НАУКА и ОБРАЗОВАНИЕ

Машиностроительные технологии

Рассказ о машиностроительных технологиях мы начнем издалека. Из такого дальнего далека, что только абстрактное мышление современного человека способно перенести нас туда. А перенестись надо будет ни много ни мало, а на пару миллионов лет назад – в те времена, когда человекообразная обезьяна встала на две ноги, взяла в руки палку, начала общаться с соплеменниками и превратилась в человека. Ничего подобного. В никого эта обезьяна не превратилась и до сих пор бродит по влажным субтропическим лесам. А в человека превратилась та обезьяна, которая научилась изготовлять орудия труда – палку, каменное рубило, копье, жернова, соху, плуг, топор и другие необходимые инструменты. Вот это умение делать, и не просто делать, а целенаправленно изготовлять, инструменты и выделило человека из царства Природы.

Но это отделение от Природы сыграло с Человеком злую шутку. Очень скоро выяснилось, что человеку, вооруженному палкой, совсем не нужны острые зубы, длинные когти, быстрые ноги, покровительственный окрас, цепкий хвост и другие приспособления, необходимые для выживания в дикой природе. Поэтому у человека и не стало всего этого. Но отсутствие всех этих приспособлений привело к тому, что человек уже не мог выжить без орудий труда и был вынужден постоянно их усовершенствовать, чтобы стать более независимым от Природы. И маховик начал раскручиваться – чем больше человек уходил от своих корней, тем больше он был вынужден трудиться над изменением природы, что вызывало еще большее размежевание Природы и Человека, и изменение природы стало смыслом деятельности человека.

Но человек слишком слаб, чтобы самостоятельно изменять природу, и поэтому придумал и сделал себе трех помощников – инструменты, технологические машины (станки) и технологию.

В этой тройке человеческих помощников у каждого из них своя роль и место. Инструменты – это, по сути, продолжения рук человеческих, это те орудия, которые человек использует вместо своих рук. При выборе инструмента надо ответить на вопрос "Чем делать?" Машины (станки) – это устройства, которые облегчили труд, усилили человека, заменили его слабые мышцы и позволили крепко держать инструменты и обрабатываемые материалы и совершать инструментом точные движения. Выбор того или иного станка (машины) для обработки отвечает на вопрос "На чем делать?" Технология обработки устанавливает последовательность действий, совершаемых над обрабатываемым материалом, для достижения поставленной цели обработки. Технология отвечает на вопрос "Как делать?"

Инструмент, технология и станки неотрывны друг от друга, как… альпинисты в связке. Они не могут жить друг без друга, всячески помогают друг другу, а если один из них делал резкий скачок в своем развитии, то затем он подтягивал до своего уровня остальных. Для иллюстрации этого явления совершим небольшой экскурс в историю развития техники.

Для начала рассмотрим простейшее каменное орудие – рубило. Для его изготовления первобытный человек брал кусок кремня или кварца (обрабатываемый материал) и, нанося удары другим камнем (инструмент), оббивал заготовку рубила так, что одна ее сторона становилась острой. Оббивка производилась на весу вручную. Как мы видим, технология обработки (оббивки) опережает развитие и инструмента, и станка. Но постепенно технология "потянула" за собой отстающие части (так альпинист, взошедший на вершину, помогает своим спутникам подняться, подтягивая их на страховочной веревке): рубило позволило изготовить приспособление для закрепления детали (часть станка), которое, по-видимому, выглядело как расщеп в пне какого-нибудь дерева, в который закреплялся обрабатываемый камень. После этого у человека освободилась рука, и он взял в нее специально изготовленный инструмент – отбойник, который позволил делать оббивку более точной и менее грубой.

Другим примером перекрестного влияния инструментов, технологии и станков друг на друга является история создания и развития паровых машин в XVIII-XIX веках. Так, для постройки первой в России паросиловой установки наш соотечественник Иван Иванович Ползунов был вынужден сконструировать и изготовить несколько специальных станков. Решение проблемы достижения необходимой точности изготовления деталей паровых машин привело к созданию английским механиком Генри Модсли механического суппорта для закрепления резцов на токарных станках, а затем для строгального, фрезерного, карусельного и других металлообрабатывающих станков. А новые станки "породили" и новые инструменты (фрезы, строгальные резцы) и новые технологии.

И в заключение – пример из недалекого прошлого. Полет человека в космос – это одно из главных достижений человечества в XX веке. Но его не было бы без применения новых конструкционных материалов, которые в большинстве своем являются чрезвычайно труднообрабатываемыми. Для обработки таких материалов были разработаны новые виды и конструкции инструментов, технологии их применения и станки (машины) для их применения.

