Файл: В.А. Полетаев Ориентация (Часть2).pdf

8

Рабочий-ремесленник не мог одновременно вести обработку несколькими инструментами. Внедрение станков и машинных инструментов позволило преодолеть и это, создать и успешно эксплуатировать машины с большим числом инструментов, с большим числом "железных рук". Так, для увеличения производительности труда при обработке отверстий применяют многошпиндельные сверлильные станки, число шпинделей у которых достигает нескольких десятков. Использование многошпиндельных сверлильных станков, у которых количество шпинделей и расстояние между ними могут изменяться в определенных пределах, позволяет переналаживать станок на обработку различных деталей.

Под влиянием расширяющихся потребностей производства различных деталей машин непрерывно изменяются и совершенствуются металлорежущие станки и инструменты. Создание новых станков и инструментов, использование новых схем обработки является одним из путей повышения эффективности обработки деталей машин.

Изобретение и создание новых типов станков и режущих инструментов идет непрерывно, это вызвано стремлением повысить производительность труда при обработке всевозможных деталей, в соответствии с заданными техническими условиями на их изготовление.

Станки и инструменты, используемые в производстве, не только оказывают влияние на технологию изготовления изделий, но и в определенной степени воздействуют на конструктивные формы деталей.

При проектировании любой машины необходимо анализировать технологичность конструкции, то есть анализировать конструкцию машины, которая должна обеспечивать заданные эксплуатационные показатели и требовать для своего изготовления наименьших затрат времени, труда и средств в конкретных условиях данного производства. Решение этой задачи по силам только конструктору, хорошо знакомому с возможностями современной технологии. Поэтому конструктор должен быть в постоянном сотрудничестве с технологами.

Следует учитывать, что не только методы обработки оказывают влияние на конструкцию деталей всевозможных машин, а и развитие машиностроения влияет на развитие способов обработки и конструкции металлообрабатывающих станков и инструментов. Например, создание реактивных двигателей заставило машиностроителей разработать способы обработки лопаток, имеющих сложную фасонную поверхность, создать новые станки и инструменты.

9

Непрерывно расширяющееся производство машин, работающих при высоких нагрузках, скоростях и температурах, привело к необходимости обработки деталей, изготовленных из жаропрочных сталей и сплавов. Обработка этих материалов обычными методами крайне затруднена. Поэтому потребовалось создание новых методов обработки, совмещающих механическое, тепловое, химическое и электрическое воздействия.

Одной из прогрессивных тенденций развития металлорежущих станков и инструментов является разработка и использование новых инструментальных материалов, позволяющих увеличивать скорости резания и соответственно повышать производительность труда.

До начала XX в. основным инструментальным материалом была углеродистая инструментальная сталь. Инструменты, изготовленные из этого материала, работали со скоростями резания порядка 5-10 м/мин. Последующее развитие инструментальных материалов привело к появлению быстрорежущей стали. Инструменты из быстрорежущей стали позволили повысить скорости резания до 30-40 м/мин. Подобное повышение скорости резания не могло не отразиться на конструкции металлорежущих станков, которые стали более жесткими и массивными. Групповой трансмиссионный привод был заменен в этот период индивидуальным электроприводом.

Примером наиболее совершенного токарного станка, предназначенного для обработки деталей машин быстрорежущими резцами, может служить станок ДИП завода "Красный пролетарий". Первая партия из 10 станков ДИП-200 была выпущена к 1 мая 1932 г. Токарновинторезный станок ДИП-200 с высотой центров 200 мм имел индивидуальный электропривод, обеспечивающий максимальное число оборотов шпинделя, равное 600 об/мин.

Дальнейшее влияние на прогресс машиностроения оказало применение в качестве материала режущих инструментов твердых сплавов. Твердые сплавы для резания металлов впервые демонстрировались на Лейпцигской промышленной выставке в 1927 г. В первый период распространения твердые сплавы успешно применялись при обработке чугуна. При обработке стали твердые сплавы начали применяться особенно широко в годы Великой Отечественной войны и послевоенный период. Применение твердых сплавов позволило повысить скорости резания в 6-10 раз по сравнению со скоростями инструментов из быстрорежущей стали.

10

Подобное резкое увеличение скорости резания настоятельно потребовало создания новых, соответствующих возможностям нового инструментального материала металлорежущих станков и инструментов.

Применительно к обработке твердосплавным инструментом станки ДИП устарели. Поэтому в 1949 г. завод "Красный пролетарий" стал выпускать новую модель токарного станка 1А62 с увеличенной мощностью и в два раза большим числом оборотов шпинделя, равным 1200 об/мин. Но и этот станок, который выпускался до 1956 г., не мог удовлетворить всем требованиям скоростного резания. Еще в 1946 г. перед коллективом завода "Красный пролетарий" была поставлена задача создания станка высшего класса с числом оборотов шпинделя в минуту до 3000. Такой оригинальный станок был создан. Это был станок 1620.

