Краткая информация:

Танк Т-34-85 был поставлен на производство зимой 1943-1944 гг. Он вооружался 85-мм пушкой, установленной в литой башне, первоначально разрабатывавшейся для тяжелого танка КВ-85. База танка почти не изменилась по сравнению с Т-34-76. Увеличенная башня вмещала трех членов экипажа, так что командир наконец был освобожден от посторонних функций и мог полностью сосредоточиться на своих основных обязанностях по руководству действиями экипажа.

Дата изобретения: 1904 г.

Краткая информация:

На рубеже XIX — XX вв. во всем мире парусный флот был оттеснен на второе место паровым. При этом кораблестроителям потребовались новые знания для решения многих проблем, связанных со строительством все более мощных кораблей. Назрела необходимость в создании научной теории кораблей. Одним из ее авторов стал русский ученый А.Н. Крылов.

Дата изобретения: 2011 г.

Краткая информация:

Турбогенератор — неявнополюсный синхронный генератор, основная функция которого состоит в конвертации механической энергии в работе от паровой или газовой турбины в электрическую при высоких скоростях вращения ротора (3000, 1500 об/мин). Механическая энергия от турбины конвертируется в электрическую при помощи вращающегося магнитного поля, которое создается током постоянного напряжения, протекающего в медной обмотке ротора, что в свою очередь приводит к возникновению трехфазного переменного тока и напряжения в обмотках статора.

Дата изобретения: 1712 г.

Описание:

Как утверждают историки, первый токарный станок был и изобретен еще в VII в. до н.э. Он представлял собой регулируемые тиски: мастер зажимал в них заготовку, а затем обрабатывал вручную. Такие станки предназначались главным образом для обтачивания деталей из дерева. Полумеханическая обработка заготовок вошла в практику в XV в., когда был изобретен нижний привод: токарь нажимал на педаль, после чего обрабатываемая деталь начинала вращаться, благодаря чему ее было легче обтачивать. Однако такие приводы были маломощными. Поэтому в металлообработке стали применять водяной привод, работавший по принципу водяной мельницы. С его помощью можно было создавать довольно сложные металлические фигуры, например шар или цилиндр.

В VII в. появились токарные станки, в которых обрабатываемое изделие приводилось в движение с помощью водяного колеса, но резец по-прежнему держал в руке токарь. А в XVIII в. токарные станки стали применяться в первую очередь для обработки металла. В связи с этим требовался очень твердый и усиленный (с жестким креплением) резец, способный долгое время не затупляться.

С 1712 по 1725 А. К. Нартов создал целый ряд моделей токарных станков. Часть из них была снабжена суппортами (подвижными приспособлениями для фиксирования резца) и набором сменных зубчатых колес, что позволяло изготавливать детали строго определенной геометрической формы. Однако по-прежнему трудными для выполнения на копировальном станке оставались операции, требующие особой точности: нанесение резьбы для ружей, сложных узоров на предметы роскоши (гравировка), обработка зубчатых шайб и шестеренок. Со временем А.К. Нартов усовершенствовал свои модели, благодаря чему стало возможны автоматическое передвижение суппорта вдоль оси, обрабатываемой заготовки. Правда, поперечной подачи еще не было. Поэтому работы над усовершенствованием суппорта продолжались.

Свой суппорт создали, в частности, тульские механик Алексей Сурнин и Павел Захава. Более совершенную конструкцию суппорта, близкую к современной, удалось придумать английскому станкостроителю Генри Модсли, но А.К. Нартов первым нашел путь к решению этой задачи. Можно считать, что станки Нартова имели стратегическое значение: с их помощью сверлились, например, дула пушек» ведь победы, русского оружия во многом зависели от артиллерии. В работе А.К. Нартова «Ясное зрелище махин» описано более 20 токарных, токарно-копировальных и токарно-винторезных станков различных конструкций.

Выполненные Нартовым чертежи и технические описания свидетельствуют о его больших инженерных познаниях. Деятельность этой мастерской имела решающее значений для развития приборостроительной отрасли в России: созданные Нартовым станки позволяли значительно увеличить точность изготовления деталей для всех используемых в то время инструментов, что впоследствии оценили М.В. Ломоносов и И.П. Кулибин, проводившие свои опыты (каждый в свое время) именно на станках Нартова.

100 великих русских изобретений, Вече 2008

Изобретатель первого в мире токарно-винторезного станка с механизированным суппортом и набором сменных зубчатых колес родился в Москве 28 марта 1693 года. Нартовы - фамилия не дворянская: она происходит от слова «нарты» - до сих пор на Севере так называют сани, а в XVII веке, когда эта фамилия впервые упоминается в столбцах Разрядного приказа, слово означало «лыжи». Нартов происходил из «козацких детей», то есть не имел дворянства. Начало биографии Андрея Константиновича Нартова не слишком примечательно - зато уже в молодые годы его заметил сам царь.

Юность Андрея прошла в Московской школе математических и навигацких наук - той самой, где учились три киношных гардемарина. Школа была основана в 1701 году по указу Петра Великого и располагалась в Сухаревой башне. Любопытно, что дворянских детей в школу принимали в основном «с принуждением»: почище, чем сейчас ловят уклоняющихся от военной службы, - юношей приводил из родного дома военный патруль. А вот дети простых людей, к коим принадлежал и Нартов, шли добровольно: школа была для них хорошим шансом сделать карьеру, проявив себя на военной службе или в нарождающейся промышленности. Нартов освоил в стенах школы ремесло токаря - весьма почитаемое самим царем, увлекавшимся этим ремеслом с детства. В Сухаревой башне была собственная токарная мастерская, делавшая токарные станки, в том числе для царя: Петр неоднократно посещал ее и даже сам в ней работал. Здесь царь приметил Андрея и оценил его таланты, а в 1712 году вызвал в столицу, определив в собственную дворцовую токарню. В помещении, расположенном рядом с царскими покоями, Нартов и жил, и учился - продолжал совершенствовать токарное дело под началом лучшего в России мастера Курносова и обучался механике у немца Зингера. В это время Нартов разработал и построил ряд механизированных станков для получения копированием барельефов и произведений прикладного искусства. Забегая вперед, скажем, что с Нартовым царь не расставался до самой своей кончины в 1725 году.

