Вглядитесь в окружающую вас жизнь. По улицам городов и сел спешат потоки автомашин. Плывут стрелы башенных кранов над строящимися жилыми массивами. Оставляя тонкий «тающий» след, проносится над облаками воздушный лайнер. В космосе, в воздухе, на земле и под водой несут службу механизмы, созданные человеком, а значит, и детали этих механизмов, сделанные умелыми руками станочников.

Машиностроение это одна из основ промышленности. Без машин немыслима жизнь человека в современном обществе. Уголь, нефть, руда, электроэнергия добывают с помощью машин-молотов, прессов, станков. Не зная истоков возникновения истории развития профессии станочника, невозможно осмыслить сложность и значимость этой профессии.

Так как в течение всего развития станочного ремесла появились новые прогрессивные открытия в станкостроении, что вызывает рост промышленного производства

Развитие станкостроения в России.

«Все Русские ремесленники превосходны, очень искусны и так смышлены, что все, чего сроду не видывали, не только не делывали с первого взгляда поймут и сработают столь хорошо, как будто с малолетства привыкли, в особенности турецкие вещи: чепраки, сбруи, сверла, сабли с золотой насечкой».

Так писал в своем дневнике один из сподвижников Лжедмитрия литератор и военный человек по имени Маскевич, вместе с ним принимавший в 1611 г. участие в походе на Москву.

Разумеется, шляхтича-завоевателя в первую очередь интересовали золототканые чепраки и дорогая сбруя, но сметливость и деловое умение Русского мастерового он заметил верно. Наши отечественные мастера, особенно те из них, что работали по металлу, всегда поражали и соплеменников, и заморских гостей своим мастерством и выдумкой. Вспомним, как описал Н. Лесков одного из таких людей - знаменитого тульского кузнеца Левшу, сумевшего «английскую блоху»- миниатюрный автомат - игрушки - «на подковы подковать». Произведение Н. Лескова не выдумка. В Туле на самом деле были искуснейшие мастера, особенно на оружейном заводе, прославившиеся изготовлением уникального оружия, глядя на него, и сегодня поражаешься филигранному владению русскими мастерами техники обработки металла. Такие способности Русских самоучек внушали, надо сказать, описание некоторым иностранцам, посетившим нашу страну.

Конечно, в условиях отсталого крепостного хозяйства, а еще ранее в условиях преодоления монголо-татарского ига, использование достижений и изобретений наших умельцев было ограничено очень узкими рамками. Но эти достижения хранились в памяти народной, то и дело возрождались в специальных поселениях ремесленников, потомственных мастеров.

Говоря о металлообработке в России, нужно помнить, что оно особенно в IX-X веках - почиталось искусством, а не ремеслом. В глубь веков уходят и отечественные традиции кузнечного дела, мастерства, стоящего рядом со станочным.

Ковали в Древней Руси и предметы домашнего обихода, и боевое оружие. В Киеве в XII веке кузнецы представляли собой весьма почетный слой населения, пользовавшийся привилегиями.

История возникновения централизованного Русского государства во главе с Москвою, история русского народа неотделимы от его борьбы за независимость, борьбы против иноземных поработителей. Одержаны эти победы были благодаря силе и стойкости простых людей, их стремлению сохранить свой уклад жизни, сберечь родную землю. И вместе с тем благодаря русскому оружию.

ВВЕДЕНИЕВ СТАНКОВЕДЕНИЕ

КОНСНЕКТ ЛЕКЦИЙ

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 на промышленной основе металлорежущих станков (МРС), называвшихся тогда обрабатывающими махинами. 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 осуществлялись 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 совмещению 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 – гибкие быстропереналаживаемые 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 кузнечнопрессовых 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.

Стремясь вырвать страну из вековой отсталости, в том числе в области техники и производительности труда, Петр 1 выписывал из-за границы иностранных ученых и мастеров, посылал туда учится русских людей, зачастую незнатного звания. На металлообрабатывающих предприятиях центра страны и на Урале они создавали и вводили в строй новые технические средства, основали более современные технологии производства. Усиливалась деятельность мастеров-изобретателей «махин» для обработки металла давлением и резанием.

Сам Петр владел в совершенстве различными ремеслами, однако наиболее внимание уделял токарному искусству и немало времени проводил в своей личной «токарне».

Токарное дело в XVII и XVIII веках понимали весьма широко. Оно включало в себя, помимо точения еще и гравирование, фрезерование, строгание. Мастера токарного дела того времени являлись, по сути дела, квалифицированными инженерами, хорошо знакомыми с основным механики, математики и других наук. Многие из них прошли через основную в 1701 году в Москве навигационную школу. В 1704 г. в это учебное заведение держал экзамен молодой московской простолюдин Андрей Нартов, которому было суждено обессмертить свое имя.

Около двадцати пяти лет посвятил Андрей Нартов усовершенствованию и изобретению станков. Однако прославил себя наш соотечественник созданием механизированного суппорта к токарным станку.

