ЗДЕСЬ ВСЕ ТАЙНОЕ СТАНОВИТСЯ ЯВНЫМ

воскресенье, 31 октября 2010 г.

История токарного станка


Еще в начале развития человечества, у первобытных людей, возникла острая потребность делать отверстие в каменном топоре и других первых орудиях труда, чтобы надеть на них деревянную ручку.

Длительные поиски способа изготовления отверстия и его «модернизация», помогли человеку создать примитивное механическое устройство, которое состояло из выгнутой палки, к концам которой крепились волосы из хвостов диких животных, которое спиралью обвертывало заостренную c одного конца другую палку из твердой породы дерева.

Технология изготовления отверстия была следующей: в каменное углубление, где нужно было сделать отверстие, вставлялась заостренная палка (сверло) и туда подсыпался песок, второй конец палки-сверла удерживался специальной деревянной планкой в вертикальном положении. Вращая примитивное сверло вперед-назад, заостренная палка давила на песчинки, которые вгрызались в камень, снимая с него слой за слоем. Углубление становилось все глубже и впоследствии превращалось в отверстие. Такой процесс сверления забирал много времени и сил. Он стал для человека толчком в понимании того, что твердые материалы можно обрабатывать путем их резания, то есть постепенно слой за слоем срезать твердую породу.

По-видимому именно это первое механическое устройство и стал основой для создания токарного станка, как для обработки древесины, так и для металла.

Среди архивных документов, которые информируют нас о создании токарного станка, есть такие, из которых видно, что мастера древнего Египта еще 1500 лет до нашей эры, применили этот способ для резания и обточки цилиндровых форм разной конфигурации. Кроме того, они усовершенствовали этот способ, додумавшись вращать не инструмент, а заготовку!

Несмотря на то, что это был очень примитивный и громоздкий станок, однако он заложил базу современных метало- и дереворежущих токарных станков.

Древнеегипетский токарный станок имел следующую конструкцию: толстая деревянная доска-основа была положена на несколько опор-основ. В современном станке это называется станина, которая опирается на две опоры. На станине располагаются рабочие части станка.

К деревянной толстой доске - основы были прикреплены две массивных колодки, которые служили для крепления заготовки. В современном станке их роль исполняют левая (передняя) и правая (задняя) бабки.

Каждая массивная деревянная колодка имела заостренные держатели. Их острие направлялось друг на друга и держало в своих центрах заготовку, одновременно исполняя роль оси, вокруг которой и вращалась заготовка. Так же и в наши дни токарный станок по дереву имеет на передней бабке трезуб в центре которого острый конус, а в заднюю бабку, которая стала передвижной, установлен конусный центр, который может выдвигаться. Благодаря задней передвижной бабке между центрами можно зажать разной длины заготовку.

В современных токарных станках по металлу роль трезубца выполняет шпиндель, на котором крепится патрон, который своими раздвижными кулачками зажимает заготовку. Если заготовка имеет значительную длину, ее второй конец поддерживает вращающийся центр, установленный в заднюю бабку. Иногда, на токарных станках для обработки металла заготовку обтачивают только в центрах. Для этого в патрон тоже зажимают центр.

В первых токарных станках вращение заготовки имело переменный характер - вперед назад. Для этого среднюю часть бечевы спиралью обматывали вокруг заготовки. Водя вперед-назад загнутой палкой, к концам которой крепилась бечева, подмастер приводил в движение заготовку. Как только заготовка вращалась в сторону мастера, он подводил к ее поверхности кончик крепко зажатого в руках резца и снимал нужного размера стружку. Когда вращение начиналось в обратную сторону, происходил холостой ход.

Вдоль основы (станины) токарного станка помещалась еще одна доска, которая служила опорой для резца. На нее была нанесена измерительная шкала, чтобы мастер знал насколько делений нужно передвигать резец. В современном токарном станке для дерева эту роль исполняет металлическая подставка.

Первые письменные сведения о применении станка с помощью которого обрабатывали древесину и мягкие металлы, можно прочитать и в произведениях Гомера. Римский архитектор Ветрувий в I веке до нашей эры тоже писал о применении токарных станков для обработки донышка медных цилиндров.