Именно здесь Нартов придумал новый токарно-копировальный станок, аналог которого в Европе изобретут лишь через 80 лет.

Токарно-копировальный станок, сконструированный А. К. Нартовым, 1718 - 1729 гг. Государственный Эрмитаж.

В токарных станках того времени резец зажимался в специальном держателе, который передвигали рукой, прижимая к обрабатываемому изделию. Качество изделия полностью зависело от точности руки мастера, и проблема была особенно острой, если вспомнить, что в начале XVIII века токарные станки все чаще применялись для обработки металлических, а не деревянных изделий. Нарезать резьбу на болты, нанести сложные узоры на обрабатываемый предмет, изготовить зубчатые колеса с мелкими зубчиками мог только очень искусный мастер. В своем станке Нартов не только закрепил резец, но и применил следующую 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. Станок позволял вытачивать сложнейшие рисунки почти на любых поверхностях. Любопытно, что, несмотря на все дальнейшие усовершенствования придуманного Нартовым механизированного суппорта, принцип его действия остался таким же и в наше время.

Учитель и его ученики

По окончании обучения у петербургских мастеров царь послал Нартова за границу - дабы «приобресть вящие успехи в механике и математике». Другой целью Нартова было то, что сейчас назвали бы промышленным шпионажем (но в те времена изобретения не патентовались и не скрывались державами друг от друга, так что ничего предосудительного в подобной деятельности не было): мастеру было предписано собирать сведения об изобретениях и новых машинах и «для присмотрения токарных и других механических дел» - то есть анализировать успехи европейских мастеров и пытаться воспроизвести их в России). Любопытно, что Нартов не только учился, но и учил - из России он отправился прямо в Берлин, где обучал токарному искусству прусского короля Фридриха-Вильгельма I. Нартов привез из Петербурга свой токарный станок, после осмотра которого прусский король признал: «В Берлине такой махины нет».

Из Пруссии Нартов отправился в Голландию, а затем в Англию. Отсюда он написал Петру I: «При сем Вашему Царскому Величеству доношу, что я здесь таких токарных мастеров, которые превзошли российских мастеров, не нашел и чертежи махинам, которые Ваше Царское Величество приказал здесь сделать, я мастерам казал, и оные сделать по ним не могут... Также и инструмент к тому подлежащий сделал и тот инструмент и пробу работе моей я не премину в кабинет Вашего Царского Величества прислать на кораблях». Из Лондона Андрей Константинович отправился в Париж, где обучался у самых известных ученых того времени: так, при Академии наук он занимался под началом французского математика и механика Пьера Вариньона. Однако и ему было чему поучить академиков: токарному ремеслу Нартов обучал самого президента академии Жан-Поля Биньона - причем на токарном станке своего изготовления. Биньон писал об изделиях, сработанных Нартовым на этом станке: «Невозможно ничего видеть дивнейшего!» И это при том, что уж французские-то мастера знали толк в изящном. Разумеется, помогало Нартову далеко не только мастерство - созданное им устройство не имело равных в Европе: лишь в 1797 году англичанин Генри Модслей заново придумал подобный станок, к тому же не настолько совершенный и притом просто токарный, а не копировальный. Кстати, тот станок, на котором Нартов обучал Биньона, до сих пор хранится в парижском Национальном хранилище искусств и ремесел.

По возвращении на родину Нартов предложил Петру открыть собственную академию - но не наук, а художеств. Под этим словом в те времена понималось не только изобразительное искусство, но и все прикладные знания: скульптура, механика, архитектура, строительное дело, ваяние, различные ремесла. Петр проект оценил и сам дополнил список специальностей, по которым академия должна была вести подготовку. Однако проекту, увы, не суждено было воплотиться в жизнь: после смерти императора Нартов попал в опалу. Всесильный временщик Александр Меншиков не простил Нартову личной ссоры, которая произошла еще при жизни Петра: однажды «светлейший князь» в сильном подпитии пытался прорваться в токарную мастерскую, а Нартов силой удержал его, заявив, что в комнату, которая часто служила Петру рабочим кабинетом, без разрешения государя входить нельзя. «Добро, Нартов, помни это», - пообещал тогда Меншиков и угрозу свою исполнил: Нартов был навсегда выслан из дворца.

Книги, деньги, 44 ствола

Однако таланты Нартова государству были по-прежнему нужны, и императрица направила его на московский Монетный двор - разобраться с причинами, по которым тамошние мастера чеканили монету весьма низкого качества. Нартов обнаружил, что оборудования, необходимого для производства, там почти нет. Ему пришлось решать массу задач, применяя свои изобретательские способности: например, он разработал новые весы, изобрел и построил новые гуртильные станки, делавшие насечки на ребре монет. Всего через год он рапортовал в столицу: «Запустелые дворы в состояние приведены». Работая на монетных дворах, Нартов столкнулся с отсутствием каких-либо точных единиц измерения. Это подвигло его составить чертежи правильных «весов и гирь», а в 1733 году он выдвинул идею создания единого эталона веса.

О своем покровителе и друге царе Петре I Нартов написал ценные воспоминания - «Достопамятные повествования и речи Петра Великого». Кроме того, он хотел увековечить память государя в гравюрах на триумфальном столпе в честь императора: мастер планировал украсить столп гравюрами всех баталий, в которых царь одержал победу. К сожалению, работа не была окончена: в 1735 году Нартов был вызван из Москвы в столицу, где получил назначение начальником «Лаборатории механических дел» - академической мастерской, созданной на основе императорской токарни. Нартов радел о том, чтобы созданная Петром русская ремесленная школа не пришла в запустение: лично готовил мастеров и механиков, создавал для них новые токарные, металлообрабатывающие и другие машины. Среди них - станок для нарезания винтов, машина для вытягивания свинцовых листов, пожарно-заливная машина и т.п. Наиболее высокую оценку получил станок для сверления каналов орудийных стволов, за создание которого Сенат произвел механика в чин коллежского советника, удвоил жалованье и наградил деревней с крепостными.

