Текст книги "О станках и калибрах"
Автор книги: Зигмунд Перля
сообщить о нарушении
Текущая страница: 5 (всего у книги 14 страниц)
Очень чисто отделанная металлическая поверхность, как известно, может служить зеркалом. В древние и средние века, когда не умели еще изготовлять стеклянных зеркал, люди пользовались металлическими зеркалами. Для воинов в те времена зеркалами служили отполированные до блеска стальные щиты и латы. {53}
В те времена сделать металлическую поверхность гладкой, как зеркало, было очень трудно. На это требовались долгие дни кропотливой и искусной работы. Мастера вручную полировали металл и добивались гладкости и блеска. Металлические зеркала, щиты, кольчуги сверкали на солнце, слепили глаза. Но были ли эти поверхности действительно гладкими? На этот вопрос ответила техника наших дней.
Есть много способов механической отделки зеркально чистых поверхностей. Так, например, поверхность каландра – важнейшей рабочей части бумагоделательной машины, цилиндрического гладильно-нажимного вала – обрабатывается с помощью тонкой шлифовки до зеркальной гладкости: этого требуют условия бумажного производства. Так же чисто обрабатываются рабочие поверхности деталей двигателей, артиллерийских орудий и многих других машин. Но в наши дни зеркальная чистота и гладкость металлических поверхностей достигаются в большинстве случаев не кропотливой и долгой ручной полировкой, а обработкой на станке.
К поверхностям разных деталей предъявляются и разные требования. Для некоторых деталей достаточна чистовая отделка резцом. Для других необходима более тонкая обработка шлифованием. Но для неискушенного глаза обработанные этими резко различными способами поверхности будут казаться одинаково блестящими, чистыми, точными. Более искушенный и опытный человек отличит шлифованную поверхность от чисто отделанной резцом, но и ему трудно будет различить несколько поверхностей, обработанных более тонкими способами и существенно отличающихся по чистоте. На вид все они будут казаться зеркально чистыми, сверкающими, идеально гладкими. В действительности же это не так.
Специальные, очень чувствительные и точные приборы быстро уличают каждую из поверхностей в негладкости, в неровности. Даже на наиболее совершенно обработанной поверхности эти неровности, пусть микроскопически малые, все же существуют и влияют на ее качество. Поэтому можно сказать, слегка изменив известную пословицу: «Не все то гладко, что блестит».
Какие же это неровности, откуда они появляются, почему они влияют на качество и, следовательно, на работу машин? {54}
Если рассмотреть хотя бы через лупу гладкую металлическую поверхность, то на ней обнаружатся следы резца. На цилиндрической детали эти следы – круговые, на плоской – прямые. Если такую деталь разрезать поперек направления следов и рассмотреть разрез через оптический прибор, то кромка разреза будет иметь вид гребешка с остроконечными зубцами. Расстояние между вершинами двух соседних зубцов называется шагом неровностей, а расстояние между вершиной зубца и его основанием – высотой неровностей.
Советский продольно-строгальный станок. Управление станком – с электропульта (справа), с помощью кнопочной станции
Машиностроители знали об этих неровностях уже давно и всячески пытались их устранить. Это было чрезвычайно важно для рабочих поверхностей деталей машин. Было известно, что чем меньше шаг и высота неровностей, тем точнее прилегают поверхности деталей друг к другу, тем меньше трение между ними и тем лучше работают машины.
Вот почему машиностроители упорно боролись за улучшение качества поверхности, за то, чтобы уменьшить шаг и высоту неровностей. В этой борьбе изобретались и новые способы обработки и новые станки. {55}
При обработке обыкновенным резцом поверхность получается наиболее грубая. Шаг неровностей очень велик: самый малый – 0,1 миллиметра, а самый большой доходит до 1,5 миллиметра. Высота неровностей – от 1 микрона до 100 микрон (микрон – одна тысячная доля миллиметра). Такая поверхность блестит, но зеркалом служить не может.
Шлифование уменьшило шаг неровностей в тридцать раз, а высоту – в двадцать раз. Во многих случаях такое улучшение решало задачу. И очень долго машиностроители удовлетворялись шлифованием, стараясь только всячески усовершенствовать этот вид обработки. Шлифованная поверхность правильнее отражает свет; в ней смутно, но правильно отражаются очертания предметов, лиц.
Скоро требования к качеству поверхности трущихся деталей машин возросли. Так, например, понадобилось более чисто, гладко и точно отделывать внутренние поверхности цилиндров автомобильных двигателей. Точность должна была выражаться уже в тысячных долях миллиметра, в микронах.
