3. Технология металлообработки периода становления промышленности

В странах Западной Европы и в России XVII - XVIII века характерны становлением промышленного производства, которое сразу предъявило к технологии металлообработки требования повышения качества и эффективности обработки металлов.

В XVII веке сразу в трех странах - Франции, Голландии и Германии на токарном станке появился особый резцедержатель - прототип суппорта. Резец во время обработки перестали держать в руках. Это сразу повысило точность обработки, возросла ее производительность.

Предприятия металлообработки того времени в основном ориентировались на ружейное производство. В больших количествах выпускалось стрелковое оружие, которое к XVIII столетию представляло собой довольно сложный механизм, состоящий из большого количества деталей (рис. 14).

Рис. 14. Вооружение русской армии в 17-18 веках

При этом существовал только один метод сборки - индивидуальная подгонка собираемых деталей. Практически каждое изделие выпускалось индивидуально, это делало его уникальным. Такой подход полностью исключил примене-

ние запасных деталей. Поломка любой из деталей механизма требовало индивидуального изготовления такой же уникальной детали, что в полевых условиях не всегда было возможно.

Для устранения подобных трудностей возникла идея производства запасных частей к различным механизмам, в основном к оружию, которые наиболее часто выходят из строя. Воплощение этой идеи в жизнь повлекло за собой ужесточение требований к качеству обработки, особенно детали, а также к необходимости специализации цехов предприятия по видам выпускаемых деталей и отделения сборки от изготовления деталей.

В связи с этим в конце XVII, начале XVIII века на Тульском оружейном заводе была создана первая в мире инструкция по организации взаимозаменяемого производства. Следует заметить, что в Западной Европе внедрение стандартизации и взаимозаменяемость деталей машин было выполнено только в 1835 -1840 гг. инженерами и изобретателями П. Уитни и С. Портом.

В связи с внедрением взаимозаменяемости на Тульском оружейном заводе в начале XVIII века были впервые применены медные калибры и лекала для независимой обработки сопрягаемых деталей. Здесь же впервые было применено искусственное старение для производства калибров.

Внедрение этих новшеств, свидетельствует о достаточно высокой культуре производства и высоком уровне технологии. Во-первых, калибр - это высокоточный инструмент определения годности детали, применение которого оправдано в крупносерийном производстве. Во-вторых, использование калибров и лекал предполагает введение стандартов на изделия, что неизбежно ведет к унификации остальных средств технологического оснащения. В-третьих способность предприятия освоить изготовление калибров говорит о наличии высокоточного оборудования и инструмента, а также квалифицированных исполнителей.

На том же Тульском оружейном заводе в 1714 году механик М.В. Сидоров построил "вододействующие" машины для сверления оружейных стволов.

Там же солдат В. Батищев разработал и изготовил станок для одновременного сверления 24 ружейных стволов и станок для зачистки напильниками наружных и внутренних поверхностей орудийных стволов с приводом от водяных мельниц.

В 1713 году в Швейцарии механик Жан Марин-старший сконструировал и построил вертикально-сверлильный станок.

Период XVIII столетия в России характерен преобразованиями Петра Первого и царствованием Екатерины Великой (рис. 15 и 16).

Рис. 15. Петр I

Будучи сам технически грамотным человеком Петр Первый всячески способствовал развитию промышленности в России и воспитанию технических кадров. При нем получил развитие Тульский оружейный завод, на Урале начал свою деятельность известный промышленник Демидов, появились выдающиеся механики и изобретатели, среди ко-

торых особо выделяется сподвижник Петра механик, изобретатель и скульптор А.К. Натров.

Рис. 16. Екатерина П

В 1817 году А.К. Натров создает для токарного станка механический суппорт, который мог перемещаться вдоль оси вращающейся детали. Подобное перемещение выполнялось с помощью зубчатого колеса и зубчатой рейки. Токарный станок получил практически современный вид. Значительно повысилась точность и производительность обработки. Но главное появилась возможность создания токарно-винторезного станка, способного нарезать различные резьбы на механической подаче, что А.К. Нартов и сделал в 1725 году. Кроме того, или в период с 1720 - 1725гг. Были построены большой токарно-копировальный станок, объемно-копировальный токарный станок, зуборезный и пилонасекальный станки.

До сих пор достоин восхищения объемно-копировальный токарный станок А.К. Нартова (рис. 17). Этот станок сейчас находится в Эрмитаже в г. Санкт-Петербурге. Станок имеет оригинальную кинематику, которая позволяла ему делать объемные копии с рельефных оригиналов, например с какой - либо вазы.

