Автоматизация при обработке резанием


Один за другим в машиностроении начали появляться автоматы и полуавтоматы для самых разнообразных работ. Их конструкция все улучшается, производительность повышается. Стали делать специальные автоматы, приспособленные для изготовления одной определенной детали. Например, партию колец шарикоподшипников раньше при работе на токарных станках обрабатывали 44 рабочих. А теперь их может изготовить на специальном автомате один человек. При применении автоматов людей нужно все меньше, количество станков тоже уменьшается; значит, сокращаются заводские площади и, соответственно, расходы. Кроме того, качество деталей повышается, все детали выходят совершенно одинаковыми. В результате облегчается сборка всей машины.

Круглошлифовальный полуавтомат.
Круглошлифовальный полуавтомат.

Достоинства автоматов велики. Но есть у них и недостатки. И главный из них — «консерватизм»! Ведь автомат — это тот же специальный станок с недостатком, о котором мы уже говорили. Раньше с этим мирились. Автоматы устанавливали на автомобильных и тракторных заводах, где не так уж часто меняются выпускаемые машины. А теперь автоматы работают повсюду. В авиационной и радиопромышленности, например, особенно часто приходится переходить от одной машины к другой. И мириться с консерватизмом автоматов стало уже нельзя.

Потребовались новые станки, которые при автоматической работе оставались бы универсальными, могли бы обрабатывать любую деталь. И они уже созданы. Их называют станками с электронным программным управлением. Станочник вкладывает в кассету станка карточку или ленту с соответствующим образом пробитыми отверстиями (перфорированную) — и начинается автоматическая обработка. Деталь получится точно такая, как требуется.

Но, чтобы добиться такой простоты, пришлось решить ряд сложнейших научных и практических задач. Станки с электронным управлением включают в себя механические, гидравлические, электрические, фотоэлектрические, электронные устройства.

На перфорированной ленте «записана» программа работы станка. Расположение и количество отверстий зависят от записанных на ленте чисел. Запись программы — непростое дело. Сначала се надо вычислить. Лента имеет только две «цифры»: замыкание и размыкание. Поэтому здесь применяется так называемая двоичная система счисления. При этой системе можно «записывать» на ленте любые числа.

Перфорированная лента непрерывно движется через «читающий» прибор. Его электрические контакты, когда подходит отверстие, замыкаются, а когда нет отверстия — размыкаются. Получающиеся при замыкании электрические сигналы многократно усиливаются. Станок имеет сотни электронных ламп, реле, световых искателей. Ведь для расчета программы нужно счетно-решающее устройство, для расшифровки — тоже счетно-решающее устройство. Есть устройства, где программа записывается на магнитной ленте. Сложная машина! Но работать на ней просто. И делает она детали очень точно и быстро.

Зубофрезерный автомат.
Зубофрезерный автомат

Польза от станков с программным управлением неоценима. Прежде всего автомат перестает быть «консервативным». Он больше не «противится» прогрессу. При запуске в производство новой машины не нужно ни заменять его, ни переделывать. Но это далеко не все его преимущества.

На многих заводах выпускают одинаковые детали. К этому должны подготовиться инженеры и техники, технологи и конструкторы. Наладить автоматы не просто. К тому же, пока идет наладка, станок простаивает и пользы от него никакой.

При электронном программном управлении ничего этого нет. На одном каком-нибудь заводе рассчитали программу, заготовили перфорированные карточки, разослали по другим заводам (почтой, в конвертах), там вложили их в кассеты и включили станки. Этим подготовка и ограничилась.

И форма станков тоже изменяется. Сейчас станки высокие. Это плохо: чем выше станок, тем меньше в нем жесткости, он вибрирует, и точность обработки страдает. Ниже его сделать нельзя — рабочему будет неудобно. Чтобы точность обработки не страдала, станину станка приходится делать массивной, тяжелой и тратить много металла.

При электронном программном управлении станок можно сделать очень низким. Вибрировать он не будет. А металла будет сэкономлено много. Станки с программным управлением — новая ступень автоматизации.

Однако создание автомата, даже самого совершенного, еще не полностью решает проблему производительности. Ведь при выпуске какого-либо изделия нас не интересует, сколько деталей этого изделия производит какой-либо отдельный автомат. Важно, сколько готовых изделий выпускает завод. 

Вспомним рассуждение о производительности отдельного станка. Там мы убедились, что весь эффект его хорошей работы может быть сведен на нет холостыми ходами. Потребовалась их автоматизация.

Это рассуждение можно распространить на весь цех. Ведь хорошая работа отдельных автоматов может быть сведена на нет, если деталь будет медленно перемещаться от станка к станку, подолгу лежать около каждого в ожидании обработки и т. д. Следовательно, необходимо автоматизировать и эти работы. Так появились станочные автоматические линии.

Станки выстраиваются в один или несколько рядов на линии. Между ними коридор — путь детали. Вот человек у пульта управления нажал кнопку. Деталь чуть-чуть дернулась и двинулась к первой рабочей позиции. Здесь ее мгновенно зажали намертво. Справа и слева — многошпиндельные станки. Десятки их шпинделей одновременно заработали — сперва быстро, потом медленнее — и сразу поползла стружка: началась обработка. Но вот шпиндели начали отходить, и деталь двинулась дальше. Вторая позиция — и снова заработали десятки шпинделей справа, слева, сверху, снизу. Так деталь движется сквозь строй станков. Сверлильные, расточные, резьбонарезные, фрезерные станки обрабатывают ее.

Токарный многошпиндельный автомат
Токарный многошпиндельный автомат.

На экране пульта управления вспыхивают и гаснут лампочки. Зажглась верхняя — включились головки с инструментом; погасла — головки выключились. Погасла следующая — отключились зажимы. Зажглась новая — деталь двинулась в путь. Размеренно и непрерывно идет работа. Вспыхивают и гаснут лампочки. Одна за другой сходят новые детали.

Как будто все предусмотрено конструктором. Инструмент не включится в работу, если детали не зажаты. Зажимы не включатся, пока не приостановится движение детали. Движение не начнется, пока не отойдут все инструменты и зажимы. Полтысячи различных электроаппаратов — выключателей, реле времени, промежуточных реле и других (см. ст. «Автоматика») — действуют слаженно, строго подчиняясь замыслу человека.

Ни аварий, ни простоев быть не должно. Учтен и износ инструмента. Например, в автоматических линиях с шлифовальными станками шлифовальный круг автоматически подается вперед но мере его износа.

Но все же бывает, что вдруг линия замирает. Молчат все лампочки, а на световом экране тревожно мигает цифра «5». Авария на пятой позиции! Оператор у пульта управления мгновенно вызывает наладчика. Сломано сверло! Его быстро заменяют, и снова лампочки повели свой «разговор».

Почему только что сломалось сверло? Оказывается, в обрабатываемой детали было мельчайшее твердое включение — и вот авария, линия простаивает. Случай как будто пустяковый. Но если каждый станок будет простаивать за смену хотя бы 1% рабочего времени, то прекрасно построенная линия из 100 станков, где все предусмотрено, будет бездействовать все 100% рабочего времени.

И здесь на помощь конструкторам пришли ученые. Они установили, что, во-первых, не следует неограниченно увеличивать число станков в линии; во-вторых, линию нужно разделить на участки и каждый из них должен продолжать работу при аварии на соседнем участке; в-третьих, на каждом участке должен быть определенный запас деталей.