Принцип токарной обработки металла: история и современность

История развития металлообработки — от древнего мира до промышленной революции

История человеческой цивилизации тесно связана с историей добычи и обработки металлов. Очень давно, когда людям, уже научившимся обрабатывать камень, впервые попали в руки самородки меди, даже очень простые изделия из нее показались лучше и полезнее предметов, вытесанных из камня.

Именно в процессе совершенствования навыков работы с металлом были созданы — поначалу примитивные, а впоследствии и более совершенные приемы металлообработки, ставшие базисом современной технологической культуры.
Значительная часть окружающих нас объектов материального мира создана из металлов.

А все остальное, что к ним непосредственного отношения не имеет, было получено, изготовлено либо построено с использованием металлических станков, машин, инструментов и механизмов.

Сегодня трудно себе представить жизнь населяющих Землю людей и устройство человеческого общества, если бы на планете не существовали металлы, или человек в свое время не научился их находить, добывать и обрабатывать. 

Древний мир как колыбель современных технологий металлообработки

Специалисты – историки, изучающие древний мир, полагают, что первыми металлами, которые попали в руки человеку, были золотые и медные самородки, а также метеоритное железо.

Временной интервал, который много тысячелетий спустя ученые XIX столетия назвали медным веком, охватывает значительный исторический и технологический период, пройденный человечеством — от первых экспериментов с найденными кусками самородной меди, до литья и ковки разнообразных предметов из металла, полученного из медной руды.

На различных континентах и в отдельных социумах человек научился работать с медью не одновременно, поэтому весь этот период историки датируют с запасом: V-III тысячелетиями до нашей эры.

Не следует думать, что в это время уже произошел бурный расцвет технологий – в медном веке большая часть предметов быта и инструментов для обработки почвы по-прежнему изготавливалась из камня. Эпоха обработки меди только начиналась. Кроме того, изготовленные из меди предметы оказались слишком мягкими.

Для украшений это не было недостатком, а вот медные орудия труда быстро деформировались и нуждались в восстановлении исходной формы при помощи ковки.

Сейчас можно только догадываться о том, какие эксперименты с огнем, кусками медной и оловянной руды привели древних людей к случайному созданию сплава, который оказался тверже обоих исходных металлов.

  Изготовленные из бронзы наконечники для стрел, топоры, иголки и другие инструменты ознаменовали наступление нового исторического и технологического периода в жизни человечества – бронзового века.

 


Первый социальный заказ: оружие, сельскохозяйственные орудия и украшения

Найденные археологами предметы, изготовленные из бронзы, меди и золота, свидетельствуют о значительно возросшем к 13-11 векам до нашей эры уровне навыков и приемов работы древних людей с металлами.

А обнаруженные при раскопках следы медных и оловянных рудников того периода – о существовании достаточно полного и совершенного комплекса добычи нужных металлов и их последующей обработки.

 Описывая данный период, историки смело употребляют современные термины – «металлургия», «импорт меди и бронзы», и это говорит о подлинном расцвете производства металлов и торговли между образовавшимися в то же время городами – государствами, и плотно заселенными провинциями.

Основными металлическими изделиями, востребованными обществом в конце бронзового века, были инструменты для обработки земли, дерева и камня, разнообразное оружие и украшения. Многократно возросший уровень знаний и практических навыков работы с металлами заложил основы дальнейшего развития металлургии и начала использования железа.

Считается, что более мягкий, чем бронза, и подверженный ржавлению металл, люди начали использовать, так как почти опустошили найденные ими месторождения олова. Железная руда встречается намного чаще.

Это и послужило отправной точкой совершенствования способов добычи железа, изготовления из него и последующего закаливания всех необходимых предметов.

От железного века к эпохе новых способов металлообработки 

Железный век пришел на смену бронзовому, и стал для человечества переходным периодом к открытию и началу повсеместного использования новых приемов обработки металлов. Люди уже дано освоили ковку, а теперь и примитивное литье металлических изделий, хотя эти способы не позволяли изготавливать все необходимые в быту и нужные для созидательной трудовой деятельности предметы. 

Даже проблема чрезмерной мягкости железа при помощи многократного отжига и обогащения его углеродом была успешно решена – сначала некоторыми отдельными народами, а затем, с течением времени, этот способ распространился по всему миру.

Однако для получения более совершенных изделий нужно было научиться делать в железных предметах отверстия. Частично эта проблема решалась в процессе литья, но этим способом было невозможно обеспечить точные отверстия небольшого размера.

