9. Эволюция токарного станка
«Нет ничего важнее, чем понимать истоки изобретения,
— и, по-моему, они гораздо интереснее самих изобретений.»
Готфрид Лейбниц
Сейчас мы с тобой сделаем умозрительное путешествие на один из заводов нашей страны, где работают огромные станки. Например, на Кировский завод в Петербурге. Что здесь производят? Здесь мало, что привычно твоему глазу: шум, вращение деталей, отлетающая стружка, брызги эмульсии, ящики с деталями, движущиеся транспортёры, краны перемещающие грузы. Здесь нужно быть внимательным и соблюдать технику безопасности (кстати – тоже очень важное изобретение, без неё несчастных случаев на производствах было бы в сотни раз больше). В цеху нужно обязательно надеть каску. Нет, здесь не война, но труд здесь тяжёл и связан со всепобеждающей волей человека над силами природы, с приданием металлу нужной формы и содержания. Метал здесь режется, плавится, рубится, гнётся, сваривается. Он то краснеет в печах, то охлаждается в жидком азоте, его то бьёт наковальня, то рубит рубочный станок, то загибает углы гибочный; мощная пила пилит металлические прутки в нужный размер, а потом они перемещаются на станки , где им придают уникальные формы. Технологии этих перемещений разрабатывают технологи, инженеры следят за исправностью оборудования , а конструктора разрабатывают новые детали , дорабатывают старые до новых идеальных форм. Все детали должны чётко подходить друг к другу, мастера и ОТК следят за качеством деталей, а непосредственно с металлом борется рабочий человек. Именно он находится на передовой этой «борьбы».
То, что производят здесь в повседневной жизни не видно – это внутренности механизмов – шестерни, валы, оси, зубчатые колёса, штока; всё , что находится внутри более сложных механизмов – двигателей, генераторов, насосов, турбин, клапанов.
Поверхности составляющих их деталей обрабатываются на станках, что бы придать им нужный размер, форму, шероховатость, твёрдость заложенную конструктором . Потом детали собираются в корпусе, подгоняются друг к другу, к другим сложным механизмам, опять же всё по задумке создателей и согласно чертежа. И вот – по дорогам ездят машины, по рельсам бегут поезда, взлетают ракеты, трактора пашут землю, комбайны убирают урожай, а к нам в магазины благодаря труду других рабочих поступают продукты, техника, книги.
И детали механизмов невозможно было бы изготовить , если бы человек делал всё вручную. Их точность невозможно увидеть глазом или нащупать руками, гладкость и ровность поверхностей уже никак не повторить рукам. А ведь это те самые руки, которые и создали такой станок, который превзошёл их в этом качестве.
Мы подходим к самому высокоточному станку. На нём вытачивают детали с точностью до микрона. Числовое программное управление руководит его подвижными частями: вращает шпиндель, двигает суппорт с резцом. И вот резец , управляемый этим гением срезает слой за слоем металл оставляя гладкую и безупречную форму. Для того, чтобы производить такие точные работы , детали самого станка выполнены с ещё большей точностью. Как же появилось это «чудо» способной выполнять сложнейшие работы и воспроизводить детали для таких же сложнейших станков? Из чего оно эволюционировало вобрав в себя сотни, а может быть и тысячи изобретений. Какой станок изготовил его детали? А что было в начале начал токарного дела? В начале начал самого промышленного производства?
Пожалуй, ты не удивишься, что я скажу: первого станка никогда не было. И прародителем этой грандиозной «махины» был простое деревянное приспособление с ручным управлением и вращением заготовки. Главная отличительная черта зарождающегося изобретения было – вращение заготовки изделия вокруг своей оси и поступательное движение вдоль неё режущего инструмента. Как и человек, станок эволюционировал из более менее простых моделей. Только человек – дело эволюции жизни, а станок – дело рук творческой эволюции изобретений человека. Если бы мы перелистали гипотетический альбом своих прямых предков, то на страницах датируемых миллиард лет назад увидели бы рыбу. А в начале родословной этого станка увидели бы камень, которому сегодня было бы 2,5 млн. лет.
Что же стоит между этими двумя так непохожими предметами?
Как можно из камня или при помощи камня сделать станок, который сделал детали , скажем, для автомобиля? Оказывается, что можно. И у человечества ушло на это около 2,5 миллиона лет. Этот срок трудно вообразить. Но, если учесть, что первый миллион лет наши предки только приделывали палку к этому камню, остаётся только догадываться – сколько лет предки человека приглядывались к самому камню. Но вопрос о том, почему при малом количестве знаний и сам акт познания происходит очень медленно, а с расширением знаний – темп увеличивается , мы рассмотрели в главе «Структура познания».
