Краткая история станкостроения

Фото: «СТАН»

Станки, незаменимые устройства на любом промышленном производстве, за сотни лет изменились кардинально. Но суть их остается прежней — помогать людям создавать новое и улучшать жизнь. От самореза до авиадвигателя — без станка сегодня не обходится ни один производственный процесс.

Поговорим о том, когда появились первые станки, какой эволюционный путь они прошли и что сегодня предлагают для российской промышленности предприятия Ростеха.

Лук для охоты и для работы

Путь станкостроения по историческим меркам недлинный: до XVIII века люди в основном пользовались обычными инструментами, и лишь с наступлением эпохи индустриализации токарные станки вошли в повседневное производство и стали применяться массово.

Исключения в истории были: самый первый станок археологи нашли в Египте — на древнеегипетских барельефах, датированных примерно 1300 годом до н.э., были изображены простейшие приспособления для вращения. Называются они лучковыми, потому что обрабатываемую деталь приводили в движение инструментом наподобие лука: изогнутым куском дерева с натянутой тетивой. Рукой лук двигали взад-вперед и создавали вращательное движение.

Лучковый токарный станок XVIII века

Лучковый станок постепенно избавлялся от своих минусов. Сначала безымянный инженер придумал вращать деталь ногами, чтобы освободить руки. Такие станки уже были в Древнем Риме. Затем Феодор Самосский — древнегреческий мастер VI-V века до н.э. — добавил к станку кривошип и маховик. Это дало возможность вращать деталь всегда в одну сторону, что увеличило производительность и качество изделий.

Далее такие простые станки продолжали развиваться: дополнялись суппортами, соединенными через приводные ремни с колесами-маховиками, и прочими небольшими улучшениями, пока не были окончательно вытеснены промышленными агрегатами.

Пар как двигатель промышленной революции

Изобретение паровой машины стало ключевым моментом в истории станкостроения. Если прежде станки приводились в движение вручную или ножным приводом, то с появлением парового двигателя в конце XVIII века появилась возможность механизировать производство на новом уровне мощности.

Одним из первых примеров применения паровой тяги в станках можно считать разработку в 1781 году Джеймсом Уаттом и его партнером Мэттью Болтоном вращательного парового двигателя, который обеспечивал непрерывное и стабильное движение для промышленных машин. Этот двигатель мог работать с механизмами различного назначения, включая текстильные и прокатные станки, что стало важным этапом в промышленной революции.

Паровые двигатели стали основой для многих промышленных станков, от токарных до фрезерных и шлифовальных. Подобные машины открыли возможности для массового производства деталей, унифицированных по стандартам, что было невозможно в условиях ручной работы. Механизация работы с металлом и деревом ускорила изготовление сложных изделий, способствовала развитию инженерных решений и привела к резкому росту производительности труда.

Еще дальше продвинул станкостроение Генри Модсли. Он разработал направляющую, позволяющую двигать резец с высокой точностью и равномерностью. Этот механизм значительно улучшил качество обработки и упростил создание сложных форм, что ранее требовало высокой квалификации и тщательной ручной работы.

Паровые машины стали основой заводов и фабрик первой промышленной революции, где они использовались для обработки деталей для станков, транспортных средств и военной техники, делая производство более автономным и независимым от человеческих усилий.

Электричество для энергичной работы

В конце XIX века с внедрением электрической энергии в производственные процессы значительно улучшились условия труда и точность работы станков.

Ранние разработки электродвигателей можно отнести к работам таких инженеров, как русско-прусский ученый Б.С. Якоби, который в 1830-х годах создал один из первых электродвигателей постоянного тока. Массовое же использование электроприводов в производстве стало возможным благодаря трудам таких выдающихся изобретателей, как Томас Эдисон, который создал системы распределения электричества, обеспечившие доступ к электричеству на крупных заводах.

Электродвигатель постоянного тока Якоби

Применение электрических приводов на станках стало значительным шагом вперед. Они обеспечивали точное и стабильное управление, что сделало возможным повышение производительности и улучшение качества обработки материалов. В отличие от паровых машин, электродвигатели не требовали постоянного обслуживания и могли работать в более компактных пространствах.

ЧПУ: станки учатся самостоятельности

Когда в середине XX века возникла потребность в производстве сложных и точных деталей, особенно для авиационной промышленности, началась история станков с числовым программным управлением (ЧПУ). Первый шаг был сделан в конце 1940-х годов, когда инженеры США при поддержке ВВС начали работать над автоматизацией механических станков. В 1950-е годы американец Джон Парсонс разработал систему для управления станком с помощью перфокарт. Тогда же в Массачусетском технологическом институте был разработан первый прототип станка с ЧПУ, где в качестве носителя данных использовалась перфолента. Этот станок мог автоматически выполнять задачи по сложной траектории, а его работа контролировалась компьютером. К концу 1950-х годов первые ЧПУ-станки начали применяться на предприятиях, но оставались сложными в эксплуатации и крайне дорогими. Первые токарные станки с программным управлением в СССР появляются в первой половине 1960-х годов.

