Истоки и причины модификации токарных станков

4.3.2.1 ВОЗНИКНОВЕНИЕ И РАЗВИТИЕ ЛУЧКОВОГО ТОКАРНОГО СТАНКА

Токарный станок в простейшем виде был известен уже древним на­родам. До нас дошло некоторое количество деревянных точеных украше­ний и ножек саркофагов, изготовленных древними греками, однако опре­деленных данных о конструкции их токарных станков не имеется.4

В 1949 г. Б. А. Куфтип при раскопках Авневского кургана в Юго- Осетинской автономной области Грузинской ССР обнаружил бронзовый токарный резец, датируемый началом II тысячелетия до н. э. Резец имеет режущие кромки по обоим концам стержня, причем их геометрические формы различны. Находка была исследована проф. Ф. Н. Тавадзе, ко­торый установил, что резец мог быть применен для обработки древесины, а также золота и серебра. Материал резца имеет твердость по Бринелю 120 кг/мм2, что почти в три раза превышает твердость серебра и золота.

Известен каменный рельеф, относящийся к эллинистической эпохе Египта (около 300 лет до н. э.),7 на котором можно впервые увидеть токар­ный станок. Он имел две стойки с центрами, между которыми находи­лась обрабатываемая деталь. Ее закрепление осуществлялось связыва­нием концов стоек, далеко выступавших за линию центров. На обрабаты­ваемую деталь набрасывался шнурок, перетягиванием которого обеспечи­валось вращение. Один человек вращал деталь, а другой подставлял ре­зец и снимал слой материала.

Древние авторы неоднократно упоминают о токарном станке. Витрувий, написавший сочинение «Об архитектуре>> приблизительно в 13—16 гг. ДО н. э., упоминает о роликах (явившихся частями осадной машины), выточенных на токарном станке, а также о других точеных деталях. В том же сочинении Витрувия содержатся и другие упоминания о тока рном станке. Важно заметить, что сам Витрувий считал токарный станок устройством общеизвестным, а потому даже не требующим специального описания.

Первое сведение о гайке, выточенной на токарном станке, относится к 362 г н.э.

Изготовление токарных изделий из древесины, рога, кости и алебастра у римлян было поставлено настолько широко, что там возник специальный термин для обозначения токарного станка — Tornus, и токаря — Tornator. Эти термины перешли затем в романские языки.

На протяжении тысячелетий токарный станок являлся универсальным устройством для формообразования изделий и получения круглых отверстий в тех случаях, когда желательна или необходима была их правильность.
Последняя могла быть обеспечена только при вращательном движении изделия или
инструмента.

Материальная культура славян эпохи до X в. недостаточно исследована. Но начиная с X в. их токарные изделия уж обнаружены археологами. Так, вблизи Чернигова при раскопках так называемой Черной Мо­гилы, датируемой X в., обнаружены шашки, выточенные из кости на то­карном станке. Деревянные токарные изделия того времени, как менее стойкие по сравнению с костью, не сохранились.

Примерно к этому же времени относятся обнаруженные на Украине мастерские по изготовлению пряслиц из шифера, которые, как более красивые и удобные, заменили глиняные. Шиферные пряслица изгото­влялись, видимо, шлифованием с помощью устройства, близкого к изо­браженному на рис. 1.

В XIII в. токарные изделия получили на Руси распространение, о чем свидетельствуют многочисленные археологические материалы. Акад. Б.А.Рыбаков сообщает, что деревянные изделия, выточенные на токарном станке, уже имелись даже в провинциальном городке недалеко от Киева (Райковецкое городище). В самом Киеве, в тайнике Десятинной церкви, найдена точеная мисочка, относящаяся к XIII в.

На простейших токарных станках русские мастера работали резцами, сделанными из стали. От долгого нахождения в земле резцы в значитель­ной степени утратили свою форму. Все же Б. А. Рыбаков отмечает, что среди различных железных предметов XI—XII вв. имеется несколько резцов со скошенным краем, которые можно связывать с токарными ра­ботами.

Но даже такие незатейливые станки можно было делать более произво­дительными. Ярким примером этого служит описываемый ниже станок (рис. 3), приводимый в движение лучком вручную, но в то же время снаб­женный остроумным установочно-зажимным приспособлением, зарядка которого вынесена за пределы станка.

На рис. 2 дана фотография оригинального специализированного токарного станка, предназначенного для обточки черешков деревянных ложек. Станок, изготовленный в XVIII в., хранится в Семеновском ку­старно-художественном музее Горьковской обл. Специализация станка для выполнения лишь одной операции на однотипной заготовке деревян­ной ложки, изготовлявшейся в большом количестве ввиду постоянного спроса, выразилась в создании оригинального установочно-зажимного приспособления, которое является самым старым из всех известных до настоящего времени.

Рис. 2. Специализированный токарный станок. XVIII в. Кустарно-художественный музей в г. Семенове.

