Токарно-винторезные станки — История

История относит изобретение токарно-винторезного станка к 650 гг. до н. э. Он представлял собой два 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 сторону). 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 универсальные токарно-винторезные станки с ножным приводом. Ножной привод состоял из очепа — упругой жерди закрепленной консольно. 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 токарно-винторезном станке получила вместо колебательного движения вращение в одну сторону в течение всего процесса точения.

В 1500 г. уже появились стальные центры и люнет, который мог быть укреплен в любом месте между центрами.

Обрабатывали довольно сложные детали, представляющие собой тела вращения, — вплоть до шара. Но привод 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 в движение, более мощным двигателем.

В начале XVIII века Андрей Константинович Нартов (1693-1756), механик Петра первого, изобрел оригинальный токарно-винторезный станок с механизированным суппортом и набором сменных зубчатых колес.

Вторая половина XVIII в. в станкостроении ознаменовалась резким увеличением сферы применения металлорежущих и поисками удовлетворительной схемы универсального токарно-винторезного станка, который мог бы использоваться в различных целях.

В 1778 г. англичанин Д. Рамедон разработал два типа токарно-винторезных станков для нарезания резьб. В одном 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 токарно-винторезный 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 токарно-винторезный станок для нарезки винтов. Конструктор предусмотрел сменные шестерни, большой ходовой винт, простой механизированный суппорт. токарно-винторезный станок был лишен каких-либо украшений, которыми любили украшать свои изделия мастера прежде.

Накопленный опыт позволил к концу XVIII века создать универсальный токарно-винторезный 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 токарно-винторезных станках, он значительно улучшил суппорт, что позволило создать вариант универсального токарно-винторезного станка.

В 1800 г. Модсли усовершенствовал этот токарно-винторезный станок, а затем создал и третий вариант, содержавший все элементы, которые имеют универсальные 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.

Одним из учеников и продолжателей дела Модсли был Р. Робертс. Он улучшил токарно-винторезный станок тем, что расположил ходовой винт перед станиной, добавил зубчатый перебор, ручки управления вынес на переднюю панель токарно-винторезного станка, что сделало более удобным управление станком. Этот токарно-винторезный станок работал до 1909 г.

Другой бывший сотрудник Модсли — Д. Клемент создал токарно-винторезный 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 токарно-винторезных станков.

Следующий этап — автоматизация токарно-винторезных станков. Здесь пальма первенства принадлежала американцам. В США развитие техники обработки металлов началось позднее, чем в Европе. Американские токарно-винторезные станки первой половины XIХ в. значительно уступали м 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. Имелись элементы автоматики — автоматический останов при достижении определенного размера, система автоматического регулирования скорости лобового точения и т.д.

Однако основным достижением американского станкостроения было не развитие традиционного станка, а создание его модификации — револьверного . 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 при изготовлении серийной продукции. Это был серьезный шаг к созданию -автоматов.

В деревообработке первые станки-автоматы уже появились: в 1842 г. такой автомат построил К. Випиль, а в 1846 г. Т. Слоан.