Сверлить камень научились еще в Древнем Египте. Высеченные из кремня первобытные сверла успешно справлялись с этой задачей, но для сверления отверстий в металле они не годились. Намного позднее сверла в виде острого пера стали изготавливать способом ковки.

Первобытное приспособление для сверления отверстий напоминало современный коловорот, который для большей эффективности утяжелялся мешками с песком.

Но металлические спиральные сверла, частично напоминающие современные, научились изготавливать методом ковки только в Средние века.

Кроме сверления отверстий, в процессе изготовления металлических предметов нужно было научиться чисто обрабатывать их поверхность, которая после литья в простейшие формы редко получалась достаточно гладкой. Прогресс неуклонно подталкивал людей к необходимости обработки металлических заготовок при помощи режущих инструментов, изготовленных из более твердого металла. Но до появления способов обработки вращаю

щихся металлических деталей при помощи резца должно было пройти немало времени. Хотя начальные прототипы токарных станков, на которых можно было обрабатывать — пока только деревянные детали, существовали уже тогда.

Развитие точной механики как технологический фон совершенствования средств металлообработки – замки, часы, навигация

 
Значительным подспорьем для конструкторов первых приспособлений и станков, при помощи которых стало возможным обрабатывать литые металлические заготовки и изделия, стали технические новации и разработки, появившиеся в других областях практической деятельности человека.

Учитывая важную роль мореплавания, которое имело большое значение для международной торговли и военного дела, многие видные ученые тех лет занимались совершенствованием навигационных приборов.

 

Даже первые механические часы с точным ходом, собранные талантливым английским механиком Джоном Гаррисоном в 1735 году, были задуманы как более совершенная замена примитивным морским хронометрам, не позволявших с нужной точностью определять координаты кораблей методом астрономической космографии.

А прообраз современного секстанта – прибор с высокоточной оптикой, позволяющий определять местоположение движущегося судна, в 1730 году изготовил и опробовал английский физик Джон Хэдли.    

Один за другим, точные механизмы появлялись в самых различных областях.

В 1778 году английскому изобретателю Джону Баррону удалось создать первый штифтовой замок, в котором язычок запорного механизма удерживался несколькими штифтами. В эти же годы появились первые настенные и настольные 

часы с усовершенствованным спусковым механизмом, а механики уже вовсю экспериментировали с их уменьшенными копиями, которым вскоре было суждено стать прообразом переносных — карманных часов. 

Все эти достижения были бы невозможны без металлообрабатывающих станков, при помощи которых удалось изготовить детали этих сложных механизмов. Повышенные требования к точности для деталей часовых механизмов, а также появление новых конфигураций обрабатываемых поверхностей породили массу новаторских изобретений в области металлообработки.

Благодаря этому были реализованы идеи создания конструкций, которые ранее невозможно было воплотить в жизнь. В свою очередь, новые решения авторов удачных конструкций впоследствии пригодились создателям станков, которые использовали некоторые идеи как отправную точку для повышения точности и совершенствования механизмов токарного станка.

Токарный станок и технологическая революция в металлообработке 

Историки настаивают, что конструкция станка с двумя центрами, которые удерживали между собой деревянную деталь, была известна еще в середине VII до н.э. Деревянную заготовку вращали – то в одну, то в другую сторону специально выделенные для этой работы рабы.

Древний «токарь» постепенно обтачивал заготовку примитивным металлическим резцом, но уже тогда результат такой работы оправдывал несовершенство конструкции и связанные с этим затраты времени и труда.

Со временем обрабатываемую деталь научились вращать при помощи лука с прослабленной тетивой, которая обхватывала, и при поступательном движении лука раскручивала заготовку. Опять же, это вращение совершалось попеременно в разные стороны.

Более прогрессивный – ножной привод с шатуном, педалью и кривошипом, конструктивно напоминающий швейные машины недавнего прошлого, появился в XV веке. Это был переломный момент в развитии токарного станка – теперь деталь безостановочно крутилась в одном направлении, и мастеру стало работать намного удобнее.

Мощности усилия такого привода для обработки металлических деталей не хватало. Кроме того, точить твердые материалы, держа резец в руке, было почти невозможно.

На помощь была призвана сила текущей воды, и водяное колесо на несколько веков стало основным движителем механизма токарного станка.

Теперь и металлические детали стали подвластны умелому токарю, хотя резец по-прежнему приходилось держать в руках, опирая его на простейшую подставку. 

И все же, для того чтобы облегчить токарные работы и сделать их более точными, потребовалась существенная доработка конструкции станка, затронувшие все его основные системы. Задача была поставлена, но механикам тех лет пришлось немало поработать, чтобы найти соответствующие технические решения. Самые интересные из них, разработанные в XVI веке французским ученым и математиком Жаком Бессоном, и изложенные им в трактате «Театр приборов и  машин», оказали огромное значение на дальнейшее развитие принципов металлообработки. 