Первые станки на заре изобретательства были деревянными, примитивными с ручным приводом. В них воплощались ещё первые изобретения предыдущих поколений: колесо, вращение, обработка закреплённой и вращающейся детали с помощью ножа или резака.
Но ведь иначе и быть не могло, когда не была ещё изобретена доменная печь в которой выплавляются чугун для станины станка, не изобретено электричество, двигатель, передающие шестерни, различные сплавы, смазки.
Приводы вращения заготовки были ручными, удержание режущего инструмента происходило тоже вручную. Упоминание о первом токарном станке относится к 650-му году до н. э. в Элладе. Затем был изобретён ножной привод вращения на основе кривошипно-шатунного соединения с маховиком, где обратно поступательное движение поршня педали передавалось колесу, которое силой инерции возвращало педаль в начальное положение увлекая движение за собой
Эволюцию сегодняшнего токарного станка можно проследить по времени изобретений или усовершенствований его элементов.
Колесо ~ 25 тыс. лет назад
Бронза ~ 4000 лет до н. э.
Гончарный круг ~ 3000 лет до н. э.
Протостанок ~ 650 год до н. э.
Винт ~ IV век
Прядильное колесо ~ X век
Подшипник ~ 1500 год
Штангенциркуль ~ 1631 год
Суппорт ~ 1701 год
Токарно-винторезный станок
С механизированным суппортом ~ 1717 год
Из Википедии:
Изображение токарного станка (сверху ), в средневековой германской книге, 1480 год.
На фото станок построенный русским изобретателем Андреем Нартовым.
Схематично показаны следующие узлы:
1 – Патрон, где закрепляется деталь
2 – Суппорт – механизированное устройство для закрепления режущего инструмента.
3 – задняя бабка. Механизм для поджатия длинномерной детали
4 – станина станка. Корпус на котором крепятся все элементы станка.
5 – маховик передающий вращение на шпиндель и патрон
6 – ножной педальный привод вращения станка
На первом рисунке мы видим как двое работников точат деревянный круг почти вручную. На токарном станке Нартова обрабатывался уже метал. Андрей Константинович Нартов, один из самых замечательных русских техников XVIII в. Это он впервые в мире в 1715 г. изобрел и затем построил токарно-копировальный станок с суппортом - механическим держателем режущего инструмента. Первый станок Нартова сегодня хранится в Эрмитаже. На нём имеется надпись: «Начало произвождения к строению махины 1718-го, решена 1729- году. Механик Андрей Нартов». В 1719 г. Нартов писал Петру I из Лондона: «здесь таких токарных мастеров, которые превзошли российских мастеров, не нашел, и чертежи махинам, которые ваше царское величество приказал здесь сделать, я мастерам казал, и оные сделать по ним не могут...».
Эпоха Петра всколыхнула изобретательскую силу народа. После станка Нартова уже в 18 веке механик-часовщик Лев Собакин и тульский мастер Алексей Сурин разработали станки для нарезания различных винтов, для изготовления ружейных стволов. Но сила привода вращения всё ещё была ограничена силой человека.. Это был период восхождения русского изобретательства.
До изобретения парового двигателя, а затем и электрического оставались какие-то десятилетия. Но как раз и паровая машина и двигатель требовали изготовления точных вращающихся деталей.
На рисунке показан Токарный станок, изготовленный на Тульском оружейном заводе в середине 18 века.
Под номером 1 – суппорт, движение которому передаётся винтом 3, который в свою очередь вращают шестерни 2. 4 – ременная передача, передающая тягу от внешнего двигателя.
Механизированное движение суппорта было важным шагом в качестве обработки металла. В основе его работы лежит движение гайки, внедрённой внутрь суппорта, относительно закреплённого в станине винта, который вращаясь передаёт поступательное движение гайке с суппортом. Но прежде , чем это случилось были изобретены и изготовлены уникальные изделия: винт и гайка. Первые винты и гайки были изготовлены вручную: ковкой , литьём, вытачиванием напильником. На круглую заготовку наматывалась нить с шагом будущей резьбы и рабочий напильником выводил её канавки.
До момента изобретения суппорта его функцию выполняли руки работника. В 10-м томе «Энциклопедии» Дидро размещено изображение простейшего крестового суппорта большого токарного станка. Он мог вращаться вокруг оси и с помощью винта приближаться к обрабатываемой детали. Однако, он не мог перемещаться вдоль неё! А следовательно резец не мог её и обрабатывать. Энциклопедия Дидро увидела свет в 1750-м году. То есть уже после изобретения Нартова.
