Состояние инструментального производ­ства и организация обслуживания инструмента являются показателями технологического уровня всего промышленного комплекса страны. Это обусловлено их мощным инновационным влиянием на индустриальное развитие государства, поскольку они, имея не только общемашиностроительный, но и межотраслевой характер, направлены на опережающее создание новых материалов и технологий обработки [1]. Металлообрабатывающее оборудование сегодня все чаще рассматривается с точки зрения наличия или отсутствия технологических ограничений на применяемый режущий инструмент, а уровень производительности и качества обработки определяется в первую очередь свойствами режущего инструмента.Развитие инструментальной промышленности в современных условиях обусловлено усилением конкуренции на мировых рынках. Основной задачей предприятий в таких условиях становится выпуск высококачественной продукции при жесткой экономии материальных ресурсов. Очевидно, что повышение качества выпускаемой продукции невозможно без совершенствования методов обработки и конструкций режущего инструмента [2]. По подсчетам АО «Станкопром» [3], объем годового потребления инструмента российской промышленностью в денежном эквиваленте составляет 60 млрд руб. и только, к сожалению, 1-2 млрд руб. из этой суммы приходится на отечественную продукцию. Таким образом, все современные машиностроительные производства, осуществляющие технологическую модернизацию, оказываются почти полностью зависимыми от импортного инструмента [4].В то же время многолетний накопленный опыт отечественной промышленности показывает, что декларируемые высокие характеристики дорогостоящего импортного инструмента могут быть обеспечены только в специально созданных условиях, достаточно далеких от сложившихся реалий. Объективно рассматривая экономические и организационно-технические аспекты применения зарубежной продукции, необходимо оценивать возможность ее высокопрофессиональной эксплуатации и многократного восстановления, затратность и окупаемость. При этом следует учитывать, что зарубежные конкуренты не заинтересованы в поставках специальных прецизионных инструментов малыми партиями (5–15 штук). Кроме того, многие из условий эффективности зачастую вполне выполнимы при использовании отечественного инструмента – с учетом рациональной логистики, оптимизации маркетинга и проведения технологического аудита на предприятии [1].Таким образом, одной из наиболее острых проблем российского машиностроительного комплекса является освоение производства широкой номенклатуры металлорежущего инструмента (в том числе из наноструктурных материалов, твердых сплавов и др.) при обеспечении отечественных инструментальных производств (различных по форме и масштабам) необходимыми технологиями и оборудованием для изготовления и сопровождения всего жизненного цикла этого инструмента. Так как в большинстве случаев именно режущий инструмент придает заготовке нужную форму и размеры, то его работоспособность и надежность оказывают непосредственное и существенное влияние на экономическую эффективность машиностроительного производства. Основные требования, предъявляемые к режущим инструментам, определяются исключительно их служебным назначением - способностью выполнять заданные функциональные действия с минимальными затратами за весь период эксплуатации. При этом сами требования носят комплексный характер и предусматривают:- принципиальную возможность осуществления процесса резания обрабатываемой заготовки (обеспечивается физико-механическими свойствами материала режущей части инструмента, а также правильным выбором ее геометрических параметров); - получение требуемой формы, размеров и качества обработанной поверхности детали (обеспечивается конструкцией инструмента, а также особенностями его заточки, крепления, базирования и регулирования на размер); - экономическую эффективность режущего инструмента, которая определяется производительностью обработки и ее себестоимостью (в свою очередь, производительность неразрывно связана с режимами обработки (величиной скорости резания, подачей и глубиной резания), а себестоимость обработки детали зависит как от конструктивных особенностей инструмента, так и от трудоемкости его изготовления и от возможности восстановления режущих свойств в ходе эксплуатации).Требования, предъявляемые к режущему инструменту, постоянно повышаются, что связано с появлением новых конструкционных материалов и существенным ужесточением требований к качеству и точности функциональных поверхностей обрабатываемых деталей. В итоге это создает объективную необходимость улучшения механических, физических и режущих свойств инструментальных материалов (таблица), а также совершенствования технологий изготовления режущих инструментов.