Машиностроение призвано играть ведущую роль в ускорении научно-технического прогресса в народном хозяйстве нашей страны. Характерными чертами его развития является автоматизация технологических процессов, широкое внедрение робототехники, высокая производительность труда. Среди различных технологий, применяемых в машиностроении, обработка резанием является одним из основных методов получения точных деталей машин. Поскольку требования к точности машин и приборов постоянно повышаются, становится несомненной перспективность развития процессов механической обработки. Их универсальность и гибкость обеспечивают преимущества перед другими способами изготовления деталей, особенно для небольших партий изделий в индивидуальном и серийном производстве.

Одним из основных недостатков процесса резания является перевод части обрабатываемого материала в стружку – в отходы. Анализ, проведенный в 1957 г. в США, показал, что за год было произведено 100 млн тонн стали, из которых более 15 млн тонн было переведено в стружку, что составляет примерно 10%. Поэтому долгое время считалось, что процесс резания в будущем будет заменен другими методами механической обработки, будут созданы так называемые безотходные технологии изготовления деталей (методы точного литья, пластического деформирования, порошковой металлургии и др.). Однако, несмотря на эти прогнозы, удельный вес обработки резанием на машиностроительных предприятиях за многие десятилетия фактически не меняется и составляет 50–70%.

Процесс резания стал широко использоваться на машиностроительных предприятиях со второй половины XVIII века. Соответственно все больше возникало вопросов, связанных с его использованием, что порождало необходимость проведения соответствующих исследований.

Наука о резании материалов – относительно молодая наука. Первые опубликованные труды в этой области относятся к 1848 г. и принадлежат Кокилье, определившему силы сопротивления резанию, возникающие при сверлении стволов пушек из кованого железа. В 1850 и 1864 гг. опыты Кокилье применительно к точению повторяют Кларинваль и Жоссель (Жосселен). Однако исследователи ограничивались только фиксацией полученных результатов, не вдаваясь в сущность явлений, их определяющих.

Развитие науки о резании можно условно разделить на четыре периода. В первый период (1848–1917 гг.) определялось, что нужно изучать в процессе резания и как изучать, создавались первые измерительные приборы (динамометры и др.). Основоположником научного подхода к резанию материалов является русский ученый И.А.Тиме, который в 1868–1869 гг. на Луганском паровозостроительном заводе проводил опыты по строганию различных материалов, описанные им в книге «Сопротивление металлов и дерева резанию» (1870 г.). Предложенная им классификация типов стружек, установленное явление усадки стружки, понятие об угле скалывания, первая формула для определения силы резания при строгании различных по свойствам материалов используются в науке о резании и поныне.

Теория И.А. Тиме нашла последующее развитие в работах В.Л. Чебышева, А.П. Афанасьева, А.В. Гадолина, Т.И. Тихонова, Б.Г. Соколова Я.Г. Усачева, А.А. Брикса и, особенно, К.А. Зворыкина, поставившего в Харьковском технологическом институте ряд выдающихся по методике и результатам опытов по изучению сил при резании. В 1914 г. появляются исследования Я.Г. Усачева в области стружкообразования, нароста и тепловых явлений при резании.

Из зарубежных ученых в этот период, прежде всего, следует отметить исследования американского промышленника и экономиста Ф. Тейлора, создателя быстрорежущей стали. В своей работе «Искусство резать металлы» (1896 г.) он впервые рассматривает вопросы износа и стойкости режущего инструмента, предлагает эмпирические формулы степенного типа, связывающие скорость резания с подачей и глубиной резания.

Второй период (1918–1945 гг.) характерен созданием научных школ; организацией на крупных заводах лабораторий резания (ГАЗ, ЗИЛ, Уралмаш, ХТЗ и др.), созданием специальных научно-исследовательских институтов (ВНИИинструмент, ЭНИМС, ЦНИИТМАШ, НИИавтопром и др.), накоплением экспериментального материала при исследовании сил резания, износа инструмента, допустимой скорости резания и др.. В эти годы был создан принципиально новый инструментальный материал – твердый сплав. Становление отрасли производства этих сплавов в Украине связано с «Укртвердосплавом» позже – Институтом сверхтвердых материалов и его основателем – В.Н. Бакулем.