Приспособление состоит из деревянной двузубой вилки. Ее зубья, имеющие желобки, сходятся вместе и образуют цилиндрический канал, диаметр которого несколько меньше диаметра ручки ложки. Зубья вилки вместе с заключенной между ними ручкой ложки стягиваются хомутом, который удерживается силой трения. Таким образом получается веретено­образный комплект, одно острие которого составляет заостренный черешек вилки, а другое — заостренный конец ручки ложки. Этот комплект ставится на станок остриями в ямки стоек — бабок. Задняя «бабка» может несколько отклоняться от вертикали, что компенсирует небольшие отклонения в размерах ложек по длине. Ограничение отклонения обеспе­чивается вкладыванием деревянного клинышка. Таким образом, приспо­собление с установленное и закрепленной в нем деталью отделено от станка. Комплект может собираться отдельным лицом параллельно с об­работкой заготовки на станке, что дает возможность значительно уско­рить работу и привлечь неквалифицированную рабочую силу для выпол­нения простой и физически легкой операции.

4.3.2.2 СТАНКИ, ПРИВОДИМЫЕ В ДЕЙСТВИЕ С ПОМОЩЬЮ ДЕРЕВЯННОЙ

ПРУЖИНЫ

Потребность в изготовлении значительного количества более сложных
изделий заставила искать способы улучшения конструкции примитивного токарного станка с ручным лучковым приводом. Прежде всего требовалось освободить для работы над изделием обе руки токаря. Это было
достигнуто открытием ножного привода, который состоял из педали,
соединенной гибкой связью с деревянной пружиной. Пружины имели вид
либо очепа, либо лука.

Очеп обычно имел форму бруска, прямоугольное сечение которого
на одном конце было значительно больше, чем на другом. Он прикреплялся
толстым концом к стене или стойке, а к другому его концу присоединя-
лась веревка, которой обматывалась один—два раза заготовка. Другой
конец веревки прикреплялся к педали. Упругость очепа, тянувшего веревку, заставляла заготовку вращаться.

Первый полностью сохранившийся до наших дней токарный станок
также приводился в действие с помощью деревянной пружины. Этот станок был подарен в 1500 г. тирольскими сословными представителями императору Максимилиану I.

В деревянных бабках вставлены стальные центры. Винт, вращаясь, перемещался в неподвижно закрепленной гайке 6 и пе­ремещал резцедержатель 7 и резец 8. Таким образом, в описываемой кон­струкции на один оборот заготовки была предусмотрена определенная величина подачи резца.

Поперечная подача регулировалась рабочим с помощью педали, на­жимая на которую он отводил резец от обрабатываемой детали. Попереч­ная составляющая усилия резания обеспечивалась грузом 9.

Рис. 3. Токарно-винторезный станок. 1569 г. По Кессону

Устройство для прижимания резца к обрабатываемой поверхности не позволяло резцу отрываться от детали при изменении формы последней. Это позво­ляло наносить винтовые линии также и на детали с переменным сечением. Поэтому ошибочным является мнение проф. Фельдхауза о том, что на рас­сматриваемом рисунке обрабатываемая деталь изображена конической неправильно, по произволу художника — иллюстратора книги. Слож­ная работа по нанесению декоративной винтовой нарезки не только на из­делия конической формы, но даже на изделия с переменным сечением на описываемом станке была вполне осуществима.

Неправильным на иллюстрации является положение рабочего, кото­рый должен наблюдать за ходом обработки и поэтому стоять несколько левее.

Станок с ножным приводом осободил руку токаря, двигающую лучок,
но холостое вращение заготовки и связанный с этим отвод и подвод резца
остались. Сохранилась также вредная для качества работы и производительности квалифицированного труда токаря затрата тяжелого физического
неквалифицированного труда на приведение станка в движение. Кроме того,
прерывистость и неплавность движения привода с очепом отражались
на качестве изделий.

4.3.2.3 ОТДЕЛЕНИЕ ПРИВОДА ОТ СТАНКА; СТАНКИ С МАХОВИКАМИ;

ВВЕДЕНИЕ ПОДДЕРЖЕК И СУППОРТОВ ДЛЯ РЕЗЦА

Следующим после ножного привода крупнейшим преобразованием в конструкции токарного станка явилось отделение привода от станка. Это было сделано на станках, предназначенных для выполнения массовых или сложных работ. Отделение привода можно впервые увидеть на токарном станке, предназначенном для очистки и отделки литой из олова посуды. Здесь на станке впервые появляется специальный приемник энергии — шкив. Этот шкив получал энергию с помощью канатной передачи от махового колеса, вращаемого вручную отдельным рабочим (не самим токарем).

К 1671 г. относятся два весьма важных документа, касающихся токарного дела
в Пушкарском приказе. Они являются наиболее старыми из известных русских документов, содержащих сведения о станках, инструментах и токарях.

Приведенные документы позволяют ознакомиться с русскими терминами, обозначавшими отдельные токарные инструменты и станочные принадлеж­ности, а именно: крюки, долота прямые и желобчатые, трубки, тиски с их принадлежностями (шурупами, гайками и ключами). Определить назначение каждой из перечисленных деталей стало возможным после изучения перевода на русский язык книги Плюмье «Токарное искусство», о которой подробно сообщается ниже (см. стр. 36). В этой книге описываются пред­меты, фигурирующие в документах Пушкарского приказа.

