Совершенствование токарных и сверлильных станков. Станки обрабатывающие центры

СОДЕРЖАНИЕ

Введение  ……………………………………………………………………2

История токарного  станка ………………………………………………...6

Современные токарные станки ………………………………………….12

Сверлильные станки……………………………………............................17

Обрабатывающие  центры………………………………………………...24

Заключение………………………………………………………………..30

Список литературы……………………………………………………….31

Введение

Вся история  техники представляет собой борьбу за постепенное освобождение человека от непосредственного участия в  процессе производства.

Производственные  функции, выполняемые человеком в процессе труда, распределяются на четыре основные группы: 1) энергетические (приложение усилий для выполнения работы); 2) технологические (использование орудий труда для изменения формы, состава, структуры предмета труда); 3) функции управления рабочей машиной и 4) контрольно-регулирующие (контроль, регулирование, программирование процесса). Первые три группы функций должны осуществляться человеком при каждом рабочем цикле, т. е. при изготовлении каждого изделия, а контрольно-регулирующие функции являются внецикловыми и могут осуществляться лишь периодически.

Замена непосредственных производственных функций человека техническими средствами – закон  развития производительных сил. Каждый раз, когда происходит интенсивная замена тех или иных функций человека в процессе труда техническими средствами, наблюдаются коренные сдвиги в развитии производительных сил, что свидетельствует о технической революции.

В конце XVIII и  начале XIX веков происходила техническая  революция, суть которой состояла в широком внедрении машин, что дало возможность перейти от мануфактурного производства к машинно-фабричному. При этом человек освобождался от энергетических и технологических функций, но оставался прикованным к станку, так как должен был участвовать в каждом производственном цикле, управляя машиной и сохраняя за собой полностью контрольно-регулировочные функции.

Первоначально орудие труда – инструмент присоединялся  к органам человеческого тела, делая их длиннее, сильнее и т.п. Промышленная революция, связанная с распространением машин, началась, как указывал К. Маркс, с исполнительного механизма, с момента, когда инструмент из рук рабочего перешел в рабочую часть машины. Рабочая машина “...заменяет рабочего, действующего одновременно только одним орудием, таким механизмом, который разом оперирует множеством одинаковых или однородных орудий и приводится в действие одной двигательной силой, какова бы ни была форма последней”. При этом также создается возможность использовать посторонний источник энергии (воду, пар или электричество) и значительно увеличить рабочее усилие, освободившись от энергетических функций.

На этом этапе  человек еще участвует непосредственно  в производственном процессе. Рабочие  машины управляются человеком, а значит, изделия изготовляются человеком при помощи машин, которые только облегчают труд и делают его более производительным.

Итак, первый этап применения рабочих машин, где  операций управления, контроля, регулирования  и программирования производственных процессов выполняются исключительно человеком, характеризуется механизацией производства.

В наше время  вновь происходит техническая революция, выражающаяся переходом от машинно-фабричного к комплексно-автоматизированному производству, суть которого состоит в широком внедрении автоматических рабочих машин и их систем. При этом человек полностью освобождается от функций управления машиной при каждом рабочем цикле; он уже не прикован к машине, работающей известные периоды времени самостоятельно; Изделия изготовляются самой машиной, а за человеком остаются только функции контроля, наблюдения, регулирования и программирования процесса производства (внецикловые функции). Этот этап представляет уже начальную ступень автоматизации производства.

Новые машины и аппараты облегчают и заменяют физический труд человека, колоссально увеличивают силу его рук, неизмеримо повышают остроту его органов чувств. Однако до недавнего времени почти все, даже наиболее совершенные, механизмы и приборы предназначались для выполнения весьма разнообразных, но только исполнительных функций; Область умственной деятельности, психика, сфера логических функций человеческого мозга казались совершенно недоступными механизации.

