Токар. Спеціальна технологія. 3 розряд. Тема 1. п. 1.1

П. 1.1. Історія металообробки

Навчальні питання:

1. Як це було раніше?

2. Царів токар.

3. Розвиток металообробних верстатів.

Як це було раніше?

Історія відносить винахід токарного верстата до 650 рр. до н.е.

Верстат представляв собою два встановлені центри, між якими затискалась заготовка з дерева, кістки або рогу. Раб або підмайстер обертав заготовку (один або декілька обертів в один бік, потім в іншу). Майстер тримав різець в руках і, притискуючи його в потрібному місці до заготовки, знімав стружку, надаючи їй необхідну форму.

Пізніше для приведення заготовки в рух застосовували лук із слабко натягнутою тятивою. Тятиву обертали довкола циліндричної частини заготовки так, щоб вона утворила петлю довкола заготовки. При русі лука то в один, то в інший бік, аналогічно руху пили при розпилюванні колоди, заготовка робила декілька обертів довкола своєї осі спочатку в один, а потім в інший бік.

 p1 1 

У XIV - XV століттях були поширені токарні верстати з ножним приводом. Ножний привід складався з очепу - пружної жердини, консольно закріпленої над верстатом. До кінця жердини кріпилася мотузка, яка була обкручена на один оберт довкола заготовки і нижнім кінцем кріпилася до педалі. При натисненні на педаль мотузка натягалася, примушуючи заготовку зробити один – два оберти, а жердина - зігнутися. При відпуску педалі жердина випрямлялась, тягнула догори мотузку, і заготовка робила ті ж оберти в інший бік. Приблизно до 1430 р. замість очепу почали застосовувати механізм, що вмикає педаль, шатун і кривошип, отримавши, таким чином, привід, подібний розповсюдженому в XX столітті ножному приводу швацької машинки. З цього часу заготовка на токарному верстаті отримала замість коливального руху обертальний рух в один бік протягом всього процесу точіння.

В 1500 р. токарний верстат вже мав сталеві центри і люнет, який міг бути укріплений в будьякому місці між центрами.

На таких верстатах обробляли досить складні деталі, що мали вигляд тіла обертання, - аж до кулі. Але привід існуючих тоді верстатів був дуже малопотужним для обробки металу, а зусилля руки, що тримає різець, недостатніми, щоб знімати велику стружку із заготовки.

В результаті обробка металу виявлялася малоефективною. Необхідно було замінити руку робітника спеціальним механізмом, а мускульну силу, що приводить верстат в рух, потужнішим двигуном. Поява водяного колеса призвела до підвищення продуктивності праці, надавши при цьому потужну дію на прогресивний розвиток техніки. А з середини XIV ст.. водяні приводи стали поширюватися в металообробці.

В середині XVI Жак Бессон (помер в 1569 р.) - винайшов токарний верстат для нарізки циліндричних і конічних гвинтів.

На початку XVIII століття Андрій Костянтинович Нартов (1693-1756), механік Петра Першого, винаходить оригінальний токарно - копіювальний і гвинторізний верстати з механізованим супортом і набором змінних зубчастих коліс. Щоб по-справжньому зрозуміти світове значення цих винаходів, повернемося до еволюції токарного верстата.

Царів токар

Андрій Костянтинович Нартов народився в Москві 28 березня 1693 р. Він був одним з самородків-винахідників, відмічених і виведених на широку дорогу Петром I. За своє не дуже довге життя він винайшов і побудував більше тридцяти верстатів самого різного профілю, рівних яким не було в світі. Ще цілу низку найважливіших для Росії винаходів він зробив в області артилерійського озброєння.

Вперше ім'я Нартова згадується в 1709 р. у зв'язку з московською баштою Сухаревою, де по велінню Петра I в 1701 р. відкрилася Навігаційна школа. У тій же башті на Земляному валу знаходилася і токарна майстерня. Саме там молодий Андрій Нартов з 1709 по 1712 рр. навчався токарній справі. Там і відмітив його Петро I. По його вказівці в 1712 р. Нартов був переведений до Петербургу і призначений «особистим токарем» Петра Першого.