Из сравнения терминов видно, что токарные станки, установленные на Пушечном дворе, по своей конструкции не отличались от западно­европейских. Не отличались также используемые на них инструменты, а следовательно, и технологические процессы обработки.

Режущие инструменты изготовлялись, как отмечено в документах, из «уклада», т. е. стали. Ими были резцы — «крюки», у которых стер­жень был отогнут, а также «долота», т. е. токарные резцы обычного типа, прямые и желобчатые. К последним относятся также и упоминаемые в документах «трубки». Резцами-сверлами являются большие и малые «на­дари». Упоминаемые в документах «свайки» представляли собой штыри с большими шляпками и использовались для закрепления обрабатываемых изделий или в качестве опор для резца. Большой интерес представляют упоминаемые в документах «тиски с гайками и шурупы и с ключами», которые выдавались токарям по одному на два станка. Это были съемные бабки станков, позволявшие точить в подшипниках без центров. Они при­менялись главным образом для обработки валов и крупных винтов. Требование выдать пуд жестких варовых приводных веревок показывает, -что станки приводились в движение уже не самими работавшими на них токарями.

Некоторые дополнительные сведения относительно работы токарей на предприятии, занятом изготовлением артиллерийских орудий и бое­припасов, можно получить из относящегося к более позднему времени «Описания» Геннина. В описании говорится, что на заводе должен быть токарь и ученик.

Кроме инструментов, отмеченных в приведен­ной выше «скаске», токари должны были иметь конопляное масло для •смазки центров, бруски (печорские) для заточки режущих инструментов, рыбий клей для склейки заготовок моделей. Приводные варовые веревки заменены у Геннина сыромятными ремнями, что является шагом в сторону улучшения привода.

В России применение водяного колеса для станков, обрабатывавших орудийные стволы, известно с середины XVII в.

До настоящего времени еще не имеется сведений о применении силы ветра для приведения в движение токарных станков. Однако такое ис­пользование силы ветра в XVIII—XIX вв. вполне возможно, так как из­вестны факты использования энергии ветра не только в мукомольных мель­ницах. Например, сохранились чертежи лесопильного завода с обычными и дисковыми пилами, который в 1753 г. находился в эксплуатации в Киеве и приводился в движение ветряными крыльями.

Кроме введения шкива или маховика, токарные станки располагали еще одним ресурсом для улучшения условий труда и повышения каче­ства и количества продукции. Это была устройства для установки резца.

Поддержки для резца в виде продольного бруска можно было видеть уже на самых примитивных станках, описанных выше. Постепенно они становились более удобными, подвижными и превратились, наконец, в суппорты. Последние появились в XVII в. как немеханизированные устройства, а в начале XVIII в. уже были механизированы.

Французский ученый Шернбен д'Орлеан издал в 1671 г. капитальное сочинение по оп­тике и изготовлению оптических приборов.

На специализированном станке Шернбена, являющемся прообразом лоботокарного (рис. 4), кроме маховика, впервые появился контрпри­вод К, позволивший изменять скорость вращения обрабатываемой детали. Последняя закреплялась на шпинделе. Держатель с установленным в нем резцом по направляющей подводился к детали и закреплялся барашком.

Другой станок Шернбена замечателен применением немеханизированого суппорта. В конструкции отмечен корпус суппорта, на кото­ром сверху имелась скоба с барашком, закреплявшим резец в держателе. Установленный таким образом резец мог быть подведен к обрабатываемой детали до контакта с ней. Глубина резания в дальнейшем регулировалась
винтом поперечных подач, один конец которого был скреплен с подвижными салазками суппорта, а другой — с основанием.

Рис. 4. Токарный педальный станок с кривоши­пом, маховиком и суппортом.

1671 г. По Шернбену д'Орлеан.

Станок был специализирован для обработки деталей сравнительно небольшой ширины с помощью широкого резца, перекрывавшего ширину обрабатываемой поверхности (прообраз специализированного чистового резца). Поэтому перемещение резца вдоль образую­щей детали цилиндрической формы "в процессе резания не требовалось. Нижние салазки и длинная прорезь в станине позволяли устанавливать суппорт против каждой из четырех деталей, подлежавших обработке. Заметим, что здесь впервые встречается последовательная обработка группы деталей, собранных на одну оправку. Этот прием объединения деталей был широко использован значительно позже, только в середине XIX в.

ВОПРОСЫ ДЛЯ САМОАНАЛИЗА

1. Сформулируйте положительную роль внедрения суппорта в станкостроении

2.Сформулируйте отрицательную роль внедрения суппорта в станкостроении

РЕЗЮМЕ. В разделе проведено системное рассмотрение структурных элементов и узлов, определяющих этапы и логику развития металлорежущих станков. На базе этого раздела можно предсказать пути и стратегии развития станкостроения на ближайшие годы.