Історія токарного верстата

                                                         РЕФЕРАТ

 

 

              На тему : «Історія токарного верстата»

 

 

 

 

 

 

       

 

 

 

 

                                                                                                                                                                     

                                                                                                                    

                                                                                                                      

 

 

 

 

 

 

 

1) Походження  токарного верстата

Історія відносить винахід токарного  верстата до 650 років. до н. е.. Верстатявляв собою два встановлених центру, між  якими затискалисязаготівля з дерева, кістки або рогу. Раб або підмайстер обертав заготівлю  
(один або декілька обертів в один бік, потім в іншу). Майстер тримаврізець в руках і, притискаючи його в потрібному місці до заготівлі, знімав стружку,надаючи заготівлі необхідної форми.

Пізніше заготовки для приведення в рух застосовували лук зі слабонатягнутої (провисаюча) тятивою. Тятиву обертали навколо циліндричноїчастині заготовки так, щоб вона утворила петлю навколо заготовки. Прирусі цибулі то в один, то в інший бік, аналогічно руху пили прирозпилюванні колоди, заготівля робила кілька обертів навколо своєї осіспочатку в один, а потім в інший бік.

У XIV - XV століттях були поширені токарні  верстати з ножним приводом.  
Ножний привід складався з очепа - пружною жердини, консольно закріпленої надверстатом. До кінця жердини кріпилася мотузка, яка була загорнута на одиноборот навколо заготовки та нижнім кінцем кріпилася до педалі. При натисканні напедаль мотузка натягалася, змушуючи заготівлю зробити один - дваобороту, а жердину - зігнутися. При відпуску педалі жердину випрямляти,тягнула вгору мотузку, і заготівля робила ті ж обороти в інший бік.

Приблизно до 1430 замість очепа стали  застосовувати механізм, що включаєпедаль, шатун і кривошип, отримавши, таким  чином, привід, аналогічнийпоширеній в XX столітті ножним приводом швейної  машинки. З цьогочасу заготівля  на токарному верстаті отримала замість коливальногоруху обертання в одну сторону протягом всього процесу точіння.

2) Удосксналення  верстата

У 1500 р. токарний верстат вже мав  сталеві центри та люнет, який мігбути  укріплений в будь-якому місці  між центрами.

На таких верстатах обробляли досить складні деталі, що представляютьсобою тіла обертання, - аж до кулі. Але привід існуючих на той часверстатів був занадто малопотужним для обробки металу, а зусилля руки,що тримає різець, недостатніми, щоб знімати велику стружку з заготовки.  
У результаті обробка металу виявлялася малоефективною. Необхідно булозамінити руку робочого спеціальним механізмом, а м'язову силу,верстат що приводить в рух, більш потужним двигуном.

Поява водяного колеса призвело до підвищення продуктивності праці,зробивши при цьому потужне революціонізуюче дію на розвиток техніки. Аз середини XIV ст. водяні приводи стали поширюватися вметалообробці.

У середині XVI Жак Бессон (помер  у 1569 р.) - винайшов токарний верстатдля нарізання циліндричних і конічних гвинтів.

На початку XVIII століття Андрій Костянтинович  Нартов (1693-1756), механік  
Петра першого, винаходить оригінальний токарно-копіювальний і гвинторізнийверстат з механізованим супортом і набором змінних зубчастих коліс. Щобпо-справжньому зрозуміти світове значення цих винаходів, повернемося до еволюціїтокарного верстата.

У XVII ст. з'явилися токарні верстати, в яких обробляється вирібприводилося в рух вже не м'язової силою  токаря, а за допомогою водяногоколеса, але різець, як і раніше, тримав у  руці токар. На початку XVIII ст.токарні верстати все частіше використовували для різання металів, а не дерева, ітому проблема жорсткого кріплення різця і переміщення його уздовжоброблюваної поверхні столу вельми актуальною. І ось уперше проблемасамохідного супорта була успішно вирішена в копіювальному верстаті А. К. Нартовав 1712 р.

До ідеї механізованого пересування  різця винахідники йшли довго.  
Вперше ця проблема особливо гостро постала при вирішенні таких технічнихзавдань, як нарізування різьблення, нанесення складних узорів на предмети розкоші,виготовлення зубчастих коліс і т.д. Для отримання різьблення на валу, наприклад,спочатку проводили розмітку, для чого на вал навіває паперову стрічкупотрібної ширини, по краях якої наносили контур майбутньої різьблення. Післярозмітки різьблення опілівалі напилком вручну. Не кажучи вже про трудомісткістьтакого процесу, отримати задовільну якість різьблення таким способомдуже важко.