Библиотеки , энциклопедии , книги, карты, летописи аккумулировали в себе научные и изобретательские знания всего человечества. Они становились важным подспорьем будущих изобретателей и первооткрывателей. Их время наращивало свои обороты готовя промышленную и научно-техническую революцию. Машины, механизмы, паровые двигатели, физические и химические открытия переплетались в умах изобретателей-первопроходцев и обретали вид не просто кустарных, ручных изделий, а гигантских промышленных машин и станков способных изготавливать огромное количество изделий.
Промышленность требовала всё больших изобретений. Потребность в изделиях из более прочного, чем дерево, металла подстёгивала и развитие станков.
То же самое было и с шестернёй – зубчатым колесом, передающим вращательное движение такому же колесу.
Сегодня это изобретение незаменимо работает в механизмах, двигателях, коробках передач и т.д.
Пара этих колёс имеет уникальные свойства. Кроме того, что она меняет направление вращения, в зависимости от разницы размеров колёс пара служит для изменения скорости вращения от одной шестерни к другой, например, если большое колесо вращает малое, то скорость вращения малого всегда больше и наоборот. Это свойство передачи движения используется в коробках передач машин и станков.
Весь 18 век шло совершенствование механических возможностей станка. Но все они были ограничены тяговой силой. И только 19 век с открытием электричества и изобретением электродвигателя дал серьёзный толчок развитию всех отраслей промышленности и изобретательства.
Физики и естествоиспытатели Вольта, Эрстед, Фарадей, Ампер, Барлоу, Араго, Стёрджен, Йедлик внесли свой вклад в обуздание электрических сил природы и применения их на пользу всего человечества. Избавившись от первобытных страхов перед разного рода «громовержцами» и от средневековой инквизиции, которая карала учёных за их изобретательство человек шагнул в эпоху электричества.
Начало 19 века в основном завершило вид и принцип действия станка в усовершенствованиях Генри Модсли. Его станок в принципе содержал все элементы , которые есть сегодня. Эволюционировали и сами формы производства: помещения, технологии, техника безопасности, способы производства – всё развивалось и претерпевало изменения. Покинув современный цех или производство, и перейдя в какой-нибудь цех их 19 века мы бы удивились увиденной разнице. В одном из рассказов русского писателя жившего тогда, Н. А. Благовещенского мы можем найти описание литейного производства, где из железной руды выплавлялся чугун и сталь.
«Представьте себе широкий деревянный сарай, тесно загроможденный калильными горнами и разнородными машинами, между которыми оставлены небольшие площадки и проходы для рабочих и вообще для путей сообщения. В этих проходах толпится народ, и в разных направлениях шныряют между народом тележки с глыбами раскаленного металла. В самой середине мастерской с громом и воем вертится исполинское маховое колесо паровой машины и приводит в движение множество других — резальных, прокатных, подъемных и прессовальных машин. Все это гремит, стучит и мечет искры. Кругом все темно и черно от стародавней копоти, насевшей густыми слоями на степы, машины и людей. Свет прорывается только из мелких скважин в заслонках печей и чуть обрисовывает небольшие группы стоящих возле печей работников. Кое-где зажжены и газовые рожки, но они тускло мерцают в дымном воздухе и мало помогают делу. Вот где-то раскрыли жерло горна, красные струи света прорвались в сарай и на несколько минут ярко осветили и почерневших работников и весь хаос движения; но закрыли жерло, и тьма стала как будто еще темнее. Вот в другом углу подняли цепями на воздух целую массу каленого железа, и опять все озарилось ярче прежнего, точно солнце какое взошло, а кругом него на далекое пространство густо рассыпались искры... Потом эту светлую массу спрятали куда-то, и в мастерской опять все померкло. Чтобы работникам не было душно и жарко, в крыше сарая разобраны доски, и сквозь эти • дыры видно синее небо и светятся звезды. На дворе стоит лютый мороз, но вольный воздух, проходя по сараю, до такой степени успевает нагреться, что только чуть-чуть обдает рабочих едва заметной прохладой. Но и этой прохладе здесь рады: без нее было бы совсем плохо.»