Примерно двадцать лет назад машиностроители предложили заменить шлифовальный круг плоскими брусками, изготовленными (как и шлифовальный круг) из мелких зерен твердых искусственных камней или абразивов, как их называют, и связывающего их материала. Эти бруски размещались на круглой раме внутри обрабатываемого цилиндра. Получалось что-то вроде расточной головки, только оснащенной не резцами, а абразивными брусками. Оставалось только привести во вращение штангу, на конце которой была укреплена рама с брусками, и начать что-то вроде внутреннего шлифования. В этом почти ничего нового не было. Так примерно обрабатывались цилиндры на заре машиностроения. Но это было только внешним сходством. Станок не только вращал штангу с брусками, но и толкал ее вперед по длине цилиндра и тянул назад, заставляя совершать еще и возвратно-поступательное движение. Новый вид обработки назвали «тонкой шлифовкой».
Что же произошло с шагом и глубиной неровностей при новой обработке поверхностей? Может быть, неровности и вовсе исчезли? Оказывается, нет. Попрежнему неровности бороздили обработанную поверхность, и даже {56} шаг их не изменился, остался таким же как и при шлифовании. Но высота гребешков уменьшилась в пять-восемь раз, дойдя до одной десятой доли микрона. Толщина волоса в десятки раз больше этой величины. Поверхность стала еще более зеркальной. И все же это достижение не удовлетворило машиностроителей. Гребешки, пусть и микроскопические, все же оставались и были еще достаточно вредными.
Советский зубофрезерный станок Е8-1 (для изготовления зубчатых колес с прямым зубом)
{57}
Тогда еще раз изменили инструмент: применили неабразивные зерна, прочно вкрапленные в связывающие материал, а абразивный порошок, смешанный с маслом «ли жиром и нанесенный на какой-нибудь мягкий материал – чугун, латунь, кожу, дерево. Снова вернулись к кропотливому ручному труду, требующему от рабочего большого опыта и высокой квалификации. Медленными и в разные стороны направленными осторожными движениями рабочий обрабатывал, притирал порошком изделие почти так же, как это делали средневековые мастера. Работа стоила дорого, длилась долго, но давала хорошие результаты. Тогда машиностроители ухитрились построить специальные станки для этого вида обработки. Новая обработка, как и тонкая шлифовка, не уменьшила шага неровностей; эта величина почти не изменилась. Но высота неровностей стала еще меньше, сделалась совсем ничтожной. Еще глаже стала поверхность, еще яснее и четче отражала она очертания предмета. И все же гребешки продолжали существовать.
Тут надо все же рассказать, как машиностроители уничтожили вредные гребешки.
СверхдоводкаКогда изделие обрабатывается на станках режущим инструментом, это называют в технике холодной обработкой металла. Соответствует ли это определение истине? На первый взгляд, кажется, и спорить об этом нечего; никаких печей не видно, нет как будто и нагрева и высокой температуры. Но это опять-таки только «кажется». На самом же деле нагрев металла происходит и без печей и дает весьма высокую температуру. Тепло выделяется там, где соприкасается инструмент с изделием и, проникая на какую-нибудь глубину, пусть ничтожно малую, влияет на поверхностный слой металла. А этот слой – самый важный, потому что он-то и образует рабочую поверхность будущей детали. Чем больше скорость резания и давление инструмента на обрабатываемую поверхность, тем больше выделяется тепла. При обработке резцом эта температура может дойти до 1000 градусов.
Металл состоит из отдельных зерен – кристаллов. Высокая температура разрыхляет кристаллы в поверхностном слое, ослабляет связь между их частицами. Слой этот очень мал. Толщина размягченного слоя поверхности, {58} обработанной тонкой шлифовкой, равна всего 5 микронам. Размягченный металл поверхности ослабляет ее сопротивляемость внешним воздействиям – трению, удару, давлению. Значит, хорошо бы или вовсе избавиться от этого разрыхленного слоя, или хотя бы сделать его возможно тоньше. Неровности – гребешки – как раз располагались в поверхностном разрыхленном слое, а остроконечность зубцов еще больше ослабляла сопротивляемость поверхности износу.
Значит, борясь с неровностями, надо было вовсе устранить или уменьшить влияние основной причины размягчения – высокую температуру, выделяющуюся при обработке.