В этот период были созданы научные школы в МВТУ им. Н.Э. Баумана (И. М. Беспрозванный, Г. И. Грановский), МАИ (В. А. Кривоухов), МАТИ (А. И. Каширин, A. M. Даниелян), Томском политехническом институте (A. M. Розенберг), Горьковском политехническом институте (М. И. Клушин), Киевском политехническом институте (С. С. Рудник), Харьковском политехническом институте (Н. И. Резников, М. Ф. Семко) и в др.

Одним из итогов этих работ в НИИ, заводских лабораториях и вузах была разработка общемашиностроительных нормативов по режимам резания под общим руководством Комиссии по резанию металлов при Народном комиссариате тяжелой промышленности (председатель Е. П. Надеинская).

За рубежом в этот период были созданы научные школы И. Д. Армарего (Австралия), П. Оксли (Англия), М. Мерчанта (США), X. Опитца, И. Г. Шлезингера (Германия), Н.Такоямы (Япония).

Третий период (1946–1990 гг.) следует считать временем расцвета научных исследований в области обработки материалов резанием. Резко возросло число ученых, работающих в этой области. Укрепились (количественно и качественно) уже созданные научные школы, создавались новые: ЦНИИТМАШ (Н. Н. Зорев), Грузинский политехнический институт (Т. Н. Лоладзе), Киевский политехнический институт (В. А. Остафьев) Куйбышевские авиационный и политехнический институты (Н. И. Резников, А. Н. Резников, Б. А. Кравченко), Тульский политехнический институт (С. С. Петрухин, В.Ф. Бобров), Уфимский авиационный институт (А.Д. Макаров), Рыбинский авиационный институт (С.С. Силин), Харьковский политехнический институт (М.Ф. Семко, В.И. Дрожжин, А.И. Грабченко) и др.

Для изучения различных сторон процесса резания широко применяются высокоскоростная киносъемка, поляризационно-оптический метод, метод радиоактивных изотопов, рентгеноскопия и электроноскопия, сканирование и т.п. Разработана специальная аппаратура, позволяющая производить физические исследования процесса резания. Большой экспериментальный материал, накопленный в результате проведенных исследований, позволил приступить к разработке общей теории процесса резания. Этот период характерен созданием теоретических моделей процесса резания, аналитических методов расчета основных характеристик процесса – сил резания, температур, характеристик разрушения и износа режущих инструментов и др.

На основании этих исследований появилось много научных монографий и учебников, а обобщающим трудом на многие годы стала книга «Развитие науки о резании металлов» (большая группа авторов, председатель редакционной коллегии Н.Н. Зорев).

Четвертый период (1991 г. – по настоящее время) связан со снижением творческой деятельности, отсутствием финансирования, распадом многих машиностроительных предприятий и др. Однако и в это время в Украине продолжаются работы по исследованию физики процесса резания (Запорожье, Киев, Харьков, Хмельницкий), изучению напряженного состояния в режущем инструменте (Запорожье, Киев, Сумы, Харьков, Хмельницкий), применению экологически чистых смазочно-охлаждающих технологических сред (Симферополь), созданию теоретических моделей износа режущего инструмента (Хмельницкий), изучению и практическому использованию процессов абразивной и алмазной обработки (Донецк, Киев, Севастополь, Харьков, Одесса).

Прогресс в технологии механической обработки достигается вследствие изобретательности и опыта, логического мышления и настойчивого труда многих тысяч практических работников и ученых, связанных с областями резания материалов. Все они постоянно пытаются найти решение новых проблем, вызванных появлением неизвестных ранее материалов, ограничением скорости обработки или необходимостью обеспечения достижимой точности и многими другими причинами. Однако, какими бы компетентными они ни были, немного найдется специалистов, кто бы не понимал, что возникающие перед ними проблемы лучше решать, обладая более глубокими знаниями о физических процессах, возникающих в зоне резания и на поверхностях инструмента. В то же время во всем мире и у нас (Киев, Сумы, Одесса, Харьков, Хмельницкий) распространение получило направление компьютерного моделирования процессов, происходящих при резании материалов: трения, напряженного состояния зоны резания, тепловых процессов и т.п.

Стало возможным:

1) создание методов и систем компьютерного расчета оптимальных режимов резания;

2) создание методов прогнозирующего моделирования и автоматизированной подготовки управляющих программ для станков с ЧПУ;

3) определение оптимальных конструкций режущих инструментов и условий применения адаптивных систем управления и др.

Именно то, что происходит в очень небольшом объеме материала, прилегающего к режущей кромке, определяет показатели работы режущего инструмента, обрабатываемость металлов и сплавов, качество обработанной поверхности и поверхностного слоя.