В Новосибирском государственном технологическом университете при поддержке Российского научного фонда создали новый станок с числовым программным управлением. Разработчиком выступил доцент кафедры проектирования технологических машин и старший научный сотрудник инжинирингового центра НГТУ НЭТИ, к.т.н. Вадим Скиба.

Станок сочетает в себе многолезвийную обработку и поверхностно-термическое упрочнение, что существенно расширяет функциональность станков с ЧПУ и делает их пригодными для работы в рамках автоматизированного машиностроительного производства.

В сообщениях об этом новшестве говорилось в самом общем виде, упоминалось про экономию ресурсов и энергию, про позитивное влияние на экологию. Но, пожалуй, лишь немногие вне сферы машиностроения и станкостроения, которая у нас пока что весьма узкая, могли составить себе ясное представление о значении этой разработки. Придется некоторые моменты пересказать в более понятном виде.

Во-первых, станки с ЧПУ, то есть числовым программным управлением, обрабатывают детали в соответствии со специальной программой, созданной на основе виртуальной детали, разработанной в системе автоматизированного проектирования (САПР), в которой выполняется геометрическое проектирование, расчеты, моделирование, а также подготовка конструкторской и технологической документации. Разработка программы для станка выполняется в автоматизированной системе технологической подготовки производства (АСТПП), в которой рассчитывается движение инструмента, остановки и прочие технологические операции.

Во-вторых, многолезвийная обработка - это фрезерование, поскольку фреза имеет много рабочих лезвий. В современной мехобработке деталей фрезерование с ЧПУ - один из наиболее распространенных процессов производства сложных деталей. Широко используется фрезерование поверхности, торцевое фрезерование, угловое фрезерование, а также используются выпуклые и вогнутые фрезы для создания сложных контуров поверхностей. Эти операции требуют смены инструмента, и их количество на современных фрезерных станках с ЧПУ может составлять 16 единиц. Мы не ставим перед собой цели сделать подробный и точный обзор этих технологий, для нас важнее общее представление.

В-третьих, поверхностно-термическое упрочение в данном контексте это закалка токами высокой частоты (также закалка ТВЧ). Во второй половине 1930-х годов в СССР появляется целая научно-техническая школа, развивавшая методы поверхностной закалки индукционным методом. По сравнению с цементацией, требовавшей нагрева детали в больших печах в течение длительного времени, индукционная закалка была практически мгновенной, гораздо более экономичной и, что также имело значение, более управляемой и не зависела от опыта мастеров термической закалки. Главное преимущество закалки ТВЧ в том, что закаливается небольшой по толщине слой поверхности стальной детали, что придает ей прочность и твердость, необходимую для долгой службы.

Метод широко применялся во время войны на танкостроительных и авиационных заводах, а после войны также и в автотракторной промышленности, двигателестроении и других отраслях машиностроения. Минский тракторный завод, к примеру, имел установки электронагрева в 20 цехах, которые обрабатывали несколько сотен наименований изделий.

При вырезании детали на фрезерном станке с ЧПУ целесообразнее обрабатывать сталь сравнительно более мягкую, чтобы лезвия фрезы легко ее резали и придавали форму. Но для эксплуатации детали должны быть твердыми и прочными, и для этого их целесообразно закалить. В советском подходе фрезерование детали и закаливание были разными процессами, производимыми на разном оборудовании, в силу чего нередко требовалось транспортировать детали по цеху или даже в другой цех для последующей термической обработки. Подобное разделение процессов стоило дополнительных расходов и потери времени. Вообще в машиностроении любой разрыв операций в обработке влечет за собой дополнительные расходы на перегрузку, транспортировку и временное хранение деталей. Может быть и небольшие эти расходы, но в поточном производстве они складываются в очень солидные суммы.

Теперь же в НГТУ предложили две последовательные операции совместить в рамках одной единицы оборудования. Скорее всего, в станок ЧПУ встроено дополнительное устройство с индуктором, через который на деталь подается ток высокой частоты, разогревающий поверхность металла до температуры, необходимой для закаливания. Это устройство программируется и индуктор движется вдоль вырезанной детали и всех ее элементов; этот подход известен давно и называется растушевкой нагрева. Быстрое охлаждение детали после нагрева проводится той же самой охлаждающей жидкостью, которая применяется и при фрезеровании. Времени потребуется несколько больше, но зато со станка снимается полностью готовая деталь, пригодная к дальнейшему использованию.

Теперь лишь вопрос широкого применения этого новшества во всем машиностроении в России, для чего нужны определенные инвестиции в предприятие, которое будет изготовлять необходимые узлы и комплектующие, а также выпускать программное обеспечение, как для реконструкции уже имеющихся станков с ЧПУ, так и оснащения станков нового выпуска. Предприятие это должно быть не очень большим, но очень хорошо оснащенным и иметь первоклассный состав работников, по сути это будет инженерная мастерская, выпускающая дополнительное оборудование и способная встроить его в уже установленный и работающий станок.

Новосибирская наука достойна весьма жесткой критики, но все же, следует признать, что оригинальные технические идеи в Новосибирске бывают. И эта - одна из них. Вот на основе этой идеи можно сделать, как теперь модно говорить, кластер, связанный с модификацией станков ЧПУ. В мире, по экспертным оценкам, насчитывается 2-3 млн штук крупных промышленных станков с ЧПУ, 5-7 млн средних и малых станков с ЧПУ, а также 10-15 млн штук настольных и любительских станков с ЧПУ. Оснащение имеющегося парка станков дополнительным устройством термообработки детали - это крупный внутренний и экспортный рынок, причем его будет очень трудно вычерпать даже за много лет напряженной работы.

Единственное, в этом деле надо реально выделить деньги и помочь. Или же удачная и нужная разработка окажется, как и многие другие неплохие идеи, на полке, и не принесет никакой пользы и прибыли.