Стадии и этапы развития технологии

Изготовление любого изделия невозможно без умения человека обрабатывать материал. Наука о способах воздействия на материалы для получения изделий - это технология. Специалистов, использующих эту науку в практической работе, называ­ют технологами. Что же такое технология? Слово произошло от слияния двух грече­ских слов: techne - искусство, мастерство и logos - учение, слово.

Под технологией машиностроения принято понимать учение о способах и про­цессах изготовления отдельных деталей и сборки из них различных изделий. Как правило, процесс изготовления любой детали представляет собой последователь­ность технологических операций, каждая из которых реализует вполне определен­ный метод обработки и выполняется с применением конкретного оборудования, ре­жущего инструмента и режимов обработки. Отсюда понятно, что историю развития технологии машиностроения следует рассматривать как совокупность взаимосвя­занных процессов развития, прежде всего методов обработки материалов, техноло­гического оборудования, режущего инструмента и теоретических основ резания ма­териалов.

При этом развитие технологии стимулируется усложнением конструкций изделий, повыше­нием требований к качеству их изготовления и стремлением снизить себестоимость продукции. Появление новых материалов также способствует совершенствованию технологических методов, созданию новых видов оборудования и режущего инст­румента. Вместе с тем опережающее развитие методов обработки и средств техно­логического оснащения стимулирует появление новых конструкций изделий и при­менение в них новых или нетрадиционных материалов, например композита или ке­рамики.

Совершенствование технологии стало главным фактором выживания каждого ремесленника в условиях конкуренции таких же мастеров и при отсутствии других источников доходов.

Как учение технология машиностроения оформилась на стадии промышленно­го производства. В это время производство стало ориентироваться на массового потребителя и крупные и сверхкрупные заказы, например крупнотоннажные ко­рабли, уникальное оборудование и т.п. Возросла необходимость в разнообразии выпускаемой продукции и повышенной серийности производства. Поэтому труд высококвалифицированных мастеров-одиночек перестал быть эффективным. Воз­никла потребность организации промышленных предприятий в многочисленном наемном персонале. Это обусловило необходимость приведения технологических знаний в стройную систему, придания им единообразия и широкого распростране­ния. Только такой подход позволил персоналу предприятий обеспечить целена­правленное получение продукции заданного качества и в необходимых количест­вах. Так, из разрозненных рецептов и рекомендаций появилась технология маши­ностроения - учение о промышленном производстве продукции заданного качест­ва в требуемом количестве.

Выделенные стадии становления и развития технологии машиностроения доста­точно условны, глубоко проникают друг в друга и не имеют четко выраженных гра­ниц.

Рис. 10.1. Сверлильный станок первобытного человека

От сверлильного станка первобытного человека (рис. 10.1) прошло еще несколько тысяч лет, пока появился токарный станок (рис. 10.2). Раньше он просто был не нужен, так как не было потребности в изделиях, получае­мых обтачиванием. Токарные станки имели привод в виде обвернутой вокруг древ­ка бечевки. В их конструкциях также использовалась сила упругости лука или вет­ки. Они даже напоминали сверлильный станок, но с горизонтальным расположени­ем сверла. Несмотря на некоторое сходство, это все же было принципиально новое устройство не только по назначению, но и по своей идее. Вращающееся сверло в нем было заменено вращающейся заготовкой (деталью), а вместо самого сверла появился другой инструмент - резец.

Рис. 10.2. Лучковый токарный станок

Да и был он не деревян­ным, а из металла, при обработке его держали в руках. За­тем появились центры, которые служили для установки заготовки, и упорная планка для резца. Благодаря упорной планке повысились качество и удобство обработки.

Существенный недостаток этих токарных станков -деталь вращалась то по часовой, то против часовой стрел­ки. Такие станки применяли до начала XVII века. Однако если верить утверждению историка Плиния, то еще за 400 лет до новой эры мастер с острова Самос в Эгейском мо­ре Феодор сделал токарный станок, на котором заготовка вращалась в одну сторону. Станок имел кривошипный ме­ханизм, маховик и ножной педальный привод, подобный приводу известной всем швейной машины. Интересно, что на древнегреческих геммах изображали бога Амура, оттачивающего свои стре­лы на станке с ножным приводом и кривошипным механизмом. Роль маховика при этом выполнял тяжелый абразивный шлифовальный круг.

В IX - XI веках в Западной Европе и на Руси началось изготовление и использо­вание в работе различных сверл. Даже с позиций современности технология их из­готовления достойна уважения. Форму сверлу придавали ковкой, затем сверло зака­ливали, затем затачивали.

