История развития станкостроения

ИСТОРИЯ РАЗВИТИЯ СТАНКОСТРОЕНИЯ

1 ЗАРОЖДЕНИЕ И СТАНОВЛЕНИЕ СТАНКОСТРОЕНИЯ В ДРЕВНЕМ ЕГИПТЕ И СРЕДНЕВЕКОВОЙ ЕВРОПЕ

Найденных при многочисленных раскопках орудия труда древнейшего человека, поселявшего нашу Землю в эру каменного века носят на себе следы механической обработки. Каменные молоты и топоры поражают нас одной (вполне современной) деталью: у них есть гладкие отверстия для насаживания на деревянную ручку. Отверстия были аккуратно просверлены.

Как же делали это сверловщики каменного века? Они пользовались незамысловатым устройством, которое сооружалось следующим образом. Из прочного дерева вырезали стержень, один конец которого заостряли. Этот заостренный конец стержня помещали в углубление в камне, наполненное мелко зернистым песком. Стержень вращали между ладонями, и нижний, острый конец действовал как сверло.

В дальнейшем появилось устройство, позволяющее облегчить сверление: вокруг стержня спирально закручивали тетиву лука. При приведении лука в движение стержень начинал вращаться, а углубление в камне просверливалось в отверстие. Лучковый привод приспособление для вращения детали или точильного камня - был, таким образом, одним из первых узлов будущего станка. Он был известен и с успехом применялся в Древнем Египте около 4000 лет назад.

Интересную информацию из глубины веков приносят к нам греческие и римские геммы - украшения из камня, отделанные и отшлифованные кусочки яшмы, сердолика, малахита. На каждом из них резец древнего скульптора оставил какой-либо орнамент, рисунок, чаще всего мифологического характера.

Вскоре появилось токарное устройство, которое закреплялось на высоте груди человека на двух деревьях и приводилось в движение ногой человека.

Конструкция этого станка была остроумной: вращения осуществлялась с помощью веревки, верхний конец которой был привязан к пружинящей ветке дерева. По середине веревка обвивала изделие, а нижней ее конец заканчивается петлей. Человек вставлял ногу в петлю и, нажимая и отпуская веревку, придавал заготовке вращательное движение.

Множество «проб и ошибок», много столетий потребовалась человечеству для того, чтобы перейти к следующей ступени развития станочного дела - изобретению стационарного ножного привода.

В начале XIV столетия в европейских странах основание токарного станка представляло собой деревянную скамейку - станины. На ней находится две бабки, вертикальные неподвижные, а закрепленные бруски, соединенные горизонтальным продольным бруском. Последний служил опорой для резца, что избавляло станочника от необходимости держать режущий инструмент на весу.

Сам станок был целиком изготовлен из прочного дерева. Над ним свешивалась укрепленная на столбе гибкая жердь, похожая на небольшой колодезный «журавль».

К концу «журавля» крепилась веревка, обвивавшаяся затем вокруг вала и спускавшаяся к ножной педали. Нажимая на нее, токарь приводил деталь во вращение. Отпуская педаль, работник тем самым передавал «эстафету» гибкой жерди, которая вращала деталь в обратном направлении. Приходилось попеременно то прижимать, то отодвигать резец. Применение описанного приспособления освобождало руки токаря, значительно облегчало труд и позволяло опирать резец на брусок - подставку.

Во Франции до наших дней сохранился станок, изготовленный в 1518 г. и предназначенный для дворцовой мастерской. Станок в целом был сделан из дерева, но центры для установки деталей у него уже были металлические. Этот станок имел люнет с рамкой для направления и поддержки изделия, сама же подвижная рамка регулировалась специальным винтом.

В 1615 г. во Франции была издана книга знатока техники того времени Соломона де Ко.