А Нартов не тільки вирішив завдання механізації цієї операції, але в 1718 -  
1729 рр.. сам удосконалив схему. Копіювальний палець і суппортнаводилися в рух одним ходовим гвинтом, але з різним кроком нарізки підрізцем і під копіром. Таким чином, було забезпечено автоматичнепереміщення супорта уздовж осі оброблюваної заготовки. Правда, поперечноїподання ще не було, замість неї було введено хитання системи "копір -заготовка ". Тому роботи над створенням супорта тривали. Свійсуппорт створили, зокрема, тульські механіки Олексій СУРНІН і Павло  
Захава. Більш досконалу конструкцію супорта, близьку до сучасної,створив англійська верстатобудівників Модслі, але А.К. Нартов залишається першим,хто знайшов шлях до вирішення цього завдання.

Друга половина XVIII ст. у верстатобудуванні  ознаменувалася різкимзбільшенням  сфери застосування металорізальних  верстатів і пошукамизадовільною схеми універсального токарного верстата, що міг бивикористовуватися в різних цілях.

У 1751 р. Ж. Вокансон у Франції побудував  верстат, який за своїмитехнічними даними вже походив на універсальний. Він  був виконаний зметалу, мав потужну станину, два металевих центру, дві направляючі V -подібної форми, мідний супорт, що забезпечує механізоване переміщенняінструменту в поздовжньому і поперечному напрямках. У той же час в цьомуверстаті була відсутня система затиску заготовки в патроні, хоча цепристрій існувало в інших конструкціях верстатів. Тутпередбачалося кріплення заготовки тільки в центрах. Відстань міжцентрами можна було змінювати в межах 10 см. Тому обробляти на верстаті  
Вокансона можна було тільки деталі приблизно однакової довжини.

У 1778 р. англієць Д. Рамедон розробив два типи верстатів длянарізування різьблень. В одному верстаті уздовж обертається заготовки по паралельнихнапрямних пересувався алмазний ріжучий інструмент, швидкість переміщенняякого задавалася обертанням еталонного гвинта. Змінні шестерні дозволялиотримувати різьблення з різним кроком. Другий верстат давав можливістьвиготовляти різьблення з різним кроком на деталі більшої довжини, ніж довжинаеталона. Резец просувався вздовж заготовки за допомогою струни,накручується на центральну шпонку.

У 1795 р. французький механік Сіно виготовив спеціалізованийтокарний  верстат для нарізки гвинтів. Конструктор передбачив зміннішестерні, великий ходовий гвинт, простий  механізований суппорт. Верстатбув позбавлений будь-яких прикрас, якими любили прикрашати свої виробимайстри перш.

Накопичений досвід дозволив до кінця XVIII століття створити універсальний токарний верстат, що став основою машинобудування. Його автором став Генрі  
Модслі. У 1794 р. він створив конструкцію супорта, досить недосконалу. У  
1798 р., заснувавши власну майстерню з виробництва верстатів, вінзначно поліпшив супорт, що дозволило створити варіант універсальноготокарного верстата.

У 1800 р. Модслі удосконалив цей верстат, а потім створив і третюваріант, який містив всі елементи, які мають токарно-гвинторізні верстатисьогодні. При цьому істотно те, що Модслі зрозумів необхідність уніфікаціїдеяких видів деталей і першим став впроваджувати стандартизацію різьблень нагвинтах і гайках. Він почав випускати набори метчиков і плашок для нарізкирізьблень.

Одним з учнів і продовжувачів  справи Модслі був Р. Робертс. Вінполіпшив  токарний верстат тим, що розташував ходовий гвинт перед станиною,додав  зубчастий перебір, ручки управління виніс на передню панель верстата,що зробило більш зручним керування верстатом. Цей верстат працював до 1909р.

Інший колишній співробітник Модслі - Д. Клемент створив лоботокарні  верстатдля обробки деталей великого діаметра. Він врахував, що при постійнійшвидкості обертання деталі і постійній  швидкості подачі в міру рухурізця від периферії до центру швидкість різання буде падати, і створив системузбільшення швидкості.

У 1835 р. Д. Вітворт винайшов автоматичну  подачу в поперечномунапрямку, яка  була пов'язана з механізмом поздовжньої  подачі. Цим булозавершено принципове вдосконалення токарного обладнання.

3) Автоматизація токарних верстатів

Наступний етап - автоматизація токарних верстатів. Тут пальмапершості належала американцям. У США розвиток техніки  обробкиметалів почалося пізніше, ніж  у Європі. Американські верстати першимполовини XIX ст. значно поступалися верстатів Модслі.

У другій половині XIX ст. якість американських  верстатів було вжедосить високим. Верстати випускалися серійно, причому  вводилася повнавзаємозамінність  деталей і блоків, що випускаються однією фірмою. При поломцідеталі досить було виписати з заводу аналогічну і замінити зламанудеталь на цілу без жодної підгонки.