Многие из идей этого гениального человека реализованы, и используются в конструкциях современных станков сегодня. В собственной разработке токарно-винторезного станка ученый предусмотрел возможность обработки деталей не только стандартной цилиндрической формы, но и любых конусообразных поверхностей.

Развитие технологии металлообработки в России

 Пытливый ум и техническая сметка русского человека проявились задолго до того, как возникло понятие «техника».

Исторические данные свидетельствуют, что еще в X веке на Руси умели изготавливать разнообразные металлические предметы быта, оружие и несложный хозяйственный инвентарь.

Всего через несколько веков, когда формировались первые российские оружейные династии, для изготовления стволов уже тогда применялись простейшие станки с ручным приводом для сверления и токарных работ.

Не отставая от иностранных коллег, российские мастера еще в XV веке подключили свои станки к водяным мельницам, поручив воде вращать заготовки, закрепленные в токарном станке, и прообраз винтового сверла в сверлильном.

Спустя почти два с половиной столетия революционный вклад в разработку принципов устройства токарных станков внес талантливый российский ученый Андрей Константинович Нартов – член Академии Наук, состоявший в чине статского советника.

     В начале XVIII века, вернувшись из очередной заграничной поездки, царь — реформатор Петр I создал «царевы» токарные мастерские, руководить которыми назначил А.К.Нартова.

Имея под рукой все наиболее совершенное, по меркам тех дней, оборудование, Андрей Константинович изобрел – ни много ни мало – механизированный суппорт токарного станка, конструкция которого без особых изменений используется и поныне.  До этой разработки токарю приходилось удерживать и перемещать резец вдоль обрабатываемой детали вручную.

Суппорт Нартова не только решил эту проблему, но и за счет управляемого перемещения инструмента позволил выполнять на станках нарезку резьбы и зубьев шестерен. Значение этого изобретения для эволюции металлообработки трудно переоценить, и оно по праву входит в перечень технических новаций, оказавших существенное влияние на развитие производственных возможностей человечества.            

Примерно в те же годы во весь голос заявили о себе и тульские оружейники. Талантливый механик – самоучка по фамилии Сидоров создал мощный агрегат, позволявший с большой точностью высверливать ружейные стволы.

Его приводила в действие водяная мельница.

Взяв разработку Сидорова за основу, не менее выдающийся механик и оружейных дел мастер Яков Батищев создал конструкцию станка, который мог сверлить стволы для 24 ружей одновременно.

В двух шагах от промышленной революции – темпы развития ускоряются

К середине XVIII века в России было создано множество заводов и фабрик, на которых, впрочем, пока по-прежнему интенсивно использовался преимущественно ручной труд. Чтобы создать условия для выпуска крупных партий товара, явно не хватало новых, высокопроизводительных станков и машин на всех ответственных и наиболее важных участках производства.

Читайте также:  Подвесная кран балка: описание и области применения

Это понимали многочисленные русские механики, которые с энтузиазмом приняли участие в модернизации имеющегося, и создания нового промышленного оборудования.

Знаменитый изобретатель Иван Ползунов создал конструкцию уникального станка для расточки цилиндров паровых машин, а не менее известный даже нашим современникам Иван Кулибин – особо точный станок для изготовления шестерен часовых механизмов. Не остался в стороне от естественных процессов замены устаревших средств производства легендарный ученый и выходец из народа М.

В.Ломоносов. Он разработал конструкции шлифовального, лоботокарного и сферотокарного станков. Еще быстрее появлялось новое оборудование, и развивались технологии металлообработки в США и странах Европы.

Важным событием для будущего стала конструкция французского механика из Лиона Жака Вокансона, представившего в 1851 году первый универсальный токарный станок — не лишенный недостатков, но очень прогрессивный для своего времени.  Качественно нарезать резьбы токарный станок научил англичанин Д.

Рамедон, в 1778 году порадовавший современников сразу двумя оригинальными конструкциями, выполнявшими эту задачу при помощи специальных резцов и набора сменных шестерен. Чуть позже идеи англичанина использовал в процессе создания специализированного станка для нарезки винтов француз Сено. Он запустил этот агрегат в 1795 году.

  В эти годы в Европе и США стремительно развивались процессы замены ручного труда машинным – явления, которое позднее назовут Великой индустриальной революцией. Оставалось всего 5 лет до появления конструкции по-настоящему универсального токарного станка Генри Модсли.