Развитие электроники в 1960–1970-х годах позволило сделать ЧПУ-станки более компактными, надежными и экономичными. Одним из ключевых достижений стало внедрение интегральных микросхем, что упростило управление и уменьшило стоимость оборудования. К этому времени ЧПУ-станки стали широко использоваться в различных отраслях промышленности, особенно в автомобилестроении и машиностроении.

Cтанок Bendix Corp, один из первых с ЧПУ

Следующий крупный прорыв произошел в 1980-х годах, когда на смену перфолентам пришли цифровые носители информации и появились первые компьютеризированные системы с ЧПУ. Это позволило операторам загружать программы с дискет и компьютеров, а также более эффективно программировать станки для сложных задач. В этот же период начали использоваться системы CAD/CAM (компьютерное проектирование и производство), которые значительно упростили создание программ для ЧПУ.

В 1990-е и 2000-е годы технологии ЧПУ продолжили развиваться, что привело к появлению высокоточных многозадачных обрабатывающих центров, способных выполнять операции с минимальным участием человека. В это время также стали популярны гибкие производственные системы и роботизированные комплексы, которые позволили создавать полностью автоматизированные производства.

Сегодня ЧПУ-станки продолжают совершенствоваться с внедрением искусственного интеллекта, интернета вещей (IoT) и облачных технологий, что делает их еще более «умными» и интегрированными в производственные процессы.

На передовой российского станкопрома

Пользователи первых паровых машин не могли себе даже представить современные станки, способные выполнять множество операций с высочайшей точностью. На переднем крае российского станкостроения сегодня стоят предприятия Госкорпорации Ростех, работающие с прицелом на полное импортозамещение.

Например, станкостроительный холдинг «СТАН», объединяющий пять предприятий, производит целый ряд современных машин для высокотехнологичных отраслей промышленности.

Так, НПО «Станкостроение» в Стерлитамаке (Башкортостан) выпускает широкую линейку фрезерных пятикоординатных станков, удовлетворяющую все потребности общего машиностроения. В частности, новейший фрезерный станок 1000VBFL используется для производства турбинных лопаток авиадвигателей на Наро-Фоминском машиностроительном заводе. С его помощью можно создавать сложные детали с точностью до 10 мкм, что в четыре раза тоньше человеческого волоса.

Коломенский завод «Станкотех» специализируется на изготовлении уникального сверхтяжелого и специального оборудования. Например, недавно здесь создали пресс-гигант весом порядка 600 тонн для формовки объемных авиационных деталей. В октябре этого года в Коломне началось производство новых портальных центров с ЧПУ модели СК6П200. На этих станках, позволяющих работать с деталями длиной до 24 метров, будут создаваться крылья российских самолетов. Важно отметить, что основная деталь станка, фрезерная голова — тоже коломенского производства.

Ивановский станкостроительный завод специализируется на производстве горизонтально-расточных станков. Эти станки нужны для высокоточной обработки крупногабаритных деталей. Они имеют поворотный стол и подвижный шпиндель для обработки отверстий либо поверхностей с высокой точностью. Все комплектующие для станков также производятся в России. Основные заказчики ивановского предприятия Ростеха — тракторные и автомобильные заводы, предприятия по производству железнодорожных составов.

На Рязанском Станкозаводе организовано производство токарных станков и многофункциональных обрабатывающих центров с ЧПУ. Такая компетенция есть еще всего у нескольких предприятий в мире. Токарно-фрезерные станки из Рязани позволяют за один установ производить обработку сложных деталей без использования дополнительной оснастки или переустановок.

Московская площадка холдинга «СТАН» − единственный в стране производитель современных станков для глубинного шлифования. Станок СТШ ЭКО, например, применяется для заточки лезвий. Роботизированный манипулятор крепко обхватывает заготовку и шлифует ее грани алмазным диском, что позволяет обрабатывать твердые сплавы без участия человека.

Фото: концерн «Калашников»

Если холдинг «СТАН» занимается специальными агрегатами для машиностроения, то за более универсальные станки, нужные в том числе для производства стрелкового оружия, отвечает концерн «Калашников». В последние годы здесь активно развивается собственное производство станков. Среди ключевых продуктов концерна — универсальные высокоточные станки серии 250ИТВМ. Они применяются для токарных работ на любых производствах, связанных с обработкой металлических деталей. Поставки линейки ведутся в десятки компаний России и Белоруссии. О востребованности агрегатов «Калашникова» говорит тот факт, что в 2023 году производство станков на мощностях концерна выросло на 65%.