Министерство образования и науки Российской Федерации
ПРОГРАММА-МИНИМУМ
кандидатского экзамена по специальности
05.02.07 «Технологии и оборудование механической
и физико-технической обработки»
по техническим наукам
Программа-минимум
содержит 16 стр.
2007
Введение
В основу данной программы положены следующие дисциплины: металлорежущие станки и инструменты, оборудование машиностроительного производства, управление процессами и объектами машиностроения, технология машиностроения, расчет и моделирование станков и методология конструирования машин, теоретические основы, моделирование и методы экспериментального исследования процессов механической и физико-технической обработки, включая процессы комбинированной обработки.
Программа разработана экспертным советом Высшей аттестационной комиссии по машиностроению при участии НИИ металлорежущих станков, МГТУ им. Баумана, Брянского ГТУ, МГТУ «Станкин», НГТУ и Тульского ГТУ.
1. Значение механических и физико-технических методов обработки в современном машиностроении
Содержание специальности, проблемы стоящие перед технологией и оборудованием современного машиностроения. Основные задачи, решаемые механическими и физико-техническими методами, их удельный вес в общей трудоемкости изделий в машиностроении и направления развития.
Обработка материалов резанием и физико-техническими методами – один из основных элементов технологии современного машиностроения. Фондообразующая роль станкостроения в машиностроительной отрасли. Значение станков для производства машин. Основные направления развития и важнейшие достижения станкостроения и инструментальной промышленности по показателям технического уровня. Современные тенденции и пути обеспечения конкурентоспособности станочного оборудования и инструментов. Международная динамика рынка станков и инструментов. Мировая структура развития станкостроения.
2. Обработка резанием
Задачи теории резания металлов. Преимущества и недостатки механической обработки резанием по сравнению с другими методами.
Основные понятия процесса резания, его физические основы. Механика процесса резания, схемы стружкообразования, трение при резании, наростообразование. Методы и средства экспериментального исследования процесса резания.
Энергетический баланс обработки. Тепловые, электрические, магнитные и другие явления при резании. Средства снижения теплообразования при резании. Методы и задачи изучения физических явлений при резании.
Колебания при резании, их виды и принципы возникновения. Использование наложения вибраций на процесс обработки.
Технологические среды и их действие. Обработка с ограниченным использованием СОЖ.
Инструментальные материалы, их виды и области применения. Виды износа, критерии смены инструмента и способы повышения его стойкости.
Понятие о стойкости инструмента; типовая геометрическая картина износа рабочих поверхностей инструмента при механической обработке, его зависимость от вида обрабатываемого материала, операции, режимов резания; понятие о кривых износа инструментов и периоде стойкости.
Критерии затупления инструмента; их назначение в зависимости от вида операции и типа инструмента. Технологические критерии затупления и понятие размерного износа различных видов инструмента.
Физические основы изнашивания инструмента; понятие об абразивном, адгезионном, диффузионном и окислительных механизмах изнашивания. Общий механизм износа инструмента; интенсивность износа, его модели.
Оптимизация режима резания, ее методы и критерии. Физические и экономические требования к оптимизации, вытекающие из одно - и многоинструментальной обработки, одно - и многопроходной обработки, "безлюдной" технологии, концепции автоматических линий и ГПС.
Применение ЭВМ для выбора оптимальных режимов резания.
Связь режима обработки с качеством поверхностного слоя. Обрабатываемость конструкционных материалов резанием.
Эксперименты в резании металлов, их особенности и требования к методике, средствам обеспечения эксперимента. Основные нерешенные вопросы в области теории резания.
Основные методы (схемы) обработки. Сверхскоростное резание, комбинированные рабочие процессы. Требования к режущему инструменту, автоматические методы контроля его размера, состояния и настройки.
Расчеты сил резания. Их методика.
3. Режущий инструмент
Роль и значение режущих инструментов в металлообработке.
Типовые задачи и этапы проектирования режущих инструментов. Способы проектирования. Функционально-структурная модель режущего инструмента.
