Введение.

Металлы и материалы резанием обрабатывают давно. При первобытнообщинном строе пользовались режущими инструментами, которые изготавливались из кремния и твердых пород дерева. Кремниевые лезвия привязывали ивовыми прутьями или сухожилиями животных к деревянным рукояткам, что позволяло прикладывать большие усилия на режущее приспособление, а также удобней манипулировать при резании.

Тысячелетиями обработка металлов и материалов резанием являлась трудоемкой работой. Например, для получения отверстия инструменту, наподобие современного сверла, придавали вращательные движения ладонями рук. Впоследствии начали обвивать его веревкой (или сухожилиями животных) и поочередно тянуть за ее концы, заставляя сверло вращаться. И только много позже было изобретено сверло с кривошипом и каменным маховиком, поддерживающими вращательное движение первобытного сверлильного инструмента. В то время не было приспособлений, позволяющих одновременно вращать и перемещать инструмент, поэтому с появлением гончарного колеса (3000 лет до н.э.) начали придавать вращательное движение обрабатываемому материалу, а инструмент при этом удерживался руками.

Впоследствии в течение длительного периода приспособления совершенствовались и начали появляться подобия станков, в которых использовалась сила воды и ветра.

С XIV века на Руси ремесленники стали изобретать токарные и сверлильные станки с непрерывным вращательным движением от водяного колеса.

Большими импульсами в совершенствовании обработки резанием были войны, которые требовали огнестрельного оружия. Известно, что войны, принося неисчислимые бедствия и трагедии народам, одновременно стимулируют развитие отдельных отраслей науки и техники, которые за 1-2 года получают такое развитие, на которое в мирное время затрачиваются десятилетия. Так было и с обработкой резанием. Русские пушкари XVI века применяли станки оригинальной конструкции, неизвестные в других странах. Например, в 1645 г. в Москве стрелец Иван Осипов построил «ствольную мельницу» с плотиной: водяные колеса приводили в движение шесть станков для сверления и 2 токарных станка для обтачивания ружейных стволов.

Яков Батищев впервые создал вододействующий станок для одновременного сверления 24 ружейных стволов. В токарной мастерской Петра I в Москве А. К. Нартов начал создавать самодействующие станки. Токарные станки того времени были примитивны. Резец удерживался руками, суппорта не было. Работа на станке требовала мастерства, большой физической силы и не обеспечивала точности.

В 1712 г. А. К. Нартов сконструировал 2 токарных станка с механическими суппортами, которые перемещались с помощью зубчатки и рейки вдоль обрабатываемой заготовки, а с 1729 г. стал применяться ходовой винт. Эти изобретения А.К.Нартова произвели целую революцию в станкостроении.

В 1718 г. Петр I послал А.К.Нартова за границу изучать там вопросы резания металлов и имеющееся оборудование. После некоторого времени он написал Петру I: «Здесь токарных мастеров, которые бы превзошли российских мастеров, не нашел. Чертежи махинам, которые, ваше царское величество, приказали сделать здесь, я мастерам казал, а оные сделать по ним не могут». Это сообщение А.К.Нартова свидетельствовало о более высоком развитии техники станкостроения в России, чем на Западе. Определенный вклад в совершенствование конструкции станков, а также создание новых их видов внес гениальный русский академик М.В.Ломоносов (1711-1765 гг.). Продолжателем дел Л.К.Нартова и М.В.Ломоносова был механик И.И.Кулибин (1735-1818 гг), который заведовал механическими мастерскими Академии наук, он изобрел и построил ряд оригинальных станков.

В конце XVII и начале XVIII века вопросы практики были решены и созданы конструктивные схемы многих станков, которые применяются в современном станкостроении. В это время начали работать над вопросами технологии. Академик В.М.Севергин в 1804 г. заложил основы технологии как науки о ремеслах на заводе. Он писал: «...Дабы с пользою производить обрабатывание, надлежит твердо знать: употребляемые материалы; орудия; получаемые от того произведения; нужные пособия; приличное для таковых место; принятые в работе термины и речения».

К середине XIX века были изобретены почти все основные виды металлорежущих станков. В это время было положено начало созданию теории резания металлов.

Основоположником науки о резании металлов является И.А.Тиме, профессор С.-Петербургского горного института, получивший всемирное признание.

Крупный вклад был сделан русским ученым, профессором К.А.Зворыкиным. Ему удалось теоретическим путем определить положение плоскости скалывания, открытой И.А.Тиме. Он впервые применил гидравлический динамометр для определения усилий резания.