Встанке был предусмотрен целый ряд устройств, резко уменьшающих время управления, а именно: изменение числа оборотов шпинделя под нагрузкой, не останавливая станка; устройство для нарезания резьб, позволяющее одной рукояткой производить вывод инструмента из зацепления с заготовкой с одновременным реверсированием шпинделя и каретки, и другие усовершенствования, которые уменьшали утомляемость рабочего.

Однако станок 1620 был сложным и дорогостоящим. Поэтому заводом "Красный пролетарий" был создан и в 1956 г. запущен в производство станок 1К62 с числом оборотов в минуту от 12,5 до 2000. Среди токарных станков средних размеров в настоящее время станок 1К62 является наиболее распространенным. Станок является универсальным

иприменяется в условиях индивидуального и мелкосерийного производства. Он имеет ряд устройств, упрощающих управление. Например, включение подачи суппорта в любом направлении производится одной рукояткой, причем направление поворота рукоятки совпадает с направлением выбранной подачи. Включение быстрых перемещений суппорта производится той же рукояткой, но с дополнительным нажимом кнопки, расположенной в верхней части рукоятки.

Врезультате применения твердосплавных инструментов и повышения скоростей резания время, затрачиваемое на осуществление непосредственно процесса обработки, резко сократилось. В этих условиях время вспомогательных процессов (установка и закрепление заготовки, снятие детали, управление станком) стало оказывать большое влияние на производительность труда. Например, на одном из заводов при токарной обработке детали быстрорежущими резцами машинное время

11

равнялось 9,6 мин, а вспомогательное время — 5 мин. Внедрение скоростного резания позволило повысить скорость резания в 10 раз и сократить машинное время до 1 мин. В результате в течение 8-ми часов токарь должен был сам физически трудиться 400 мин, а станок — только 80 мин, то есть простое повышение скорости резания путем внедрения твердосплавных инструментов превращает работу на станке почти в сплошной ручной труд. Необходимость резкого увеличения производительности труда заставляет обратить внимание на возможности сокращения вспомогательного времени (на закрепление и съем детали, пуск станка, его подналадку и т.п.).

Наиболее эффективным средством, обеспечивающим сокращение вспомогательного времени, является автоматизация производства, где все функции станочника заменяются техническими средствами, созданными на основе достижений науки. Переход к автоматизации стал возможным в результате разработки и освоения производства автоматов и полуавтоматов, поточных и автоматических линий.

Соединение в одно целое отдельных машин-автоматов и механических транспортных устройств позволило получить техническую систему большой производительности. Однако эффективно работать такая система может только при полной нагрузке. Поэтому комплексноавтоматизированное производство должно базироваться на продукции, имеющей массовый характер.

Создание автоматических линий потребовало от режущего инструмента нового качества, так называемой размерной стойкости, то есть требование обрабатывать детали в пределах допусков в течение определенного периода времени, например смены инструмента без его снятия со станка. Решая эту задачу, инструментальщики разработали различные конструкции инструментов, в частности инструменты с перемещающейся, обновляющейся режущей кромкой, инструменты с автоматической подналадкой — регулировкой на размер в процессе работы автомата или линии, устройства для автоматической замены изношенного инструмента, инструменты с настройкой на размер вне станка.

Так, для растачивания внутреннего кольца шарикоподшипника были спроектированы чашечные резцы с применением автоматических малых поворотов пластинки после обработки каждой детали. Шлифовальные станки часто снабжаются приспособлениями для автоматической правки круга.

12

На автоматических линиях с целью повышения производительности большое значение приобретает бесподналадочная настройка инструмента, обеспечивающая после постановки его на станок получение заданного размера детали без дополнительного регулирования инструмента. В этом случае настройка инструмента на размер детали производится вне станка. Установка резца на размер требует регулировки его длины. Для этой цели применяется державка с резьбовым отверстием, выполненным на заднем торце. В отверстие помещается регулировочный винт со сферической головкой и контргайкой для фиксирования его в определенном положении, соответствующем требуемому размеру от вершины резца до головки регулировочного винта. Настройка на размер производится в специальном приспособлении с такими же установочными базами резца, как и на станке.