В этой, одной из первых книг учебников рядом с интересными сведениями о различных приспособлениях, применяемых умельцами во Франции и других Европейских государствах, мы находим описание токарного станка, обрабатывающего торцы изделий, причем весьма оригинально. Так, в станке опора каретки прижималась к копиру грузами.

Ко времени выхода книги Соломона де Ко на его родине успешно использовался другой агрегат: станок для нарезания резьбы. В этом станке было не две, а три бабки. Две малые из них сообщали напряжение коробке с ходовым винтом. Коробка удерживала вертикальную стойку с резцом, изделие устанавливали между левой стойкой станка и третьей, большой бабкой. На холостом ходу резец сам отходил от изделия. По мере нарезания резьбы установили резцы с постепенно увеличивающимися коленами.

К тому же периоду относится и другая новинка в станочном деле: токарный станок для овальной обточки изделий. Резец этого станка был закреплен на длинном стержне, опиравшемся на прорези в опорах станка.

XVII век во Франции оказался вообще очень урожайным на технические изобретения в станочном деле. В книге Шерюбина, изданной в 1671 г. приведено описание токарного станка, созданного автором книги. Этот агрегат обладал рядом конструктивных усовершенствований по сравнению с предшественниками. Правда, основной привод у станка был применявшийся ранее ножной, с не переменной тетивой, однако вращение передавалось через коленчатый вал. Кроме того, в станке впервые был использован ступенчато-шкивный привод.

2 РАЗВИТИЕ СТАНКОСТРОЕНИЯ В РОССИИ В НАЧАЛЕ XVII-XX ВЕКОВ

Стремясь вырвать страну из вековой отсталости, в том числе в области техники и производительности труда, Петр 1 выписывал из-за границы иностранных ученых и мастеров, посылал туда учится русских людей, зачастую незнатного звания. На металлообрабатывающих предприятиях центра страны и на Урале они создавали и вводили в строй новые технические средства, основали более современные технологии производства. Усиливалась деятельность мастеров-изобретателей «махин» для обработки металла давлением и резанием.

Сам Петр владел в совершенстве различными ремеслами, однако наиболее внимание уделял токарному искусству и немало времени проводил в своей личной «токарне».

Токарное дело в XVII и XVIII веках понимали весьма широко. Оно включало в себя, помимо точения еще и гравирование, фрезерование, строгание. Мастера токарного дела того времени являлись, по сути дела, квалифицированными инженерами, хорошо знакомыми с основным механики, математики и других наук. Многие из них прошли через основную в 1701 году в Москве навигационную школу. В 1704 г. в это учебное заведение держал экзамен молодой московской простолюдин Андрей Нартов, которому было суждено обессмертить свое имя.

Около двадцати пяти лет посвятил Андрей Нартов усовершенствованию и изобретению станков. Однако прославил себя наш соотечественник созданием механизированного суппорта к токарным станку.

Изобретение суппорта означало в полном смысле слова переворот в металлообработке. 1712 год - эта дата по своему не менее весома в истории человечества, чем год создания парового котла. Именно в 1712 году Андрей Константинович Нартов, руководитель токарной мастерской и преподаватель навигаторской школы, продемонстрировал разработанную им конструкцию токарно-копировального станка, действующего практически без участия человеческих рук: в этом станке появился новый конструктивный элемент, названный изобретателем «держалкой».

Что представлял собой станок?

Двухъярусная станина - «верстак» - была искусно выполнена А.К. Нартовым из мореного дуба (он своим руками изготовил все до одной детали), точеные ножи и верхние стойки. Приводился станок в действие фигурной рукояткой, вращение от которой передавалось на шестерню промежуточного вала.

Вал мог получать вращательное движение от ременного привода. Для этого был предусмотрен дополнительный шкив. На шпиндель станка сначала устанавливали образец-копир, затем - заготовку изделия.

Что же представлял собой суппорт Нартов А.?