Если внимательно посмотреть на историю развития человечества, то видно, что она совпадает с историей развития промышленности. Так, бронзовый век пришел на смену каменному; пароходы сменили парусники; двигатели внутреннего сгорания сменили паровые и так далее. И каждая такая смена приводила к возвышению одних цивилизаций и народов и к упадку других. Уровень промышленности определяет уровень развития страны и общества. А развитие промышленности, в свою очередь, определяется уровнем развития технологий, технологических машин и инструментов, используемых в производстве.

В разные исторические периоды развития человечества главенствующую роль играли разные части нашей "технологической троицы" – то инструменты, то технология, то станки. В настоящее время главной движущей силой развития является технология изготовления. "Know how" – "знаю как" – это главное в современном мире. Конструкцию устройства можно подсмотреть или украсть, и мы знаем множество примеров изготовления в разных странах одинаковых технических изделий. С технологией такой фокус не проходит, так как для осуществления технологических решений необходим определенный технический уровень развития всей промышленности. В качестве примера можно привести современный авиационный реактивный двигатель с изменяемым углом тяги. Как выглядит сопло такого двигателя, знают тысячи, как его сделать – десятки, а могут сделать – лишь единицы.

Технология изготовления какого-либо изделия предполагает разработку как последовательности операций, производимых над заготовкой, так и разработку отдельных технологических процессов, составляющих эту последовательность. Обе эти стороны технологии чрезвычайно важны. Для иллюстрации приведем следующий пример. Предположим, вам надо испечь пироги. У вас есть все необходимые ингредиенты: мука, молоко, масло, соль, начинка и др. Но вы не знаете последовательности действий – что надо делать сначала, а что потом. Представляете, какие пироги у вас получатся? Теперь поставим задачу немного по-другому. Последовательность операций вам известна, но неизвестно, как сделать тесто, при какой температуре готовить пироги и, вообще, жарить их или печь, а может, – варить? Смешно? А каково будет тем, кто будет есть ваши пироги?

Так же, как с пирогами, обстоит дело и с техническими объектами: самолетами, автомобилями, телевизорами и т.д. и т.п. Технология изготовления какого-либо технического объекта базируется на технологии обработки конструкционных материалов, на технологических процессах обработки. Существует огромное число технологических процессов – обработка давлением, обработка резанием, электроэрозионная обработка, обработка лазером или пучком ионов и др. Для конкретного технологического процесса необходимо разработать инструмент, который будет его осуществлять, и станок, на котором этот процесс будет выполняться. В современных условиях и инструмент, и станок приобрели ряд особенностей.

Рассмотрим сначала инструмент. Во-первых, современный инструмент может быть как "телесным" (резец, сверло, напильник, штамп, пресс-форма), так и "бестелесным" – это лазерный луч, электрический ток, пучок заряженных частиц. Во-вторых, использование нанотехнологий приводит к тому, что современный инструмент становится наноинструментом. В-третьих, высокая точность обработки требует чрезвычайно высокой точности инструментов. В-четвертых, современный инструмент должен позволять получать информацию из зоны обработки – осуществлять мониторинг процесса. Теперь рассмотрим станок. Современные станки являются прецизионными, то есть высокоточными. Они оснащены системами обратной связи, позволяющими в режиме реального времени управлять процессом обработки и вносить в него коррективы. Управление таким станком и процессом обработки невозможно без использования специальных компьютеров (систем числового программного управления).

Теперь мы подошли к главному – к понятию "машиностроительные технологии". Это разработка процессов обработки материалов, конструирование машин (станков), осуществляющих эти процессы, а также производство и эксплуатация таких машин. Вот чем занимаются специалисты по машиностроительным технологиям.

Если вы посмотрите вокруг себя, то увидите большое количество разнообразных предметов. Все они изготовлены с использованием машиностроительных технологий. Например, давайте рассмотрим такой, казалось бы, далекий от машиностроительных технологий предмет, как всеми любимый компьютер. Однако, чтобы сделать компьютер, надо выштамповать корпус и шасси, выполнить литье пластмассовых деталей в пресс-формы, высверлить большое количество отверстий малого диаметра, припаять и приварить различные детали, использовать технологии нанесения покрытий и так далее. Кроме того, надо учесть, что компьютеры надо производить в больших количествах, поэтому технологический процесс их изготовления должен быть максимально производительным. А это ведет к разработке специальных машин (станков, прессов, сварочных машин, паяльных автоматов, машин для литья под давлением, сверлильных автоматов и др.), осуществляющих описанные технологические процессы.

То же самое можно сказать и про другие предметы, которые вы видите вокруг. Подумайте сами, – и вы придете к тому же выводу, что и мы: машиностроительные технологии – ВСЕПРОНИКАЮЩИЕ.