ЭВОЛЮЦИЯ ТОКАРНОГО СТАНКА

Еще в весьма отдаленную эпоху, у первобытных людей, возникла острая потребность делать отверстие в каменном топоре, чтобы надеть на него деревянную ручку. Найденные при многочисленных раскопках орудия труда древнейшего человека имеют такие аккуратно просверленные гладкие отверстия. Как же это удавалось делать сверловщикам каменного века? Они пользовались незамысловатым устройством: из прочного дерева вырезали стержень, один конец которого заостряли и помещали в углубление в камне, наполненное мелким песком. Стержень вращали между ладонями, а его заостренный конец действовал как сверло.

В дальнейшем устройство модернизировалось: с целью облегчить сверление вокруг стержня спирально закручивалась тетива лука. При приведении лука в движение стержень начинал вращаться, а углубление в камне просверливалось в отверстие. Лучковый привод для вращения точильного камня стал одним из первых узлов будущего станка. Он был известен и с успехом применялся в Древнем Египте около 4000 лет назад. Из глубины веков дошли до нас греческие и римские геммы – украшения из камня, отшлифованные кусочки яшмы, сердолика, малахита, на которых резец древнего скульптора оставил какой-либо орнамент или рисунок мифологического характера. Сама Греция считается страной происхождения токарного дела.

В XIV-XV вв. стали распространяться токарные станки с ножным приводом, который состоял из очепа – упругой жерди, консольно закрепленной над станком, к ней крепилась бечевка, которая была обернута на один оборот вокруг заготовки, а своим 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, при этом заготовка делала те же обороты в другую сторону.

Примерно к 1430 г. вместо очепа стали применять механизм, включающий педаль, шатун и кривошип, так получили привод. С этого времени заготовка на токарном станке стала вращаться только 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, поэтому обработка металла оказывалась в результате малоэффективной. Появление водяного колеса привело к повышению производительности труда, а с середины XIV в. водяные приводы стали распространяться в металлообработке.

В XVII в. в токарных станках обрабатываемое изделие приводилось в движение уже не мускульной силой токаря, а с помощью водяного колеса, но резец по-прежнему токарь держал в руке. В начале XVIII в. токарные станки все чаще использовали для резания металлов, а не дерева, поэтому стала очень актуальной проблема жесткого крепления резца и перемещения его вдоль обрабатываемой поверхности.

В 1712 г. Андрей Константинович Нартов, механик Петра I, изобретает оригинальный токарно-копировальный и винторезный станок, в котором была блестяще решена проблема самоходного суппорта. К идее механизированного передвижения резца изобретатели шли долго, 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.

Вторая половина XVIII в. в станкостроении ознаменовалась резким увеличением сферы применения металлорежущих станков и поисками конструкции универсального токарного станка для различных целей. Накопленный опыт позволил к концу XVIII в. создать такой универсальный токарный станок, ставший основой машиностроения. Его автором стал Генри Модсли, основавший в 1798 г. собственную мастерскую по производству станков, где в результате отработки нескольких экспериментальных образцов он пришел к созданию универсального токарного станка, содержащего все элементы, которые имеют токарно-винторезные станки сегодня. Модсли первым стал внедрять стандартизацию резьб на винтах и гайках. Одним из учеников и продолжателей дела Модсли был Р. Робертс, который улучшил токарный станок, расположив ходовой винт перед станиной, добавил зубчатый перебор, ручки управления вынес на переднюю панель станка для более удобного управления им. 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, поэтому создал систему увеличения скорости.

В 1835 г. Джозеф Витворт изобрел автоматическую подачу в поперечном направлении, которая была связана с механизмом продольной подачи. Этим было завершено принципиальное совершенствование токарного оборудования. На заводе Витворта были впервые реализованы принципы стандартизации и взаимозаменяемости резьбы на винтах, нашедшие впоследствии широчайшее применение в машиностроении и ставшие основой создания унифицированных и стандартных деталей и узлов машин.

Следующий этап – автоматизация токарных станков. Здесь пальма первенства принадлежала американцам. 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. Один из первых металлорежущих автоматов создал американец X. Спенсер в 1873 г. на базе револьверного станка. В качестве управляющего устройства в этом автомате использованы кулачки и распределительный вал. Технический прогресс станкостроения привел к созданию в 90-х гг. XIX в. многошпиндельных станков-автоматов; их появление было вызвано стремлением максимально увеличить число одновременно работающих инструментов и тем самым повысить производительность станка с помощью совмещения операций. Сегодня станок представляет собой комплекс Механики, Электроники (системы ЧПУ и контроллеры) и, конечно, ПО (Программное обеспечение).

Таким образом, токарный станок является наиболее старым в истории. Значение станков токарной группы сохраняется и в современном машиностроении, несмотря на то, что многие виды работ выполняются в настоящее время другими станками.

Обзор подготовила

Елена Михаленко