www.mexanik.ru

ВВЕДЕНИЕ

Одним из значимых факторов технического прогресса в машиностроении, как и в других отраслях, является совершенствование технологии производства. Особенность современного производства — применение новых конструкционных материалов: жаропрочных, коррозионно-стойких, композиционных, порошковых, полимерных и др. Обработка этих материалов требует совершенствования существующих технологических процессов и создания новых методов, основанных на совмещении механического, теплового, химического и электрического воздействия.

Процесс резания сопровождается упругими и пластическими деформациями, разрушением материала, трением, износом режущего инструмента, вибрациями отдельных деталей и узлов и технологической системы (станок — приспособление — инструмент — заготовка) в целом. Знание закономерностей этих явлений позволяет выбирать оптимальные условия, обеспечивающие производительную и качественную обработку деталей.

Процесс резания представляет собой комплекс чрезвычайно сложных явлений, зависящих от физико-механических свойств обрабатываемого материала, качества режущего инструмента, условий резания, состояния станка, жесткости технологической системы.

Первые отечественные теоретические и экспериментальные исследования процесса резания были проведены в 1868—1869 гг. проф. Петербургского горного института И. А. Тиме. Им впервые были даны научные основы процесса резания. Он провел исследования процесса стружкообразования, создал схему этого процесса, дал классификацию стружек, предложил формулы для подсчета силы резания и усадки стружки. Вслед за Тиме проф. П. А. Афанасьев и акад. А. В. Гадолин предложили новые уравнения для подсчета силы резания с учетом сил трения по передней и задней поверхностям резца.

Значительный вклад в развитие науки о резании металлов внес проф. К. А. Зворыкин. Он создал схему сил, действующих на резец в процессе резания, сконструировал и впервые применил в своих экспериментальных исследованиях самопишущий гидравлический динамометр.

Схема сил, предложенная К. А. Зворыкиным, с дополнениями, сделанными проф. С. С. Рудником, действительна и в настоящее время.

В 1896 г. была опубликована работа А. А. Брикса, в которой приведен глубокий анализ работ отечественных и зарубежных исследований и сделаны попытки их обобщения.

Русские исследователи — И. А. Тиме, П. А. Афанасьев, А. В. Гадолин, К. А. Зворыкин, А. А. Брике и др. — своими работами впервые (1865—1900) заложили основы механики резания металлов.

Новое направление в исследовании процесса резания металлов было создано мастером-механиком Петербургского политехнического института Я. Г. Усачевым. Если И. А. Тиме и К. А. Зворыкина можно назвать основоположниками механики процесса резания, то Я. Г. Усачева — основоположником физики резания металлов. Он впервые применил микроскоп при изучении процесса резания металлов. Это позволило ему доказать, что, кроме «плоскости скалывания» (установленной Тиме) имеют место «плоскости скольжения», представляющие собой кристаллографические сдвиги. Я. Г. Усачев первый разработал методы измерения температур на поверхностях резца и экспериментально определил зависимость температур от скорости резания, глубины резания и подачи. В своих исследованиях Усачев применил калориметр и созданные им термопары (используемые и в наши дни). Он также создал теорию наростообразования, установил явление упрочнения (наклеп) обработанной поверхности.

В советское время (1918—1935) А. Н. Челюсткин своими исследованиями развил формулу К. А. Зворыкина для определения силы резания, учтя влияние геометрических параметров резца и др.

В 1936 г. при Техническом Совете НКТП была создана Комиссия по резанию металлов в составе Е. П. Надеенской (председатель), А. И. Каширина, В. А. Кривоухова, И. М. Беспрозванного и С. Д. Тишина. В течение пяти лет Комиссия по резанию металлов являлась всесоюзным центром по планированию и координации всех научно-исследовательских работ по резанию металлов в Советском Союзе. За эти годы было выполнено около 250 научных исследований и обобщен опыт заводов. Исследования проводились коллективами, возглавляемыми А. В. Панкиным, С. Ф. Глебовым, В. Д. Кузнецовым, В. А. Кривоуховым, Н. И. Резниковым, М. Н. Лариным, П. П. Трудовым, П. А. Ребиндером и др.