И уже начал свои изыскания американец Эли Уитни – промышленник и изобретатель, впоследствии создавший первый действующий станок, выполняющий фрезерные работы. В России полномасштабная промышленная революция надолго задержалась, но на то были объективные причины, связанные, в первую очередь, с преимущественно аграрным укладом экономики. Но ход истории не остановить, и ближе к концу XIX века промышленный капитализм коренным образом изменил экономику царской России. К сожалению, из-за начавшегося с революции 1905 года времени потрясений, в полной мере воспользоваться его преимуществами стране не удалось.

Источник: https://kospas.ru/istoriya-metalloobrabotki-part1

Токарные работы: история и современность

Токарные работы являются наиболее распространенным методом обработки деталей резанием. Выполняются они на токарных металлорежущих станках обычно при вращательном движении изделия и поступательном движении резца. Токарная обработка подразумевает срезание с заготовки лишнего слоя металла до получения детали требуемой формы, размеров и шероховатости поверхности.

Проводятся токарные работы для обработки наружных, внутренних, цилиндрических, конических, фасонных, торцевых поверхностей, вытачивания пазов и канавок, отрезки заготовки, нарезания наружных и внутренних резьб. На токарных станках обрабатываются детали типа тел вращения: валы, зубчатые колеса, втулки, кольца, муфты, гайки и т.д.

Различают черновое и чистовое точение. При черновом точении обработку проводят с максимально допустимыми по условиям обработки глубиной резания и подачей резца. Чистовым точением получают детали с окончательными размерами и поверхностью высокого класса шероховатости

Наиболее часто используемыми инструментами в токарных станках являются резцы. Резец состоит из рабочей части — головки и державки. Державка предназначена для закрепления резца в суппорте станка. Существуют проходные, отрезные, расточные, резьбовые, подрезные и фасонные резцы.

Проходные резцы, как прямые, так и отогнутые используют для точения наружных поверхностей, снятия фасок. Подрезные — для подрезания торцов заготовки, резьбовые — для нарезания наружных и внутренних резьб, отрезные — для отрезания заготовки.

Для растачивания сквозных и глухих отверстий используют расточные резцы.

Металлообработка в Древней Руси

Источником для изучения технологии обработки металла в Древней Руси послужила продукция древнерусских кузнецов в виде разнообразных изделий из железа и стали.

Исследуя большое количество ремесленного инструмента, утвари и прочих металлических изделий стало возможно обобщить отдельные технические характеристики и выявить разнообразные технологические приемы обработки металла в древности.

Основным методом исследования послужил металлографический анализ, для которого у каждого исследуемого изделия вырезался образец.

Как показали исследования, основным видом обработки металла в Древней Руси была обработка металла давлением, т.е. обработка в горячем состоянии путем ковки и штамповки. Наряду с этим существовали операции обработки металла резанием (опиловка напильником, обточка на точильном кругу, рубка зубилом и т. д.), которые в большинстве случаев имели доводочное назначение.

Еще одним широко распространенным технологическим приемом обработки металла была обточка металла, относящаяся к технологии холодной обработки резанием.

Ее применяли, когда необходимо было придать предмету светлую и гладкую поверхность, а также выточить отдельные элементы в изделиях. Эта операция сопровождала изготовление почти каждого предмета.

При изготовлении некоторых видов ножей, кос, копий, мечей и других изделий операция обточки являлась основной в придании формы изделию (например, при изготовлении ножей с многослойными лезвиями).

Обточка металла, т. е. снятие мелкой металлической стружки, производилась точильными кругами и брусками. Материалом кругов и брусков служил естественный камень. Среди кругов и брусков, найденных в ходе археологических раскопок, встречается несколько видов камней — песчаник, наждак, корунд. Для более мягкого шлифования применяли искусственные материалы.

Очень часто находимые в погребениях и культурных слоях маленькие точильные бруски — оселки — могли служить лишь для заточки затупленных во время употребления лезвий ножей, ножниц, кос и других орудий и инструментов.

Опиловка металла напильником — основная операция слесарной обработки — была также широко распространенной в Древней Руси, прежде всего при изготовлении сложных и многообразных замочных механизмов. Употреблялся напильник и при производстве пил, отделке стрел и т.д.

Другие статьи по сходной тематике

Источник: http://TochMeh.ru/info/tokar6.php

История токарного станка

История относит изобретение токарного станка к 650 гг. до н. э. Станок представлял собой два соосно установленных центра, между которыми зажималась заготовка из дерева, кости или рога. Раб или подмастерье вращал заготовку (один или несколько оборотов в одну сторону, затем в другую).