У другій половині XIX ст. були введені  елементи, що забезпечують повнумеханізацію обробки - блок автоматичної подачі по обох координатах,досконалу систему кріплення різця і деталі. Режими різання і подачзмінювалися швидко і без значних зусиль. У токарних верстатах булиелементи автоматики - автоматичний зупинка верстата при досягненніпевного розміру, система автоматичного регулювання швидкостілобового точіння і т.д.

Проте основним досягненням американського верстатобудування було нерозвиток традиційного токарного верстата, а  створення його модифікації --револьверного  верстата. У зв'язку з необхідністю виготовлення новогострілецької зброї (револьверів) С. Фітч в 1845 р. розробив і побудувавревольверний верстат з вісьмома ріжучими інструментами в револьверноюголівці. Швидкість зміни інструменту різко підвищила продуктивністьверстата при виготовленні серійної продукції. Це був серйозний крок достворенню верстатів-автоматів.

У деревообробці перші верстати-автомати вже з'явилися: в 1842 р. такийавтомат побудував К. Віпіль, а в 1846 р. Т. Слоан.  
Перший універсальний токарний автомат винайшов в 1873г. Хр. Спенсер.

4) Супорт

Одним з найважливіших досягнень машинобудування на початку XIX століття сталопоширення металорізальних верстатів з супортами - механічнимивласниками для різця. Введення супорта разом спричинило за собоюудосконалення і здешевлення всіх машин, дало поштовх до новихудосконаленням і винаходів.

Токарний  верстат має дуже давню історію, причому з роками йогоконструкція  змінювалася дуже незначно. Наводячи в обертання шматокдерева, майстер  з допомогою долота міг надати йому саму вигадливуциліндричну форму. Для цього він притискав долото до швидко обертаєтьсяшматку дерева, відділяв від нього кругову стружку і поступово давав заготівліпотрібні обриси. У деталях свого пристрою верстати могли доситьзначно відрізнятися один від одного, але аж до кінця XVIII століття всі вонимали одну принципову особливість: при обробці заготівля оберталася, арізець знаходився в руках майстра.

Винятки з цього правила були дуже рідкісними, і їх ні в якому разіне можна  вважати типовими для цієї епохи. Наприклад, тримачі для різцянабули  поширення в копіювальних верстатах. За допомогою таких верстатівпрацівник, не володів особливими навиками, міг виготовляти чудернацьківироби дуже складної форми. Щоб цього користувалися бронзової моделлю,що мала вигляд виробу, але більшого розміру (звичайно 2:1). Потрібне зображенняотримували на заготівлі наступним чином.

верстат обладнаний двома супортами, що дозволяли  виточувати виробибез участі руки працівника: в одному був закріплений копіювальний палець, віншому - різець. Нерухомий  копіювальний палець мав вигляд стрижня, назагостреному кінці якого схибнувся маленький ролик. До роликукопіювального пальця спеціальної пружиною постійно тулилася модель. Підчас роботи верстата вона починала обертатися і у відповідності з виступами ізападинами на своїй поверхні здійснювала коливальні рухи.

Ці  рухи моделі через систему зубчастих  коліс передавалисяобертається  заготівлі, яка повторювала їх. Заготівля  перебувала вконтакті з різцем, подібно  до того, як модель знаходилася в  контакті зкопіювальних пальцем. У  залежності від рельєфу моделі заготівля тонаближалася до різцю, то віддалялася від нього. При цьому змінювалася і товщинастружки. Після багатьох проходів різця по поверхні заготовки виникалорельєф, аналогічний що були на моделі, але в меншому масштабі.

Копіювальний верстат був дуже складним і дорогим інструментом.  
Придбати його могли лише дуже заможні люди. У першій половині  
XVIII століття, коли виникла мода на точені вироби з дерева і кістки,токарними роботами займалися багато європейські монархи і титулованазнати. Для них здебільшого і призначалися копіювальні верстати.

Але широкого розповсюдження у токарному  ділі ці пристосування неотримали. Простій токарний верстат цілком задовольняв всі потребилюдини  аж до другої половини XVIII століття. Однак  із середини сторіччявсе частіше стала виникати необхідність обробляти з великою точністюмасивні залізні деталі. Ліси, гвинти різної величини, зубчасті колесабули першими деталями машин, про механічне виготовленні яких вставпитання одразу ж після їх появи, так як вони були потрібні у величезномукількості.

Особливо гостро потреба в високоточної обробки металевих заготовокстала відчуватися після впровадження в життя великого винаходу Уатта.  
Виготовлення деталей для парових машин виявилося дуже складною технічноїзавданням для того рівня, якого досягла машинобудування XVIII століття.

Зазвичай різець зміцнювався на довгій крючкообразной палиці. Робочий  тримавйого в руках, спираючись як на важіль на спеціальну підставку. Ця працявимагав великих професійних навиків  і великої фізичної сили. Будь-якапомилка приводила до псування всієї заготовки або до занадто великий похибкиобробки.