Из всего многообразия режущего инструмента самое пристальное внимание, как со стороны потребителей, так и со стороны предприятий-производителей, традиционно уделяется концевому инструменту (концевые фрезы, сверла, развертки, зенкеры и др.). Это связано с разнообразием функционального назначения и специфическими особенностями концевого инструмента, которые заключаются в следующем:- наличие в конструкции нескольких одновременно работающих режущих кромок, что предполагает высокие требования к геометрическим параметрам режущей части при изготовлении и заточке;- наличие сложных винтовых поверхностей с высокими требованиями к качеству (точности и шероховатости), обеспечивающих беспрепятственное удаление стружки из зоны резания;- в случае сборной конструкции инструмента – наличие соединения рабочей части с хвостовиком, что повышает сложность изготовления инструмента и устанавливает к нему дополнительные требования по надежности, точности и эффективности;- особые требования к жесткости, что обусловлено удалением (часто значительным) точки приложения результирующей силы резания от места закрепления инструмента;- повышенные требования к общим геометрическим размерам инструмента, обеспечивающим возможность его высокоточной установки и оперативной настройки на выполняемый размер.В значительной степени эксплуатационные свойства концевого инструмента (стойкость, производительность резания, степень чистоты и точности обрабатываемой поверхности) определяются качеством его заточки. Основным требованием к заточке является воспроизводимость геометрических характеристик рабочих поверхностей (как на одном инструменте, так и на группе однотипных инструментов, использующихся для выполнения конкретной операции) с целью обеспечения единых условий применения инструмента и стабильности получаемых результатов (по точности и качеству обрабатываемых поверхностей).                                                                                                                                                                                                       Таблица                                             Механические, физические и режущие свойства инструментальных материалов                                                                                                    (средние значения) [5]Марка материалаМеханические свойстваУдарная вязкость, Hм/см2Физические свойстваРежущие свойстваТвердость HRAПредел прочности, H/мм2Теплопро-водность, м∙градПлотность, кг/м3Теплостойкость, °СОтносительная величина скорости резанияизгибсжатиестальчугунИнструментальная углеродистая стальУ12А8031403920–637,82200,50,5Инструментальная легированная сталь9ХС8031403920–41,87,72200,60,6ХВГБыстрорежущая стальР1882362037208,72218,76001,01,0Вольфрамовые твердые сплавыВК887,51370–5,8858,714,6850–2,9ВК688,5124049006314,89003,4Титано-вольфрамовые твердые сплавыТ5К588,51174––33,512,79003,0–Т14К889,5117429402,9429,311,79003,5Т15К690112639202,4529,311,39504,5Т30К492882––219,610005,5МинералокерамикаЦМ-32292294 - 39234300,78416,73,912005,85,8Кубический нитрид бораЭльбор981500н/дн/дн/д3,5120088Гексанитн/дн/дн/дн/д3,3900Синтетический алмазАС10035002000н/дн/д3,5800–6            Процесс заточки концевых инструментов на отечественных предприятиях до сих пор слабо автоматизирован, что, с одной стороны, объясняется дороговизной оборудования с ЧПУ, сложностью соответствующих технологий и отсутствием опыта их применения, а с другой – усугубляется отсутствием достаточного числа специалистов необходимой квалификации. Вместе с тем требования к заточке осевого инструмента могут быть эффективно обеспечены при использовании современного шлифовально-заточного оборудования с ЧПУ, которое в силу своих уникальных особенностей, несмотря на отмеченные проблемы, получает все большее распространение на отечественных машиностроительных предприятиях.В качестве особенностей шлифовально-заточных станков с ЧПУ следует отметить следующие их технологические возможности [6]:- обработка (вышлифовка и/или затачивание) концевых цилиндрических, конических, радиусных, дисковых отрезных фрез, сверл, метчиков, разверток и другого инструмента, функциональные поверхности которого формируются высокостойкими алмазными и эльборовыми шлифовальными кругами из цельных стальных и твердосплавных заготовок;- шлифование профилей дисковых кулачков, боковых поверхностей червяков, цилиндрических зубчатых колес, пазов делительных дисков, выполнение других подобных операций; - заточка абразивным кругом однозаходных насадных прецизионных червячных фрез, а также специальных многозаходных насадных и хвостовых червячных фрез, в том числе с закрытыми стружечными канавками. Весь процесс обработки может быть смоделирован до начала обработки заготовки на станке, при этом оператор имеет возможность визуально наблюдать на экране системы ЧПУ весь процесс и корректировать программу. Такое преимущество снижает вероятность появления брака и исключает пробную обработку на моделях. Кроме того, программное обеспечение позволяет просмотреть сечения инструмента, форму и геометрию канавки, распознать возможные столкновения круга. Используя систему координат монитора, оператор может промерить значения углов и параметров.