Меняя способы шлифовки поверхностей, станочники уменьшали зубцы вредных гребешков, понижали температуру поверхностного слоя при его обработке и утончали размягченный слой. При обработке притиркой температура понизилась до десятков градусов, а толщина размягченного слоя утончилась до полутора микронов.
«Почему тонкая шлифовка и притирка дают такие гладкие и прочные поверхности? – спросили себя исследователи. – А что, если мы еще больше усложним движение инструмента? Что, если мы еще более уменьшим скорость обработки? Ведь тогда поверхность станет еще более гладкой, так как исчезнут вредные гребешки. И она будет еще лучше сопротивляться износу, так как еще тоньше сделается слой «мягкого металла». «Ручные» темпы исследователей не устраивали. Поэтому они прежде всего попытались заменить руку рабочего механической «рукой» станка, неустанно и быстро совершающей легкие колебательные притирочные движения. Затем отказались от абразивного порошка. Таким инструментом было трудно управлять, отдельные зерна порошка отрывались от всей массы и царапали обрабатываемую поверхность. Исследователи вернулись к абразивным брускам и построили специальные приспособления.
На станке были установлены изделия – кольца подшипников, а инструменту – брускам – заранее придали такую форму, чтобы они точно прилегали к обрабатываемой поверхности. В механическую «руку» станка вложили бруски и заставили ее совершать быстрые – до 500 в минуту, но мелкие – не более 2,5—3 миллиметров – колебательные движения. И в это же время изделия, кольца, {59} медленно вращались. Это была очень малая скорость, а бруски едва прижимались к изделию. Температура обработки не повышалась вовсе.
Благодаря такой работе брусков с изделия снималась ничтожно малая стружка, диаметр кольца едва-едва увеличивался. Но вдруг через 10—15 секунд изменение диаметра прекратилось.
Сколько ни продолжали обработку, диаметр кольца оставался неизменным. Стружка более не снималась. Почему? Ответ пришел не сразу. Оказалось, что режущие зерна брусков, зачищая гребешки, затупились, поверхность брусков стала гладкой. Но поверхность изделия тоже стала гладкой, и поэтому резание прекратилось. Получилось так, что как только достигалась наилучшая поверхность, обработка прекращалась автоматически. Тогда сняли со станка обработанные изделия, заменили их новыми. А как быть с брусками? Ведь они как будто уже вышли из строя. Но оказалось, что как только затупившиеся бруски начали двигаться по неровностям нового изделия, они снова «заправились», самозаточились и так же чисто снимали очередные гребешки.
Какая же получилась чистота поверхности? Оказалось, {60} что шага неровностей вовсе не удалось установить, он исчез, а это означало, что и неровности исчезли. Только кое-где игла нащупывающего прибора проваливалась в микроскопическую борозду глубиной до одной десятой доли микрона. Это такая невероятно малая величина, что фактически поверхность можно было считать идеально гладкой. Так машиностроители открыли новый способ отделочной обработки деталей машин – сверхдоводку. Для этой новой операции были созданы специальные станки.
Уже давно было известно, что чем глаже, зеркальнее изготовлена рабочая поверхность детали, тем меньше трение в суставах – сочленениях машин, тем лучше они работают и меньше изнашиваются.
Сверхдоводка позволила машиностроителям получить сверхточные, сверхгладкие поверхности, мало изнашивающиеся от трения.
И тогда легко пришли к мысли, что ведь не одни подшипники нуждаются в такой обработке. В каждой машине работает много трущихся деталей с цилиндрическими, плоскими, выпуклыми и вогнутыми поверхностями. И вскоре были созданы специальные станки для сверхдоводки шеек автомобильных коленчатых валов, штоков клапанов, поршней и многих других массовых деталей.
Новые станки отличаются еще одной чудесной особенностью: скорость обработки небольшая – мы это уже знаем, – но производительность их очень велика, она измеряется секундами. Так, например, один станок в течение одного часа обрабатывает сверхдоводкой 650 автомобильных поршней.
Глава III. АВТОМАТИЧЕСКИЙ ПОМОЩНИК
Станок-револьверЕсли на обыкновенном токарно-винторезном станке обрабатывается самый простой винт, на его изготовление затрачивается немало времени. И тут не помогут ни высокая квалификация, ни опыт, ни старание. И это потому, что с деталью приходится долго возиться: много раз устанавливать ее и снова снимать, менять инструмент, то и дело пускать в ход и выключать станок. На все это нужно время, как бы рационально ни была организована работа. {61}
Если же надо изготовить сложные детали с разными резьбами, с коническими участками и отверстиями, то самому искусному мастеру-станочнику придется десятки раз стопорить свою работу и терять драгоценное время.