Изобретение суппорта означало в полном смысле слова переворот в металлообработке. 1712 год - эта дата по своему не менее весома в истории человечества, чем год создания парового котла. Именно в 1712 году Андрей Константинович Нартов, руководитель токарной мастерской и преподаватель навигаторской школы, продемонстрировал разработанную им конструкцию токарно-копировального станка, действующего практически без участия человеческих рук: в этом станке появился новый конструктивный элемент, названный изобретателем «держалкой».

Что представлял собой станок?

Двухъярусная станина - «верстак» - была искусно выполнена А.К. Нартовым из мореного дуба (он своим руками изготовил все до одной детали), точеные ножи и верхние стойки. Приводился станок в действие фигурной рукояткой, вращение от которой передавалось на шестерню промежуточного вала.

Вал мог получать вращательное движение от ременного привода. Для этого был предусмотрен дополнительный шкив. На шпиндель станка сначала устанавливали образец-копир, затем - заготовку изделия.

Что же представлял собой суппорт Нартов А.?

Это был перемещаемый вдоль изделия и жестко закрепляемый в случае необходимости блок, в котором винтами зажимался резец. В ходе работы станка приковало внимание к Нартову.По распоряжению самого Петра! мастер был переведен на работу в личную царскую «токарю» в - Петербург. Ему были созданы условия для исследовательской и изобретательской работы. Талант простого русского человека был замечен и поддержан. На следующий год после изобретения суппорта Нартов продемонстрировал еще одно свое детище - новую модель копировального, или его называли в Петровскую эпоху гильоширного станка.

Приводился в действие он от шкива, размещенного вне станка. На шпиндель станка насаживался комплект фасонных копиров, что позволяло, работающему на этом станке, наносить на изделие несложные узоры.

Следующей большой работой изобретателя было создание комбинированного токарно-копировального станка. К разработке его конструкции мастер приступил в 1718 г. Когда чертежи были готовы, и Нартов приготовился к практическому изготовлению деталей и узлов, труд над станком был прерван. Андрей Константиновича послали за границу получить сведения о «гнутии дуба, употреблявшегося в корабельное строительство», а также познакомиться с состоянием металлообработки. Два года продолжалось путешествие Нартов. Перед отъездом Нартову было поручено заказать изготовление этого станка в Англии. Вернувшись в Россию, Нартов написал докладную записку Петру1, в которой перечислил все выполненные им за границей работы и вместе с этим сообщил, что заказать токарно-копировальный станок в Англии не удалось -- ни один из английских мастеров не взялся изготовить для него детали. Впоследствии Нартов сам с помощниками воплотил в металл и дерево свое изобретение. На это потребовалось изобретателю одиннадцать лет. Станок этот сохранился до сих пор и поражает совершенством своей кинематической схемы. Продольные перемещения суппорта в станке впервые совершенствовались автоматически. Ходовой винт его, сам по себе явившийся крупной технической находкой, имел различный шаг для копировальной и рабочей головок. Кстати, винт был нарезан Нартовым на специально созданном им винторезном станке. Заметим, что английский изобретатель моделей иного десятков лет спустя все еще нарезал аналогичные винты для своих станков вручную - и резьба при большой трудоемкости ее выполнения таким образом получалась все таки грубой и неточной.

Двадцатые годы XVIII века были более счастливыми в жизни и творчестве Нартова. Он изобрел станок для изготовления рельефов на изделиях -медалях, монетах, орденах, станок для нарезания зубьев у мелких шестерен, применяемых в часовом производстве.

После смерти Петра Нартов жил и трудился еще 30 лет. За это время он создал целый парк новых станков. Среди них сверлильный станок для глухих пушечных отливок, станок для нарезания продольных узоров на пушках, станок для обточки цапф, а также ряд новых режущих и измерительных инструментов, приборов.

Конструктивные основные идеи Нартова были воплощены при его жизни только в нескольких станках, настоящее же развитие получили в XIX веке, реализованы в российском станкостроении. Некоторые из этих идей не потеряли своего значения и сегодня.

Многие специальные станки появились и были усовершенствованы на Тульском оружейном заводе, основанном Никитой Антуфьевым (бывшим кузнецом), вошедшим в историю по фамилией Демидова. Опытные мастера этого завода Яков Батищев и Марк Сидоров создали несколько машин для оружейного производства. Все эти машины приводились в действие от водяного колеса. Так, для первичного чернового сверления заготовок ружейных стволов Сидоров первым построил машину, снабженную сверлами- штангами. Стволы в процессе обработки охлаждались водой.

Продолживший дело М. Сидорова, Я. Батищев создал обтиральную машину для чистки стволов. Этот мастер первым в русском станкостроении соединил в единую цепь с общим приводом сверлильный, обтиральный и шустовальный станки. Механизация же процессов шустования и обтирания значительно облегчила тяжелые работы. Станок Батищева имел 12 специальных напильников вогнутой формы, механически прижимавшихся к стволам.