Назначение конструктивно-геометрических параметров режущего инструмента в соответствии с требованиями процесса резания. Особенности проектирования режущих инструментов для различных видов обработки. Методы крепления и базирования. Базирование и крепление режущих элементов сборных инструментов. Требования к конструкции крепежно-присоединительной (корпусной) части инструментов при скоростной и сверхскоростной обработке.
Стандартизация и сертификация режущих инструментов.
Алгоритмизация процедур расчета и проектирования режущего инструмента. САПР режущего инструмента.
Дополнительные требования к инструментам в крупносерийном и автоматизированном производстве: на агрегатных станках, автоматических линиях, на станках с ЧПУ, многоцелевых станках, ГП-модулях.
Настройка инструмента на размер на станке и вне станка. Методы автоматической коррекции положения режущего инструмента. Входной контроль инструментов. Инструментальное обеспечение различных производств.
Перспективы развития конструкций режущих инструментов.
4. Интенсификация процессов механической обработки
Основные направления создания высокопроизводительных процессов резания. Физические особенности и технологические показатели скоростного и силового резания, тонкого точения и растачивания, типовые конструкции инструмента, режимы резания, области применения.
Процессы резания с особыми кинематическими и физическими схемами обработки – ротационное (бреющее) и вибрационное резание, в т. ч. ультразвуковое и иглофрезерование; нанотехнологические методы обработки.
Комбинированные методы обработки резанием, совмещающее воздействие на материал снимаемого слоя нескольких физических и химических явлений. Резание в специальных технологических средах, с опережающим пластическим деформированием (ОПЛ), нагревом (терморезание), электромеханические методы лезвийного резания и химико-механические методы абразивной обработки. Перспективы развития комбинированных методов обработки резанием.
5. Физико-технические методы обработки
Понятие физико-химической обработки как метода изготовления детали путем снятия с заготовки слоя материала в результате всех возможных видов воздействия инструментов в т. ч. механических, тепловых, электрических и химических в технологических средах и их комбинациях.
Физико-химический механизм обработки, как средство снятия с заготовки слоя материала в виде стружки (механическая обработка), продуктов анодного растворения (электромеханическая обработка), электроэрозионного разрушения (электроэрозионная обработка), а также плавление и испарение металла (лазерная и электроннолучевая обработка) и других воздействий.
Классификация существующих методов физико-химической обработки и теоретические предпосылки создания принципиально новых на основе использования совокупности использования известных физических, химических и других явлений. Понятие о классе обработки резанием (механическое, тепловое, электрическое, химическое, комбинированное), группе, характеризующейся определенными физико-химическим механизмом резания (например, плазменно-механическая обработка резанием) и методе конкретной реализации определенной обработки резанием (например, плазменно-механическая обработка твердосплавным инструментом).
6. Типы металлорежущих станков и их классификация
Классификация станков по технологическому назначению, точности, степени автоматизации, типажи и каталоги металлорежущих станков.
Особенности конструкций станков основных групп.
Методика формирования цены на станки с учетом их качества.
Международная стандартизация и сертификация станков и их комплектующих. Конкурентоспособность металлорежущих станков.
7. Кинематика станков
Образование поверхностей на обрабатываемых деталях.
Классификация движений в станках.
Кинематическая структура станков с механическими и немеханическими кинематическими связями. Сравнительный анализ кинематической структуры отдельных типов станков.
8. Технологические основы обработки на металлорежущих станках различных типов
Технология и физико-химические процессы удаления части начального объема материала заготовки при механической обработке, электромеханической, электроэрозионной и лазерной обработке и других методах формирования деталей.
Технологическая подготовка проектирования станков. Формирование требований к станку на основе анализа параметров обрабатываемых деталей.
Особенности построения технологического процесса обработки на металлорежущих станках различных типов, в т. ч. станков для нанотехнологической обработки.
9. Основные этапы проектирования и расчетов станочного
оборудования
Маркетинг с целью определения конкурентоспособности создаваемого
станка по комплексу технико-экономических показателей.
Основные критерии работоспособности станков, производительность, начальная и с учетом температурных деформаций прочность, жесткость, износостойкость, устойчивость.