Мастер держал резец в руках и, прижимая его в нужном месте к заготовке, снимал стружку, придавая заготовке требуемую форму. Позднее для приведения заготовки в движение применяли лук со слабо натянутой (провисающей) тетивой. Тетиву оборачивали вокруг цилиндрической части заготовки так, чтобы она образовала петлю вокруг заготовки.

При движении лука то в одну, то в другую сторону, аналогично движению пилы при распиливании бревна, заготовка делала несколько оборотов вокруг своей оси сначала в одну, а затем в другую сторону. В XIV — XV веках были распространены токарные станки с ножным приводом. Ножной привод состоял из очепа — упругой жерди, консольно закрепленной над станком.

К концу жерди крепилась бечевка, которая была обернута на один оборот вокруг заготовки и нижним концом крепилась к педали. При нажатии на педаль бечевка натягивалась, заставляя заготовку сделать один — два оборота, а жердь — согнуться. При отпускании педали жердь выпрямлялась, тянула вверх бечевку и заготовка делала те же обороты в другую сторону.

Примерно к 1430 г. вместо очепа стали применять механизм, включающий педаль, шатун и кривошип, получив, таким образом, привод, аналогичный распространенному в XX веке ножному приводу швейной машинки. С этого времени заготовка на токарном станке получила вместо колебательного движения вращение в одну сторону в течение всего процесса точения. В 1500 г.

токарный станок уже имел стальные центры и люнет, который мог быть укреплен в любом месте между центрами.

На таких станках обрабатывали довольно сложные детали, представляющие собой тела вращения, — вплоть до шара. Но привод существовавших тогда станков был слишком маломощным для обработки металла, а усилия руки, держащей резец, недостаточными, чтобы снимать большую стружку с заготовки.

В результате обработка металла оказывалась малоэффективной. необходимо было заменить руку рабочего специальным механизмом, а мускульную силу, приводящую станок в движение, более мощным двигателем.

Появление водяного колеса привело к повышению производительности труда, оказав при этом мощное революционизирующее действие на развитие техники. А с середины XIV в. водяные приводы стали распространяться в металлообработке. В середине XVI Жак Бессон (умер в 1569 г.

) — изобрел токарный станок для нарезки цилиндрических и конических винтов. В начале XVIII века Андрей Константинович Нартов (1693-1756), механик Петра Первого, изобретает оригинальный токарно-копировальный и винторезный станок с механизированным суппортом и набором сменных зубчатых колес.

Чтобы по-настоящему понять мировое значение этих изобретений, вернемся к эволюции токарного станка. В XVII в. появились токарные станки, в которых обрабатываемое изделие приводилось в движение уже не мускульной силой токаря, а с помощью водяного колеса, но резец, как и раньше держал в руке токарь. В начале XVIII в.

токарные станки все чаще использовали для резания металлов, а не дерева, и поэтому проблема жесткого крепления резца и перемещения его вдоль обрабатываемой поверхности стола весьма актуальной. И вот впервые проблема самоходного суппорта была успешно решена в копировальном станке А. К. Нартова в 1712 г.

К идее механизированного передвижения резца изобретатели шли долго. Впервые эта проблема особенно остро встала при решении таких технических задач, как нарезание резьбы, нанесение сложных узоров на предметы роскоши, изготовление зубчатых колес и т.д.

Для получения резьбы на валу, например, сначала производили разметку, для чего на вал навивали бумажную ленту нужной ширины, по краям которой наносили контур будущей резьбы. После разметки резьбу опиливали напильником вручную. Не говоря уже о трудоемкости такого процесса, получить удовлетворительное качество резьбы таким способом весьма трудно.

А Нартов не только решил задачу механизации этой операции, но в 1718-1729 гг. сам усовершенствовал схему. Копировальный палец и суппорт приводились в движение одним ходовым винтом, но с разным шагом нарезки под резцом и под копиром. Таким образом было обеспечено автоматическое перемещение суппорта вдоль оси обрабатываемой заготовки.

Правда, поперечной подачи еще не было, вместо нее было введено качание системы «копир-заготовка». Поэтому работы над созданием суппорта продолжались. Свой суппорт создали, в частности, тульские механики Алексей Сурнин и Павел Захава. Более совершенную конструкцию суппорта, близкую к современной, создал английский станкостроитель Модсли, но А. К.

Нартов остается первым, кто нашел путь к решению этой задачи. Вообще нарезка винтов долго оставалась сложной технической задачей, поскольку требовала высокой точности и мастерства. Механики давно задумывались над тем, как упростить эту операцию. Еще в 1701 году в труде Ш. Плюме описывался способ нарезки винтов с помощью примитивного суппорта.