Это был перемещаемый вдоль изделия и жестко закрепляемый в случае необходимости блок, в котором винтами зажимался резец. В ходе работы станка приковало внимание к Нартову .По распоряжению самого Петра! мастер был переведен на работу в личную царскую «токарю» в - Петербург. Ему были созданы условия для исследовательской и изобретательской работы. Талант простого русского человека был замечен и поддержан. На следующий год после изобретения суппорта Нартов продемонстрировал еще одно свое детище - новую модель копировального, или его называли в Петровскую эпоху гильоширного станка .

Приводился в действие он от шкива, размещенного вне станка. На шпиндель станка насаживался комплект фасонных копиров, что позволяло, работающему на этом станке, наносить на изделие несложные узоры.

Следующей большой работой изобретателя было создание комбинированного токарно-копировального станка. К разработке его конструкции мастер приступил в 1718 г. Когда чертежи были готовы, и Нартов приготовился к практическому изготовлению деталей и узлов, труд над станком был прерван. Андрей Константиновича послали за границу получить сведения о «гнутии дуба, употреблявшегося в корабельное строительство», а также познакомиться с состоянием металлообработки. Два года продолжалось путешествие Нартов. Перед отъездом Нартову было поручено заказать изготовление этого станка в Англии. Вернувшись в Россию, Нартов написал докладную записку Петру1, в которой перечислил все выполненные им за границей работы и вместе с этим сообщил, что заказать токарно-копировальный станок в Англии не удалось -- ни один из английских мастеров не взялся изготовить для него детали. Впоследствии Нартов сам с помощниками воплотил в металл и дерево свое изобретение. На это потребовалось изобретателю одиннадцать лет. Станок этот сохранился до сих пор и поражает совершенством своей кинематической схемы. Продольные перемещения суппорта в станке впервые совершенствовались автоматически. Ходовой винт его, сам по себе явившийся крупной технической находкой, имел различный шаг для копировальной и рабочей головок. Кстати, винт был нарезан Нартовым на специально созданном им винторезном станке. Заметим, что английский изобретатель моделей иного десятков лет спустя все еще нарезал аналогичные винты для своих станков вручную - и резьба при большой трудоемкости ее выполнения таким образом получалась все таки грубой и неточной.

Двадцатые годы XVIII века были более счастливыми в жизни и творчестве Нартова. Он изобрел станок для изготовления рельефов на изделиях -медалях, монетах, орденах, станок для нарезания зубьев у мелких шестерен, применяемых в часовом производстве.

После смерти Петра Нартов жил и трудился еще 30 лет. За это время он создал целый парк новых станков. Среди них сверлильный станок для глухих пушечных отливок, станок для нарезания продольных узоров на пушках, станок для обточки цапф, а также ряд новых режущих и измерительных инструментов, приборов.

Конструктивные основные идеи Нартова были воплощены при его жизни только в нескольких станках, настоящее же развитие получили в XIX веке, реализованы в российском станкостроении. Некоторые из этих идей не потеряли своего значения и сегодня.

Многие специальные станки появились и были усовершенствованы на Тульском оружейном заводе, основанном Никитой Антуфьевым (бывшим кузнецом), вошедшим в историю по фамилией Демидова. Опытные мастера этого завода Яков Батищев и Марк Сидоров создали несколько машин для оружейного производства. Все эти машины приводились в действие от водяного колеса. Так, для первичного чернового сверления заготовок ружейных стволов Сидоров первым построил машину, снабженную сверлами- штангами. Стволы в процессе обработки охлаждались водой.

Продолживший дело М. Сидорова, Я. Батищев создал обтиральную машину для чистки стволов. Этот мастер первым в русском станкостроении соединил в единую цепь с общим приводом сверлильный, обтиральный и шустовальный станки. Механизация же процессов шустования и обтирания значительно облегчила тяжелые работы. Станок Батищева имел 12 специальных напильников вогнутой формы, механически прижимавшихся к стволам.

