Краткий очерк развития станкостроения

 

Первые сведения о металлорежущем станке относятся к 3–му веку до нашей эры. Так Архимед, знаменитый ученый древнего мира, в описании прибора для астрономических измерений упоминает “…небольшой цилиндр, обточенный на токарном станке”. С тех пор техника обработки резанием прошла длинный и сложный путь развития - от примитивной ручной до сложнейшей автоматизированной механической обработки, уровень которой определяется общим уровнем техники и характеризуется точностью получаемых изделий и производительностью.

Станкостроение, как отрасль промышленности, является основой машиностроения, так как металлорежущие станки – это орудия производства, посредством которых изготавливается абсолютное большинство деталей различных машин и приборов. Станкостроение вероятно и самая многообразная отрасль техники. Здесь можно встретить станки – гиганты, рабочие столы которых сравнимы с театральной сценой, и станки – малютки, всю сменную выработку которых можно разместить на ладони. Например, на Краматорском машиностроительном заводе (Украина) был создан токарный станок для обработки деталей длиной более 30 метров, а на Коломенском заводе тяжелого станкостроения (Российская Федерация) – карусельный станок для обработки деталей диаметром до 16 метров и зубообрабатывающий станок для нарезания зубчатых колес диаметром до 8 метров и модулем до 50 миллиметров. Известны продольно-фрезерные станки для обработки базовых корпусных деталей различных машин, длиной 12 метров и шириной 4 метра. Практически в каждой часовой мастерской можно встретить переносной токарный станок, помещающийся в небольшом чемодане.

В архиве Тульского оружейного завода сохранились старинные, относящиеся к 1677 г. чертежи и описание “анбара сверлишного” с конным приводом - установки для рассверливания стволов пушек. Вероятно это наиболее старый рабочий проект металлорежущего станка. До сих пор сохраняются два токарных станка, созданные около 1700 г. русским токарем А. Нартовым. Один из них является экспонатом Эрмитажа в Санкт-Петербурге (Россия), а другой – экспонатом Парижского музея (Франция). Построенный А. Нартовым в 1712 г. токарный станок с суппортом – держателем инструмента, по существу, был первым станком, который можно было выпускать серийно. Однако в тот период Российская империя, как и другие развитые страны, не была готова к созданию станкостроительной отрасли машиностроения.

М. Сидоров, современник А. Нартова, в 1714 г. изготовил многопозиционный станок для одновременного сверления 24 ружейных стволов. А через год Я. Батищев создал первую хонинговальную, как тогда говорили машину, для одновременной чистовой обработки 12 стволов. Эта машина осуществляла возвратно-поступательное и вращательное движение инструмента с помощью храпового механизма. Оба станка оказались весьма удачными и проработали более 100 лет.

Русский механик И. Ползунов на 20 лет опередил англичанина Д. Уайта, построив еще в 1765 г. в Барнауле первую паровую машину. Вместе со своими учениками он изготовил инструмент и создал станки для токарной обработки паровых цилиндров длиной 3 метра.

Станкостроение как отрасль промышленного производства появилось в конце 18-го века в Англии в результате промышленной революции. Родоначальником отрасли считается английский кузнец Г. Модсли, изготовивший в 1794 г. свой первый токарный станок с крестовым суппортом, повторив, как это часто бывает, изобретенный в начале века суппорт. Организовав свое дело и получив патенты на токарно-винторезный станок со сменными ходовыми винтами (1798 г.) и гитару сменных зубчатых колес (1800 г.), он приступил к производству МРС на промышленной основе. Он выпускал токарно-винторезные, отрезные с маятниковой пилой, сверлильные, долбежные, поперечно-строгальные, расточные, зубострогальные и ряд модификаций фрезерных станков. Выпущенные Г. Мондсли станки использовались в производстве до конца 19-го века.

В Российской Империи вся незначительная потребность в МРС удовлетворялась главным образом за счет импорта. Первым заводом, начавшим производство станков, был завод Берда в Санкт-Петербурге, построенный еще в 1790 г. К 1913 г. (год промышленного подъема) вся машиностроительная промышленность империи располагала парком в 75 тысяч МРС, преимущественно простейших. К этому времени было всего 3 станкостроительных завода, выпустивших за весь 1913 г. всего 1,5 тысячи МРС 3-х моделей.

До конца 19-го века в механических цехах приводы станков осуществлялся от групповых трансмиссий, получавших энергию вращательного движения от паровой машины. Развитие электромашиностроения вытеснило паровую машину из механических цехов. А в начале 20-го века станки стали оснащать индивидуальными электродвигателями.

В Советском Союзе решение об организации станкостроения как специализированной отрасли было принято в 1934 г. Это решение положило начало станкостроению и в Беларуси. И уже в 1937 г. на одном из перепрофилированных машиностроительных заводов был выпущен первый белорусский станок - токарно-револьверный для прутковых работ. Первенец станкостроения Беларуси стал называться Минским станкостроительным заводом имени Октябрьской Революции. Его современные продольно-фрезерные станки пользуются стабильным спросом в странах с развитым машиностроением.