Современный уровень развития радиоэлектроники позволяет ученым и инженерам  ставить и разрешать задачи создания новых устройств, которые освобождают человека от необходимости следить за производственным процессом и направлять его, т. е. заменяют оператора, диспетчера. Появился новый класс машин – управляющие машины. Они могут выполнять самые разнообразные и часто довольно сложные задачи управления производственными процессами. Создание управляющих машин позволяет перейти от автоматизации отдельных станков и агрегатов к комплексной автоматизации конвейеров, цехов, целых заводов.

История токарного станка

История относит изобретение токарного станка к 650 гг. до н. э. Станок представлял собой два установленных центра, между которыми зажималась заготовка из дерева, кости или рога. Раб или подмастерье вращал заготовку (один или несколько оборотов в одну сторону, затем в другую). Мастер держал резец в руках и, прижимая его в нужном месте к заготовке, снимал стружку, придавая заготовке требуемую форму.

Позднее для приведения заготовки в движение применяли  лук со слабо натянутой (провисающей) тетивой. Тетиву оборачивали вокруг цилиндрической части заготовки так, чтобы она образовала петлю вокруг заготовки. При движении лука то в одну, то в другую сторону, аналогично движению пилы при распиливании бревна, заготовка делала несколько оборотов вокруг своей оси сначала в одну, а затем в другую сторону.

В XIV - XV веках были распространены токарные станки с ножным приводом. Ножной привод состоял из очепа - упругой  жерди, консольно закрепленной над  станком. К концу жерди крепилась  бечевка, которая была обернута на один оборот вокруг заготовки и нижним концом крепилась к педали. При нажатии на педаль бечевка натягивалась, заставляя заготовку сделать один - два оборота, а жердь - согнуться. При отпускании педали жердь выпрямлялась, тянула вверх бечевку, и заготовка делала те же обороты в другую сторону.

Примерно к 1430 г. вместо очепа стали применять механизм, включающий педаль, шатун и кривошип, получив, таким образом, привод, аналогичный  распространенному в XX веке ножному  приводу швейной машинки. С этого  времени заготовка на токарном станке получила вместо колебательного движения вращение в одну сторону в течение всего процесса точения.

В 1500 г. токарный станок уже  имел стальные центры и люнет, который  мог быть укреплен в любом месте  между центрами.

На таких станках  обрабатывали довольно сложные детали, представляющие собой тела вращения, - вплоть до шара. Но привод существовавших тогда станков был слишком маломощным для обработки металла, а усилия руки, держащей резец, недостаточными, чтобы снимать большую стружку с заготовки. В результате обработка металла оказывалась малоэффективной. Необходимо было заменить руку рабочего специальным механизмом, а мускульную силу, приводящую станок в движение, более мощным двигателем.

Появление водяного колеса привело к повышению производительности труда, оказав при этом мощное революционизирующее действие на развитие техники. А с середины XIV в. водяные приводы стали распространяться в металлообработке.

В середине XVI Жак Бессон изобрел токарный станок для нарезки цилиндрических и конических винтов.

В XVII в. появились токарные станки, в которых обрабатываемое изделие приводилось в движение уже не мускульной силой токаря, а с помощью водяного колеса, но резец, как и раньше, держал в руке токарь. В начале XVIII в. токарные станки все чаще использовали для резания металлов, а не дерева, и поэтому проблема жесткого крепления резца и перемещения его вдоль обрабатываемой поверхности стола весьма актуальной. И вот впервые проблема самоходного суппорта была успешно решена в копировальном станке А.К.Нартова в 1712 г.

К идее механизированного  передвижения резца изобретатели шли  долго. Впервые эта проблема особенно остро встала при решении таких  технических задач, как нарезание  резьбы, нанесение сложных узоров на предметы роскоши, изготовление зубчатых колес и т.д. Для получения резьбы на валу, например, сначала производили разметку, для чего на вал навивали бумажную ленту нужной ширины, по краям которой наносили контур будущей резьбы. После разметки резьбу опиливали напильником вручную. Не говоря уже о трудоемкости такого процесса, получить удовлетворительное качество резьбы таким способом весьма трудно.

