Технология машиностроения

Развитию и формированию учебной дисциплины «Технология машиностроения» как прикладной науки предшествовал непрерывный прогресс машиностроения на протяжении последних двух столетий. Степень прогресса определяла интенсивность изучения производственных процессов, а, следовательно, и научное их обобщение с установлением закономерностей в технологии механической обработки и сборки.

Производственные процессы в древние времена были примитивными. Оружие затачивали с помощью камней, обладающих абразивными свойствами; вначале режущий инструмент удерживали в рабочем положении рукой, а в дальнейшем прикрепляли к рукоятке прутьями деревьев или сухожилиями животных. Одним из достижений того времени явилось использование вращающегося камня — прообраза заточного станка. В дальнейшем вращательное движение применили для изготовления керамических изделий и изделий цилиндрической формы из дерева, костей животных и, наконец, из металла.

Наряду с устройствами, сообщающими движение режущему инструменту, появились приспособления, передающие движение обрабатываемой заготовке. Прообразом примитивного токарного станка оказался лук, вращающий изделие с помощью тетивы; кремневый резец держали вручную. Постепенно был создан простейший тип токарного станка с конным приводом и по-прежнему ручным удерживанием режущего инструмента.

История возникновения металлообработки в России мало исследована, однако известно, что уже в X в. русские мастера-ремесленники обладали высокой техникой изготовления оружия, предметов домашнего обихода и т. п. Еще в XII в. русские оружейники применяли сверлильные и токарные устройства с ручным приводом и вращательным движением инструмента или обрабатываемой заготовки. В XIV— XVI вв. для изготовления оружия пользовались токарными и сверлильными станками с приводом от водяной мельницы.

В XVI в. в селе Павлово на Оке и в окрестностях г. Тулы существовала металлообрабатывающая промышленность, основанная на использовании местной железной руды. Однако наиболее значительное развитие эта отрасль получила во времена Петра I. Ремесленные мастерские превращались в фабрики и заводы, оборудованные машинами. В этот период (1718—1725) русский механик А. Нартов изобрел для токарного станка механический суппорт, который с помощью зубчатого колеса и рейки перемещался вдоль обрабатываемой детали. А. Нартов также создал ряд других станков оригинальной конструкции (винторезный, зуборезный, пилонасекательный и др.). Одним из выдающихся русских механиков был М. Сидоров, создавший в 1714 г. на Тульском оружейном заводе «вододействующие машины» для сверления оружейных стволов. Тогда же солдат Я. Батищев построил станки для одновременного сверления 24 ружейных стволов, станки для «обтирания» (зачистки) напильниками наружных и внутренних поверхностей орудийных стволов с помощью «водил» от мельничных приводов и др. Работы М. Сидорова и Я. Батищева продолжали мастера-механики XVIII и начала XIX в. А. Сурин, Я- Леонтьев, Л. Собакин, П. Захава и др.

К тому же времени относится деятельность гениального русского ученого 71. В. Ломоносова (1711 — 17G5), который построил лоботокарный, сферотокарный и шлифовальный станки. Изобретатель паровой машины И. И. Ползунов (1728—1764) построил для изготовления некоторых деталей парового котла специальный цилиндрорасточный и другие станки. Русский механик И. П. Кулибин (1735—1818) создал специальные станки для изготовления зубчатых колес часовых механизмов.

Первые шаги в механизации производственных процессов относятся также к этому времени. Так, И. И. Ползунов создал простейшее автоматическое устройство, в котором основным элементом является поплавок на поверхности жидкости. Изменение уровня жидкости заставляло поплавок опускаться или подниматься и тем самым производить те или иные действия посредством системы прикрепленных к нему рычагов.

В то время военная промышленность была единственной областью массового производства, она положила начало введению принципа взаимозаменяемости в технологию производства. Установлено, что первая инструкция по организации взаимозаменяемого производства была разработана в России и направлена на Тульский завод почти за 25 лет до первых опытов по взаимозаменяемости французского инженера Леблана и почти за 100 лет до съезда английских промышленников, где Витворт сформулировал основные задачи взаимозаменяемости. Вначале на Тульском оружейном заводе были применены медные калибры, а затем по указу Петра I — лекала для независимой обработки сопрягаемых деталей ружья. Известно, что успешному внедрению взаимозаменяемости содействовали русские лекальщики, изготовлявшие лекала и сложные калибры с высокой для того времени точностью и применявшие при изготовлении калибров искусственное старение. В конце XIX и начале XX в. на некоторых предприятиях начали указывать на рабочих чертежах допуски на изготовление деталей.

Начало изучения технологических процессов, т. е. способов обработки заготовок, в результате которых получается готовое изделие, соответствующее по размерам, форме и качеству поверхности требованиям, предъявляемым к его работе, относится к первым годам прошлого столетия. В 1804 г. акад. В. М. Севергин сформулировал основные положения о технологии, в 1817 г. проф. Московского университета И. А. Двигубский издал книгу «Начальные основания технологии, как краткое описание работ на заводах и фабриках производимых». Первым капитальным трудом, посвященным технологии металлообработки, является трехтомный труд проф. II. А. Тиме «Основы машиностроения. Организация машиностроительных фабрик в техническом и экономическом отношении и производство в них работ» (1885). II. А. Тиме впервые сформулировал основные законы резания и установил правильное понимание сущности этого процесса как последовательного скалывания отдельных элементов металла. Его исследования легли в основу науки о резании металлов, которая получила широкое развитие в нашей стране после Великой Октябрьской социалистической революции. Советские инженеры и техники в содружестве с рабочими-новаторами решили важную проблему современного машиностроения — разработали и внедрили в производство резание с большими скоростями и подачами.