Для этого к заготовке припаивали отрезок винта в качестве хвостовика. Шаг напаиваемого винта должен был быть равен шагу того винта, который нужно было нарезать на заготовке. Затем заготовку устанавливали в простейших разъемных деревянных бабках; передняя бабка поддерживала тело заготовки, а в заднюю вставлялся припаянный винт.

При вращении винта деревянное гнездо задней бабки сминалось по форме винта и служило гайкой, вследствие чего вся заготовка перемещалась в сторону передней бабки. Подача на оборот была такова, что позволяла неподвижному резцу резать винт с требуемым шагом.

Подобного же рода приспособление было на токарно-винторезном станке 1785 года, который был непосредственным предшественником станка Модсли. Здесь нарезка резьбы, служившая образцом для изготавливаемого винта, наносилась непосредственно на шпиндель, удерживавший заготовку и приводивший ее во вращение.

(Шпинделем называют вращающийся вал токарного станка с устройством для зажима обрабатываемой детали.

) Это давало возможность делать нарезку на винтах машинным способом: рабочий приводил во вращение заготовку, которая за счет резьбы шпинделя, точно так же как и в приспособлении Плюме, начинала поступательно перемещаться относительно неподвижного резца, который рабочий держал на палке. Таким образом ни изделии получалась резьба, точно соответствующая резьбе шпинделя. Впрочем, точность и прямолинейность обработки зависели здесь исключительно от силы и твердости руки рабочего, направлявшего инструмент. В этом заключалось большое неудобство. Кроме того, резьба на шпинделе была всего 8-10 мм, что позволяло нарезать только очень короткие винты.

Читайте также:  Типы электроэрозионных станков и обработка металла

Вторая половина XVIII в. в станкостроении ознаменовалась резким увеличением сферы применения металлорежущих станков и поисками удовлетворительной схемы универсального токарного станка, который мог бы использоваться в различных целях. В 1751 г. Ж.

Вокансон во Франции построил станок, который по своим техническим данным уже походил на универсальный. Он был выполнен из металла, имел мощную станину, два металлических центра, две направляющие V-образной формы, медный суппорт, обеспечивающий механизированное перемещение инструмента в продольном и поперечном направлениях.

В то же время в этом станке отсутствовала система зажима заготовки в патроне, хотя это устройство существовало в других конструкциях станков. Здесь предусматривалось крепление заготовки только в центрах. Расстояние между центрами можно было менять в пределах 10 см.

Поэтому обрабатывать на станке Вокансона можно было лишь детали примерно одинаковой длины. В 1778 г. англичанин Д. Рамедон разработал два типа станков для нарезания резьб.

В одном станке вдоль вращаемой заготовки по параллельным направляющим передвигался алмазный режущий инструмент, скорость перемещения которого задавалась вращением эталонного винта. Сменные шестерни позволяли получать резьбы с разным шагом.

Второй станок давал возможность изготавливать резьбу с различным шагом на детали большей длины, чем длина эталона. Резец продвигался вдоль заготовки с помощью струны, накручивавшейся на центральную шпонку. В 1795 г. французский механик Сено изготовил специализированный токарный станок для нарезки винтов. Конструктор предусмотрел сменные шестерни, большой ходовой винт, простой механизированный суппорт. Станок был лишен каких-либо украшений, которыми любили украшать свои изделия мастера прежде.

Накопленный опыт позволил к концу XVIII века создать универсальный токарный станок, ставший основой машиностроения. Его автором стал Генри Модсли. В 1794 г. он создал конструкцию суппорта, довольно несовершенную. В 1798 г., основав собственную мастерскую по производству станков, он значительно улучшил суппорт, что позволило создать вариант универсального токарного станка. В 1800 г.

Модсли усовершенствовал этот станок, а затем создал и третий вариант, содержавший все элементы, которые имеют токарно-винторезные станки сегодня. При этом существенно то, что Модсли понял необходимость унификации некоторых видов деталей и первым стал внедрять стандартизацию резьб на винтах и гайках. Он начал выпускать наборы метчиков и плашек для нарезки резьб.

Токарный станок Робертса Одним из учеников и продолжателей дела Модсли был Р. Робертс. Он улучшил токарный станок тем, что расположил ходовой винт перед станиной, добавил зубчатый перебор, ручки управления вынес на переднюю панель станка, что сделало более удобным управление станком. Этот станок работал до 1909 г. Другой бывший сотрудник Модсли — Д.

