ТОЧНОСТЬ СТАНКОВ В ЕЕ ИСТОРИЧЕСКОМ РАЗВИТИИ (1261629), страница 2

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 2)

2. Оборудование, которое реализует комбинацию взаимодействия:

2.1. «Твердое тело» − «Твердое тело» − «Состояние среды»

2.2. «Твердое тело» − «Твердое тело» − «Физическое поле»

2.3. «Твердое тело» − «Состояние среды» − «Физическое поле».

3. Оборудование, которое реализует взаимодействие твердых тел и полей без изменения параметров, свойств и характеристик детали:

3.1. Контрольно-измерительные машины.

3.2. Контрольно-измерительные приборы и устройства.

3.3. Ручные средства контроля и измерения.

В свою очередь, физический процесс взаимодействия, реализуемого в оборудовании, как системе, также может быть как однородным, например, пластическое деформирование, так и множественным, например, пластическое деформирование (резание) и плавление (шлифование), пластическое деформирование (резание) и нагрев лазерным лучом и т.п., которые по времени могут происходить одновременно или последовательно и в разных технологических средах, например в среде инертных газов и др. В этом случае реализуются так называемые гибридные технологии, разнообразие которых достаточно велико.

Размер, который требуется обеспечить любым из указанных методов взаимодействия, характеризуется как требуемое расстояние между взаимодействующими объектами (телами, полями, состояниями) в направлении перпендикулярном к поверхности продукта, которое является необходимым и достаточным и обусловлено законами протекания и осуществления физических процессов или явлений, в то время как форма поверхности определяется видом закона одновременных взаимосвязанных относительных движений (элементарных линейных и вращательных) объектов при непрерывном осуществлении физического процесса. Металлорежущий станок, у которого физический процесс I (см. рис. 3) отсутствует, является измерительной машиной (CMM).

Следовательно, при таком системном энергоинформационном рассмотрении моделей структур различных видов технологического оборудования получим, исходя из вышеприведенного определения, точность, как понятие, которое содержательно отражает свойство размера (линейная или векторная величина) и как понятие, которое содержательно отражает свойства и характеристики законов положения, движения, состояний, взаимодействий.

Исторический процесс повышения точности происходил быстро. К 1776 году, согласно письму Уатта, можно было получить точность расточки цилиндра длиной 72 дюйма в толщину шестипенсовой монетки (т.е. 2 мм). По данным Дж. Уилкинсона (1775 г.), расточка цилиндра диаметром 57 дюйма производилась с такой же достижимой точностью 2 мм. Темп роста достижимой точности изготовления особенно высок в наше время. Он возрастал в 10 раз за каждые 20 лет. В научной литературе, приводятся схемы изменения достижимой точности обработки с 1900 по 1980 год с прогнозными значениями до 2000−2020 годов (табл. 1).

Рис. 4. Схема изменения достижимой точности обработки за 100 лет

На рис. 4 приведена схема, которая иллюстрирует изменение достижимой точности за столетний период. Необходимо заметить, что в настоящее время применяются следующие характеристики видов обработки и их обобщенных понятий, приведенных на рис. 4:

• традиционная (стандартная, ординарная) обработка включает: точение, фрезерование, прецизионное точение, шлифование, полирование, хонингование, обработку на станках с ЧПУ;

• прецизионные виды обработки: координатно расточная, координатно-шлифовальная, суперфинишное полирование, шлифование, алмазное точение и шлифование;

• высокопрецизионная обработка: высокопрецизионное шлифование, притирание, полирование;

• ультрапрецизионная обработка: атомарная, молекулярная, ионно-лучевая, нанопроцессы и нанообработка.

В отличие от схемы N. Taniguchi, где было упомянуто три вида обработки − традиционная, прецизионная, ультраприцизионная – на рис. 4 появилась дополнительная кривая между традиционной и прецизионной обработкой, что, по всей видимости, обусловлено необходимостью проиллюстрировать более строгое соблюдение пропорций расположения кривых с кратностью 10 (5 – 0,5 – 0,05 – 0,005 мкм). Это привело к дифференциации наименований и к появлению дополнительного вида высокопрецизионной обработки. В этом усматривается определенный смысл, так как все виды механической обработки лежат выше кривой высокопрецизионной обработки после 1980 года с потенциально достигаемой точностью не более 0,01 мкм (10 нм).

Очевидно, что необходимо задаться вопросом о пределе достижимой точности и его обосновании, что авторами указанных схем не рассматривалось, поэтому пределы указаны неочевидно. Так как реально измерить достижимую точность в 2020 году пока невозможно, а вопрос необходимости и обоснованности затрат и усилий на достижение не совсем очевидного результата неоднозначен для каждого вида обработки, требуется достаточно строгий или вероятный в своем максимальном правдоподобии ответ.

История исследований процесса резания металлов концептуально базировалась на следующей принципиальной физической постановке задачи, в которой принимались следующие положения:

• физическая модель − удаление (отделение) материала;

• физический процесс – деформирование упругое, пластическое;

• физическое явление – разрушение за счет образование дислокаций, трещин.