Изобретения Батищева намного опередили свое время. Но они подобно изобретениям Нартова долго лежали под спудом, не находя широкого применения в родной стране. После смерти Петра 1 интерес власти к развитию отечественной металлообработки пропал. Созданные на Тульском и других заводах машины постепенно приходили в негодность, о них перестали заботиться: забывались технические достижения начала века.

Забывались ли? Нет, они жили в памяти хоть и немногих, но верных приверженцев отечественного станкостроения. В 1785 году тульский оружейник Алексей Сурнин помощью инструментальщика Латова изготовил машину для точения «замочных лодышек».

В начале XIX века на небосклоне отечественной технической мысли ярко загорается звезда еще одного изобретателя и станочника- Павла Дмитриевича Захавы. На том же Тульском заводе он, начиная с 1810 года, руководил конструированием и производством новых станков, в основном токарных. Назовем наиболее удачные конструкции изобретателя: станок для вторичного и окончательного сверления ружейных каналов, станок для нарезания резьбы, станок для сверления трубки штыка, протяжной станок, полировочный станок.

Одна из этих новинок, а именно станок для окончательного сверления ружейных стволов впервые не имел деревянных частей Станина была цельнометаллической, в машине применен реверс.

В изобретении токарных станков Захава добился особенно больших успехов. В них, как и машинах Нартова, был использован механический суппорт, скользящий люнет (подвижная опора). Резец на станке Захава стал обрабатывать как цилиндрические, так и конические поверхности.

Для своевременной остановки хода резца станок был снабжен и снова впервые! Автоматическим отключающим механизмом.

При непосредственном участии Захавы на Тульском заводе было изготовлено свыше ста металлорежущих станков, которые в значительной части были отправлены и другие отечественные предприятия.

Одновременно с Захава в России работали еще два изобретателя станков Ефим Алексеевич и его сын Мирон Ефимович Черепановы. В тридцатые годы прошлого века отец и сын создали в Нижнем Тагиле ряд горнорудных машин и паровых станков сверлильных, винторезных, «гвоздарных» и токарных.

В канун Отечественной войны: 1812 г. появился в России первый штамповочный молот - машина для обработки металла давлением. С этой же поры начинается хоть и медленный, но неуклонный рост отечественной металлообрабатывающей и станкостроительной промышленности. В середине прошлого века в России уже насчитывалось 25 машиностроительных заводов, а в 1861 г. их было более ста.

Однако количественный рост предприятий не означал качественных сдвигов в станочном деле. Токарный станок по прежнему оставался главным среди машин орудий. Технических прогресс, шагающий по основным капиталистическим странам, словно обходил стороной Россию, обрекая ее на второразрядную роль в мировой экономике.

В 1912 г. общая потребность страны в станках была удовлетворена внутренним производством только на 26%.

Доля собственного станкостроения в пополнении станочного парка неуклонно снижалась

Подлинными хозяевами на станочном рынке России были Германия и другие западные страны.

До 2018 года немецко-японский станкостроительный концерн DMG Mori обязался запустить в Ульяновской области производство, которое бы выпускало 1200 токарно-фрезерных станков в год. Это треть всех металлорежущих машин, которые производятся сегодня в нашей стране. Для осуществления своих планов DMG Mori придется инвестировать более 750 млн. рублей в . Однако цифры не пугают крупного игрока, так как реальность прибыли в ближайшем будущем очевидна.

История развития станкостроения в России

Развитие станкостроения в России началось в 18 веке. В 1738 году русский механик Нартов построил первый в мире металлорежущий аппарат с механическим суппортом и сменными зубчатыми колесами. В то время отрасль служила, в основном, для конструирования военной техники и развивалась очень медленно.

Первым предприятием, которое производило металлообрабатывающие машины, стал завод Берда в Санкт-Петербурге. Он открылся в 1790. Затем станки стал выпускать Тульский оружейный завод и еще несколько предприятий по стране. До революции развитие станкостроения было достаточно слабым. Потребности отечественной экономики были покрыты только на 20% за счет местной продукции, большая же часть машин поставлялась из-за рубежа.

Советский период - время бурного развития станкостроения. СССР конкурировал с США по объему производства агрегатов и экспортировал металлообрабатывающие агрегаты в разные страны мира. Однако в 90-е годы и в начале нынешнего столетия наблюдался критический спад в изготовлении продукции. На 2009 год в РФ работала только четвертая часть всех бывших советских станкостроительных предприятий. Если в 1991 выпускалось 70 тыс. станков в год, то в 2012 - только 3,5 тыс. В 2011 наша страна занимала аж 21-е место в мире по выпуску металлообрабатывающих агрегатов.

При этом мировая отрасль вырвалась далеко вперед, начали выпускаться машины со сложным программным обеспечением , внедрялись модульные схемы в производство. Отечественные же станкостроительные предприятия занимались на 80% ремонтом и модернизацией старого оборудования.