Надежность станков. Общие понятия. Надежность параметрическая и функциональная. Надежность в период нормальной эксплуатации и износовых отказов. Резервирование.
Составление технического задания на разработку станка на основе технологической подготовки проектирования. Определение основных конструктивных и технологических параметров. Методы формирования показателей и критериев оценки технического уровня станка по его выходным характеристикам.
Формирование компоновочного решения и несущей системы станков. Определение конструктивных параметров.
Разработка кинематической схемы, выбор принципа управления, контроля и диагностики.
Статические упругие перемещения и их влияние на точность станков.
Динамическая система станка. Характеристики ее основных элементов (упругой системы, процесса резания, процесса трения, процессов в двигателях). Устойчивость движений рабочих органов станка и методы ее обеспечения.
САПР станков. Многокритериальная оптимизация в задачах проектирования станков. Формирование требований к основным системам станка.
Понятия о сквозном методе проектирования и изготовления изделий CAD-CAM-CAE. Параметрические твердотельные модели.
Имитационное моделирование на GPSS как средство количественного анализа технологических систем.
Разработка математических моделей конструкций и процессов, происходящих в станках.
Использование систем Internet и Intranet при проектировании станков.
Методы оценки качества технологического оборудования на этапах проектирования и сборки.
10. Основные системы станка и их проектирование и расчет
Принципы конструирования мехатронных узлов. Основные преимущества их использования в станках.
Направляющие прямолинейного и кругового движения. Конструирование и расчет направляющих смешанного трения, гидростатических, гидродинамических и качения.
Конструирование и расчет коробок скоростей и подач.
Шпиндельные узлы с подшипниками качения и скольжения, гидростатическими и гидродинамическими. Конструирование, расчет с учетом критерия жесткости элементов узла. Особенности конструирования высокоскоростных шпинделей.
Механизмы для осуществления прямолинейных движений, их виды, конструирование и расчет механизмов: винт-гайки скольжения и качения, зубчато-реечного, червячно-реечного и др. Механизмы для осуществления периодических движений. Механизмы для микроперемещений.
Механизмы подачи. Механизмы фиксации. Механизмы автоматической смены инструментов. Магазины инструментов и заготовок (компоновки). Зажимные приспособления металлорежущих станков. Классификация, основные типы. Расчеты типовых приспособлений для станков различного технологического назначения.
Экспериментальные исследования металлорежущих станков, методики проведения и обработки результатов.
11. Электрооборудование станков
Устройство и основные характеристики электродвигателей станков:
конструкции двигателей постоянного и переменного тока. Типы быстродействующих двигателей, высокомоментные двигатели постоянного тока с постоянными магнитами, их достоинства; двигатели для вентильного привода; шаговые двигатели; линейные двигатели.
Механические характеристики двигателей: разгон, торможение и регулирование скорости.
Системы регулируемого электропривода станков. Тенденции развития конструкций электродвигателей станков. Построение электроприводов на базе микропроцессоров и микроЭВМ.
Переходные процессы в электроприводах станков:
- динамические режимы работы привода (основные показатели);
- уравнение движения электропривода.
Расчет мощности электродвигателей станков:
- при длительной работе;
- при повторно-кратковременной работе.
Аппаратура и схема электрического управления металлорежущими станками:
12. Гидравлический привод станков
Область применения гидравлического привода в станках, его преимущества и недостатки, основные требования, предъявляемые к гидроприводу станков.
Способы регулирования скорости в гидравлических приводах станков, принципиальные схемы, основные характеристики.
Схемы и конструкции основных элементов гидропривода:
- насосы и гидромоторы;
- цилиндры;
- контрольно-регулирующая аппаратура;
- распределительная аппаратура;
- фильтры.
Гидравлические следящие приводы. Область применения в станках, основные схемы, точность и устойчивость приводов.
Электрогидравлические приводы станков с ЧПУ:
- следящие золотники;
- гидроусилители крутящего момента;
- насосные установки
Динамика гидропривода. Устойчивость движения рабочих органов станков с гидроприводом. Вибрация в гидросистемах, устойчивость контуров системы.