Советская станкоинструментальная промышленность создала станки различного технологического назначения и усовершенствованные конструкции режущего инструмента, обеспечивающие большую производительность и точность при обработке. Все эго позволило советским ученым и инженерам разработать основные закономерности технологических процессов механической обработки.

К первым трудам по технологии машиностроения относятся работы А. П. Соколовского, вышедшие в 1930—1932 гг. Обобщением опыта автотракторной промышленности были «Основы проектирования технологических процессов» А. И. Каширина (1933) и «Технология автотракторостроения» В. М. Кована (1935). В 1933 г. Б. С. Балакшин провел теоретические исследования по технологии машиностроения, основные положения и выводы которых, разработанные им в «Теории размерных цепей», дали возможность технологам путем предварительных расчетов решать технологические задачи, обеспечивающие повышение точности изготовления машин.

Для создания теоретических основ технологии машиностроения большое значение имели работы Н. А. Бородачева по анализу качества и точности производства, К. В. Вогинова, осуществившего обширные исследования жесткости системы станок — приспособление — инструмент — деталь и ее влияния на точность механической обработки, А. А. Зыкова и А. Б. Яхина, положивших начало научному анализу причин возникновения погрешностей при обработке. В 1959 г. вышли «Основы технологии машиностроения» В. М. Кована, содержащие основные научные положения технологии машиностроения и методику технологических расчетов, общих для различных отраслей машиностроения.

Задачи экономии металла и повышения производительности труда при механической обработке теоретически обоснованы работами Г. А. Шаумяна по основам расчета производительности обработки на автоматах и автоматических линиях и др.

В 50…70-х годах проводились многочисленные исследования по адаптивному управлению станками, по групповой обработке, определению влияния различных факторов на точность обработки и качество поверхности. В разработке этих проблем участвовали Б. С. Балакшин, С. П. Митрофанов, П. Е. Дьяченко, М. Е. Егоров, В. С. Корсаков и др. В последние годы многие научно-исследовательские и проектные институты работали над созданием автоматического оборудования с системами числового программного управления (ЧПУ) на микропроцессорах, разработкой нового металлообрабатывающего инструмента с применением природных и синтетических алмазов, минералокерамики, производством стойких абразивных материалов.

XXVI съезд КПСС рассмотрел и утвердил «Основные направления экономического и социального развития СССР на 1981—1985 годы и на период до 1990 года». Главная задача одиннадцатой пятилетки состоит в обеспечении дальнейшего роста благосостояния советских людей на основе устойчивого, поступательного развития народного хозяйства, ускорения научно-технического прогресса и перевода экономики на интенсивный путь развития, более рационального использования производственного потенциала страны, всемерной экономии всех видов ресурсов и улучшения качества работы.

В решении этой задачи существенное место занимает ускорение научно-технического прогресса на базе технического перевооружения производства, создания и выпуска высокопроизводительных машин и оборудования большой единичной мощности, внедрения новой техники и материалов, прогрессивной технологии и систем машин для комплексной механизации, и автоматизации производства. В связи с этим большое внимание уделяется разработке, освоению и внедрению новых высокоэффективных технологических процессов, новых материалов, в том числе и неметаллических, снижению металлоемкости изделий, экономики топливно-энергетических ресурсов, механизации и автоматизации производственных процессов, повышению надежности и долговечности изделий, соответствующих (или превосходящих) по своему техническому уровню и качеству лучшим отечественным и зарубежным аналогам.

Ведущее место в дальнейшем росте экономики страны принадлежит отраслям машиностроения, которые обеспечивают материальную основу технического прогресса всех отраслей народного хозяйства. В настоящее время машиностроение располагает мощной производственной базой, выпускающей свыше четверти всей промышленной продукции страны.

Опережающее развитие машиностроения и металлообработки в условиях растущего дефицита трудовых и энергетических ресурсов и металла предусмотрено с одновременным увеличением выпуска продукции машиностроения не менее чем в 1,4 раза при прогрессивных тенденциях как по увеличению номенклатуры изделий, так и обновлению ее структуры.

Моральное старение продукции машиностроения зачастую наступает значительно быстрее их физического старения, при этом сроки устойчивого массового или серийного производства изделий сократились к настоящему времени с 10… 15 до 3…5 лет, а для постановки на производство новых изделий на каждую тысячу деталей требуется разработать свыше 15 тыс. единиц различной технической документации и изготовить до 5 тыс. различных видов технологического оснащения. Все это требует дальнейшего повышения научно-технического уровня и качества изделий, всестороннего совершенствования технологии методов организации и управления процессами производства.

Практическому осуществлению широкого применения прогрессивных типовых технологических процессов, оснастки и оборудования, средств механизации и автоматизации, соответствующих современным достижениям науки и техники, содействует Единая система технологической подготовки производства (ЕСТПП), обеспечивающая для всех предприятий и организаций системный подход к оптимизации выбора методов и средств технологической подготовки производства (ТПП). Единство структур и положений ТПП предусматривает взаимосвязь ее с другими функциональными подсистемами автоматизированных систем управления (АСУ) всех уровней с применением технических средств обработки информации.

Технологическая подготовка производства, осуществляемая на принципах, установленных основополагающими стандартами ЕСТПП, создает условия для максимального сокращения сроков этой подготовки, быстрейшего освоения новой техники, всестороннего совершенствования технологии н организации производства. Основными принципами ЕСТПП являются: запуск в производство изделий, отработанных на технологичность, широкое применение типовых технологических процессов, стандартизация и унификация оборудования, технологической оснастки и инструмента, автоматизация и механизация инженерно-технических и управленческих работ. Важное место в решении этих задач занимает технология машиностроения.