Как устранить эти потери? Как сделать, чтобы рабочий поменьше вмешивался в работу станка, чтобы станок не останавливался, чтобы смена инструмента шла почти без перерыва, а еще лучше, чтобы одновременно выполнялись не одна, а две-три и больше операций, – вот задачи, которые еще во второй половине прошлого столетия были поставлены перед машиностроителями.
Медленно поднимается рука, вооруженная револьвером. Стрелок нажимает спусковой крючок. Курок отходит назад в боевое положение, и в то-же время барабан револьвера автоматически поворачивается на определенный угол и подает под боек ударника очередное гнездо магазина с заложенным в него патроном. Боек опускается, ударяется в пистон, происходит выстрел. Снова нажим на спусковой крючок, снова поднимается боек ударника, и снова повторяются поворот барабана и подача очередного патрона. Именно такое оружие называется револьвером. Признаком револьвера является наличие поворотного барабана.
Револьверы появились в конце первой половины, прошлого столетия. А вскоре принцип устройства револьвера был использован в конструкции станка-револьвера, или, как его впоследствии стали называть, револьверного станка.
Продолжим сравнение. Токарный станок мог «выстрелить» только один раз, затем нужно было его «перезарядить» и затем снова «стрелять». Что это значит?
Рабочий у станка управлял движением каретки (супорта) с зажатым в ней инструментом. Он приближал супорт к вращающемуся изделию и, когда обработка заканчивалась, отводил супорт в исходное положение, останавливал станок, устанавливал для следующей операции, другой инструмент и снова пускал станок в ход.
Изобретатели избавили рабочего от перезарядки станка, и это был новый путь в области станкостроения. Они видоизменили верхнюю часть супорта, сделали ее многосторонней и поворотной, и закрепили на ней в нескольких гнездах серию инструментов по числу операций обработки изделия. Теперь рабочий, выполнив одну {62} операцию, отводил супорт (револьверную головку), не останавливая станка, и, нажав на рычаг, заставлял его повернуться: немедленно против изделия появлялся следующий инструмент для очередной операции. Опять подвод, супорта, затем снова отвод и новый поворот револьверной головки, – и очередной инструмент включался в процесс обработки изделия. Револьверная головка станка играет роль барабанного магазина револьвера, а инструменты – патронов.
Именно с изобретения револьверного станка, по сходству с револьвером, началось улучшение автоматизации обработки деталей.
Револьвер XIX столетия не был вполне автоматическим оружием. Ведь каждый выстрел требовал нажатия спускового крючка. Для каждого выстрела необходимо было вмешательство человека. А это превращало револьвер в полуавтоматическое оружие. Вот если бы один единственный нажим спускового крючка вызывал более или менее длинную очередь выстрелов, тогда револьвер мог бы называться вполне автоматическим.
В том же самом недостатке можно было упрекнуть и: револьверный станок: для каждой операции рабочему приходилось воздействовать на рукоятку, поворачивающую головку и подающую инструмент к вращающемуся изделию. Станок был автоматизирован только частично. Поэтому и задачи экономии рабочего времени и увеличения производительности решались тоже частично. Надо было вовсе освободить рабочего от возни с револьверной головкой, оставить за ним только наблюдение за ходом работы да еще пуск и остановку станка.
В конце концов станкостроители добились того, что однажды пущенный в ход настроенный станок автоматически обрабатывал весь материал, заложенный в подающий питатель. Таким питателем служит длинная труба, в которую закладывается обрабатываемый металлический пруток. Пока не израсходуется заложенный, в трубу пруток, станок работает без остановки; все операции обработки детали выполняются по очереди резцами, укрепленными на револьверной головке, но иногда ей «помогают» дополнительные супорты, которые, когда это требуется, также автоматически включаются в работу. {63}
Так работает одношпиндельный револьверный автомат, но еще более поражают устройство и работа многошпиндельных автоматов.
Сходство их с револьвером еще более полное. Несколько – четыре, шесть или восемь – подающих труб, расположенных по окружности большого барабана, образуют магазинный питатель станка. В трубы загружаются прутки обрабатываемого материала. Барабан заменяет переднюю бабку станка, в которой обычно зажимается обрабатываемый материал. Вдоль станины с обеих сторон расположены супорты. Их много, и они так приспособлены, что резцы можно подводить и с торца и с боков и одновременно выполнять несколько операций.