Рис. 17. Объемно-копировальный токарный

станок Нартова

Таким образом в первой половине XVIII столетия в России были освоены следующие технологические методы: токарно-копировальное точение, глубокое сверление, машинное и ручное нарезание резьб, зубообработка, шлифование.

В Западной Европе в 1742 году французский механик Мартин-младший усовершенствовал горизонтально- сверлильный станок.

В это же время в России талантливыми мастерами создавались подлинные шедевры инженерной мысли. В 1763 году, на 20 лет раньше Д.Уатта, рабочий уральского завода Иван Ползунов построил паровую машину. К сожалению, она так и не была применена в производстве. Одной из наиболее ответственных деталей такой машины является цилиндр. Для создания своего парового двигателя И. Ползунов построил один из первых цилиндрорасточных станков. В мастерской Российской Академии наук работал изобретатель и механик-самоучка Иван Кулибин (рис. 18). Он создал часы с музыкой, целый ряд приборов-телескопов,

барометров, построил модель одноарочного моста, сконструировал "водоход", который мог двигаться против течения. В подобных устройствах широко применялись различные зубчатые передачи. Для получения высокоточных и разнообразных зубчатых колес этим мастером была построена целая гамма специальных зубообрабатывающих станков для изготовления зубчатых колес часовых механизмов.

Рис. 18. Иван Кулибин

Во второй половине XVIII века М.В. Ломоносовым (рис. 19) были созданы ло-ботокарный, сферотокарный и шлифовальный станки.

В то же время над созданием парового двигателя работали английский механик Томас Северн и французский изобретатель Дени Папен. В связи с этим перед запедно- европейскими механиками встала аналогичная проблема точной обработки цилиндров. И в 1769 -1775гг. Механики Смитон и Дж. Уилкинсон создали горизонтальный стан для расточки цилиндров. В этих станках впервые была применена борштанга с резьбовой головкой. Эта борштанга приводилась в движение водяными колесами и вращалась внутри открытых цилиндров, обрабатывая их.

Рис. 19. М.В.Ломоносов

Так появился новый технологический метод растачивание и технологическая оснастка для его реализации - расточные станки, резцовые головки, борштанги.

Конец XVIII столетия знаменателен появлением первых паровых двигателей, создателями которых являются Томас Северен, Дени Папен и Н.Н.Ползунов.

Паровые двигатели дали новый толчек к развитию металлообработки. Появился железнодорожный транспорт. Возникла необходимость расширения производства на новые изделия: собственно паровые двигатели, паровозы, вагоны и т.д. Получил развитие паровой флот. Появились паровые прообразы современных автомобилей. Кроме того паровые двигатели стали применяться в качестве привода металлорежущих станков. Исчезла зависимость металлообработки от гидросооружений. Паровой двигатель мог обеспечить практически любую мощность металлообрабатывающему оборудованию. Стало возможным проектировать и изготавливать крупные станки для обработки тяжелых и крупногабаритных заготовок. Понятно, что оснастить каждый станок паровым двигателем нереально. Как правило, паровая машина была одна на весь цех или участок (рис. 20).

Рис. 20. Схема организации группового привода станков

от одной паровой машины

Паровая машина вращала через ременную передачу общий вал трансмиссии. Каждый станок был связан ременной передачей с этим валом. В принципе каждый станок мог быть отдельно подключен или отключен от трансмиссии. Но все станки останавливались в случае поломки или остановки паровой машины.

Еще в 1979 г. в механической мастерской одного из колхозов Воронежской области был такой станок, когда-то подключавшийся к паровой машине, а теперь оснащенный электродвигателем.

90-е годы XVIII века ознаменованы созданием токарно-винторезного станка с самоходным суппортом. Авторство здесь принадлежит изобретателю Генри Моделену. Появилась автоматическая, равно-мерноработающая подача.

Такое усовершенствование суппорта сразу привело к созданию новых типов токарных, строгальных, сверлильных и шлифовальных станков с механической подачей, но главное появилась возможность создания фрезерного станка.

Появился новый технологический метод обработки - фрезерование, который осуществлялся новым многолезвийным инструментом - фрезой. Интересно происхождение термина "фреза". Впервые этот инструмент был изготовлен во Франции, там же была изобретена и обработка фрезерованием. Неизвестно, какие ассоциации возникли у изобретателя, но инструмент был назван "клубника" - на французском языке - "фрейз".