13. Автоматизация станков. Программное управление станками.
Автоматические станочные системы
Классификация автоматизированных станков и станочных систем по различным признакам. Основные понятия теории автоматического управления. Линейные элементы автоматических систем и их характеристики. Типовые нелинейности автоматических систем, их влияние на устойчивость системы и методы линеаризации.
Системы управления циклом. Принцип построения циклограмм. Структурные схемы кулачковых автоматов. Область применения. Преимущества и недостатки.
Копировальные следящие системы. Индуктивные и фотокопировальные системы. Области применения копировальных станков. Преимущества и недостатки.
Классификация систем программного управления. Системы: контурные, позиционные, прямоугольные, универсальные. Системы управления многооперационными станками. Структура систем программного управления основных классов. Понятие об основных узлах устройств ЧПУ (интерполяторы, устройства управления приводом и др.). Области применения станков с программным управлением. Системы группового числового управления станками. Датчики перемещения в станках с ЧПУ.
Процесс программирования. Программоносители и устройства для ввода программы.
Автоматизация процесса резания. Адаптивные системы. Приборы контроля точности изготовления деталей на станке и подналадка станка.
Роботы и манипуляторы.
Основные принципы компоновки автоматических линий. Транспортные системы. Области применения автоматических линий. Гибкие автоматические линии. Определение. Принципы построения.
Основные понятия о ГП-модулях и ГПС. Требования к системам ЧПУ и ГП-модулям.
Гибкие автоматизированные производственные системы (ГПС). Основные понятия. Область применения.
Стратегии создания автоматических заводов (АЗ).
Моделирование станочных систем.
14. Особенности станков для физико-технических методов обработки
Сравнительные характеристики методов физико-технической обработки, их место среди других методов размерной обработки материалов и общие вопросы построения станков. Принципы и схемы адаптивно-программного управления процессом обработки. Оптимальное регулирование режимов обработки.
Электроэрозионные станки, их разновидности, физические схемы и технологические возможности. Прецизионные методы изготовления деталей.
Типовые узлы станков для электроэрозионной обработки, генераторы импульсов энергии, виды электродов, системы автоматического регулирования.
Взаимосвязь элементарных единичных и реальных массовых процессов электроэрозионной обработки. Физические модели реального процесса при массовом воздействии разрядов. Рабочие жидкости, влияние их свойств на выходные показатели процесса.
Автоматизация электроэрозионных копировально-прошивочных и вырезных станков. Средства и устройства автоматизации. Станки-модули. Устройства, сообщающие орбитальные движения электроду-инструменту.
Ультразвуковые станки, физические основы их работы, кинематика обрабатывающей системы, в т. ч. магнитострикционные и ультразвуковые преобразователи. Технологические характеристики размерной ультразвуковой обработки.
Станки для отделочных методов электрофизической обработки, электрополирование, методы достижения точности и качества поверхностного слоя деталей.
Станки для электрохимических методов обработки. Основные виды электрохимической обработки: непрерывная, импульсная, циклическая. Выбор их оптимальной последовательности и параметров, закономерности анодного растворения, электролиты, конструкции катодов. Установки для электрохимической обработки типовых деталей. Средства интенсификации процесса обработки. Автоматизация электрохимического оборудования.
Станки для лучевых методов обработки: электроннолучевая обработка и лазерная обработка, принципы действия и физические схемы, установки, области применения. Основные положения экономики; физические схемы, применение для изделий приборостроения.
Станки для комбинированных методов обработки, их классификация. Станки для электроконтактных и анодно-механических методов обработки; физические схемы, технологические установки, области применения.
15. Эксплуатация станков и станочных систем
Установка станков на фундамент.
Испытание станков на холостом ходу и при резании.
Диагностика станков, инструментов и механизмов смены и загрузки инструмента.
Особенности эксплуатации станочных автоматических линий.
Особенности эксплуатации станков с ЧПУ и ГПС.
Техническое обслуживание и ремонт.