Производились сверла следующих видов: спиральные (типа бурав и свирель) и перовые. Это были праворежущие сверла, диаметром от 6 до 21 мм и длиной до 370 мм. В это время мастерам-инструментальщикам уже были известны конструкция и технология изготовления многослойных сверл (рис. 10.3).

Рис.10.3. Многослойная конструкция режущей части сверла

Такие сверла обладали способностью самоза­точки. Сверло было трехслойным: твердая тон­кая сердцевина, сваренная с мягкими стальными обкладками. В процессе работы мягкие обклад­ки стирались (изнашивались) и постоянно оголя­ли тонкий слой твердой стали, т.е. всегда сохра­нялся острый клин на лезвии сверла. Для изго­товления таких многослойных сверл применя­лась кузнечная сварка.

Развитию технологии обработки металлов способствовали два фундаментальных изобретения человечества: колесо и порох. Колесо получило распространение не только как важнейший элемент наземных транспортных средств, но и как важней­ший элемент преобразования энергии движущейся воды в энергию вращающегося водяного колеса. После изобретения водяного колеса уже ничто не мешало создать водяную мельницу с приводом от него. Это дало источник дешевой энергии, позво­лившей применять энергию воды для различных видов обработки.

Во второй половине ХХ века начинается разработка проблемы организации поточных и автома­тизированных технологических процессов обработки заготовок в серийном произ­водстве. Профессором СП. Митрофановым разрабатывается и внедряется групповой метод технологии и организации производства. На базе типизации технологических процессов и использования переналаживаемого оборудования и технологической ос­настки создаются поточные линии серийного производства (профессора В.В. Бойцов, Ф.С. Демьянюк); подробно разрабатывается построение структур технологических операций (профессора В.М. Кован, B.C. Корсаков, Д.В. Чарнко). Под руководством профессора Б.С. Балакшина в Мосстанкине создаются системы адаптивного управле­ния технологическими процессами обработки на металлорежущих станках (профес­сора Б.С. Балакшин, Б.М. Барзов, Ю.М. Соломенцев, И.М. Колесов, СП. Протопопов, М.М. Тверской, В.А. Тимирязев, Е.И. Луцков, В.А. Медведев, Л.В. Худобин и др.).

Была разрабо­тана теория колебаний процесса резания и расчета станков на виброустойчивость, исследованы вопросы резания металлов с наложением ультразвука обеспечения стружкодробления, а также целый ряд других вопросов, связанных с интенсифика­цией процесса обработки материалов. В этом направлении широко известны труды В.И. Подураева, П.Р. Родина, И.И. Резникова, А.Д.Макарова, Н.В. Талантова.

Для чистовой обработки особо прочных металлов в промышленности началось применение режущего инструмента, оснащенного природным алмазом. Однако сравнительно небольшие объемы добычи природных алмазов и их высокая стои­мость побудили ученых найти способ получения искусственных алмазов. Такой спо­соб был найден в 50-х годах. И в 1958 г. началось крупномасштабное производство синтетических алмазов, а с 60-х годов они стали достаточно широко применяться в промышленности в основном как абразивный материал.

Синтетические алмазы производятся из графита в специальных камерах при вы­соком давлении (около 100000 атмосфер) и высокой температуре (порядка 2700°С). Из синтетических алмазов чаще всего изготовляются шлифовальные круги на алю­миниевой основе.

По своим свойствам к синтетическому алмазу приближается другой сверхтвер­дый синтетический материал - кубический нитрид бора, или, как его еще называют, боразон, или эльбор. По своему составу - это химическое соединение бора и азота. Приближаясь по своим режущим свойствам к алмазу, этот материал обладает почти вдвое большей теплостойкостью. Он был впервые получен в 1960 г. и с 1964 г. про­изводится промышленно. Значительный вклад в его разработку и производство вне­сли профессора В.Н. Бакуль, В.В. Новиков.