А Нартов не только решил  задачу механизации этой операции, но в 1718-1729 гг. сам усовершенствовал схему. Копировальный палец и  суппорт приводились в движение одним ходовым винтом, но с разным шагом нарезки под резцом и под копиром. Таким образом, было обеспечено автоматическое перемещение суппорта вдоль оси обрабатываемой заготовки. Правда, поперечной подачи еще не было, вместо нее было введено качание системы "копир-заготовка". Поэтому работы над созданием суппорта продолжались. Свой суппорт создали, в частности, тульские механики Алексей Сурнин и Павел Захава. Более совершенную конструкцию суппорта, близкую к современной, создал английский станкостроитель Модсли, но А.К. Нартов остается первым, кто нашел путь к решению этой задачи.

Вторая половина XVIII в. в станкостроении ознаменовалась резким увеличением сферы применения металлорежущих станков и поисками удовлетворительной схемы универсального токарного станка, который мог бы использоваться в различных целях.

В 1751 г. Ж. Вокансон во Франции  построил станок, который по своим  техническим данным уже походил  на универсальный. Он был выполнен из металла, имел мощную станину, два металлических центра, две направляющие V-образной формы, медный суппорт, обеспечивающий механизированное перемещение инструмента в продольном и поперечном направлениях. В то же время в этом станке отсутствовала система зажима заготовки в патроне, хотя это устройство существовало в других конструкциях станков. Здесь предусматривалось крепление заготовки только в центрах. Расстояние между центрами можно было менять в пределах 10 см. Поэтому обрабатывать на станке Вокансона можно было лишь детали примерно одинаковой длины.

В 1778 г. англичанин Д. Рамедон разработал два типа станков для нарезания резьб. В одном станке вдоль вращаемой заготовки по параллельным направляющим передвигался алмазный режущий инструмент, скорость перемещения которого задавалась вращением эталонного винта. Сменные шестерни позволяли получать резьбы с разным шагом. Второй станок давал воз можность изготавливать резьбу с различным шагом на детали большей длины, чем длина эталона. Резец продвигался вдоль заготовки с помощью струны, накручивавшейся на центральную шпонку.

В 1795 г. французский механик  Сено изготовил специализированный токарный станок для нарезки винтов. Конструктор предусмотрел сменные  шестерни, большой ходовой винт, простой механизированный суппорт. Станок был лишен каких-либо украшений, которыми любили украшать свои изделия мастера прежде.

Накопленный опыт позволил к концу XVIII века создать универсальный  токарный станок, ставший основой  машиностроения. Его автором стал Генри Модсли. В 1794 г. он создал конструкцию  суппорта, довольно несовершенную. В 1798 г., основав собственную мастерскую по производству станков, он значительно улучшил суппорт, что позволило создать вариант универсального токарного станка.

В 1800 г. Модсли усовершенствовал этот станок, а затем создал и  третий вариант, содержавший все элементы, которые имеют токарно-винторезные станки сегодня. При этом существенно то, что Модсли понял необходимость унификации некоторых видов деталей и первым стал внедрять стандартизацию резьб на винтах и гайках. Он начал выпускать наборы метчиков и плашек для нарезки резьб.

Одним из учеников и продолжателей  дела Модсли был Р. Робертс. Он улучшил  токарный станок тем, что расположил ходовой винт перед станиной, добавил  зубчатый перебор, ручки управления вынес на переднюю панель станка, что сделало более удобным управление станком. Этот станок работал до 1909 г.

Другой бывший сотрудник  Модсли - Д. Клемент создал лоботокарный станок для обработки деталей большого диаметра. Он учел, что при постоянной скорости вращения детали и постоянной скорости подачи по мере движения резца от периферии к центру скорость резания будет падать, и создал систему увеличения скорости.

В 1835 г. Д. Витворт изобрел автоматическую подачу в поперечном направлении, которая была связана с механизмом продольной подачи. Этим было завершено принципиальное совершенствование токарного оборудования.

Следующий этап - автоматизация  токарных станков. Здесь пальма первенства принадлежала американцам. В США  развитие техники обработки металлов началось позднее, чем в Европе. Американские станки первой половины XIХ в. значительно уступали станкам Модсли.