Рельеф «Создание Петербурга. 1703». Модель пьедестала Триумфального столпа. Художники Бартоломео Карло Растрелли и Андрей Константинович Нартов. Начало XVIII века. Государственный музей Эрмитаж. Изображение: В.Громов / РИА Новости

Благодаря своим заслугам Нартов был также назначен советником Российской академии наук, однако долго на этом месте не пробыл: у него случился конфликт с другим советником - Иоганном Шумахером. Нартов подал на него жалобу, обвиняя в воровстве десятков тысяч рублей из денег, выделяемых этому научно-образовательному учреждению. Жалобу поддержали многие известные ученые - в частности, Михаил Ломоносов, ставя в вину Шумахеру и то, что он наводнил академию иностранцами: за 17 лет ее существования в ней не появилось ни одного русского академика. Следственная комиссия, назначенная Елизаветой Петровной, Шумахера арестовала, однако благодаря могучим покровителям он был оправдан и восстановлен в должности. А вот тех, кто на него жаловался, Шумахер из академии изгнал.

Однако Нартов продолжал приносить пользу отечеству - работая в артиллерийском ведомстве, он создавал новые станки, запалы, способы отливки пушек. Среди его изобретений - один из первых в мире подъемных винтов с градусной шкалой, позволивший артиллерийским орудиям наводить прицел. Подъемный винт был применен впервые в другом удивительном изобретении Андрея Константиновича - скорострельной батарее, состоящей из 44 трехфунтовых мортир, укрепленных на горизонтальном круге. Мортиры, стреляющие трехфунтовыми снарядами, были разделены на восемь секций по пять и шесть орудий в каждой и соединены общей пороховой полкой. Пока из одних велся огонь, другие заряжали. Кроме того, Нартов первым изобрел и оптический прицел, положивший начало истории военной оптики. За эти изобретения мастер был пожалован 5 тысячами рублей и несколькими деревнями в Новгородском уезде. Кроме того, он был произведен в генеральский чин статского советника. Уровень, на который мастер вывел русскую артиллерию, стал очевиден во время Семилетней войны, начавшейся в год его смерти. Нартов хотел обобщить свой опыт механика в колоссальном труде - «Театрум Махинарум, то есть Ясное зрелище махин», издав его крупным тиражом и сделав общедоступным для всех мастеров. В этом труде, в частности, содержалось тщательное описание созданных им 34 оригинальных станков - токарных, токарно-копировальных, токарно-винторезных.

Нартов скончался 16 апреля 1756 года, оставив после себя крупные долги, ведь разработку своих станков он оплачивал из собственного кармана. Его станок был забыт, а великий «Театрум Махинарум» 200 лет провалялся в придворной библиотеке без читателей. Механика русской жизни: противовесом талантам наших мастеров всегда служила бездарность отечественных чиновников и управленцев.

Металлообрабатывающие станки появились как замена станкам для обработки материалов из камня, дерева, кости. Они получили конструкционные особенности от самых первых собранных устройств.

С помощью огня появилась возможность изготавливать детали тел вращения. Первые приспособления для изготовления тел вращения не соответствовали какому-то определенному типу станков. Они были примитивны, но в тоже время функциональны. С развитием производства на протяжении столетий совершенствовались и станки. Одной из первых групп появившихся станков является токарная группа станков. Первый токарный станок изобрел Теодор Самосский в 6 веке до нашей эры. Это произошло на древнем острове Самос. Данное устройство имело вид примитивного механизма с осью вращения и тетивой лука для привода. Это приспособление работало вручную, поэтому и нуждалось в значительных физических затратах. Часто требовалось усилие для работы двух, а то и более человек. Также был необходим подручный мастер, который держал обрабатываемое изделие или запускал тетиву.

В середине 16 века Жак Бессон спроектировал первый токарный станок для нарезки цилиндрических и конических винтов. Весомый вклад в развитие станкостроения внес русский механик Андрей Константинович Нартов. Он проектирует оригинальный токарно-копировальный и винторезный станок с механизированным суппортом и набором сменных зубчатых колес.

И в настоящее время токарный тип станков является наиболее распространенным и значимым в обрабатывающем производстве. До периода промышленного переворота на станках почти не обрабатывались материалы из металла. Толчком к модернизации оборудования стала индустриализация. Необходимость в использовании железа при производстве деталей привело к совершенствования металлорежущих инструментов и оборудования. Стали проектироваться новые типы металлообрабатывающих станков. Это привело к формированию основных групп станочного оборудования: токарных, фрезерных, сверлильных, многофункциональных станков.

Следующим этапом развития станков стало появление станков с ЧПУ. Первое устройство с ЧПУ было изготовлено компанией BENDIX Corp. В 1955 году появились на свет станки с числовым программным обеспечением, но их распространение не продвигалось из-за недоверия предпринимателей. Правительство США было вынуждено арендовать крупным компаниям закупленные станки с ЧПУ.

Производство отечественных станков с ЧПУ промышленного применения началось с токарно-винторезного станка 1К62ПУ и токарно-карусельного 1541П.

В настоящее время на рынке станочного оборудования представлено огромное количество станков. На нашем сайте Вы можете:

Ознакомиться с основными моделями станков

Мировым центром изготовления станков по праву является Китай. На его заводах производят лучшие станки по соотношению цена-качество:

Преимущества покупки нового китайского станка

Наши контакты

На главную

Металлорежущие станки:

универсальный токарно-винторезный станок купить;

токарный станок по металлу купить;

токарный станок с ЧПУ, фрезерный станок с ЧПУ купить;

настольный токарный станок , токарный мини станок купить;

фрезерный станок (вертикально-горизонтальный фрезерный станок ; универсальный фрезерный станок) купить;

Конец XVIII - начало XIX в. был переломным периодом в процессе совершенствования различных видов металлообрабатывающего оборудования. Распространение металла в качестве основного конструкционного материала потребовало существенной модернизации материалообрабатывающих станков. Привод существовавших тогда станков оказывался слишком маломощным для обработки металла, а усилия руки, держащей резец,- недостаточными, чтобы снимать большую стружку с заготовки. В результате этого обработка металла оказывалась малоэффективной. Необходимо было заменить руку рабочего специальным механизмом, а мускульную силу человека - более мощным двигателем.

Первое было решено созданием подвижного резцедержателя или суппорта. Говоря о суппорте, как об одном из принципиально важных изобретений, связанных с промышленной революцией конца XVIII в., К. Маркс отмечал, что «это механическое приспособление заменяет не какое-либо особенное орудие, а самую человеческую руку, которая создает определенную форму, направляя, подводя резец и т. д. к материалу труда, например к железу» (Маркс К., Энгельс Ф. Соч., т. 23, с. 396 ). Таким образом стало возможным придавать геометрические формы отдельным частям машин с такой степенью легкости, точности и быстроты, которую не смогла бы обеспечить и самая опытная рука искуснейшего рабочего.