p1 2

Портрет А.К. Нартова роботи невідомого художника

Токарний верстат у той час був майже цілком дерев'яним. Брус, який треба було точити затискався впритул. Токар тримав різець в руках, що сили притискуючи його до бруса. Точити доводилося на око. Саме Нартову прийшла в голову ідея звільнити руки токареві, закріпивши різець. Декілька років знадобилося для втілення цього задуму.
У 1717 р. Нартов створив універсальний токарно-копіювальний верстат з автоматичним супортом. Цей і дещо інші верстати Нартова зберігаються в колекції Ермітажу, як шедеври інженерного мистецтва XVIII ст..
У 1718 р. Нартов їде за кордон «для присмотрения токарных и других механических дел». Він побував в Пруссії, Англії, Франції, усюди знайомлячись із технічними нововведеннями. Від імені російського імператора винахідник підніс деяким царюючим особам і поважним сановникам сконструйовані ним верстати. Європа подібних верстатів не знала, тому серед учнів Нартова були прусський імператор Фрідріх-Вільгельм I і президент Паризької Академії наук Же. Біньон.
У 1721 р. він сконструював верстат для нарізки зубчастих годинникових коліс, за ним – верстат для виточування «пласких персональних фігур» (портретів людей). Верстати, вперше запроваджені в практику Нартовим в 1717-1729 рр., надовго забезпечили Росії світову першість в обробці матеріалів. Він далеко випередив свій час. За кордоном конструкції із аналогічними супортами удалося відтворити у Великобританії тільки в 1794 – 1798 рр. у верстатах Модселя, в 1798р – у верстаті Вількинсона
Під кінець січня 1725 р. раптово вмирає Петро I. Російський престол займає його дружина Катерина I. У 1725-1726 рр. Нартов прикладає всі сили для збереження Петровської токарні, але всесильний А.Д. Меншиков не дає йому продовжити роботу. За життя Петра I не один раз Нартов був свідком гніву і розправи царя зі «світлійшими» за зловживання і крадіжку, і, мабуть, тому не міг князь Меншиков забути це царському механікові. Президент Академії наук Шумахер також всіляко перешкоджав його роботі. Нартов був усунений від двору і направлений до Москви налагоджувати роботу монетних дворів.

 Розвиток металообробних верстатів

У XVII ст з'явилися токарні верстати, в яких оброблюваний виріб приводився в рух вже не мускульною силою токаря, а за допомогою водяного колеса, але різець, як і раніше, тримав в руці токар. На початку XVIII ст. токарні верстати все частіше використовували для різання металів, а не дерева, і тому проблема жорсткого кріплення різця і переміщення його вдовж оброблюваємої поверхні столу стала вельми актуальної. І ось уперше проблема самохідного супорта була успішно вирішена в копіювальному верстаті А.К.Нартова в 1712 р.

До ідеї механізованого пересування різця винахідники йшли довго. Вперше ця проблема особливо гостро встала при вирішенні таких технічних задач, як нарізування різьблення, нанесення складних узорів на предмети розкоші, виготовлення зубчастих коліс і так далі. Для отримання різьблення на валу, наприклад, з початку проводили розмітку, для чого на вал навивала паперову стрічку потрійної ширини, по краях якої наносили контур майбутнього різьблення. Після розмітки різьблення обпилювали напилком уручну. Не говорячи вже про трудоємкість такого процесу, отримати задовільну якість різьблення таким способом дуже важко.
А.К. Нартов не лише вирішив завдання механізації цієї операції, але в 1718- 1729 рр. сам удосконалив схему. Копіювальний палець і супорт приводилися в рух одним ходовим гвинтом, але з різним кроком нарізки під різець і під копір. Таким чином, було забезпечено автоматичне переміщення супорту уздовж осі оброблюваної заготовки. Правда, поперечної подачи ще не було, замість неї було введено сполучення системи "копір - заготовка". Тому роботи над створенням супорта продовжвалися. Свій супорт створили, зокрема, тульські механіки Олексій Сурнін і Павло Захава. Досконалішу конструкцію супорта, близьку до сучасної, створив англійський верстатобудувальник Модслі, але А.К. Нартов залишається першим, хто знайшов шлях до рішення цієї задачі.
Друга половина XVIII ст.. у верстатобудуванні ознаменувалася різким збільшенням сфери застосування металоріжучих верстатів і пошуками задовільної схеми універсального токарного верстата, який зміг би використовуватися в різних цілях.

p1 3

Виробничий токарний верстат з металу.

Середина ХУІІІ ст.

p1 4

Генрі Модслі

p1 5

Токарно - гвинторізний верстат Модслі 1800 р.

У 1751 р. Ж. Вокансон у Франції побудував верстат, який по своїм технічним даним вже походив на універсальний.
Він був виконаний з металу, мав потужну станину, два металеві центри, дві направляючі форми V- подібні, мідний супорт, що забезпечує механізоване переміщення інструменту в подовжньому і поперечному напрямах. В той же час в цьому верстаті була відсутня система затиску заготовки в патроні, хоча цей пристрій існував в інших конструкціях верстатів. Тут передбачалось кріплення заготовки тільки в центрах. Відстань між центрами можна було змінювати в межах 10см. Тому обробляти на верстаті Вокансона можна було лише деталі приблизно однакової довжини.
В 1778 р. англієць Д. Рамедон розробив два типи верстатів для нарізання різьб. У одному верстаті уздовж заготовки, що обертається, по паралельним направляючим пересувався діамантовий ріжучий інструмент, швидкість переміщення якого задавалася обертанням еталонного гвинта. Змінні шестерні дозволяли отримувати різьблення з різним кроком. Другий верстат давав можливість виготовляти різьблення з різним кроком на деталі більшої довжини, чим довжина еталону. Різець просувався уздовж заготовки за допомогою струни, що накручувалася на центральну шпонку. У 1795 р. французький механік Сіно виготовив спеціалізований токарний верстат для нарізки гвинтів. Конструктор передбачив змінні шестерні, великий ходовий гвинт, простий механізований супорт. Верстат був позбавлений яких-небудь прикрас, якими любили прикрашати свої вироби майстри раніше. Накопичений досвід дозволив до кінця XVIIIстоліття створити універсальний токарний верстат, що став основою машинобудування.