Следует отметить, что широкое применение шлифовально-заточных станков с ЧПУ кроме их высокой стоимости сдерживается еще и отсутствием необходимой инфраструктуры (инженерного, организационного, программного и методического обеспечения).Однако, несмотря на отмеченные проблемы, данное направление получает все большее развитие у нас в стране. Так, в результате работ, выполняемых совместно ОАО «ВНИИинструмент», ОАО «НИТИ «Микрон» и МГТУ «Станкин», создан новый многокоординатный шлифовально-заточной станок с ЧПУ, который по основным потребительским свойствам соответствует мировым аналогам и предназначен для изготовления широкой номенклатуры металлорежущего инструмента, в том числе из наноструктурных, ультрадисперсных и субмикронных твердых сплавов, а также для переточки (восстановления режущих свойств) концевых твердосплавных фрез, спиральных сверл и др. На станке можно производить прецизионную обработку поверхностей, описываемых различными математическими зависимостями (например винтовых стружечных канавок концевых инструментов) [7]. На кафедре «Металлорежущие станки и инструменты» ФГБОУ ВПО «Брянский государственный технический университет» ведутся исследования по совершенствованию технологии обработки профильных поверхностей осевых инструментов на шлифовально-заточных станках с ЧПУ с целью разработки тиражируемых технологических решений и соответствующего программно-методического комплекса. В рамках выполняемых исследований предполагается:- определить виды режущего инструмента, формообразование которых возможно и целесообразно осуществлять на шлифовально-заточных станках с ЧПУ, выполнить их классификацию по установленным критериям;- разработать методику компьютерного проектирования чертежей выбранных видов режущего инструмента с использованием 3D-моделирования, удовлетворяющую требованиям потребителя и являющуюся основой для последующего решения кинематических задач;- выполнить обобщение форм производящих поверхностей режущих инструментов, позволяющее обрабатывать выбранные виды режущего инструмента с использованием единого программного комплекса, построенного на основе общей информационной базы;­- разработать общую математическую модель, позволяющую спроектировать профиль винтовой канавки для обработки шлифовальным кругом стандартного профиля и определить технологические параметры установки шлифовального круга относительно заготовки;- определить режимные параметры при формообразовании выбранных видов режущих инструментов;- разработать программный продукт для создания управляющих программ для формообразования выбранных видов режущих инструментов на шлифовально-заточных станках с ЧПУ и выполнить его апробацию в условиях промышленного производства.В настоящее время осуществляется теоретический этап исследований.Таким образом, анализ целесообразности и возможности совершенствования в условиях отечественных предприятий технологий обработки профильных поверхностей концевых инструментов на шлифовально-заточных станках с ЧПУ с целью разработки тиражируемых технологических решений позволяет сделать следующие выводы:1. Изготовление режущих инструментов и обеспечение их заточки в процессе эксплуатации является важнейшей составляющей технической подготовки производства, определяющей в конечном итоге качество выпускаемой продукции. Использование шлифовально-заточных станков с ЧПУ – одно из основных современных направлений развития комбинированных технологий изготовления и заточки концевых режущих инструментов. 2. В настоящее время отсутствует серийное производство отечественных шлифовально-заточных станков с ЧПУ и необходимого к ним программного обеспечения. Поэтому реализация, в том числе в рамках программ импортозамещения, мероприятий, связанных с разработкой технологий обработки на шлифовально-заточных станках с ЧПУ, является одной из актуальных задач отечественного машиностроения.3. Для достаточно большого числа концевых режущих инструментов (сверла, зенкеры, фрезы) отсутствуют схемы формообразования и математические зависимости, описывающие эти схемы с целью реализации на металлорежущем оборудовании с ЧПУ. В связи с этим разработка соответствующего алгоритмического, программного, информационного обеспечения является важной научной задачей.