Время нового развития станкостроения в России

В 2011 году государство поддержало данную сферу внедрением новой подпрограммы по развитию станкостроения и инструментальной промышленности. Проект рассчитан на реализацию в течение 20 лет. В отрасль потекли дотации и инвестиции, что сказалось на жизнедеятельности предприятий. Если в 2010 работали - и даже не в полную силу - только 40 производств, то на 2015 их стало уже около сотни. Доля российской продукции на внутреннем рынке выросла до 22%, а объем ее продаж составил 98,2 млн руб. Отечественное оборудование стало снова экспортироваться за рубеж. Согласно данным 2016 г., на продукцию сегмента приходится 7% всего экспорта страны.

Правительство инициировало создание станкостроительных кластеров в разных регионах РФ: в Липецкой, Ульяновской, Ростовской областях, а также на Урале в Татарстане и в Санкт-Петербурге. Локализация еще больше стимулировала развитие станкостроения в России и привлекла западные инвестиции.

Военная промышленность и производство станков: навеки вместе

В 2017 Дмитрий Медведев заявил, что для военно-промышленного комплекса развитие станкостроения является критически важным. Военная промышленность остро нуждается в высокотехнологичном, современном оснащении, а отечественные агрегаты не всегда ее требованиям отвечают. Именно поэтому приходится запускать импортные машины, как, например, недавно это сделали на Балтийском заводе, где ввели в эксплуатацию итальянское оборудование стоимостью 6 млн евро. В то же время военно-промышленный комплекс готов делать заказы у российских производителей, внося свою внушительную долю в развитие станкостроения.

В середине XVIII столетия человеческая цивилизация вплотную приблизилась к одному из наиболее значимых этапов своего развития - периоду, который историки впоследствии назовут промышленной революцией, или Великим индустриальным переворотом. К этому времени в наиболее развитых странах мира, список которых тогда возглавляла подпитываемая многочисленными колониями Англия, начался активный процесс перехода от преимущественно аграрного устройства экономики к индустриальному. Зарождающийся промышленный капитализм обусловил потребность в повышении производительности труда, а также улучшении качества и снижении себестоимости продуктов производства.

Данным преобразованиям способствовало множество факторов: развитие торговли и формирование рынка наемного труда, становление банков и системы кредитования, эволюция права и расцвет точных наук, рост количества изобретений и технических новаций. Примитивный ручной труд и деревянные орудия труда уже не могли обеспечить потребности общества. Фабрики и мануфактуры остро нуждались в механизмах и машинах, изготовленных из металла. Именно быстро прогрессирующая металлообработка сыграла особую роль в успехе промышленной революции XVIII - XIX столетий.

Металлообработка, как основа фабричног о производства машин и механизмов

До начала индустриального переворота технологии обработки металлов путем резания, сверления и шлифовки совершенствовались крайне медленно, и эта работа носила разрозненный характер. В мануфактурный период потребность в новых инструментах подвигла владельцев фабрик к созданию вспомогательных мастерских, оборудованных элементарными сверлильными, точильными и шлифовальными станками. Часть из них приводилась в действие мускульной силой, другие - энергией воды. Но общим для всех этих приспособлений была минимальная степень механизации процесса обработки, что обуславливало низкое качество изделий.

В начале XVIII века изготовление деталей на станке выполнялось рабочим, который был вынужден удерживать обрабатывающий инструмент в руке. К сожалению, мировая техническая общественность тогда не узнала об изобретении талантливого русского механика А.К.Нартова - суппорте резцедержателе, которым он еще в 1717 году оснастил построенный им же токарный копировальный станок. В России тех лет данная разработка, как и многие другие изобретения этого талантливого «начальника» придворной токарни и воспитанника царя реформатора Петра I, была не востребована, и на время забыта.

Только ближе к концу столетия конструкция Нартова была изучена и стала отправной точкой для создания управляемого механического суппорта английским механиком и изобретателем Генри Модсли. После этого события устройство почти всех основных видов станков, применявшихся в мануфактурах и на фабриках, подверглось основательной модернизации. До этого токарные работы выполнялись при помощи примитивных держателей резца, что не позволяло обеспечить необходимую точность обработки. С появлением управляемого суппорта данная проблема была окончательно устранена.

«Социальный» заказ и потребность фабрик в новых, воплощенных в металле средствах производства, всячески стимулировали развитие способов металлообработки. Эта востребованность стала реальным катализатором процессов индустриализации, и привела к созданию новой отрасли промышленного производства - машиностроения. Однако, для того чтобы в полной мере удовлетворить технические запросы быстро развивавшегося общества, машиностроению предстояло совершить качественный технологический прорыв.