Пластическая деформация наступает при достижении касательными напряжениями уровня, соответствующего пределу текучести на сдвиг и завершается макроразрушением. Деформация происходит за счет скольжения и относительного перемещения зерен. На атомарном уровне к внутризеренному сдвигу приводит движение дислокаций различными способами в плоскостях скольжения а к межзеренному сдвигу – диффузия точечных дефектов по границам зерен, при этом скорость диффузии вакансий уступает скорости движения дислокаций, которая соизмерима со cкоростью распространения звука (порядка 5 000 м/с).

Рис. 5. Геометрические соотношения в схемах физического явления разрушения

На рис. 5 показаны геометрические размеры для оценки вида процесса разрушения, как физического явления. Следовательно, модели образования и описание механизма процесса разрушения можно разделить на уровни, определяемые относительно геометрического размера их рассмотрения:

• субмикроскопический уровень (атомные размеры порядка 10–9 м), когда происходит нарушение атомных связей;

• микроскопический уровень (размеры порядка 10–7–10–6 м), когда образуются микротрещины по границам зерен;

• макроскопический уровень (размеры порядка 10 м), когда образуются трещины и происходит их рост из области концентрации напряжений.

Применительно к процессу обработки материала различают пластическое разрушение, которое происходит при пластической деформации по всему объему тела (обработка давлением), и хрупкое разрушение (обработка резанием), которое происходит за счет распространения трещины при пластической деформации, происходящей в малой области. Рассматривая с энергетической точки зрения приведенные выше три уровня процесса разрушения, в табл. 2 приведены диапазоны значений удельной энергии, необходимой для выполнения собственно физического процесса резания пластической деформации материала, характер которой определяется физическим явлением, обусловливающим этот процесс (трещина, смещение, сдвиг) в соответствии с величиной снимаемого материала.

Развитие техники обусловило необходимость изменения тенденции развития и областей применения процессов резания, которые, как отмечалось, используются при обработке деталей разных геометрических размеров и с разной величиной срезаемого материала: субмикронное резание ( мм), микрорезание ( - мм), тонкое резание ( – мм), ординарное или традиционное резание (1– мм), толстое или тяжелое резание (> 1 мм). Поэтому, если рассматривать физическую причину, то объяснение приведенных на рис. 4 значений достигаемой точности, которые, как это следует из вышеописанного механизма резания и его геометрической аналогии, обусловлены, в первую очередь, энергетическими и соответствующими им геометрическими характеристиками удаляемого резанием слоя материала.

Возможность достижения металлорежущим станком технологически и конструктивно оправданного обеспечения уровня энергии, требуемого для соответствующего процесса резания, определяется уровнем развития преобразователей энергии, применяемых в металлорежущих станках наряду с другими составляющими, формирующими точность обработки. В идеальном случае, когда обеспечивается необходимый размер срезаемого материала, можно говорить об энергетическом барьере уровня достигаемой точности и соответствующем пределе достижимой точности.

Рис. 6. Схема развития техники

Рис. 7. Схема технологических укладов

Рис. 8. Схема эволюции достижимой точности обработки: 1 – сверхвысокоточная (ультропрецизионная) обработка, 2 – высокоточная (высокопрецизионная) обработка,

3 – прецизионная обработка, 4 – стандартная (нормальная) обработка

Рис. 9. Эволюционная схема развития достижимой точности обработки

Для более полного и всестороннего рассмотрения эволюции наших представлений о точности, рассмотрим ее на протяжении обозримой истории в контексте эволюции развития техники (рис. 6) и технологических укладов (рис. 7), согласно циклам Н.Д. Кондратьева. Развитие технического объекта по известной и широко распространенной схеме, так называемой S-образной кривой (рис. 6), происходит до уровня предельных возможностей развития для физического принципа действия, который реализует рассматриваемый технический объект. В настоящее время считается, что мировая экономика в своем развитии прошла пять технологических укладов и приближается к шестому технологическому укладу (ТУ). В том числе:

• 1-й ТУ (1770−1830), ядро уклада – текстильная промышленность;

• 2-й ТУ (1830−1880), ядро уклада − паровое судоходство, добыча угля, развитие железнодорожного транспорта;

• 3-й ТУ (1880−1930), ядро уклада − черная металлургия, железные дороги, кораблестроение, производство взрывчатых веществ;

• 4-й ТУ (1930−1970), ядро уклада − автомобилестроение, самолетостроение, нефтехимия;

• 5-й ТУ (1970 − н.в. ), ядро уклада – электронная промышленность, вычислительная техника, оптико-волоконная техника, программное обеспечение, телекоммуникации.

• 6-й ТУ будет основываться на биотехнологиях, нанотехнологиях, робототехнике, технологиях виртуальной реальности и др.

Таким образом, эволюция развития достижимой точности и технологического оборудования, в частности металлорежущих станков, обусловлена, в первую очередь, требованиями, потребностями и направлениями развития общества и, в частности, промышленности. Это определяет и необходимый для этого уровень развития техники, требования к ее деталям, узлам, механизмам, устройствам и системам, потенциал технологий и процессов, используемые ими физические принципы и явления, уровень их совершенства и др.

Характеристики

Список файлов лекций