2.3. Роль станкостроения в современном производстве
В современном мире невозможно представить производство машин, механизмов, различных приборов, работающих в отрасли промышленности, без применения современных металлообрабатывающих станков.
Станкостроение занимает одно из главных мест в отрасли промышленности. Развитие машиностроения непосредственно связано с совершенствованием технологии изготовления машин и в первую очередь станков и станочного оборудования.
Металлообрабатывающие станки (рис. 6) явились основой производства машин машинами. Их назначение — обработка всевозможных металлических заготовок с целью получения деталей определенной конфигурации, с заданными размерами, формой и качеством.
Рис. 6. – Современные металлообрабатывающие станки
Чем больше масштабы производства машин, тем более массовым должен быть выпуск деталей, тем более совершенными и производительными должны быть станки, обеспечивающие обработку необходимых деталей. Механический суппорт, примененный вначале для токарных и токарно-винторезных станков, был впоследствии превращен в весьма совершенный механизм и в модернизированной форме перенесен на многие станки, предназначенные для изготовления машин.
По мере совершенствования механического суппорта, системы зубчатых передач, механизма подачи, зажимных устройств и некоторых других конструктивных элементов кинематической схемы металлорежущие станки превращаются во все более развитые машины. В 70-х годах XIX в. машиностроение уже располагало основными рабочими машинами, позволявшими производить механическим способом важнейшие металлообрабатывающие операции.
Выдающуюся роль в развитии станкостроения сыграл машиностроительный завод, созданный Генри Модели. По существу это была настоящая школа механиков-машиностроителей, развивавших прогрессивные технические традиции основателя английского станкостроения. Здесь начинали работу и творческую деятельность такие видные конструкторы, исследователи и изобретатели в области машиностроения, как Д. Вит- ворт, Р. Роберте, Д. Несмит, Д. Клемент, Э. Уитни и др.
Существенно то, что на заводе Модели была применена уже машинная система производства: трансмиссиями соединялось большое число рабочих машин, приводимых в движение универсальным тепловым двигателем. Этот завод изготовлял вначале детали для паровых машин, а в дальнейшем выпускал токарные, строгальные и другие механические станки. По образцу завода Г. Модели (впоследствии завод фирмы «Maudslay and Field») начали создаваться многие машиностроительные предприятия.
Ведущее положение в мировом станкостроении заняли заводы фирм «Nasmyth», «Whitworth», «Sharp and Robert» в Англии, «S. Sellers», «Pratt and Whitney», «Brawn and Sharp» в США. В 70—90-х годах американские предприятия, освоив выпуск новых типов станков (токарно-револьверных, универсально-фрезерных, карусельных, расточных, шлифовальных), начали опережать в техническом отношении английское станкостроение.
В Германии производство станков начало развиваться в основном с 60 — 70-х годов XIX в. Здесь возникли фирмы «Reinecker», «Schiss», «Heimer und Pielz», «Waldrich», «Weisser» и др.
В России станки для оружейного производства (токарные, сверлильные, фрезерные, резьбонарезные, протяжные, шлифовальные, полировочные) изготовляли на Тульском оружейном заводе.
В дальнейшем такие станки начали строить Ижевский, Сестрорецкий, Луганский заводы. Основанный в Москве завод бр. Бромлей (ныне «Красный пролетарий») стал первым русским специализированным станкостроительным заводом; на Всероссийской выставке в Петербурге в 1870 г. он выставил несколько оригинальных станков: радиально-сверлильный, продольно-строгальный, поперечно-строгальный.
На политехнической выставке в Москве в 1872 г. завод получил золотую медаль за экспонированные продольно-строгальные и колесо-токарные станки. В 1900 г. завод бр. Бромлей успешно демонстрировал свою продукцию на Всемирной промышленной выставке в Париже.
Появились в России и другие станкостроительные предприятия: «Фельзер» в Риге, «Феникс» в Петербурге, «Штолле» и «Вейхельт» в Москве, завод бр. Маминых в Балакове, «Столь» в Воронеже, заводы Грачева и Доброва в Москве. Однако в целом выпуск станков в России был незначительным даже в 900-х годах; он не удовлетворял потребности развивавшейся промышленности ни по количеству, ни по техническому уровню. Это и служило причиной значительного импорта зарубежных станков для российских заводов и фабрик.