Важнейшие разработки и изобретения эры индустриального переворота

1.Токарный станок

В Англии революционные преобразования экономики начались с бурного прогресса в текстильной промышленности. Обеспечить эту отрасль новыми, более производительными машинами удалось благодаря не менее быстро развивавшимся технологиям и совершенствованию методов металлообработки. Спрос обеспечил быструю эволюцию средств производства, и, в первую очередь, одного из основных на то время технических средств обработки металлов резанием - токарного станка. На протяжении XVIII - XIX столетий конструкция токарного станка претерпела множественные усовершенствования, среди которых следует особо отметить следующие:

● 1712 г. Изобретение российским механиком Андреем Константиновичем Нартовым самоходного суппорта, обеспечившего возможность фиксированного крепления резца и его точного линейного перемещения вдоль обрабатываемой детали.

●1718 - 1729 г.г. Совершенствование А.К.Нартовым устройства токарного станка - копира, в котором траектория хода привода суппорта и передвижение копировального пальца управлялись различными участками ходового винта с отличающимися параметрами нарезки.

● 1751 г. Первый в мире полностью металлический токарный станок универсального типа от француза Жака де Вокансона. Его отличала тяжелая станина, мощные, изготовленные из металла центры, и V-образные направляющие.

● 1778 г. Новые типы винторезных станков авторства английского механика Д. Рамедона. Для изготовления резьбы с тем или иным шагом, в одном из них применялись сменные шестерни, в другом за движение резца отвечала специальная струна, которая наматывалась на вал определенного диаметра.

● 1795 г. Усовершенствованный французским механиком Сено функционал винторезного станка. Помимо уже применявшихся в станках Рамедона сменных шестерен и большого ходового винта, очевидным отличием данной разработки стал оригинальный конструктив механизированного суппорта.

● 1798 - 1800 г.г. Совершенная модель универсального токарного станка, построенная английским инженером Генри Модсли и его учениками. Данная конструкция стала прообразом токарно-винторезных станков будущего, и во многом определила направление развития данного вида металлообрабатывающего оборудования на сто, и более лет вперед. Кроме того, Г. Модсли первым начал процесс стандартизации резьбовых соединений.

● 1815 - 1826 г.г. Работы учеников и последователей Генри Модсли - Р.Робертса и Д.Клемента. Первому из них удалось улучшить станки за счет оптимального расположения ходового винта, создать элементарный вариатор в виде зубчатого перебора и сделать более удобным управление, вынеся все переключающие органы ближе к рабочему месту токаря. Д.Робертсу историки станкостроения приписывают создание лоботокарного станка, позволившего обрабатывать детали крупных диаметров.

● 1835 г. Важнейшая доработка механизма подачи токарных станков британским инженером-механиком и изобретателем Джозефом Витуортом - еще одним учеником Г.Модсли. Он разработал механизм поперечной передачи и связал его с продольным приводным механизмом.

● 1845 г. Автоматизированный револьверный станок американского инженера С.Фитча, предложившего прототип револьверной головки с восемью закрепленными в ней сменными резцами. Быстрая смена режущих инструментов снизила до минимума потери времени на их переустановку, и резко повысила производительность труда при обработке серийных изделий.

● 1873 г. Создание прообраза металлорежущего токарного станка автомата американским инженером и предпринимателем Х.Спенсером, который усовершенствовал конструкцию разработанных его предшественниками револьверных станков. Важной новацией авторства Х.Спенсера стала модернизированная система управления с использованием кулачкового механизма и распределительного вала.

● 1880 - 1895 г.г. Начало мелкосерийного выпуска токарных систем фирмы «Кливленд» и металлорежущего оборудования других производителей, построенного по принципу многошпиндельного станка автомата. Достигнутое таким образом расширение функциональных возможностей позволило реализовать давнишнюю мечту разработчиков промышленного металлорежущего оборудования - за счет совмещения различных операций многократно повысить производительность и экономическую эффективность работы станочного парка.

2.Фрезерный станок

Обтачивая вращающуюся деталь, невозможно выполнить обработку продольных и наклонных плоских поверхностей, а также устройство всевозможных пазов, канавок, подсечек, сплошных «карманов» и окон. Закрепив неподвижно деталь, и сделав подвижным вращающийся режущий инструмент, человечество открыло для себя фрезерные работы еще в XVII веке, когда китайские мастера изготовили достаточно примитивный станок, тем не менее, позволивший обработать крупную плоскую деталь для астрономического прибора.

Однако обеспечить точную работу механизма подачи вращающейся фрезы, достаточную для выполнения мелких работ по металлу, оказалось значительно сложнее, чем управлять суппортом с неподвижно закрепленным резцом в токарном станке. Разнообразные конструкции для фрезерования плоских поверхностей, разработанные в XVII веке, годились только для обработки изделий из дерева или кости. Многочисленные попытки создать станок для фрезерования металлических деталей успехом в то время не увенчались.