Клемент создал лоботокарный станок для обработки деталей большого диаметра. Он учел, что при постоянной скорости вращения детали и постоянной скорости подачи по мере движения резца от периферии к центру скорость резания будет падать, и создал систему увеличения скорости. В 1835 г. Д.

Витворт изобрел автоматическую подачу в поперечном направлении, которая была связана с механизмом продольной подачи. Этим было завершено принципиальное совершенствование токарного оборудования.

Следующий этап — автоматизация токарных станков. Здесь пальма первенства принадлежала американцам. В США развитие техники обработки металлов началось позднее, чем в Европе. Американские станки первой половины XIХ в. значительно уступали станкам Модсли. Во второй половине XIХ в. качество американских станков было уже достаточно высоким.

Станки выпускались серийно, причем вводилась полная взаимозаменяемость деталей и блоков, выпускаемых одной фирмой. При поломке детали достаточно было выписать с завода аналогичную и заменить сломанную деталь на целую без всякой подгонки. Во второй половине XIХ в.

были введены элементы, обеспечивающие полную механизацию обработки — блок автоматической подачи по обеим координатам, совершенную систему крепления резца и детали. Режимы резания и подач изменялись быстро и без значительных усилий.

В токарных станках имелись элементы автоматики — автоматический останов станка при достижении определенного размера, система автоматического регулирования скорости лобового точения и т.д. Однако основным достижением американского станкостроения было не развитие традиционного токарного станка, а создание его модификации — револьверного станка.

В связи с необходимостью изготовления нового стрелкового оружия (револьверов) С. Фитч в 1845 г. разработал и построил револьверный станок с восемью режущими инструментами в револьверной головке. Быстрота смены инструмента резко повысила производительность станка при изготовлении серийной продукции.

Это был серьезный шаг к созданию станков-автоматов. В деревообработке первые станки-автоматы уже появились: в 1842 г. такой автомат построил К. Випиль, а в 1846 г. Т. Слоан. Первый универсальный токарный автомат изобрел в 1873 г. Хр. Спенсер.

Источник: http://turner.narod.ru/dir1/histori.htm

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.

Читайте также:  Схема подключения трехфазного двигателя через пускатель

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.

Источник: http://publicistik.blogspot.com/2010/10/blog-post_7636.html

Металлорежущие станки. История развития

Металлорежущие станки по своей конструкции являются преемниками механизмов, предназначенных для производства изделий из древесины, камня и кости. От своих предшественников металлорежущие станки унаследовали основные принципы устройства и действия. Поэтому «Очерки истории станков для резания металлов» необходимо начать с исследования развития станков, им предшествовавших.

Возможность получения гладких поверхностей с помощью вращательного движения изделия или инструмента стала известна человеку в весьма отдаленную эпоху. Уже добывание огня трением показало возможность получения тела вращения и соответствующей формы отверстия.

Первые устройства для получения поверхностей вращения нельзя отнести к какой-либо группе станков (токарной, сверлильной, шлифовальной) в современном представлении. Эти устройства были элементарна просты и универсальны.

Путем усовершенствования на протяжении тысячелетий они превратились в станки. Токарный станок является наиболее старым. Он играл ведущую роль среди устройств для резания материалов.

Значение станков токарной группы сохраняется и в современном машиностроении, несмотря на то что многие виды работ выполняются в настоящее время другими станками.

До эпохи промышленного переворота металлические изделия подвергались токарной обработке редко, но с ростом производства машин понадобились станки, приспособленные специально для изготовления металлических частей.

В первой половине XVIII в. уже существовали токарные и токарно-винторезные станки по металлу, но широкого распространения они тогда еще не приобрели, так как не было массовых заказов на их изделия, и важнейшие детали машин, в том числе и паровых, изготовлялись слесарями вручную.

Необходимость в машинном изготовлении металлических- деталей машин, связанная с широким переходом к машинному производству во всех отраслях промышленности, в полной мере проявилась лишь в конце XVIII—первой четверти XIX в.

и послужила толчком к усовершенствованию металлорежущих станков, в первую очередь токарных. При этом были использованы или открыты вновь ранее известные усовершенствования и сделаны новые замечательные изобретения, позволившие далеко двинуть вперед технику машиностроительного производства.

Таким был, в самых общих чертах, путь развития токарных металлорежущих станков.

Выделение в самостоятельную группу сверлильно-расточных станков было связано с потребностью в изготовлении артиллерийских орудий. В XV в. появились сравнительно сложные и тяжелые металлорежущие станки, предназначенные для обработки канала ствола орудия.