Токарный (фузейный) станок 1741 г. по Тиу

Создание механического суппорта положило начало широкому применению станков. Для работы на немеханизированном токарном станке, несмотря на его простоту, необходимо было, помимо чисто профессионального умения, обладать недюжинной силой, чтобы удержать в руках резец при обработке металла. Любое неожиданное отклонение от требуемой формы в результате случайности, какого-то толчка и т. п. зачастую приводило к необходимости перетачивать деталь по всей длине.

К идее механизированного передвижения резца машиностроители шли долго. Впервые эта идея возникла при решении таких технических задач, как нанесение резьбы, сложных узоров на предметы роскоши, изготовление зубчатых колес и т. д. Для получения резьбы на валу, например, необходимо было сначала произвести разметку; этого обычно достигали, навивая на вал бумажную ленту нужной ширины, по краям которой на вал наносили контур будущей резьбы. После разметки вал опиливали по контуру вручную напильником. Это длительный, сложный и трудоемкий процесс; кроме того, получаемое качество далеко не всегда бывало удовлетворительным, так как абсолютное соответствие размеров и форм зубьев резьбы труднодостижимо.

В середине XVIII в. идея механизированного передвижения резца была воплощена в различных конструкциях станков часовых мастеров. Однако все эти станки имели тот недостаток, что они были специализированными и их использование в ведущих отраслях формировавшейся тогда промышленности было затруднительно. Эта техническая проблема могла быть решена созданием универсального станка с суппортом.

В книге А. Тиу (1741 г.) приведено несколько схем токарных станков часовых мастеров. Наиболее сложными для обработки деталями в часовых механизмах были фузеи (навойки). Фузеи имели сложную улиткообразную форму, определяемую опытным путем. Они предназначались для компенсации неравномерности натяжения пружины. Получить вручную эту деталь было сложно, поэтому и были созданы специальные станки. Приведенные в книге станки имеют резцедержатели. Первый станок, помимо шагового винта, снабжен еще и сменными шестернями. Поперечная подача обеспечивается рычажным перемещением резца. Качество изготовления фузеи зависело от опытности рабочего.

Токарный станок французских часовых мастеров 1741 г. по Тиу

Кроме того, дано описание винторезного станка, снабженного механическим суппортом, приводимым в движение с помощью ходового винта, находящегося на одной оси со шпинделем. Станок был из металла. Система рычагов заменяла схему привода со сменными шестернями (смена шага резьбы производилась изменением плеч рычагов).

В 1763 г. в Париже была напечатана книга Ф. Берту , тоже посвященная часовому производству. В ней приведены две схемы станков часовых мастеров. Оба станка выполнены на весьма высоком техническом уровне, изготовлены из металла, их отличает высокая точность и простота управления.

При работе на фузейном станке, описанном Ф. Берту, квалификация рабочего не имеет большого значения, так как в его функцию входит только привести станок в движение и прижать резец к копиру (одна фузея нарезается в несколько заходов из необработанной болванки). Форма фузеи соответствует форме сменного копира, шаг нарезки определяется углом наклона подающего бруса. Передвижение суппорта с резцедержателем в продольном направлении механическое. Эти станки интересны тем, что они предназначались в основном для обработки металлов и отличались значительной точностью. Кроме того, на них уже обрабатывали серийные детали.

В 1771 г. в иллюстрациях к «Энциклопедии» Дидро и Д"Аламбера приведена вполне работоспособная конструкция резцовой каретки, использовавшаяся на орнаментальных станках. Правда, в этих станках не использовался принцип механического передвижения суппорта вдоль изделия, примененный на станках А. К. Нартова (см. главу X) и на станках французских часовых мастеров. В «Энциклопедии» приводится вид токарной мастерской, в которой использовались только токарные станки без крепления режущего инструмента. По-видимому, резцедержатели использовались на орнаментальных и точных станках, а большинство работ выполняли на ручных станках.^

Вторая половина XVIII в. ознаменовалась резким увеличением сферы применения металлорежущих станйов и поисками удовлетворительной схемы универсального токарного станка, который мог использоваться в различных целях и позволял решать целый комплекс технических задач. Подобно тому, как на базе более ранних пароатмосферных машин Дж. Уатт создал свой универсальный двигатель, универсальный токарный станок строился на опыте эксплуатации первых станков с механизированным передвижным суппортом.

В 1751 г. Ж. Вокансон во Франции построил очень интересный станок, который по своим техническим данным уже походил на универсальный. Он был выполнен из металла, имел мощную станину, два металлических центра, две направляющие F-образной формы, механизированное перемещение медного суппорта в продольном и поперечном направлениях. В то же время в этом станке отсутствовала система зажима заготовки в патроне, несмотря на то, что это устройство уже существовало в более ранних конструкциях станков французских часовых мастеров. Заготовка на станке Вокансона крепилась в центрах, доступ к которым был затруднен находящимися с обеих сторон стойками. Неясна система привода вращения и связь ее с системой перемещения резца. Станок сохранился до наших дней (экспонируется в Лувре), но неизвестно, для выпуска каких деталей он предназначался. Можно предположить, что это был специализированный станок, на котором обрабатывались детали одного определенного типа, так как система крепления не предусматривала возможности зажима заготовок разного размера (расстояние между центрами, в которых крепилась заготовка,- около 1 м, а задний центр мог быть передвинут лишь примерно на 0,1 м).

Токарный (фузейный) станок 1763 г. по Берту (Франция)

Заслуживает внимания также и станок другого французского механика - Сено, изготовленный в 1795 г. Конструктор предусмотрел сменные шестерни, большого размера винт (длиной более 1 м и диаметром более 50 мм), простой механизированный суппорт. Станок специализированный - для нарезки и доводки винтов. Все части станков Сено и Вокансона имели высокое качество обработки, на них не было украшений, как это было принято делать раньше.