В полной мере решить эту задачу смог американский промышленник и инженер Илай Уитни, который в 1818 году построил полноценный фрезерный станок с механизированным суппортом, длительное время применявшийся на принадлежавшем ему оружейном заводе. Несмотря на наличие деревянной станины, деревянного двухступенчатого шкива и кустарный внешний вид, фрезерный станок конструкции Илая Уитни успешно справился со всеми возложенными на него функциями, и работал практически без поломок.

Заслуживают нашего внимания конструкции специализированных фрезерных станков, разработанных российскими механиками для оружейного завода в Туле. Уже к 1826 году там были сданы в эксплуатацию два станка для подрезки казенных концов ружейных стволов. Закрепленный в специальном подвижном приспособлении, ствол подавался в рабочую зону торцовой фрезы, Конструктивно и по внешнему виду изготовленные тульскими мастерами станки были совершеннее изделий Илая Уитни, и обеспечивали более высокое качество обработки поверхности деталей.

В первой половине XVIII века технический прогресс в области совершенствования конструкций и функциональных возможностей фрезерных станков был связан с потребностями оружейников. Очередной и более совершенный, чем разработки предшественников, прототип фрезерного станка в 1835 году был изготовлен механиками американской оружейной компании «Гай, Сильвестр и Ко». Отличительной особенностью данной конструкции стала уникальная система перемещения фрезы в вертикальной плоскости, которая впоследствии была преобразована в более надежный механизм подъема стола.

В середине XVIIIвека возможности фрезерных станков наконец-то были востребованы «мирными» предприятиями, которые уже вовсю работали на нужды индустриальной революции, и вынуждены были обрабатывать плоские поверхности шлифованием. Первой разработкой гражданского назначения стал станок английской компании «Нэсмит и Гейскелл», который выполнял фрезерование плоских граней гаек. Несмотря на узкую специализацию, это устройство, по сути, являлось универсальным горизонтально-фрезерным станком, и вполне могло применяться на множестве других операций.

Еще более совершенную конструкцию фрезерного станка в 1855 году разработала и воплотила в металле американская компания «Линкольн» (Phoenix Iron Works Джорджа Линкольна). Рабочий стол этого изделия, как и у предшественников, приводился в движение ременной передачей и червячным механизмом, но для продольного перемещения стола здесь был применен ходовой винт с маховиком. Установка фрезы в вертикальной плоскости выполнялась в данной конструкции перемещение подшипников оправки, что также стало определенной технической новацией, обеспечившей удобство и повысившей точность работы. Схема станка стала классической и была заимствована многими производителями фрезерного оборудования.

История создания этого популярного станка и его широкого распространения тесно связана с именами людей, которые впоследствии основали всемирно известную и в наши дни компанию. Фрэнсис Пратт, создатель «Линкольна», работал начальником производства в Phoenix Iron Works вместе с Эмосом Уитни (родственником родоначальника фрезерного оборудования Илая Уитни). Оба были талантливыми механиками и изобретателями и в 1860 году основали Pratt & Whitney Company, специализирующуюся на выпуске металлообрабатывающего оборудования. В годы Гражданской войны в США компания существенно разрослась и станки под этой маркой стали продаваться по всему миру. В настоящее время Pratt & Whitney- крупнейший поставщик газотурбинных двигателей и генераторных установок.

3.Паровой двигатель Уатта - востребованный привод станочного оборудования

Приводимые в действие силой ветра или падающей воды токарные, сверлильные и фрезерные станки не могли в полной мере обеспечить необходимые параметры вращения заготовок или инструментов, что существенно сказывалось на качестве обработки металлов. Чтобы организовать фабричный выпуск новых машин и других средств производства, требовался мощный движитель, который смог бы с необходимой скоростью и силой приводить в действие механизмы станочного оборудования. Таким двигателем стала созданная шотландским инженером, механиком и изобретателем Джеймсом Уаттом универсальная паровая машина.

Оригинальную конструкцию «парового насоса» в 1698 году разработал и изготовил Томас Сэвери, который в том же году запатентовал свое изобретение и применил его для откачивания шахтных вод. По причине низкой производительности и большого расхода топлива использовать этот двигатель в качестве привода агрегатов станочного оборудования было невозможно. Данную конструкцию, начиная с 1705 года, пытался улучшить другой англичанин - Томас Ньюкомен. Он довел построенный на ее основе водоподъемный насос до мелкосерийного производства, однако из-за недостаточной мощности для применения в промышленности этот двигатель также не подходил.

Свой вариант парового двигателя научный консультант университета в Глазго Джеймс Уатт разработал в 1764 году. Но только спустя 12 лет, когда его партнером стал состоятельный промышленник Мэтью Болтон, изобретателю удалось организовать производство и коммерческую продажу изготовленных паровых машин. Именно Уатт сумел преобразовать поступательное движение поршней своих машин во вращение нагрузочного выходного вала. Начальная конструкция потом многократно дорабатывалась и становилась все более мощной и экономичной. Но главное было сделано - в конце XVIII века металлорежущие станки получили такой необходимый, и не зависящий от природных явлений, автономный привод.