Комиссия по резанию металлов разработала единую методику экспериментального исследования основных стойкост-ных и силовых зависимостей, справочные материалы по режимам резания для всех видов инструментов. Справочники были положены в основу государственных нормативов по режимам резания. Руководящие материалы по режимам резания в результате многочисленных теоретических и экспериментальных исследований нашли применение в промышленности в годы Великой Отечественной войны.

Большое значение имело развитие инженерных методов расчета оптимальных режимов резания, которые позволяли сравнительно просто рассчитывать важные для практики характеристики процесса резания.

Как в довоенный период, так и в течение первого десятилетия после Великой Отечественной войны были проведены исследования по внедрению в производство твердосплавного инструмента, созданы новые марки твердых сплавов и их модификации.

Основы конструирования и расчета режущего инструмента разработаны коллективами Московского станкоинструментального института, Всесоюзного научно-исследовательского инструментального института (ВНИИ), Всесоюзного научно-исследовательского института абразивов и шлифования (ВНИИАШ), Московского высшего технического училища, заводов «Фрезер», Московского инструментального завода (МИЗ) и другими при непосредственном участии таких ученых, как И. И. Семенченко, Г. И. Грановский, В. М. Матюшин, С. С. Четвериков и др.

В послевоенные годы в машиностроении началось освоение новых типов турбин, двигателей, химических аппаратов, атомных реакторов и другого оборудования, работающего при высоких температурах, в агрессивных средах и других специфических условиях. В связи с этим возникла необходимость обработки большого количества деталей из новых жаропрочных, нержавеющих, эрозионно-стойких, тугоплавких и других специальных сталей и сплавов.

Благодаря трудам В. А. Кривоухова, Г. И. Грановского, Н. Н. Зорева, А. И. Исаева, Т. Н. Лоладзе, А. М. Розенберга, М. И. Клушина, В. Н. Подураева, М. Ф. Полетика, Н. В. Талантова, А. Д. Макарова, С. С. Силина, В. Ф. Боброва, А. Н. Резникова и других ученых были созданы теоретические основы процесса резания.

Повышение быстроходности, долговечности и надежности машин потребовало повышения точности обработки и улучшения качества обработанной поверхности. В связи с этим были изучены размерная стойкость инструмента, влияние различных факторов на наклеп и остаточные напряжения в поверхностном слое обрабатанной детали, а также природа колебаний, возникающих при резании металлов. Много внимания уделялось развитию и исследованию чистовых операций, в том числе различных методов абразивной обработки. Были созданы новые методы обработки — электрофизические и электрохимические.

Большой вклад в разработку теории процесса резания и укрепление ее связи с практикой внесли лаборатории заводов ЗИЛ, ГАЗ, УЗТМ и др., научно-исследовательских институтов ЦНИИТМАШ, ВНИИ, ЭНИМС, НИИАШ и др., а также высших учебных заведений, в частности Томского политехнического института, Московского государственного технического университета, Ленинградского политехнического института, Киевского политехнического института, Московского авиационного института, Куйбышевского авиационного института, Харьковского авиационного и политехнического институтов, Московского станкоинструментального института, Уфимского авиационного института и др.

Много ценных предложений, обогативших практику скоростного резания металлов, было внесено выдающимися мастерами-скоростниками П. Б. Быковым, Г. С. Борткевичем, В. К. Се-минским, В. А. Колесовым и др. Творческое содружество работников науки и практики как одна из основ развития советской передовой науки и техники дало исключительно важные результаты в повышении производительности труда и повышении качества выпускаемой продукции машиностроения.

Приоритет в создании первых металлорежущих станков принадлежит русским изобретателям. Еще в начале XVIII в. в России были талантливые станкостроители, создавшие ряд конструкций металлорежущих станков. Среди выдающихся механиков этого времени особое место занимает А. К. Нартов. Оригинальные станки Нартова — токарные, токарно-винторезные, копировальные, изготовленные в 1712—1729 гг., сохранились до нашего времени. В ленинградском музее «Эрмитаж» хранятся два токарных станка, изготовленных по проектам и под непосредственным руководством А. К. Нартова. Станки Нартова сохранились также в Парижском национальном музее искусства и ремесел, в Венском музее. Честь изобретения самоходного (механического) суппорта токарного станка принадлежит А. К. Нартову.