В рукописях Плиния Старшего, мы можем читать первую запись о том, кто создал токарный станок более приближенный к современному. Ученый и государственный деятель I века н.э. Плиний приписывал его создание Феодору Самосскому.



Из тех же греческих рукописей известно, что жил этот изобретатель на острове Си в Эгейском море и был лучшим мастером в ювелирном и механическом деле, архитектуре и строительстве. Вынужденный по приказу тирана острова за очень короткий срок, изготовить двенадцать новых металлических замков для дверей храма и перстень он понял, что без совершенствования токарного станка ему не успеть вовремя сделать заказа.

Здесь нужно отметить, что на токарных станках того времени, по большей части изготовляли деревянные изделия и очень мало из металла: меди, серебра, золота, бронзы. Все металлы были тверже древесины, а потому держа резец в руках мастеру нужно было прикладывать значительную силу, чтобы снять даже очень тонкий слой поверхности из металла.

Два дня провел Феодор Самосский за доской, на которой рисовал схему такого токарного станка, который бы помог ему вовремя выполнить заказ. Лишь на третий день он призвал своих помощников, которые вместе с ним по его эскизам изготовили детали, а затем собрали новый токарный станок. Теперь в передней бабке, где раньше находился заостренный держатель — пробуравлено отверстие в который был вставлен железный вал так, что его концы торчали из обеих сторон бабки. Внешний — был загнут как колено, а внутренний — прямой и заостренный под конус. От согнутого колена шла вниз железная тяга, соединяющаяся с небольшой деревянной дощечкой, второй конец которой свободно крепился к основе станка. На сам вал — рядом с бабкой, было надето тяжелое круглое точило. Задняя бабка осталась без изменений.



Новая конструкция токарного станка работала так: мастер, нажимая ногой на дощечку, приводил в действие присоединенную к ней тягу, которая тянула за собой колено, и тем самым вращала вал вместе с точилом. Как только давление на дощечку прекращалось, тяжелое точило по инерции продолжало вращаться, поднимая колено, тягу и дощечку, вверх, в начальное положение. Тогда нужно было опять нажать на дощечку, и вал с точилом опять продолжал вращаться в одну сторону, но уже быстрее. Так постоянно нажимая на дощечку-педаль, мастер вынуждал постоянно вращаться вал все быстрее и быстрее в одну сторону. Теперь зажатая в центрах заготовка постоянно вращалась в одну сторону с большей, чем раньше скоростью. Мастер самостоятельно регулировал скорость вращения заготовки. Лучше происходил и процесс резания металла, хоть резец, пока еще, мастеру нужно было держать в руках.

По свидетельству рукописи это произошло более двух с половиной тысячелетия назад на острове Самос!

Сегодня, листая старые гравюры и геммы того времени, можно встретить изображение бога Любви, который точит свои стрелы на станке, сделанном греческим мастером.

Еще лет тридцать назад, кое-где можно было встретить мастеров заточки ножниц и ножей, которые ходили по дворам с переносным станком, который по принципу действия был похож на станок Феодора.

Благодаря созданию такого механизма вращения заготовки, был вложен второй кирпичик в создание современного токарного станка и увеличения производительности труда токаря.

Но если на станке Феодора легко было вытачивать изделия из дерева, немного тяжелее из золота и бронзы, то совсем невозможно было обрабатывать изделия из железа, которое было намного тверже. Поэтому при его обработке был нужен двигатель помощнее, чем нога человека. Ища возможности увеличить мощность станка, изобретатели токарного дела вынуждены были снова применить принцип вращения заготовки взад-вперед. Это дало возможность немного увеличить мощность, но не решило проблемы.

Беря за основу станок Феодора изобретатели добавили к нему другие устройства. Под потолком мастерских закрепляли гибкую, упругую жердь. К ее свободному концу привязывали бечеву, которая спускалась к станку и спиралью наматывалась один раз вокруг зажатой в центрах заготовки. Свободный конец бечевы закреплялся, как и в Феодора, к дощечке-педали. Нажимая на дощечку-педаль, мастер вынуждал вращаться заготовку, одновременно сгибалась жердь. Но как только мастер отпускал педаль, жердь разгибалась, при этом с силой вращала заготовку в обратном направлении.

Несмотря на увеличение мощности, при такой конструкции, скорость вращения заготовки все еще была маленькой, что и не давало возможности точно обтачивать изделия из железа.

