Mașini-unelte și prelucrări prin așchiere

Introducere

Istoria omenirii este strâns legată de dezvoltarea mijloacelor de producţie.

Pentru a-şi procura cele necesare traiului, omul preistoric a folosit o serie de obiecte din natură pe care le-a utilizat ca arme şi unelte. Treptat el a trecut la confecţionarea acestora, astfel ca ele să corespundă mai bine scopului urmărit. Materialele din care erau realizate acestea au dat nume principalelor epoci ale istoriei: epoca pietrei, a bronzului, a fierului, aceasta din urmă continuând şi în zilele noastre şi diversificându-se prin utilizarea pe scară largă a aluminiului, a materialelor plastice, ceramice, compozite, etc.

Concepute şi realizate empiric şi acţionate manual sau cu forţa animalelor, uneltele primitive asigurau performanţe reduse.

Apariţia şi dezvoltarea societăţii omeneşti a determinat creşterea şi diversificarea continuă a necesarului de bunuri materiale. Pentru a face faţă nevoilor mereu crescute, omul a fost nevoit să perfecţioneze continuu uneltele de producţie, pentru a realiza performanţe din ce în ce mai ridicate privind precizia, productivitatea şi costul prelucrărilor. Dezvoltarea acestora a fost posibilă datorită progreselor realizate în domeniul materialelor, al tehnologiilor de fabricaţie, al sistemelor de acţionare şi al automatizării, ajungându-se în zilele noastre la o gamă foarte largă de maşini-unelte.

Ca urmare a progreselor realizate în diferitele domenii ale ştiinţei, în ultimele decenii a fost posibilă realizarea celei mai moderne unelte create de om până acum – calculatorul electronic numeric – care a deschis o nouă epocă în istoria omenirii – epoca informaţională.

Efectele benefice ale implicării ştiinţei în producţie au făcut ca aceasta să devină principala forţă de producţie, având ca efect realizarea sistemelor de producţie moderne. Sistemele care reunesc maşini-unelte, sisteme de deservire şi calculatoare electronice reprezintă cele mai perfecţionate sisteme de producţie realizate de om până acum – sistemele CIM (Computer Integrated Manufacturing) – care realizează procesarea automată atât a materiei cât şi a informaţiei.

Privind dezvoltarea maşinilor-unelte, primele realizări consemnate de istorie apar în secolele XV – XVI, în perioada renaşterii europene, prin lucrările lui Leonardo da Vinci care a conceput şi realizat strunguri, maşini de găurit, fierăstraie, maşini de rectificat şi maşini automate de ascuţit ace.

În secolul al XVIII-lea inventarea maşinii cu abur de către James Watt marchează începutul revoluţiei industriale şi dă un puternic impuls dezvoltării maşinilor-unelte, prin conceperea şi realizarea primei maşini de alezat cilindrii, în 1765, de către Smeaton, maşină perfecţionată ulterior în 1775 de către John Wilkinson.

Primele strunguri în accepţiunea modernă, adică având cărucior şi şurub conducător, au fost realizate la 1797, tot în Anglia de către Maudsley.

Între 1800 şi 1900 apar şi se diversifică aproape toate tipurile de ,maşini-unelte cunoscute şi astăzi, şi anume: ,maşinile de rabotat şi mortezat, de frezat, de rectificat, strungurile carusel, revolver şi automate, etc. Perfecţionarea lor se realizează prin utilizarea unor materiale noi, a unor mecanisme mai performante, prin introducerea acţionării electrice individuale şi a automatizării, obţinându-se o creştere substanţială a preciziei de prelucrare şi a productivităţii. O contribuţie importantă au avut-o cercetările privind procesul de aşchiere, concretizate în lucrările teoretice ale lui Time şi Taylor apărute în 1870, precum şi dezvoltarea mijloacelor de măsurare a dimensiunilor, prin începerea în 1850 a fabricaţiei industriale a şublerelor (precizie 0,1 mm), în 1867 a micrometrelor (precizie 0,01 mm), iar în 1907 a minimetrelor (precizie 0,001 mm). Ca materiale pentru fabricarea sculelor în această perioadă s-au utilizat oţelurile carbon pentru scule, care nu au permis realizarea unor viteze mari de aşchiere, limitând productivitatea.

După 1900 apar maşinile de broşat, cele de copiat electrice şi hidraulice, maşinile de danturat, şi continuă diversificarea şi perfecţionarea celorlalte tipuri, prin lărgirea gamei dispozitivelor accesorii şi introducerea acţionărilor hidraulice şi pneumatice. Apariţia unor noi materiale pentru fabricarea sculelor aşchietoare ca oţelurile rapide (1900), carburile metalice (1940), materialele mineralo-ceramice (1950) şi a diamantelor artificiale (1970), a permis creşterea continuă a vitezei de aşchiere, deci a productivităţii şi a impus perfecţionări corespunzătoare privind cinematica şi dinamica maşinilor-unelte.

Cea mai importantă revoluţie în domeniul maşinilor-unelte a început în deceniul al şaselea prin apariţia maşinilor-unelte cu comandă numerică când, ca urmare a schimbării cerinţelor pieţei, care pretindea o diversitate tot mai mare de produse şi o înlocuire tot mai rapidă a lor cu altele noi, cu caracteristici superioare, se modifică şi concepţia asupra fabricaţiei prin trecerea de la sistemele “rigide” (caracteristice fabricaţiei îndelungate şi în serie mare a aceluiaşi produs) la sistemele “flexibile”, capabile să permită trecerea rapidă la fabricarea unui nou produs sau a mai multor produse în paralel pe acelaşi sistem de producţie, cu productivitate ridicată şi costuri tot mai mici. Maşinile cu comandă numerică, apărute în anii ’60, au reprezentat primul pas spre realizarea în anii ’70 a centrelor de prelucrare iar apoi a sistemelor flexibile de fabricaţie (celule flexibile – 1975, linii flexibile- 1980) având în vârful ierarhiei sistemele CIM (1985).