Станки с водяным приводом для сверления пушечных стволов построил в начале XVIII в. на Тульских оружейных заводах изобретатель М. В. Сидоров-Красильников. На этом же заводе в начале XVIII в. Я. Т. Батищев создал многошпиндельные станки, применил многопозиционную обработку. На некоторых станках Батищева одновременно обрабатывалось до 24 ружейных стволов.

В отечественное станкостроение внес вклад и великий русский ученый М. В. Ломоносов. В середине XVIII столетия он изобрел сферотокарный станок для обработки отражательных поверхностей металлических зеркал.

В XIX в. славные традиции русских машиностроителей продолжались другими изобретателями. Станки для обработки отверстий большого диаметра и винторезные станки сконструировал и построил Л. Ф. Собакин. Полуавтоматические станки с гидравлическим приводом создал А. М. Сурнин.

В 1817 г. с помощью операционных станков, созданных Л. Ф. Собакиным, А. М. Сурниным, П. Д. Захаво и др., Тульский оружейный завод впервые в Европе освоил производство взаимозаменяемых деталей для ружей.

Нашей Родине принадлежит приоритет в создании научных основ станкостроения. Русский акад. А. В. Гадолин впервые в мире (в 1876 г.) строго математически доказал, что наилучшей эксплуатационной характеристикой будет обладать станок, у которого частоты вращения шпинделя составляют ряд геометрической прогрессии. Этот закон впоследствии был распространен на числа двойных ходов и на ряды подач и находит применение в современном станкостроении.

Изобретения и работы станкостроителей России открывали отечественному станкостроению широкий пугь развития.

К концу первой пятилетки в СССР имелось уже восемь больших специализированных станкостроительных заводов.

В 1932 г. в СССР было изготовлено 19 700 металлорежущих станков. В 1933 г. был создан экспериментальный научно-исследовательский институт металлорежущих станков (ЭНИМС), являющийся научным центром по конструированию и исследованию металлорежущих станков. Успехи в развитии станкостроения позволили создать новые отрасли машиностроения в нашей стране, ускорить индустриализацию страны и усилить ее обороноспособность.

Большой вклад в развитие отечественного станкостроения внесли советские ученые В. И. Дикушин, Н. С. Ачеркан, Д. Н. Решетов, Г. А. Шаумян, Б. Л. Богуславский, В. Э. Пуш, В. А. Кудинов, А. П. Владзиевский, А. С. Проников и др. Следует отметить, что в СССР впервые в мировой практике станкостроения изготовление металлорежущих станков организовано методом крупносерийного производства. При общем росте выпуска станков большое внимание уделялось производству прецизионных станков, тяжелых станков, станков для электрофизических и электрохимических методов обработки, агрегатных станков, автоматических линий, станков с программным управлением. Станкостроительные заводы СССР освоили производство высокопроизводительных станков для электрофизических и электрохимических методов обработки конструкционных материалов.

Повышение мощности и быстроходности металлорежущих станков потребовало разработки теории устойчивости процесса резания. В результате исследований А. И. Каширина, И. А. Дроздова, А. П. Соколовского, Л. К. Кучмы, В. Н. Подураева, В. А Кудинова и других ученых была создана теория колебаний при резании металлов и методика расчета металлорежущих станков на виброустойчивость.

Анализ тенденций развития мирового и отечественного станкостроения показывает, что отличительной особенностью его является интенсивный процесс автоматизации, повышение производительности вновь создаваемых станков, их надежность и долговечность, увеличение доли прецизионных станков, классов точности «В», «А», «С». Большое внимание уделяется увеличению выпуска станков с числовым программным управлением, широкое применение в системах управления станков микропроцессорной техники, регулируемых электроприводов, измерительных устройств, устройств автоматической смены инструментов, систем диагностики состояния основных узлов станков, величины износа инструмента и др.

Одним из важных перспективных направлений является создание гибких производственных станочных модулей с ЧПУ (ГП-модуль), роботизированных комплексов, гибких автоматизированных участков, гибких автоматизированных систем (ГАС).

Назад, на страницу описания