Отличительной особенностью развития технологии машиностроения с 1970 г. яв­ляется широкое использование достижений фундаментальных и общеинженерных наук для решения теоретических проблем и практических задач технологии маши­ностроения. Различные разделы математических наук, теоретической механики, фи­зики, химии, теории пластичности, материаловедения, кристаллографии и многих других наук принимаются в качестве теоретической основы новых направлений тех­нологии машиностроения или используются в качестве аппарата для решения прак­тических технологических вопросов, существенно повышая общий теоретический уровень технологии машиностроения и ее практические возможности. Широко при­меняются вычислительная техника при проектировании технологических процессов и математическое моделирование процессов механической обработки. Осуществля­ется автоматизация программирования процессов обработки на широко используе­мых станках с ЧПУ. Создаются системы автоматизированного проектирования тех­нологических процессов - САПР ТП (профессора В.И. Аверченков, ПК. Горанский, Н.М. Капустин, СП. Митрофанов, В.В. Павлов, В.Д. Цветков).

Углубляется разработка проблемы влияния технологии на шероховатость, волни­стость, физико-химическое состояние металла поверхностного слоя обрабатывае­мых заготовок, его дислокационное строение, размеры кристаллических блоков и на эксплуатационные свойства и надежность деталей машин (профессора В.Ф. Безъя­зычный, Ю.Р. Витенберг, Ю.М. Голубев, О.А. Горленко, В.Б. Ильицкий, А.Н. Овсе­енко, В.К. Старков, А.Г. Суслов, А.В. Тотай, В.П. Федоров, Л.А. Хворостухин, A.M. Сулима и др.). Продолжаются работы по технологической наследственности и уп­рочняющей технологии (профессора П.И. Ящерицын, A.M. Дальский, Ю.Г. Проску­ряков, И.В. Кудрявцев, Ю.Г. Шнейдер, П.Г. Алексеев, Ю.П. Бабичев, В.М. Смелянский). Разрабатываются методы оптимизации технологических процессов по дости­гаемой точности, производительности и экономичности изготовления при обеспече­нии высоких эксплуатационных качеств и надежности работы машины (профессора Б.М. Базров, Ю.М. Соломенцев, С.С. Силин, С.Н. Корчак, Л.В. Худобин и др.).

В этот период активно ведутся работы по электрофизическим, электрохимичес­ким, лазерным и комбинированным методам обработки (профессора В.А. Барвинок, С.Н. Григорьев, А.Г. Григорьянц, В.Ф. Коваленко, A.M. Марков, B.C. Мухин, Ю.В. Панфилов, В.П. Смоленцев).

В середине 80-х годов многофункциональные токарные фрезерные станки послу­жили основой для создания гибких автоматизированных производств (ГАП). Появ­лению ГАП способствовало развитие и распространение различных систем автома­тизированного проектирования и управления, в том числе САПР - ТПП, автоматизи­рованной системы управления (АСУ) и автоматизированной системы управления производством (АСУП), средств вычислительной техники и промышленных робо­тов. Промышленные роботы производились в 60-х - 70-х годах прошлого столетия и предназначались для автоматизации погрузочно-разгрузочных и транспортных опе­раций, связанных с обслуживанием металлорежущего оборудования. Они оснаща­лись различными захватами, которые позволяли им захватывать и удерживать при транспортировке различные детали, заготовки и инструменты. Промышленные ро­боты могли иметь целый набор таких захватов, отвечающих конфигурации транс­портируемых предметов, причем смена захвата в руке могла выполняться автомати­чески. К функциям промышленного робота относится не только транспортировка различных предметов, но и их пространственная ориентация. Управление промыш­ленным роботом осуществлялось от системы ЧПУ.

Надежность технических и программных средств ГАП, правильно подобранная номенклатура обрабатываемых деталей, организация автоматического контроля па­раметров качества детали и износа режущего инструмента, автоматическая поднастройка оборудования возможных отказов элементов ГАП и автоматическое устране­ние неполадок привели к понятию безлюдной, а затем и к понятию безбумажной тех­нологии. Под безбумажной технологией принято понимать такую организацию проектирования и выполнения технологических процессов, ког­да все процессы обработки содержатся в памяти ЭВМ в виде управляющих про­грамм для станков с ЧПУ и по мере необходимости могут быть автоматически загру­жены в память системы ЧПУ и запущены на выполнение, при условии технической готовности ГАП к выполнению этих процессов. Следует полагать, что безбумажная технология имеет смысл при организации безлюдной технологии.

В 1990 г. СССР занимал третье место в мире по объему выпуска металлорежущих станков. Всего выпускалось более 1200 типоразмеров станков (646 универсальных и 623 специализированных).

После распада СССР в России происходит резкое падение производства, в том числе и в станкоинструментальной промышленности.

Учитывая эти обстоятельства, в России была принята программа «Государствен­ная защита станкостроения» на 1993 - 1998 гг. Однако из-за недофинансирования она не была реализована.