Мировое станкостроение в последней трети XIX в. располагало пятью основными типами металлорежущих станков. Преобладающую часть станочного парка составляли токарные станки, которые применяли для обработки наружных и внутренних поверхностей тел вращения.
На токарных станках обтачивали гладкие и ступенчатые валы, конусы, шары, различные фасонные поверхности, растачивали цилиндры, отверстия, нарезали резьбу. Вторую многочисленную группу составляли сверлильные станки, предназначавшиеся для сверления и обработки отверстий, а также для расточки и нарезки резьбы.
Строгальные станки, подразделявшиеся на горизонтальные и вертикальные (долбежные), служили для обработки плоских поверхностей изделий. Расширялось использование фрезерных станков для обработки наружных и внутренних поверхностей особенно точных деталей, а также для получения изделий фасонной конфигурации. Наконец, пятую группу металлообрабатывающего оборудования составляли шлифовальные станки, на которых проводили чистовую обработку деталей различной формы с помощью абразивных материалов и инструментов.
В свою очередь, специализированные типы станков дифференцировались по характеру выполняемых в производственном процессе технологических операций. Появляются станки, предназначенные для выполнения одной определенной или нескольких аналогичных операций.
Так, в группе универсальных токарных станков появился специализированный станок для растачивания длинных цилиндрических и полых изделий (типа орудийных стволов и гребных валов).
Был создан горизонтально-расточный станок, предназначенный для точной расточки внутренних поверхностей. Специфика обработки крупных деталей малой длины и большого диаметра вызвала появление токарно-лобовых станков.
Для тяжелых, крупногабаритных изделий, которые трудно установить на обычных токарных станках, создаются токарно-карусельные станки. Видную роль в металлообработке начинают играть токарно-револьверные станки, снабженные специальной револьверной головкой, в которой закрепляют разнообразные режущие инструменты. Некоторые станки револьверного типа позволяли устанавливать в одной головке до 12—16 инструментов.
Дифференцируются и другие типы станков. Из сверлильных выделяются радиально-сверлильные станки, предназначенные для сверления и последующей обработки отверстий в деталях больших габаритов, которые не могут устанавливаться на обычных сверлильных станках. Для строгания плоскостей крупных корпусных деталей (типа рам, станин, корпусов машин) создаются мощные продольно-строгальные станки с движущимся столом длиной 3—4 м и более.
Появляются продольно- и кару- сельно-фрезерные станки, позволяющие обрабатывать одновременно по нескольку массивных деталей. Наряду с обычными шлифовальными станками конструируются круглошлифовальные станки для наружного шлифования, для внутреннего шлифования и т. д.
Создается оборудование, специально предназначенное для нарезания зубьев в зубчатых колесах: зубофрезерные, зубодолбежные, зубострогальные станки. Усложнение деталей машин и специализация металлообработки приводят к появлению шлицефрезерных, шпоночно-фрезерных, протяжных, хонинговальных и других специальных станков.
Параллельно с развитием металлорежущего оборудования шел процесс технического совершенствования других видов машин-орудий, предназначенных для обработки металлов. Так, потребности получения крупных металлических заготовок вызвали проектирование и строительство гигантских машин для ковки и прессования металлоизделий.
В 70—80-х годах на заводах Круппа в Германии работали паровые молоты с массой падающих частей 50—75 т. В 1891 г. в США был построен огромный молот с массой рабочей части 125 т. Высота этого гиганта составляла 27,5 м, а наковальня весила 475 т; от ударов машины при ее работе содрогались близлежащие заводские здания и постройки.
Сложности эксплуатации молотов-гигантов привели к распространению на машиностроительных заводах для производства крупных поковок мощных гидравлических прессов. При рабочем усилии гидравлического пресса 10 тыс. т он заменяет молот с массой падающих частей до 500 т (постройка и использование такого молота были бы чрезвычайно трудным делом). Без мощных гидравлических прессов была бы невозможна постройка многих машин-гигантов, у которых отдельные части весили десятки и более тонн.
Повышение производительности металлообрабатывающего оборудования требовало возможно большей механизации основных и вспомогательных операций, сокращения непроизводительных затрат времени.
В то же время сужение функций станков прямо вело к упрощению выполняемых ими операций и тем самым создавало благоприятные условия для внедрения автоматических процессов.
Были созданы полуавтоматические и автоматические станки, у которых подвод режущего инструмента в рабочее положение, подача инструмента и отвод его после работы в исходное положение совершались автоматически, без участия человека.