Продолжая поиски совершенствования токарного станка для обработки железа, изобретатели начали применять маховое колесо. От него вращение на шпиндель передавалось с помощью ременчатой передачи, а вращение заготовки опять стало непрерывным и в одну сторону. Движение маховому колесу предавал помощник мастера.



Так и перешли в ХVІ век эти два вида токарных станков. До наших дней сохранились древние токарные станки на которых любили вытачивать разные изделия вельможи того времени.

Несмотря на то, что это был очень примитивный и громоздкий станок, однако он заложил базу современных метало- и дереворежущих токарных станков.

С увеличением мощности и скорости вращения заготовки оказалось, что для обработки железа рука мастера, который держит резец, слишком слаба. Нужно было искать возможность заменить ее более надежным приспособлением, которым стал держатель резца Андрея Нартова, русского изобретателя.



Из архивных документов на которых представлен рисунки и проекты Андрея Нартова видно, что это был творчески одаренный человек, который имел техническое мышление. Еще, будучи юношей и учась токарному делу, он почувствовал неудобство того, что резец держит рука человека. Став мастером он сосредоточил свое вдохновение на создание приспособления, которое бы держало резец. Им было сделаны много черновиков и составлено проектов в которых резец зажимался и перемещался вдоль заготовки. Но еще прошло немало времени пока он придумал и сделал в 1709 году экспериментальный образец держателя для резца, который к тому же можно было перемещать.

Это была металлическая колодка — каретка с зажатым в ней резцом, которую насаживали на горизонтальную зубчатую линейку-рельс. С линейкой сцеплялось зубчатое колесо, когда оно вращалось, передвигался и рельс, а вместе с ней и держатель резца. Передача движения к рельсу была рассчитана так, чтобы можно было соотносить скорость держателя со скоростью обработки заготовки. Как только резец снимал стружку с поверхности заготовки, держатель перемещал его на следующий, потом еще дальше — на всю длину заготовки.

С получением этого устройства токарю уже не нужно было держать в руках резец, напрягать руку, чтобы его не вырвало во время работы. Токарь теперь только управлял устройством резания: перемещал резец вдоль и поперек заготовки, снимал стружку нужной толщины и подавал резец. Держатель, придуманный А.Нартовым, вошел в историю создания техники под названием «суппорт», который переводится с французского языка как «поддерживать».

Кроме А. Нартова делом совершенствования токарного станка Феодора, занимались и другие механики того времени. В Западной Европе такой же механизм появился на 150 лет раньше в 1565 году его придумал француз Жак Бесон.

Почти тоже именно сделал в 1794 году и англичанин Генри Модслей, но он настолько усовершенствовал сам суппорт токарного станка, что благодаря нему стало возможно изготовлять большие партии однотипных деталей к разным машинам. Как же был устроен суппорт Грамма. Модслея?



Изобретатель обеспечил свой станок горизонтальными плоскостями, на которых передвигался суппорт и задняя бабка. На самом суппорте были устроены направляющие канавки, перпендикулярные к направляющим плоскостям станка. В этих канавках, в свою очередь, передвигалась каретка с зажатым в ней резцом. Кроме того, она могла передвигаться и вертикально. Новый суппорт предоставлял возможность четко, быстро и равномерно перемещать резец вдоль и поперек заготовки, снимая четко определенную толщину металла.

Для того чтобы равномерно перемещать суппорт вдоль обрабатываемой детали Г. Модслей повторил изобретение А.Нартова — ходовой винт станка, который и до сих пор является одной из главных его деталей. По винту передвигалась каретка суппорта, как только рабочий вращал ручку этого винта. Г. Модслей так же как А.Нартов сделал перемещение суппорту автоматическим с помощью ходового винта, который вращался от шпинделя станка. Это дало возможность изготовлять механическим способом винты. Так токарный станок стал еще и токарно-винторезным.



Вскоре суппорт Модслея был введен в устройство других станков. Им было сделано еще несколько важных изобретений в машиностроении.

Вот такой длинный путь прошел такой невидимый в современном производстве станок.

Автор: Igkremen

1 комментарий:

  1. Да, долго люди шли к тому, чтобы такое простое устройство сварганить, а сегодня, что твориться........................................!

    ОтветитьУдалить