Материал: Инновационные технологии и оборудование. Межвузовский сборник научных трудов. Пачевский В.М

преподавателей и студентов, способствующие целенаправленной подготовке студентов к их будущей проектно-конструкторской деятельности в соответствии с созданной моделью ее предметного и социального содержания, поднять на более высокий уровень качество профессиональной подготовки инженера специальности 120200 - «Металлообрабатывающие станки и комплексы», наиболее тесно соприкасающегося с социально-экономическими задачами, стоящими перед машиностроением.

ПЕРСПЕКТИВЫ РАЗВИТИЯ СТАНКОСТРОИТЕЛЬНЫХ СПЕЦИАЛЬНОСТЕЙ

Трофимов В.Т., Трофимов В.В., Трофимов Ю.В.

Любое промышленное производство базируется на индустриальном выпуске товаров с определенной системой внутренней и внешней реализации. Начало мировой индустриализации - «индустриальная революция» относится к рубежу 18-19 веков, и одну из главных ролей в этом процессе сыграли исследования Томаса Ньюкоммена (1711 г.) по механизации главного привода производственных станков посредством паровой машины Джеймса Уатта. Первые образцы токарных, токарно-винторезных и токарно-копировальных станков были предложены Андреем Константиновичем Нартовым в 17201750 г.г. Ему также принадлежит идея механизма для изменения частоты вращения валов - гитары сменных зубчатых колес. Однако первый промышленный металлорежущий станок (МРС) был создан Джоном Уилкинсоном в 1774 году – это был вертикально – сверлильный станок. Повышение производительности и точности, по словам современников, было столь очевидным, что уже в 1794 году Генри Модсли был внедрен первый промышленный токарный станок, а в 1797 году токарно-винторезный станок. В 1876 году паровой двигатель был заменен двигателем внутреннего сгорания, а с 1889 года основным источником движения в станках становятся

158

электродвигатели. Появление в 1900 году на Всемирной выставке в Париже изобретения Фредерика Тейлора – быстрорежущей стали, определило основной, на то время, критерий индустриализации – уровень развития и производства МРС. Наиболее быстрыми темпами развивались токарные станки. В период с начала до середины 20 века они получили закрытую несущую систему, которая обладает высокой жесткостью, и оказала значительное влияние на конструкции станков других групп. Конкурентное развитие промышленности требовало постоянного повышения производительности, а практически совпавшие события наступления аэрокосмической эры и провозглашение социального общества, как общества потребления, - и гибкости производства. Это привело к созданию производительных систем на основе автоматизированного оборудования (АО).

Автоматизированное оборудование машиностроительного производства, в частности металлорежущих станков с числовым программным управлением (ЧПУ), относятся к известнейшим средствам производства металлообрабатывающей промышленности. В развитых индустриальных государствах на станкостроительные отрасли приходится до 10% общего объема продукции машиностроения. Без развития конструкций МРС невозможно представить сегодняшний уровень развития промышленности и повышение жизненных стандартов общества.

Многогранность задач решаемых при помощи МРС определяет конструктивные особенности последних и их уровень автоматизации. В зависимости от серийности и номенклатуры обрабатываемых деталей конструкция оборудования предполагает реализацию определенного уровня гибкости и предложение на рынок специальных, специализированных и универсальных МРС.

Постоянно возрастающие требования по мощности и точности АО требуют от конструктора создания машин с наиболее оптимальным сочетанием элементов МРС. Современный станкостроитель должен обладать широким кругозором и глубокими знаниями в таких областях как: станкостроительные материалы, взаимодействие физических сил и их влияние на узлы и детали МРС; кинематические, динамические, статические, силовые и точностные особенности конструкций АО и их анализ; методы исследования и улучшения элементов оборудования, автоматизированные системы управления.

159

Устойчивая тенденция последних десятилетий к автоматизации процессов производства определяет направления развития электронных систем управления и проектирования МРС. Влияние микропроцессорной техники на технические решения организации автоматизированного производства столь велико, что вызывает необходимость пересмотра устоявшихся подходов к проектированию АО. Так современные системы управления производством включают подсистемы подготовки производства, материально-технического снабжения, непосредственной обработки на АО, транспортно-складских операций, контроля и связывают их в единый комплекс, что требует совместимости единиц технологического оборудования на всех этапах проектирования и производства, как при массовом, так и при серийном выпуске изделий. Эффект от внедрения таких систем превзошел самые смелые ожидания машиностроителей – автоматизированные производства способны автономно функционировать в течение нескольких месяцев.