В 1778 г. англичанин Д. Рамсден предложил два типа станков для нарезания резьб. В первом станке вдоль вращаемой детали по параллельным направляющим передвигался алмазный режущий инструмент, перемещение которого задавалось вращением эталонного винта. Станок позволял при одном эталоне получать гамму резьб за счет смены шестерен. Второй станок давал возможность изготовлять резьбу с различным шагом на детали большей длины, чем длина самого эталона. Резец продвигался вдоль заготовки с помощью струны, накручивавшейся на центральную шпонку. Эти станки уже включали элементы универсального токарного станка, но все же они не могли использоваться как универсальные.

Расточный станок Д. Смитона 1769 г. (Англия)

На процесс создания таких станков влияли опыт изготовления и эксплуатация других видов металлообрабатывающего оборудования. К ним относятся сверлильные и расточные станки. До середины XVIII в. использовались довольно простые типы этих станков, которые применялись главным образом в оружейных мастерских.

Традиционные методы рассверловки заготовок удовлетворяли промышленность до тех пор, пока отверстия были относительно малы (до 180 мм), но для больших диаметров потребовались другие станки. Необходимость таких работ была связана прежде всего с созданием паровых машин. Уже первые машины Ньюкомена имели диаметр цилиндра порядка 500 мм при значительной длине (около 3 м). Более поздние модели паровых машин имели еще более значительные размеры. Несовершенство тогдашних расточных станков вынудило Дж. Уатта изготавливать цилиндр для своей первой паровой машины кованым. Для обработки деталей типа цилиндров паровых машин английский инженер Д. Смитон создал в 1769 г. станок, в котором борштанга была закреплена с двух сторон. Однако опорная тележка, поддерживающая борштан-гу, не обеспечивала достаточной точности (максимальная точность - 3/8 дюйма, т. е. 10 мм) и параллельность по всей длине, так как передвигалась внутри обрабатываемого цилиндра .

Суппорт орнаментального станка (из энциклопедии Дидро и Д"Аламбера) (1771 г.)

Полностью решить проблему расточки цилиндров практически любых размеров удалось только английскому механику Д. Вилкинсону в 1775 г., когда он построил на Бершемском заводе станок, в котором борштанга закреплялась с двух сторон в жестко закрепленных подшипниках скольжения и передвигалась вдоль цилиндра с помощью винтовой передачи. Станок Вилкинсона полностью удовлетворял Уатта, так как на нем растачивались детали диаметром более 1 м, причем зазор между цилиндром и поршнем «не превышал толщины шестипенсовой монеты» (примерно 1,5 мм). Это считалось тогда неплохим результатом.

В середине XVIII столетия человеческая цивилизация вплотную приблизилась к одному из наиболее значимых этапов своего развития - периоду, который историки впоследствии назовут промышленной революцией, или Великим индустриальным переворотом. К этому времени в наиболее развитых странах мира, список которых тогда возглавляла подпитываемая многочисленными колониями Англия, начался активный процесс перехода от преимущественно аграрного устройства экономики к индустриальному. Зарождающийся промышленный капитализм обусловил потребность в повышении производительности труда, а также улучшении качества и снижении себестоимости продуктов производства.

Данным преобразованиям способствовало множество факторов: развитие торговли и формирование рынка наемного труда, становление банков и системы кредитования, эволюция права и расцвет точных наук, рост количества изобретений и технических новаций. Примитивный ручной труд и деревянные орудия труда уже не могли обеспечить потребности общества. Фабрики и мануфактуры остро нуждались в механизмах и машинах, изготовленных из металла. Именно быстро прогрессирующая металлообработка сыграла особую роль в успехе промышленной революции XVIII - XIX столетий.

Металлообработка, как основа фабричног о производства машин и механизмов

До начала индустриального переворота технологии обработки металлов путем резания, сверления и шлифовки совершенствовались крайне медленно, и эта работа носила разрозненный характер. В мануфактурный период потребность в новых инструментах подвигла владельцев фабрик к созданию вспомогательных мастерских, оборудованных элементарными сверлильными, точильными и шлифовальными станками. Часть из них приводилась в действие мускульной силой, другие - энергией воды. Но общим для всех этих приспособлений была минимальная степень механизации процесса обработки, что обуславливало низкое качество изделий.

В начале XVIII века изготовление деталей на станке выполнялось рабочим, который был вынужден удерживать обрабатывающий инструмент в руке. К сожалению, мировая техническая общественность тогда не узнала об изобретении талантливого русского механика А.К.Нартова - суппорте резцедержателе, которым он еще в 1717 году оснастил построенный им же токарный копировальный станок. В России тех лет данная разработка, как и многие другие изобретения этого талантливого «начальника» придворной токарни и воспитанника царя реформатора Петра I, была не востребована, и на время забыта.

Только ближе к концу столетия конструкция Нартова была изучена и стала отправной точкой для создания управляемого механического суппорта английским механиком и изобретателем Генри Модсли. После этого события устройство почти всех основных видов станков, применявшихся в мануфактурах и на фабриках, подверглось основательной модернизации. До этого токарные работы выполнялись при помощи примитивных держателей резца, что не позволяло обеспечить необходимую точность обработки. С появлением управляемого суппорта данная проблема была окончательно устранена.

«Социальный» заказ и потребность фабрик в новых, воплощенных в металле средствах производства, всячески стимулировали развитие способов металлообработки. Эта востребованность стала реальным катализатором процессов индустриализации, и привела к созданию новой отрасли промышленного производства - машиностроения. Однако, для того чтобы в полной мере удовлетворить технические запросы быстро развивавшегося общества, машиностроению предстояло совершить качественный технологический прорыв.

Важнейшие разработки и изобретения эры индустриального переворота

1.Токарный станок

В Англии революционные преобразования экономики начались с бурного прогресса в текстильной промышленности. Обеспечить эту отрасль новыми, более производительными машинами удалось благодаря не менее быстро развивавшимся технологиям и совершенствованию методов металлообработки. Спрос обеспечил быструю эволюцию средств производства, и, в первую очередь, одного из основных на то время технических средств обработки металлов резанием - токарного станка. На протяжении XVIII - XIX столетий конструкция токарного станка претерпела множественные усовершенствования, среди которых следует особо отметить следующие:

● 1712 г. Изобретение российским механиком Андреем Константиновичем Нартовым самоходного суппорта, обеспечившего возможность фиксированного крепления резца и его точного линейного перемещения вдоль обрабатываемой детали.