Проблемы модернизации станков.
Литература
1. А, , и др. Под ред. д. т.н., проф. Черпакова -интегрированные производства и CALS-технологии в машиностроении. М.: ГУП "ВИМИ", 1999.
2. , , и др. Электрофизические и электрохимические методы обработки материалов Учебное пособие в 2-х томах. М.: Высшая школа, 1983.
3. и др. Справочник конструктора-инструментальщика. М.: Машиностроение, 1994.
4. Верещака режущего инструмента с износостойкими покрытиями. М.: Машиностроение, 2000.
5. , , Генин линии из агрегатных станков. М.: Машиностроение, 1979.
6. , и др. Инструментальные системы автоматизированного производства. Учебник для вузов. С.-Пб., Политехника, 1993.
7. Гибкие производственные комплексы. /Под ред. и. М.: Машиностроение, 1984.
8. Гибкое автоматическое производство. /Под ред. и Л.: Машиностроение, 1983.
9. и др. Механическая обработка материалов. Учебник для вузов. М.: Машиностроение, 1981.
10. Иноземцев режущего инструмента. Учебное пособие для вузов. М.: Машиностроение, 1984.
11. Качество машин. Справочник в 2-х томах. /Под ред. М.: Машиностроение, 1995.
12. и др. Оснастка для станков с ЧПУ. Справочник. М.: Машиностроение, 1990.
13. Лоладзе и износостойкость режущего инструмента. М.: Машиностроение, 1982.
14. Машиностроение. Энциклопедия. Технология изготовления деталей машин. Т. 111-3. /Под ред. , 1999.
15. Машиностроение. Энциклопедия. Металлорежущие станки и деревообрабатывающее оборудование. Т. IV-7. /Под ред. М.: Машиностроение, 1999.
16. Остафьев динамической прочности режущего инструмента. М.: Машиностроение, 1979.
17. Подураев регулируемые и комбинированные процессы резания. М.: Машиностроение, 1977.
18. Проектирование металлорежущих станков и станочных систем. /Под ред. , Т.1, 2 (в 2-х частях), 3, М.: Машиностроение, МГТУ им. Баумана, 1994-1995 гг.
19. Проников машин. М.: Машиностроение, 1978.
20. , Резников процессы в технологических системах. – М.: Машиностроение, 1990.
21. , Портман металлорежущих станков. М.: Машиностроение, 1986.
22. Родин проектирования режущих инструментов. Учебник для вузов. Киев: Высшая школа, 1990.
23. и др. Металлорежущие инструменты. Учебник для вузов. М.: Машиностроение, 1989.
24. Свешников гидроприводы (Справочник, 3-е издание), М.: Машиностроение, 1995.
25. Силин подобия при резании материалов. М.: Машиностроение, 1979.
26. Сосонкин управление станками. М.: Машиностроение, 1981.
27.Справочник технолога-машиностроителя. В 2-х т. / Под ред. и др. 5-е изд., перераб. и доп. М.: Машиностроение, 2001.
28. Старков резанием. Управление стабильностью и качеством в автоматизированном производстве. М.: Машиностроение, 1989.
29. Суслов поверхностного слоя деталей машин. М.: Машиностроение, 2000.
30. и др. Проектирование и расчет режущих инструментов на ЭВМ. Учебник для вузов. М.: Высшая школа, 1990.
31. Трент металлов. М.: Машиностроение, 1980.
32. Участки для электроэрозионной обработки рабочих деталей вырубных штампов и пресс-форм. М.: ОНТИ, ЭНИМС, 1983.
33. Черпаков автоматических линий. М.: Машиностроение, 1990.
34. Электроэрозионная и электрохимическая обработка, часть I и II. М.: НИИНМАШ, 1980.
35. , Юхвид анализ и выбор эффективных методов обработки лезвийным инструментом. М.: АО ЭНИМС, 1994.
36. , Якоб., Оптимизация резания. М.: Машиностроение, 1981.
37. и др. Теория резания. Физические и тепловые процессы в технологических системах. М.: Высшая школа, 1990.