Однако массовое производство составляет 15-25 % от общего объема машиностроительного производства. До 85 % составляет серийное и единичное производство, требующее гибкое быстропереналаживаемое оборудование. До 80-х годов прошлого столетия создалась парадоксальная ситуация: 15-25 % продукции изготавливалось на автоматизированном высокопроизводительном оборудовании, а большая часть 55-75 % на универсальном оборудовании с ручным управлением. И только появление станков с числовым программным управлением и использование групповой технологии позволило в корне изменить ситуацию.

1.2. Автоматизация производства – основа научно-технического и социального прогресса

Содержанием научно-технического прогресса является материализация накопленных человечеством знаний с целью ускорения процесса замены живого труда машинным и обеспечения на этой основе экономии всех видов производственных и трудовых ресурсов. Поэтому одним из главных направлений является автоматизация производственных процессов.

Автоматизация производственных процессов есть комплекс мероприятий по разработке новых прогрессивных технологических процессов и на их основе создание таких орудий труда, применение которых освобождает человека от непосредственного участия в этих процессах.

13

Автоматизация производственных процессов позволяет не только заменить ручной труд автоматической работой машины, но и создать такие высокопроизводительные процессы производства, которые вообще немыслимы, если бы человек оставался участником этих процессов в прежней роли. Затраты средств на их автоматизацию окупаются с повышением производительности труда, что приводит к снижению себестоимости продукции и обеспечивает значительный экономический эффект.

При автоматизированном производстве рабочий не принимает непосредственного участия в самом технологическом процессе, что исключает его субъективное влияние и приводит к повышению качества продукции.

Автоматизация производства высвобождает значительное количество работников, что дает возможность использовать их в отраслях, испытывающих острый недостаток в кадрах.

Автоматизация освобождает производственные площади в результате более концентрированного построения технологических процессов, использования многошпиндельных и многопозиционных станков и более компактной расстановки оборудования.

Автоматизация облегчает условия труда, повышает безопасность работы: рабочие не выполняют профессионально вредные операции (работа в запыленной зоне, в зоне с выделением вредных газов и паров, с воздействием вибраций, радиации, при повышенной температуре и др.), операций физически тяжелых, связанных с большой тратой мускульной энергии и однообразных монотонных по своему характеру. Вредные и опасные процессы вообще могут осуществляться в закрытых камерах.

Автоматизация производства способствует устранению коренного различия между трудом умственным и физическим, она требует повышения квалификации обслуживающего персонала; уровень технических знаний операторов, наладчиков и мастеров должен быть значительно выше, а в ряде случаев приближаться к уровню знаний специалиста с высшим образованием.

Таким образом, автоматизация - важнейшее направление повышения производительности труда и снижения себестоимости изготовления продукции, улучшения ее качества, рационального использования ресурсов производства, охраны здоровья человека, повышения привлекательности и творческого содержания труда.

14

1.3. От машин-автоматов к гибким производственным системам

Автоматизация в машиностроении развивалась от простого к сложному. Сначала создавались машины-автоматы для автоматизации отдельных технологических операций, то есть локальная автоматизация. Машины-автоматы, применяемые до начала 60-х годов, были жесткими, то есть предназначенными для изготовления в основном одной детали или сборки одного узла. Они имели электромеханическую систему управления от кулачков, копиров, путевых выключателей и др. Даже специализированные станки-автоматы для механической обработки деталей требовали для каждой детали изготовление своего набора дорогостоящих кулачков и значительного времени для переналадки, поэтому машины-автоматы, действующие по жестким цикловым программам, экономически целесообразны в крупносерийной и массовом производствах.

Для автоматизации технологических процессов в массовом и крупносерийном производствах создавались автоматические линии и целые заводы-автоматы с жесткими системами управления. Первый автоматический завод в мире был создан у нас в стране в 1951 г. Этот автоматический завод был предназначен для полного изготовления автомобильных поршней - от чушки, литья в кокиль, механической обработки, контроля и сортировки по размерам до консервации, комплектации и упаковки в коробки. Достигнув значительного повышения производительности труда в 5-10 раз и снижения себестоимости на 30-50 %, такие заводы могли применяться только для массового производства изделий, конструкция которых длительное время оставалась стабильной.

Автоматическим линиям, работающим по жестким цикловым программам, присущ консерватизм, сдерживающий развитие новой техники. Создание автоматических линий может начинаться только тогда, когда изделие полностью отработано и каждая его деталь сконструирована. На создание и отладку жестких автоматических линий, как показывает практика, тратится до 5 лет, срок их окупаемости 8 и более лет. Суммарный срок создания и амортизации жестких автоматических заводов еще продолжительнее. Конструкция выпускаемых на таких заводах и линиях изделий длительное время должна оставаться неизменной, что сдерживает внедрение новых машин в народном хозяйстве, консерватизм жесткой автоматизации не удовлетворяет требованиям НТП, ус-