Такой станок еще до пуска надо «настроить», то есть «зарядить» супорты соответствующим инструментом, расположить их по позициям и наладить работу механизмов так, чтобы операции точно совпадали во времени или же следовали одна за другой.
Настройкой станков занимается специалист-наладчик. С момента включения двигателя и пуска станка активная роль наладчика и рабочего, обслуживающего станок, временно заканчивается. Станок работает до тех пор, пока есть материал для обработки или пока рука человека не нажмет кнопку «стоп».
Станок-автомат уже полностью напоминает револьвер. Магазин с прутками играет роль барабана револьвера, а супорт с инструментом – ударника. Но теперь это уже не полуавтоматический, а полностью автоматический револьвер. Поэтому такие станки так и называются «токарные автоматы».
Восемь позицийКак работает, например, восьмишпиндельный токарный автомат при изготовлении массовой партии цилиндрического изделия определенных размеров? Восемь труб подводят к инструментам восемь прутков материала. Первый пруток подан на длину, заранее установленную с помощью упора. С торца прутка подходит супорт с зажатым в нем сверлом. Оно врезается в торец, сверлит неглубокое отверстие определенного диаметра. Поворот барабана – и первый пруток занимает вторую позицию, а восьмой пруток – первую. {64}
Теперь уже два прутка участвуют в работе. В торец первого прутка снова врезается сверло меньшего диаметра и углубляет отверстие. В это же мгновенье к изделию приближаются три резца. Один из них начинает отрезать изделие от прутка, но не доводит этой операции до конца. Другой резец протачивает канавку для кольца, которое позднее будет надето на изделие. И, наконец, третий резец начинает подрезать его передний конец.
Еще один поворот барабана. На первой и второй позициях все операции повторяются сначала, а на третьей – в просверленное отверстие входит специальное сверло, оно растачивает суживающуюся часть изделия, и одновременно новый резец, подошедший сбоку, окончательно обтачивает канавку для кольца.
Заготовка переходит на четвертую позицию. Сзади ее «догоняют» три прутка, проходящие через те же самые операции. На четвертой позиции в самую глубину проделанного отверстия вонзается еще одно сверло; он еще раз углубляет отверстие. Пока сверло выполняет свою работу внутри изделия, снаружи заканчиваются две операции: специальный инструмент «накатывает» донышко канавки под кольцо, а тонкий резец подрезает кромку донышка изделия.
На пятой позиции продолжается сверление, отверстие снова углубляется; специальный же торцовый инструмент зачищает донышко этого отверстия.
Пруток продолжает свое путешествие. На шестой позиции его ожидает широкий резец; режущая кромка его оформлена точно по профилю изделия. Резец подводится сбоку, снимает тонкую стружку металла и придает изделию наружный контур. В то же время внутрь вводится новый инструмент – продолжатель работы сверла. Это черновая развертка. С ее помощью развертываются, подгоняются в точный размер все три внутренних диаметра изделия, но пока еще только вчерне.
Чистовая развертка довершает эту операцию на седьмой позиции, но только по двум большим диаметрам. Одновременно с этим идет вытачивание на поверхности в задней части изделия еще одной кольцевой канавки, и тут же снимается фаска у торца.
Изделие совершает последний переход перед концом своего путешествия – оно на восьмой позиции. Еще одна {65} развертка окончательно обрабатывает самый малый диаметр отверстия, а снаружи тонкий «отрезной» резец заканчивает операцию, начатую еще на второй позиции, и... отрезает изделие.
Готовое изделие уходит в приемник, барабан делает еще один поворот, и восьмая позиция тут же занимается заготовкой, которая ожидает своей очереди; седьмую позицию занимает заготовка с шестой, шестую – с пятой, и так далее, а на первую позицию подается свежий пруток. И все повторяется сначала, пока не израсходуется материал или станок не будет остановлен.
Советский токарный шестишпиндельный автомат. На нем выполняется ряд операции обработки одного изделия: обточка, сверление, развертывание, нарезание резьбы, подрезание, отрезание и другие операции
Время, потраченное вами на то, чтобы прочесть краткое описание этого сложнейшего и полностью автоматизированного процесса, во много раз больше, чем длятся вся работа; ее продолжительность измеряется секундами.
Но изделие еще не готово. Ему предстоит пройти еще немало операций на автоматах-помощниках.