Дальнейшее развитие металлообрабатывающих станков

Индустриальная революция обусловила необходимость в разработке и выпуске машин практически для всех отраслей промышленного производства. От уровня развития средств металлообработки зависело состояние экономики, поэтому техническая база станкостроения непрерывно совершенствовалась. Конструкция механического суппорта, первично разработанная для крепления и управляемого перемещения резцов токарного станка, была с успехом применена в других видах станочного оборудования.

Для создания новых металлообрабатывающих устройств применялся не только механический суппорт, но и другие конструктивные узлы токарного станка - система зубчатой передачи, механизм подачи, зажимные устройства и элементы кинематики. Многочисленные американские машиностроительные заводы, которые к середине XIX века в техническом развитии обогнали родоначальников станкостроения - англичан, массово выпускали шлифовальные, расточные, токарно-револьверные, универсально-фрезерные и карусельные станки, ставшие со временем основой промышленного расцвета и мощи США.

В 60-е годы XIX века машиностроение начало стремительно развиваться в Германии и России. В нашей стране одним из пионеров станкостроения стал Тульский оружейный завод, который для собственных нужд начал выпуск токарных, фрезерных, сверлильных, резьбонарезных, шлифовальных, протяжных и шлифовальных станков. Успешно начали работу машиностроительные предприятия, построенные в Москве, Ижевске, Сестрорецке, Воронеже и Санкт-Петербурге. Первым специализированным предприятием станкостроения стал московский завод братьев Бромлей, позднее переименованный в «Красный Пролетарий».

Российские заводы быстро освоили производство всего необходимого ассортимента станочного оборудования, включая оригинальные собственные разработки продольно-строгальных и колесотокарных станков. Несмотря на эти очевидные успехи, общий уровень российского станкостроения тех лет существенно отставал от количественных и качественных показателей машиностроительных отраслей Англии, США и Германии, поэтому основная масса станочного оборудования для заводов и фабрик России приобреталась их владельцами за рубежом. Типовым оснащением металлообрабатывающих предприятий того времени были станки шести видов:

● Токарные , на которых обтачивали наружные и внутренние поверхности тел вращения, выполнялась обработка гладких и ступенчатых валов, изделий в форме шара или конуса, растачивались цилиндрические детали и нарезалась резьба.

● Фрезерные станки , позволявшие обрабатывать внешние и внутренние поверхности заготовок деталей сложной формы, к которым предъявлялись повышенные требования по точности и качеству.

● Строгальные станки горизонтального и вертикального типа, предназначенные для обработки заготовок и изделий с плоскими поверхностями.

● Сверлильные станки , при помощи которых высверливались, растачивались и обрабатывались отверстия, а также могли нарезаться резьбы.

● Шлифовальные машины, на которых производилась чистовая обработка изделий специальным абразивным инструментом и материалами.

● Станки специального назначения , разработанные и изготовленные для выполнения ограниченного количества или одной конкретной операции технологического процесса.

В конце XIX века металлообрабатывающее оборудование всех основных групп дифференцировалось, и выпускалось в виде универсальных станков, либо машин специального назначения. Действительно, зачем тратиться на сложный и дорогой станок, если он будет использоваться для выполнения всего нескольких однотипных операций. К примеру, так появилось специальное расточное оборудование, применявшееся для изготовления стволов орудий и обработки любых других изделий цилиндрической формы и большой длины.

При попытке приспособить токарный станок к работе с заготовками малой длины и значительных диаметров была разработана конструкция лоботокарного станка. Подобным образом, под конкретную задачу, появились токарно-карусельные станки для обработки заготовок большого веса и размера, с которыми не могло работать оборудование стандартного исполнения. Для обработки крупногабаритных изделий были разработаны конструкции радиально-сверлильных и продольно-строгальных станков с длинными подвижными столами.

Наивысшим достижением станкостроительной отрасли конца XIX века стали станки токарно-револьверного типа, оборудованные головками для одномоментной установки до 16 инструментов, а также карусельно-фрезерное оборудование, позволявшее вести обработку сразу нескольких изделий крупного веса и размеров. Не менее востребованными стали все специализированные машины, предназначенные для нарезки зубьев и обработки зубчатых колес - станки зубофрезерного, зубодолбежного и зубострогального типа.

На рубеже XX века конструкторы и инженеры механики считали, что дальнейшее развитие станочного оборудования для металлообработки должно быть связано с автоматизацией, дальнейшим повышением точности и скорости выполнения операций. Огромное значение для будущего отрасли имело изобретение американскими инженерами Уайтом и Тэйлором высоколегированной «быстрорежущей» стали для изготовления резцов и других металлорежущих инструментов. Однако открывшимися в связи с этим изобретением возможностями обработки металлов на повышенных скоростях станкостроители смогли в полной мере воспользоваться уже в XX веке.