●1718 - 1729 г.г. Совершенствование А.К.Нартовым устройства токарного станка - копира, в котором траектория хода привода суппорта и передвижение копировального пальца управлялись различными участками ходового винта с отличающимися параметрами нарезки.

● 1751 г. Первый в мире полностью металлический токарный станок универсального типа от француза Жака де Вокансона. Его отличала тяжелая станина, мощные, изготовленные из металла центры, и V-образные направляющие.

● 1778 г. Новые типы винторезных станков авторства английского механика Д. Рамедона. Для изготовления резьбы с тем или иным шагом, в одном из них применялись сменные шестерни, в другом за движение резца отвечала специальная струна, которая наматывалась на вал определенного диаметра.

● 1795 г. Усовершенствованный французским механиком Сено функционал винторезного станка. Помимо уже применявшихся в станках Рамедона сменных шестерен и большого ходового винта, очевидным отличием данной разработки стал оригинальный конструктив механизированного суппорта.

● 1798 - 1800 г.г. Совершенная модель универсального токарного станка, построенная английским инженером Генри Модсли и его учениками. Данная конструкция стала прообразом токарно-винторезных станков будущего, и во многом определила направление развития данного вида
металлообрабатывающего оборудования на сто, и более лет вперед. Кроме того, Г. Модсли первым начал процесс стандартизации резьбовых соединений.

● 1815 - 1826 г.г. Работы учеников и последователей Генри Модсли - Р.Робертса и Д.Клемента. Первому из них удалось улучшить станки за счет оптимального расположения ходового винта, создать элементарный вариатор в виде зубчатого перебора и сделать более удобным управление, вынеся все переключающие органы ближе к рабочему месту токаря. Д.Робертсу историки станкостроения приписывают создание лоботокарного станка, позволившего обрабатывать детали крупных диаметров.

● 1835 г. Важнейшая доработка механизма подачи токарных станков британским инженером-механиком и изобретателем Джозефом Витуортом - еще одним учеником Г.Модсли. Он разработал механизм поперечной передачи и связал его с продольным приводным механизмом.

● 1845 г. Автоматизированный револьверный станок американского инженера С.Фитча, предложившего прототип револьверной головки с восемью закрепленными в ней сменными резцами. Быстрая смена режущих инструментов снизила до минимума потери времени на их переустановку, и резко повысила производительность труда при обработке серийных изделий.

● 1873 г. Создание прообраза металлорежущего токарного станка автомата американским инженером и предпринимателем Х.Спенсером, который усовершенствовал конструкцию разработанных его предшественниками револьверных станков. Важной новацией авторства Х.Спенсера стала модернизированная система управления с использованием кулачкового механизма и распределительного вала.

● 1880 - 1895 г.г. Начало мелкосерийного выпуска токарных систем фирмы «Кливленд» и металлорежущего оборудования других производителей, построенного по принципу многошпиндельного станка автомата. Достигнутое таким образом расширение функциональных возможностей позволило реализовать давнишнюю мечту разработчиков промышленного металлорежущего оборудования - за счет совмещения различных операций многократно повысить производительность и экономическую эффективность работы станочного парка.

2.Фрезерный станок

Обтачивая вращающуюся деталь, невозможно выполнить обработку продольных и наклонных плоских поверхностей, а также устройство всевозможных пазов, канавок, подсечек, сплошных «карманов» и окон. Закрепив неподвижно деталь, и сделав подвижным вращающийся режущий инструмент, человечество открыло для себя фрезерные работы еще в XVII веке, когда китайские мастера изготовили достаточно примитивный станок, тем не менее, позволивший обработать крупную плоскую деталь для астрономического прибора.

Однако обеспечить точную работу механизма подачи вращающейся фрезы, достаточную для выполнения мелких работ по металлу, оказалось значительно сложнее, чем управлять суппортом с неподвижно закрепленным резцом в токарном станке. Разнообразные конструкции для фрезерования плоских поверхностей, разработанные в XVII веке, годились только для обработки изделий из дерева или кости. Многочисленные попытки создать станок для фрезерования металлических деталей успехом в то время не увенчались.

В полной мере решить эту задачу смог американский промышленник и инженер Илай Уитни, который в 1818 году построил полноценный фрезерный станок с механизированным суппортом, длительное время применявшийся на принадлежавшем ему оружейном заводе. Несмотря на наличие деревянной станины, деревянного двухступенчатого шкива и кустарный внешний вид, фрезерный станок конструкции Илая Уитни успешно справился со всеми возложенными на него функциями, и работал практически без поломок.

Заслуживают нашего внимания конструкции специализированных фрезерных станков, разработанных российскими механиками для оружейного завода в Туле. Уже к 1826 году там были сданы в эксплуатацию два станка для подрезки казенных концов ружейных стволов. Закрепленный в специальном подвижном приспособлении, ствол подавался в рабочую зону торцовой фрезы, Конструктивно и по внешнему виду изготовленные тульскими мастерами станки были совершеннее изделий Илая Уитни, и обеспечивали более высокое качество обработки поверхности деталей.

В первой половине XVIII века технический прогресс в области совершенствования конструкций и функциональных возможностей фрезерных станков был связан с потребностями оружейников. Очередной и более совершенный, чем разработки предшественников, прототип фрезерного станка в 1835 году был изготовлен механиками американской оружейной компании «Гай, Сильвестр и Ко». Отличительной особенностью данной конструкции стала уникальная система перемещения фрезы в вертикальной плоскости, которая впоследствии была преобразована в более надежный механизм подъема стола.

В середине XVIIIвека возможности фрезерных станков наконец-то были востребованы «мирными» предприятиями, которые уже вовсю работали на нужды индустриальной революции, и вынуждены были обрабатывать плоские поверхности шлифованием. Первой разработкой гражданского назначения стал станок английской компании «Нэсмит и Гейскелл», который выполнял фрезерование плоских граней гаек. Несмотря на узкую специализацию, это устройство, по сути, являлось универсальным горизонтально-фрезерным станком, и вполне могло применяться на множестве других операций.