Интенсивный рост серийности и разнообразия выпускаемых машин и агрегатов в ряде отраслей машиностроения создал объективные предпосылки для создания станков с автоматическим циклом обработки. В итоге в конце первой половины 20-го века был начат выпуск станков – автоматов токарной группы для обработки деталей типа тел вращения из прутковых заготовок, а затем и полуавтоматов для обработки деталей из отдельных заготовок. Этот тип станков оснащен автоматической системой управления, выполненной в виде распределительного вала, несущего кулачки, управляющие исполнительными органами станков.

В этот же период для автотракторной промышленности, характеризующейся крупносерийным и массовым производством, начинается разработка и производство специализированных агрегатных станков для обработки корпусных деталей. Создание таких станков стало возможным благодаря развитию принципа модульного проектирования и на этой основе производство станков из унифицированных узлов и деталей. Автоматический цикл обработки на агрегатных станках обеспечивается разработанной для них цикловой системой управления. Эти станки благодаря концентрации операций и совмещения переходов обеспечивают в массовом производстве существенный рост производительности по сравнению с универсальными станками.

В 1947 г. профессор Б. Балакшин (Московский станкоинструментальный институт) первым в мировой практике сформулировал общие принципы адаптивного управления станками на примере токарной обработки, минимизирующие влияние случайных внешних факторов – неодинаковости припуска заготовки и микротвердости ее поверхности при точении на точность обработки. Проведенные им и его учениками исследования в этом направлении стали фундаментом для создания саморегулирующихся станочных систем.

Развитие кибернетики и создание вычислительных машин на базе больших интегральных схем привело к созданию систем числового программного управления (ЧПУ) и на этой основе нового класса станков - многооперационных станков, или обрабатывающих центров. Первые поиски в этом направлении были начаты в 1943 г. в США, когда по заданию авиационной промышленности ряд фирм приступил к проектированию многооперационного станка с ЧПУ и инструментальным магазином для обработки корпусных деталей. Первый станок был изготовлен в 1947 г. Одновременно была разработана система подготовки управляющих программ. Позже к работам в этой области станкостроения приступили и другие страны, имеющие развитую станкостроительную промышленность.

На основе начального опыта производства станков с ЧПУ утверждалось, что их выпуск из-за высокой стоимости экономически нецелесообразен. Однако впоследствии опыт использования станков этого класса показал ошибочность этого утверждения. Многооперационные станки с ЧПУ позволяют за одну установку производить столько операций и переходов, сколько ранее их выполнялось на всех позициях автоматических линий из универсальных станков. Современное многономенклатурное производство характеризуется быстрой сменой продукции машиностроения. Поэтому для ее изготовления необходим новый тип автоматических линий – быстропереналаживаемые гибкие производственные системы (ГПС), управляемые от ЭВМ. Основой таких систем являются гибкие производственные модули (ГПМ) на базе многооперационных станков с ЧПУ.

Обработка резанием, несмотря на наличие существенных отходов металла в виде стружки, сохраняет доминирующее положение среди всех известных методов обработки. При некотором уменьшении ее удельного веса за счет замены режущего инструмента физическими явлениями, абсолютный объем формообразующей обработки резанием со снятием стружки будет увеличиваться. Объясняется это тем, что обработка резанием является наименее энергоемким и наиболее экономичным процессом получения изделий требуемого качества. Данное положение в еще большей степени относится к станкам. Так открытие электроэрозионного явления, защищенного в СССР в 1947 г. соответствующим дипломом под № 1, привело к созданию очередного нового направления в станкостроении – производству электроэрозионных станков, используемых для обработки труднообрабатываемых материалов, в том числе неметаллических.

В странах с развитым машиностроением в технологическом парке обрабатывающих машин в 5,5 – 7 раз больше металлорежущих станков, чем кузнечно-прессовых машин, занимающих второе место по общему количеству. Прогнозируется, что в обозримом будущем это соотношение не будет менее 5-ти.

Беларусь относится к странам с развитой станкостроительной отраслью промышленности. Заводы этой отрасли расположены во всех регионах республики. Здесь выпускаются зубообрабатывающие, фрезерные, шлифовальные, сверлильные и агрегатные станки, многооперационные станки с ЧПУ станки инструментального производства, специализированные станки для подшипниковой промышленности, станки для обработки оптических материалов, деревообрабатывающие станки. Ряд заводов выпускает режущие и мерительные инструменты, технологическую оснастку для отрасли.

Заметный вклад в науку о металлорежущих станках и развитие отечественного станкостроения вносят соответствующие кафедры университетов Беларуси, в том числе кафедра металлорежущих станков и инструментов Полоцкого государственного университета.

 

Различные вопросы проектирования и исследования станков, обзоры достижений в мировом станкостроении освещаются в монографиях и периодических журналах “Станки и инструмент” (Россия), “Известия вузов, серия Машиностроение” (Россия), “Машиностроитель” (Россия), “Техника машиностроения” (Россия), “Теория и практика машиностроения” (Беларусь), в научных трудах университетов, в том числе в журнале “Вестник Полоцкого государственного университета, серия В, Прикладные науки”, в журналах, издаваемых в дальнем зарубежье.