Затем были созданы агрегаты, которые производили, кроме того, наружную обточку орудийного ствола, отрезание литейной прибыли и обточку цапф. Эти станки в XVIII в. были использованы также для обработки цилиндров насосов, воздуходувок и паровых машин.

Как и для других металлорежущих станков, толчком для их усовершенствования послужило широкое развитие в начале XIX в. машиностроения и прежде всего изготовление паровых машин.

Абразивные станки (точила) выделились в самостоятельную группу оборудования довольно рано.

Они представляли собой круги естественного камня, приводимые в движение мускульной силой человека, лошадьми или водяным колесом.

На протяжении весьма длительного времени конструкции этих станков менялись очень мало. Появление усовершенствованных абразивных станков относится уже ко второй половине XIX в.

Возникновение станков фрезерной группы, прежде всего зубофрезерных, связано с потребностью в большом количестве точно изготовленных зубчатых колес для часов, получивших в XVII в. весьма большое распространение. Опыт конструирования мелких зуборезных станков часового производства был впоследствии, в XVIII в.

, перенесен на изготовление крупных станков, предназначенных для обработки ответственейших и наиболее трудоемких деталей машин — зубчатых колес. Фрезерование металлических поверхностей стало практиковаться еще в XVIII в., но в промышленности этот вид обработки металлов был применен лишь в первой четверти XIX в.

Принцип возвратно-поступательного движения резца или изделия, легший в основу создания строгальных станков, возник из опыта английских ремесленников, выстрагивавших модные в XVII в. узоры на черенках ножей. Конструкции английских устройств были описаны в литературе.

В то же время возникла потребность в изготовлении инструментов с точными плоскостями для научной работы и делались попытки создания оборудования для исполнения этой работы. А. К. Нартов, выдающийся механик первой половины XVIII в., сконструировал и построил машины, имевшие все элементы современных нам продольно-и поперечно строгальных станков.

Далее француз Фок, англичане Модели, Клемент, Роберте и другие создали станки, в которых не только принцип действия, но и конструктивное оформление приняло устойчивые формы.

Источник: https://www.autowelding.ru/publ/1/metallorezhushhie_stanki/1/14-1-0-127

История развития обработки металлов

ООО «КомплектСнаб» обеспечивает:

— Оперативную проработку заявок

— Выпуск продукции высокого качества в согласованные сроки

— Оперативную корректировку номенклатуры и количества поставляемого оборудования с учетом требования Заказчика

Главная / Статьи / История развития обработки металлов

Механическая обработка металла развивалась пропорционально металлургии. Чем больше люди узнавали о свойствах металлов и возможностях, которые появляются благодаря новым металлическим изделиям, тем больше методов и технологий эффективной обработки они придумывали.

Приблизительно в 8-7 вв. до нашей эры люди познакомились с медью и бронзой. Правда, никаких особых приспособлений для ее преобразования во что-то полезное не имелось и приходилось справляться подручными инструментами.

Примерно в середине первого тысячелетия до н. э. зародился некий прообраз токарного станка: заготовка изделия зажималась в тиски, подмастерье вращал эту заготовку, а мастер наносил резьбу. Правда, в качестве материала чаще всего использовали кость или дерево, о металле речи пока не шло.

В 15 в. получили распространение станки с ножным приводом, чем-то напоминающие ножную швейную машину.

В 17 веке токарные станки были слегка усовершенствованы и приводились в движение с помощью привода от водяной мельницы. Резьбу по-прежнему вручную наносил мастер.

Зато медленно, но верно, железо становилось все популярнее и распространеннее, и резьбу по дереву приходилось делать все реже. Это требовало очередной модернизации: резец нужно было как-то закрепить. Проблему решил русский механик А. К.

Нартов, став первым изобретателем токарно-винторезного станка с механизированным суппортом. Чуть позже Ломоносов создает самый первый шлифовальный станок.

До 20 века массовое производство металлических деталей применялось почти только в одной военной промышленности. Всё остальное, как правило, выполнялось вручную на заказ.

Зато на рубеже 19 и 20 веков, с активным развитием машиностроения, началось изучение различных способов механической обработки деталей: прогресс требовал.

В результате механики и ученые добились того, что получаемые изделия в точности соответствовали по размерам и форме задуманным на чертеже.

Сегодня технологии позволяют обрабатывать металл, получая любые формы и любое количество деталей, сокращая количество брака фактически до нуля, а металлообработка на заказ дает возможность сделать эти детали прочными и устойчевыми к коррозии.

Источник: http://KomplectSnab.ru/istoriya-razvitiya-obrabotki-metall

Ссылка на основную публикацию