Еще более совершенную конструкцию фрезерного станка в 1855 году разработала и воплотила в металле американская компания «Линкольн» (Phoenix Iron Works Джорджа Линкольна). Рабочий стол этого изделия, как и у предшественников, приводился в движение ременной передачей и червячным механизмом, но для продольного перемещения стола здесь был применен ходовой винт с маховиком. Установка фрезы в вертикальной плоскости выполнялась в данной конструкции перемещение подшипников оправки, что также стало определенной технической новацией, обеспечившей удобство и повысившей точность работы. Схема станка стала классической и была заимствована многими производителями фрезерного оборудования.

История создания этого популярного станка и его широкого распространения тесно связана с именами людей, которые впоследствии основали всемирно известную и в наши дни компанию. Фрэнсис Пратт, создатель «Линкольна», работал начальником производства в Phoenix Iron Works вместе с Эмосом Уитни (родственником родоначальника фрезерного оборудования Илая Уитни). Оба были талантливыми механиками и изобретателями и в 1860 году основали Pratt & Whitney Company , специализирующуюся на выпуске металлообрабатывающего оборудования. В годы Гражданской войны в США компания существенно разрослась и станки под этой маркой стали продаваться по всему миру. В настоящее время Pratt & Whitney - крупнейший поставщик газотурбинных двигателей и генераторных установок.

3.Паровой двигатель Уатта - востребованный привод станочного оборудования

Приводимые в действие силой ветра или падающей воды токарные, сверлильные и фрезерные станки не могли в полной мере обеспечить необходимые параметры вращения заготовок или инструментов, что существенно сказывалось на качестве обработки металлов. Чтобы организовать фабричный выпуск новых машин и других средств производства, требовался мощный движитель, который смог бы с необходимой скоростью и силой приводить в действие механизмы станочного оборудования. Таким двигателем стала созданная шотландским инженером, механиком и изобретателем Джеймсом Уаттом универсальная паровая машина.

Оригинальную конструкцию «парового насоса» в 1698 году разработал и изготовил Томас Сэвери, который в том же году запатентовал свое изобретение и применил его для откачивания шахтных вод. По причине низкой производительности и большого расхода топлива использовать этот двигатель в качестве привода агрегатов станочного оборудования было невозможно. Данную конструкцию, начиная с 1705 года, пытался улучшить другой англичанин - Томас Ньюкомен. Он довел построенный на ее основе водоподъемный насос до мелкосерийного производства, однако из-за недостаточной мощности для применения в промышленности этот двигатель также не подходил.

Свой вариант парового двигателя научный консультант университета в Глазго Джеймс Уатт разработал в 1764 году. Но только спустя 12 лет, когда его партнером стал состоятельный промышленник Мэтью Болтон, изобретателю удалось организовать производство и коммерческую продажу изготовленных паровых машин. Именно Уатт сумел преобразовать поступательное движение поршней своих машин во вращение нагрузочного выходного вала. Начальная конструкция потом многократно дорабатывалась и становилась все более мощной и экономичной. Но главное было сделано - в конце XVIII века металлорежущие станки получили такой необходимый, и не зависящий от природных явлений, автономный привод.

Дальнейшее развитие металлообрабатывающих станков

Индустриальная революция обусловила необходимость в разработке и выпуске машин практически для всех отраслей промышленного производства. От уровня развития средств металлообработки зависело состояние экономики, поэтому техническая база станкостроения непрерывно совершенствовалась. Конструкция механического суппорта, первично разработанная для крепления и управляемого перемещения резцов токарного станка, была с успехом применена в других видах станочного оборудования.

Для создания новых металлообрабатывающих устройств применялся не только механический суппорт, но и другие конструктивные узлы токарного станка - система зубчатой передачи, механизм подачи, зажимные устройства и элементы кинематики. Многочисленные американские машиностроительные заводы, которые к середине XIX века в техническом развитии обогнали родоначальников станкостроения - англичан, массово выпускали шлифовальные, расточные, токарно-револьверные, универсально-фрезерные и карусельные станки, ставшие со временем основой промышленного расцвета и мощи США.

В 60-е годы XIX века машиностроение начало стремительно развиваться в Германии и России. В нашей стране одним из пионеров станкостроения стал Тульский оружейный завод, который для собственных нужд начал выпуск токарных, фрезерных, сверлильных, резьбонарезных, шлифовальных, протяжных и шлифовальных станков. Успешно начали работу машиностроительные предприятия,
построенные в Москве, Ижевске, Сестрорецке, Воронеже и Санкт-Петербурге. Первым специализированным предприятием станкостроения стал московский завод братьев Бромлей, позднее переименованный в «Красный Пролетарий».

Российские заводы быстро освоили производство всего необходимого ассортимента станочного оборудования, включая оригинальные собственные разработки продольно-строгальных и колесотокарных станков. Несмотря на эти очевидные успехи, общий уровень российского станкостроения тех лет существенно отставал от количественных и качественных показателей машиностроительных отраслей Англии, США и Германии, поэтому основная масса станочного оборудования для заводов и фабрик России приобреталась их владельцами за рубежом. Типовым оснащением металлообрабатывающих предприятий того времени были станки шести видов:

● Токарные , на которых обтачивали наружные и внутренние поверхности тел вращения, выполнялась обработка гладких и ступенчатых валов, изделий в форме шара или конуса, растачивались цилиндрические детали и нарезалась резьба.

● Фрезерные станки , позволявшие обрабатывать внешние и внутренние поверхности заготовок деталей сложной формы, к которым предъявлялись повышенные требования по точности и качеству.

● Строгальные станки горизонтального и вертикального типа, предназначенные для обработки заготовок и изделий с плоскими поверхностями.

● Сверлильные станки , при помощи которых высверливались, растачивались и обрабатывались отверстия, а также могли нарезаться резьбы.

● Шлифовальные машины, на которых производилась чистовая обработка изделий специальным абразивным инструментом и материалами.

● Станки специального назначения , разработанные и изготовленные для выполнения ограниченного количества или одной конкретной операции технологического процесса.

В конце XIX века металлообрабатывающее оборудование всех основных групп дифференцировалось, и выпускалось в виде универсальных станков, либо машин специального назначения. Действительно, зачем тратиться на сложный и дорогой станок, если он будет использоваться для выполнения всего нескольких однотипных операций. К примеру, так появилось специальное расточное оборудование, применявшееся для изготовления стволов орудий и обработки любых других изделий цилиндрической формы и большой длины.