Избранные персоны промышленной революции

Основой любых прогрессивных изменений в жизни общества, будь то социальные, экономические или технологические преобразования, являются конкретные личности. Кроме потребностей общества в совершенствовании технического базиса производства, необходимым условием индустриальной революции стала созидательная деятельность множества талантливых людей - станочников, механиков, изобретателей и инженеров конструкторов.

Именно они, дополняя и совершенствуя разработки друг друга, создали в итоге станочный парк, который позволил наладить производство необходимого количества новых и более совершенных средств производства. Для примера перечислим хотя бы нескольких «действующих лиц» индустриальной революции, не забыв и о наших великих соотечественниках, также внесших свой весомый вклад в практику и теорию металлообработки:

● А.К.Нартов - выходец из народа, начавший карьеру токарем дворцовой мастерской Петра I, и закончивший свой земной путь в генеральском чине статского советника. После обучения за границей, молодой заведующий придворной «токарней» Андрей Нартов еще в 1717 году предложил конструкцию механизированного суппорта токарного станка. Впоследствии А.К.Нартов детально разработал механизмы еще 34 станков, но после его смерти рукописи попали в придворную библиотеку, и были найдены потомками только через 200 лет.

● Генри Модсли - английский механик, который увековечил свое имя созданием в 1794 году совершенной конструкции крестового механического самоходного суппорта. Он же в 1798 году при разработке токарно-винторезного станка применил сменный ходовой винт, и впервые предложил стандартизовать все резьбовые детали и соединения. Кроме того, Генри Модсли известен тем, что обучил и воспитал на собственном заводе целую плеяду учеников, каждый из которых продолжил дело учителя и внес собственный вклад в дальнейшее развитие средств металлообработки.

● Джозеф Витуорт . Этот британский инженер и предприниматель вошел в историю не только усовершенствованием конструкции поперечной передачи токарного станка. Впоследствии Д,Витуорт стал промышленником, построил собственный механический завод, а главное - еще в 1841 году предложил принципы унификации деталей машин и стандарты винтовой резьбы, которые носят его имя и применяются поныне. Он же является автором системы калибров, которую разработал и вместе с особо точными измерительными приборами ввел в практику работы своего завода, показав тем самым пример станочникам всего мира.

● И.А.Тиме - российский ученый и инженер механик, впервые изучивший и осветивший в своих трудах процессы, которые происходят при механической обработке металла. Изучая параметры образования стружки при различных скоростях подачи и резания, он смог установить важные закономерности, позволившие ему в 1870 году опубликовать рекомендации по настройке оптимальных режимов работы металлорежущих станков.

● К.А.Зворыкин - выпускник Санкт-Петербургского механического технологического института, впоследствии профессор. Константин Алексеевич Зворыкин продолжил изыскания И.А.Тиме и опубликовал труды, посвященные проблемам оптимального резания металлов, в которых привел уточненную схему усилий, воздействующих на резец. В 1883 году К.А.Зворыкин создал прибор, позволявший определить силу резания, и вывел формулу, по которой можно было рассчитать наиболее эффективные режимы работы станка.

● Фредерик Тэйлор - американский инженер, в течение 26 лет изучавший процессы резания металлов резцами различной формы, под различными углами и на всех возможных скоростных режимах. Он выявил закономерности, влияющие на качество обработки, затраты времени, толщину стружки, параметры охлаждения и стойкости резцов. В результате он практическим путем установил самые выгодные режимы металлообработки, и в 1884 году создал на основе своих исследований специальную счетную линейку рабочего - станочника, по которой можно было определить оптимальный режим резания. Работы Ф.Тейлора имели неоценимое значение для совершенствования способов металлообработки, и с благодарностью были приняты профильными специалистами всего мира.

Российское станкостроение на пороге XX века

Индустриальная революция в России, с ее преимущественно аграрным укладом экономики, запоздала почти на столетие. Однако, начавшись в середине XIX столетия, за достаточно короткий по историческим меркам период в 50 лет промышленная революция подвергла всю производственную и социально-экономическую сферу российского государства необратимой реформации. После отмены крепостного права в стране окончательно утвердился капитализм и присущие ему рыночные отношения, быстро шли процессы накопления капитала и создания промышленных предприятий. Как сто лет назад в Англии, внедрение высокопроизводительных машин началось на фабриках хлопчатобумажной промышленности.

По данным статистики, к началу 1900 года в России начитывалось 1805 предприятий машиностроения и металлообработки, оснащенных 2966 механическими двигателями. Общее количество и видовое разнообразие металлорежущих станков история, к сожалению, не сохранила. В то же время на 185 ткацких фабриках применялось более 150 тысяч механических ткацких станков, многие из которых были изготовлены на отечественных машиностроительных предприятиях. Российское станкостроение, хотя значительно отставало от уровня ведущих стран мира, развивалось поистине семимильными шагами. К концу XIX века по уровню оснащенности промышленных предприятий металлообрабатывающими станками Россия вышла на среднемировые показатели.