что 70% всего количества деталей изготавливают в условиях единичного и серийного производства партиями до 50 штук, то очевидно, что проблема автоматизации этих производств является основной задачей развития машиностроения в целом.
Отечественное станкостроение за свои более чем восьмидесяти лет существования прошло несколько исторических периодов развития.
Становление станкостроения заложено в трудах академика Дикушина В.И., проф. Ачеркана Н.С., проф. Владзиевского А.П., проф. Решетова Д.Н., проф. Грановского Г.И., проф. Головина Г.М., проф. Богословского Б.Л. и целого ряда технологов, конструкторов, экономистов, рабочих. Благодаря работам перечисленных авторов и огромной армии производственников разных квалификаций и рангов, внесен существенный вклад в научные основы учения о конструирование и расчете станков, а так-же о принципах формирования типажа металлорежущих станков (МРС).
Дальнейшее конструктивное совершенствование МРС и повышение требований к их эксплуатационным свойствам привело к созданию новых теоре-тических направлений и школ, 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. и др.
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. Объемы поставок станков отмеченных выше заводов определялись только их производственными возможностями, и поэтому формирование структуры парка МРС происходило как бы стихийно.
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. и др.).
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. Однако и при такой более совершенной методике расчета структуры МРС, удельный вес автоматизированных станков и МРС с ЧПУ был не достаточным, поскольку ряд вопросов, решение которых во многом определяло технический уровень МРС, не находили необходимой финансовой поддержки со стороны органов власти.
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. были предложены основы теории компоновок МРС как первый шаг к комплексной оценки качества компоновок станка на предпроектной стадии его создания.
На протяжении многих лет в России был проведен целый комплекс работ, связанных с решением задач по созданию высокопроизводительных и прецизионных МРС. Причем эти работы велись не только в области исследования станков, но и в области создания соответствующих производственных мощностей, удовлетворяющих условиям изготовления точных деталей, узлов и станков, а также обеспечения их соответствующими комплектующими изделиями.
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. За счет использование специальных технических средств, обеспечивалось снижающее трения в сопряженных стыках МРС.
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. Разработаны методики расчета и соответствующие программные продукты, позволяющие получать на стадии проектирования достоверные результаты по комплексной оценке работоспособности шпиндельных узлов на опорах качения.
Разработаны методики расчета температурных полей и внедрены специальные мероприятия, позволяющие значительно уменьшить температурные деформации в станках.
Были разработаны рекомендации по выбору и расчету системы виброизоляции станков от внешних колебаний, а также исследованы влияния колебаний фундамента на работу станков и разработаны рекомендации по их установке.
Создание в экспериментальном научно-исследовательском институте металлорежущих станков (ЭНИМС) комплекса уникального оборудования для изготовления и аттестации особо точных штриховых мер длины решило проблему изготовления особо точных измерительных систем, в том числе для эталонирования штриховых мер длины, а также отсчетных систем измерительного комплекса для прецизионных базовых деталей машиностроения.
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 десятко микрометра и шероховатостью менее одной десятой. Создание зубообрабатывающих мастер-станков явилось логическим завершением огромного комплекса исследований по повышению точности станков, проведенных учеными и инженерно-техническими работниками станкостроения.
Семидесятые годы явились годами увеличения производства МРС с ЧПУ во всем мире. Вопросы автоматизации машиностроения на базе станков с ЧПУ стали важнейшими, и, естественно, многие заводы приняли самое активное участие в работах по постановке МРС с ЧПУ на производство и разработке мер по внедрению их в промышленность.
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. Важно определить принципиальные отличия МЦС от своих предшественников.
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. Эта особенность и является принципиальным отличием МЦС от обычных станков, и предопределяет дальнейшие пути развития МЦС с учетом пере-дачи функций рабочего не только машине, но и системе ЧПУ.
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. Так, например, по данным ЭНИМСа, средние сроки проектирования автоматических линий на базе унифицированных сборочных единиц и деталей снижаются примерно в 6-8 раз по сравнению со временем проектирования тех же автоматических линий, скомпонованных из оригинальных сборочных единиц.
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. Материалы многих международных выставок по станкостроению свидетельствуют о целесообразности использования этого принципа проектирования для МРС, работающих во многих производствах машиностроения.
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. Так, например, А.К.Нартов (1680-1756) разработал ряд технологических процессов изготовления различных изделий, создал для их осуществления оригинальные станки и инструменты.
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. Долгие годы этот учебник был основным пособием, по которому училось несколько поколений русских инженеров.
В связи с бурным развитием техники в начале XX в. возникла необходимость обобщения опыта по разработке и осуществлению технологических процессов. В учебные программы вузов страны были включены дисциплины, описывающие технологические процессы изготовления машин, проектирование приспособлений, цехов и заводов.
На первом этапе они содержали главным образом описательный материал, обобщающий опыт изготовления изделий в отрасли.
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. и многих других.
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. Разработаны методики, основанные на прогнозных данных (работы Палтеровича Д.М.).
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. Причем, каждый технологический признак в свою очередь делиться еще на девять признаков по разновидностям технологических операций в пределах одной технологической группы станков.
Создание станков с ЧПУ нового поколения непосредственно связано с развитием самих средств автоматизации, которые трансформируются и совершенствуются на базе вычислительной техники.
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. Воздействием таких потоков можно выполнять различные технологические операции без механического силового действия инструмента на заготовку и без непосредственного контакта между инструментом и заготовкой исключительно за счет использования специфических для каждого вида подобных воздействий физических и химических явлений.
В целом, до «великих революционных» событий 90-х годов прошлого столетия, страна в области станкостроения занимала твердое место в первой десятке мира и постоянно принимала участие на выставках в Чикаго, Париже, Милане, Ганновере, Токио. Крупные руководители станкостроительных заводов и известные ученые институтов и университетов неоднократно приглашались с докладами на международные тематические симпозиумы и форумы.
Использованная литература:
- Машиностроение. Энциклопедия / Б.И. Черпаков, О.И. Аверьянов, Г.А. Адоян и др.; под ред. Б.И. Черпакова. – М.: Машиностроение, 1999. –- Т.1V – 7. – 863 с.
- Аверьянова И.О. Обработка деталей концентрированными потоками энергии / И.О. Аверьянова. – М.: МГИУ, 2011. – 179 с.
- Аверьянов О.И. Модульный принцип построения станков с ЧПУ / О.И. Аверьянов – М.: Машиностроение, 1987. – 232 с.
- Корниенко А.А. Управление развитием парка технологического оборудования / А.А. Корниенко. – М.: Янус, К, — 2006. – 141 с.
- Металлорежущие системы машиностроительных производств: учебное пособие для вузов / под ред. О.В. Таратынова. – 2-е изд., перераб. и доп. – М.: МГИУ, 2006. – 250 с.
- Проектирование технологий машиностроения на ЭВМ: учебник для вузов / О.В. Таратынов, Б.М. Базров, В.В. Клепиков, О.И. Аверьянов и др.; под ред. О.В. Таратынова. – М.: МГИУ, 2006. – 519 с.
- Суслов А.Г., Бушуев В.В., Гречишников В.А., Смоленцев В.П. Энциклопедия. Технологи России (машиностроение). Т.1 Технология машиностроения, станки и инструмент / под общ. ред. А.Г. Суслова. – М.: Машиностроение-1, 2006. – 412 с.