При попытке приспособить токарный станок к работе с заготовками малой длины и значительных диаметров была разработана конструкция лоботокарного станка. Подобным образом, под конкретную задачу, появились токарно-карусельные станки для обработки заготовок большого веса и размера, с которыми не могло работать оборудование стандартного исполнения. Для обработки крупногабаритных изделий были разработаны конструкции радиально-сверлильных и продольно-строгальных станков с длинными подвижными столами.

Наивысшим достижением станкостроительной отрасли конца XIX века стали станки токарно-револьверного типа, оборудованные головками для одномоментной установки до 16 инструментов, а также карусельно-фрезерное оборудование, позволявшее вести обработку сразу нескольких изделий крупного веса и размеров. Не менее востребованными стали все специализированные машины, предназначенные для нарезки зубьев и обработки зубчатых колес - станки зубофрезерного, зубодолбежного и зубострогального типа.

На рубеже XX века конструкторы и инженеры механики считали, что дальнейшее развитие станочного оборудования для металлообработки должно быть связано с автоматизацией, дальнейшим повышением точности и скорости выполнения операций. Огромное значение для будущего отрасли имело изобретение американскими инженерами Уайтом и Тэйлором высоколегированной «быстрорежущей» стали для изготовления резцов и других металлорежущих инструментов. Однако открывшимися в связи с этим изобретением возможностями обработки металлов на повышенных скоростях станкостроители смогли в полной мере воспользоваться уже в XX веке.

Избранные персоны промышленной революции

Основой любых прогрессивных изменений в жизни общества, будь то социальные, экономические или технологические преобразования, являются конкретные личности. Кроме потребностей общества в совершенствовании технического базиса производства, необходимым условием индустриальной революции стала созидательная деятельность множества талантливых людей - станочников, механиков, изобретателей и инженеров конструкторов.

Именно они, дополняя и совершенствуя разработки друг друга, создали в итоге станочный парк, который позволил наладить производство необходимого количества новых и более совершенных средств производства. Для примера перечислим хотя бы нескольких «действующих лиц» индустриальной революции, не забыв и о наших великих соотечественниках, также внесших свой весомый вклад в практику и теорию металлообработки:

● А.К.Нартов - выходец из народа, начавший карьеру токарем дворцовой мастерской Петра I, и закончивший свой земной путь в генеральском чине статского советника. После обучения за границей, молодой заведующий придворной «токарней» Андрей Нартов еще в 1717 году предложил конструкцию механизированного суппорта токарного станка. Впоследствии А.К.Нартов детально разработал механизмы еще 34 станков, но после его смерти рукописи попали в придворную библиотеку, и были найдены потомками только через 200 лет.

● Генри Модсли - английский механик, который увековечил свое имя созданием в 1794 году совершенной конструкции крестового механического самоходного суппорта. Он же в 1798 году при разработке токарно-винторезного станка применил сменный ходовой винт, и впервые предложил стандартизовать все резьбовые детали и соединения. Кроме того, Генри Модсли известен тем, что обучил и воспитал на собственном заводе целую плеяду учеников, каждый из которых продолжил дело учителя и внес собственный вклад в дальнейшее развитие средств металлообработки.

● Джозеф Витуорт . Этот британский инженер и предприниматель вошел в историю не только усовершенствованием конструкции поперечной передачи токарного станка. Впоследствии Д,Витуорт стал промышленником, построил собственный механический завод, а главное - еще в 1841 году предложил принципы унификации деталей машин и стандарты винтовой резьбы, которые носят его имя и применяются поныне. Он же является автором системы калибров, которую разработал и вместе с особо точными измерительными приборами ввел в практику работы своего завода, показав тем самым пример станочникам всего мира.

● И.А.Тиме - российский ученый и инженер механик, впервые изучивший и осветивший в своих трудах процессы, которые происходят при механической обработке металла. Изучая параметры образования стружки при различных скоростях подачи и резания, он смог установить важные закономерности, позволившие ему в 1870 году опубликовать рекомендации по настройке оптимальных режимов работы металлорежущих станков.

● К.А.Зворыкин - выпускник Санкт-Петербургского механического технологического института, впоследствии профессор. Константин Алексеевич Зворыкин продолжил изыскания И.А.Тиме и опубликовал труды, посвященные проблемам оптимального резания металлов, в которых привел уточненную схему усилий, воздействующих на резец. В 1883 году К.А.Зворыкин создал прибор, позволявший определить силу резания, и вывел формулу, по которой можно было рассчитать наиболее эффективные режимы работы станка.

● Фредерик Тэйлор - американский инженер, в течение 26 лет изучавший процессы резания металлов резцами различной формы, под различными углами и на всех возможных скоростных режимах. Он выявил закономерности, влияющие на качество обработки, затраты времени, толщину стружки, параметры охлаждения и стойкости резцов. В результате он практическим путем установил самые выгодные режимы металлообработки, и в 1884 году создал на основе своих исследований специальную счетную линейку рабочего - станочника, по которой можно было определить оптимальный режим резания. Работы Ф.Тейлора имели неоценимое значение для совершенствования способов металлообработки, и с благодарностью были приняты профильными специалистами всего мира.

Российское станкостроение на пороге XX века

Индустриальная революция в России, с ее преимущественно аграрным укладом экономики, запоздала почти на столетие. Однако, начавшись в середине XIX столетия, за достаточно короткий по историческим меркам период в 50 лет промышленная революция подвергла всю производственную и социально-экономическую сферу российского государства необратимой реформации. После отмены крепостного права в стране окончательно утвердился капитализм и присущие ему рыночные отношения, быстро шли процессы накопления капитала и создания промышленных предприятий. Как сто лет назад в Англии, внедрение высокопроизводительных машин началось на фабриках хлопчатобумажной промышленности.

По данным статистики, к началу 1900 года в России начитывалось 1805 предприятий машиностроения и металлообработки, оснащенных 2966 механическими двигателями. Общее количество и видовое разнообразие металлорежущих станков история, к сожалению, не сохранила. В то же время на 185 ткацких фабриках применялось более 150 тысяч механических ткацких станков, многие из которых были изготовлены на отечественных машиностроительных предприятиях. Российское станкостроение, хотя значительно отставало от уровня ведущих стран мира, развивалось поистине семимильными шагами. К концу XIX века по уровню оснащенности промышленных предприятий металлообрабатывающими станками Россия вышла на среднемировые показатели.