Большой вклад внесли в обработку резанием Я.Г.Усачев, П.А.Афанасьев, Л.В.Гадолин, А.А.Брикс, Т.И.Тихонов, В.Г.Соколов и др.

Русские ученые и инженеры внесли огромный вклад в сокровищницу мировой науки и техники, однако в России станков было очень мало. Она ввозила ежегодно из Германии, Англии, США и Японии около 3000 станков. После индустриализации промышленности начали реконструировать старые заводы. Появились новые по тому времени гиганты-заводы: «Станколит», завод автоматов им. Горького, завод «Станкоконструкции», завод им. Орджоникидзе и т.д.

Развитие получила инструментальная промышленность: построены заводы «Фрезер», «Калибр», Московский инструментальный завод. Вступили в строй инструментальные цеха при заводах СТЗ, ХТЗ, ЗИС и др. Основной курс технической политики, начиная с периода индустриализации промышленности - это механизация и автоматизация всех процессов. Только за период 1946-1950 гг. было освоено 23 типа автоматов и полуавтоматов; создано 26 автоматических станочных линий; освоено 250 новых типов станков общего назначения и более 1000 типов специальных и агрегатных станков. Содружество ученых и передовиков-новаторов привело к большим успехам. Новаторы и изобретатели продолжили лучшие традиции русских умельцев. Так, токарь П. Быков в 1952 году установит рекорд резания, работая со скоростью 3200 м/мин. В Венгрии ему предложили поделиться опытом (они только мечтали о скорости резания до 100 м/мин) На обработку валика он затратил 2,5 минуты, тогда как венгерские станочники на эту операцию тратили больше часа. Токарь Горьковского автомобильного завода Д.И.Рыжков сконструировал виброгаситель, и появился еще один путь для больших скоростей. Токарь-новатор В.А.Колосов начал работать на увеличенных подачах, задав определенную геометрию резцу. Наладчик Кировского завода В.Я.Карасев сконструировал особую фрезу, которая при резании не вызывала вибрации, что позволяло в 3-5 раз повысить скорость резания при фрезеровании. Мир облетела весть, что появилась «режущая звезда».

Швейцарские станочники направили американским коллегам подарок: валик длиной один метр с диаметром 3 мм, изготовленный на токарном станке с точностью 0,01 мм. Американцы долго думали над тем, как он сделан, а потом взяли и проделали в нем отверстие, возвратили швейцарам и написали: «Мы не знаем, как вы его изготовили, но догадайтесь, как мы сделали в нем отверстие». Этот пример наглядно говорит о том, какие успехи достигнуты в области обработки резанием.

В настоящее время промышленность располагает громадным станочным парком. Есть настольные станки-малютки и станки-гиганты. На огромном столе станка-гиганта могут разместиться 3-4 грузовых автомобиля. На их изготовление требуется более 20 вагонов металла. На этих станках обрабатывают детали весом сотни тонн, диаметром более 3 метров и длиною более 20 метров. Процесс изготовления некоторых деталей идет непрерывно в течение 20-25 суток без остановки и с высокой степенью точности.

Основные направления по резанию станкостроительной и инструментальной промышленности предусматривают:

1. Ускорить выпуск прогрессивной техники, необходимой для технического перевооружения всех отраслей народного хозяйства страны.

2. Совершенствовать структуру выпускаемого оборудования и повысить его производительность в 1,5-1,6 раза и точность на 20-30%.

3. Обеспечить опережающий выпуск металлорежущих станков:

– с числовым программным управлением;

– станков типа «обрабатывающий центр», роторных, роторно-конвейерных и т.д.;

– автоматизированных линий;

– тяжелых и уникальных станков высокой и особо высокой точности;

– создать комплексы высокопроизводительного оборудования, управляемого компьютерами;

4. Увеличить производство автоматизированных и роботизированных комплексов и линий, прогрессивного инструмента и технологической оснастки.

5. Развивать специализированное производство инструмента, повысить в 3-4 раза выпуск высокопроизводительного режущего инструмента с неперетачиваемыми пластинами из твердых сплавов, металлокерамики, с износостойкими многослойными покрытиями.

6. Разработать и осуществить систему мероприятий по снижению удельной металлоемкости машин и оборудования по существенному сокращению отходов и потерь металлопродукции за счет:

– совершенствования конструкции машин и оборудования, широкого применения металлов повышенной прочности, фасонных профилей, проката высокой прочности;

– замены техпроцессов, основанных на резании металлов, экономическими методами формообразования деталей.