Изобретения Батищева намного опередили свое время. Но они подобно изобретениям Нартова долго лежали под спудом, не находя широкого применения в родной стране. После смерти Петра 1 интерес власти к развитию отечественной металлообработки пропал. Созданные на Тульском и других заводах машины постепенно приходили в негодность, о них перестали заботиться: забывались технические достижения начала века.

Забывались ли? Нет, они жили в памяти хоть и немногих, но верных приверженцев отечественного станкостроения. В 1785 году тульский оружейник Алексей Сурнин помощью инструментальщика Латова изготовил машину для точения «замочных лодышек».

В начале XIX века на небосклоне отечественной технической мысли ярко загорается звезда еще одного изобретателя и станочника- Павла Дмитриевича Захавы. На том же Тульском заводе он, начиная с 1810 года, руководил конструированием и производством новых станков, в основном токарных. Назовем наиболее удачные конструкции изобретателя: станок для вторичного и окончательного сверления ружейных каналов, станок для нарезания резьбы, станок для сверления трубки штыка, протяжной станок, полировочный станок.

Одна из этих новинок, а именно станок для окончательного сверления ружейных стволов впервые не имел деревянных частей Станина была цельнометаллической, в машине применен реверс.

В изобретении токарных станков Захава добился особенно больших успехов. В них, как и машинах Нартова, был использован механический суппорт, скользящий люнет (подвижная опора). Резец на станке Захава стал обрабатывать как цилиндрические, так и конические поверхности.

Для своевременной остановки хода резца станок был снабжен и снова впервые! Автоматическим отключающим механизмом.

При непосредственном участии Захавы на Тульском заводе было изготовлено свыше ста металлорежущих станков, которые в значительной части были отправлены и другие отечественные предприятия.

Одновременно с Захава в России работали еще два изобретателя станков Ефим Алексеевич и его сын Мирон Ефимович Черепановы. В тридцатые годы прошлого века отец и сын создали в Нижнем Тагиле ряд горнорудных машин и паровых станков сверлильных, винторезных, «гвоздарных» и токарных.

В канун Отечественной войны: 1812 г. появился в России первый штамповочный молот - машина для обработки металла давлением. С этой же поры начинается хоть и медленный, но неуклонный рост отечественной металлообрабатывающей и станкостроительной промышленности. В середине прошлого века в России уже насчитывалось 25 машиностроительных заводов, а в 1861 г. их было более ста.

Однако количественный рост предприятий не означал качественных сдвигов в станочном деле. Токарный станок по прежнему оставался главным среди машин орудий. Технических прогресс, шагающий по основным капиталистическим странам, словно обходил стороной Россию, обрекая ее на второразрядную роль в мировой экономике.

В 1912 г. общая потребность страны в станках была удовлетворена внутренним производством только на 26%.

Доля собственного станкостроения в пополнении станочного парка неуклонно снижалась

Подлинными хозяевами на станочном рынке России были Германия и другие западные страны.

СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ И ИСТОЧНИКОВ

1. Л.В. Голованов «Соперники резца» М.: «Машиностроение» 1973

2. А.Г. Брикнер «История Петра Великого»: 2-х томах -- М ТЕРРА1996

3. Ю Шевченко «Моя профессия- станочник» М.: Просвещение 1982

4. Н.Н. Чернов «металлорежущие станки» М.: Машиностроение 1987

5. Г.М. Стискин, В.Д. Гаевский токарные станки с оперативным про

граммным управлением К.: 1989

6. В.Л. Косовский, Ю.Г, Козырев, А.Н. Ковшов, В.А. Ратмиров,

Г.Г. Смолко, Б.И. Черпаков Программное управление станками и промышленными работами М.: «Высокая школа» 1986

7. С.Н. Головенков, С.В. Сироткин «Основы автоматики и автоматиче

ского регулирования станков с программным управлением. 2-е изд.

Перераб.и доп. М.: машиностроение 1988