Для универсальных станков общего назначения основными частями кинематической схемы являются многоскоростные коробки

специальными, и режим их работы настраивался сменными зубчатыми колесами, заменяющими собой коробки скоростей и подач. Настройка станка сменными зубчатыми колесами требует много времени и поэтому допустима лишь в массовом и крупносерийном производствах, когда специальные станки длительно работают без переналадки. Однако тенденции развития машиностроительной промышленности определяют неуклонный рост удельного веса производства мелкосерийного типа, требующего частой переналадки станков. В этих условиях неизбежно расширение универсальности станков – автоматов. Универсальный автоматический станок должен сочетать в себе производительность автомата с гибкостью переналадки станка общего назначения. Такой автоматический станок также должен иметь многоскоростной, легко регулируемый привод рабочих движений, составляющий основную часть кинематической схемы.

С увеличением ассортимента конструкционных материалов, которые необходимо обрабатывать, и появлением новых режущих материалов расширяется диапазон регулирования станков по

160

скорости и подаче. Одновременно повышаются требования к точности регулирования для обеспечения оптимальных режимов обработки и наибольшей производительности. Последние модели АО располагают максимальными частотами вращения шпинделя в пределах 15 000-45000 оборотов в минуту. На основе экономического анализа проектируемой модели конструктор определяет целесообразность бесступенчатого регулирования вращения исполнительных органов. Ряд моделей эффективно функционируют с традиционными зубчатыми коробками передач, дающими ступенчатый геометрический ряд скоростей. Точность регулирования такой коробки повышается при воспроизведении большего числа скоростей.

ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ПОЛИМЕРОВ, ИСПОЛЬЗУЕМЫХ ДЛЯ АВТОТРАКТОРНЫХ ПРОВОДОВ

Волков В.С., Митрофанов С.Г., Протасов А.М.

Рассмотрен рабочий процесс электрической изоляции в условиях напряженности электромагнитного поля. Определены факторы, влияющие на уровень пробивного напряжения.

Атомы в молекулах полимеров связаны друг с другом чаще всего ковалентными неполярными или малополярными связями, поэтому они почти всегда являются диэлектриками. Электрические свойства полимерных диэлектриков характеризуются величинами удельной проводимости, диэлектрических потерь к электрической прочности. В реальных полимерах механизм проводимости очень сложен, в общем случае

где Jабс - абсорбционный ток, вызванный процессами поляризации; Jскв - сквозной ток, обусловленный собственной электропровод-

ностью.

В полимерных материалах такими носителями являются ионы низкомолекулярных примесей (воды, кислот, щелочей, мономеров и

161

т.п.). Ионизация молекул примесей легче всего происходит в полярной среде, поэтому все полярные полимеры имеют более высокую электропроводность и меньшее удельное сопротивление ρ, чем неполярные. Увеличение концентрации низкомолекулярных примесей всегда уменьшает ρ. С повышением температуры степень ионизации примесей возрастает, что также уменьшает ρ.

Особенно легко примеси могут адсорбироваться на поверхности полимера, отчего для полимерного диэлектрика при одной и той же температуре приходится измерять и удельное объемное и поверхностное сопротивление .

Любой диэлектрик в электрическом поле поляризуется. Для неполярных полимеров наблюдается только ионная и электронная поляризация - обратимое смещение ионов, электронов и ядер под действием поля, протекающее практически мгновенно (в течение 10- 13 … 10-15 с). Для полярных полимерных наблюдается и другой вид поляризации - ориентация полярных групп в электрическом поле. Ориентация у полимеров протекает с большим временем релаксации – происходит дипольно–релаксационная полимеризация.

В переменном электрическом поле ориентация происходит дважды в течение периода; время воздействия поля t=1/2*f , где f - частота поля.

При t >> ориентация происходит быстро. При t « ориентация не успевает произойти вообще, и диэлектрик ведет себя как неполярный. Наконец, при t, близком к , ориентация может происходить, но она затруднена, т.е. перемещение атомов или участков молекул требует преодоления сопротивления межмолекулярных сил, на что расходуется часть энергии электрического поля. Эта энергия необратимо переходит в тепло,

дипольно-релаксационной поляризации на кривой зависимости tg

Для полярных полимеров на кривой обычно появляются два максимума. Первый соответствует ориентации полярных групп, для них мало, и максимум располагается при высоких f (дипольнорадикальные потери). Второй соответствует ориентации участков макромолекул, для них велико, и максимум располагается при

162