Так было сто лет назад. Сегодня уже производство устроено иначе. Нет деревянных бараков и тяжёлого ручного труда. Многие процессы механизированы, тяжёлые грузы поднимают краны, яркий электрический свет освещает помещения, вентиляции проветривают воздух. Но суть обработки металла остаётся прежней: его плавят, куют, точат, сваривают; на производствах всюду шум работающих станков, стучащих молотов и молотков. Металл поддаётся и выходят гладкие ровные и точные изделия. Высокоточные станки сегодня напоминают больше роботов. Присутствие человека минимально; он лишь следит за отлаженной работой и если нужно подправляет наладку, а остальное станок делает сам: зажимает деталь, включает охлаждение, вращение, подводит режущий инструмент и аккуратно слой за слоем выводит нужную конфигурацию поверхности, которая может быть неимоверной сложности и даже невозможности для ручного изготовления. Выходит, что станок превзошёл в своих возможностях самого создателя – человека? Это так и не совсем так. Всё, что и как делает этот станок запрограммированно самим человеком, были до этого изобретены ЭВМ и алгоритмы программ, логарифмы и сложные измерительные инструменты. Всё это просто воплотилось внутри сложных передач , датчиков, механизмов долгим и кропотливым трудом инженеров, изобретателей.
Как и куда пойдёт развитие станков, производств – подскажет время. Главное – не стоять на месте, что бы не оказаться с изобретённым велосипедом в прошлом веке, когда другие уже устремятся в будущее.
В 1970 году специалистами Коломенского завода тяжелого станкостроения был построен карусельный универсальный станок КУ299. На его гигантской планшайбе могли размещаться детали диаметром до 20 м и весом до 560 т. Это уникальное изделие вместило в себя труд изобретателей, конструкторов, технологов, инженеров, рабочих. Только совместное целенаправленное созидательное творчество может создать нечто подобное на благо человечества. Это доказывает, что предела человеческому творению нет. Главное, чтобы все члены общества это осознавали
Машина была отправлена на экспорт, став самым сложным крупным станком, когда-либо проданным Советским Союзом за границу. Покупателем стала… японская компания Hitachi
Вот что вспоминает об этом событии один из рабочих завода:
«На всю жизнь запомнился мне один из эпизодов работы над уникальным станком КУ-299. Это был 1970 год.
Рабочий день близился к концу, когда в технологическую лабораторию ЗТС стремительно вошёл главный технолог завода Вячеслав Павлович Глаголев. Он развернул лист бумаги, на котором был изображён эскиз обработки фигурного профиля на кольце-обечайке.
Главный объяснил, что утром на завод прибудут представители японской фирмы и при них нужно будет произвести обработку заготовки по размерам, изображённым на эскизе.
Задание получено, нужно выполнять.
Набираем необходимое количество сборных резцовых блоков с твёрдо спаянными пластинами разных сплавов, в том числе непревзойдённой до сих пор марки ВК 10 ХОМ, испытания которой мы у себя незадолго до этого завершили. Захватываем также инструменты для заточки и доводки.
Направление работ знакомо. Подобный резец приходилось мне проектировать при выполнении в 1966 году дипломного проекта в институте. Да и японский профиль мне был знаком. Я наблюдал за их работой на Ленинградском металлическом заводе, где обрабатывались на коломенских станках турбины для сибирских ГЭС.
Для сборки станка-гиганта в цехе крупногабаритных деталей № 11 разобрали два пролёта.
Нас встретил начальник сборки станка (была введена даже такая должность) Борис Самуилович Шклярман. Это был талантливый инженер и организатор.
В заточном отделении бюро инструментального хозяйства цеха Николай Иванович Завражнов предоставил всё необходимое для работы.
За дело взялись два Николая Васильевича: Черенков - старший инженер-технолог лаборатории, имевший и высший 6 разряд токаря, и Филатов - токарь-универсал высочайшей квалификации.
Слесари-сборщики из бригады Алексея Михайловича Кислякова В.Г.Журилкин и В.И.Татанкин на малой планшайбе выставляют заготовку. Устанавливаем пудовую державку сборного резца, крепим подготовленный сменный блок. Просим слесарей установить необходимые обороты и подачу. Вьётся стружка...
Обработка закончена. Дежурная бригада контролёров во главе с Зинаидой Пархоменко подтверждает: всё в пределах допуска.
А время уже за полночь. Б.С.Шклярман звонит домой директору завода Б.М.Рамзи и докладывает о проделанной работе.
Нас на дежурной машине развозят по домам.
На следующий день на завод прибыли японцы. Они остались очень довольны произведённой в их присутствии обработкой.» - Пишет «Коломенская правда»
Эволюция – дело повсеместное, и она охватывает все отрасли деятельности человека. Невозможно бегать с каменным топором и запускать космические ракеты, невозможно думать о маленьком и создавать большое, невозможно думать о синице и поймать журавля. Невозможно думать о деньгах и добиваться величия для своей Родины.
Знаешь, Эвик, а меня берёт гордость за Человека Разумного при виде этих людей, создавших такое чудо. Это именно те люди, которые 2,5 миллиона лет назад взяли в руки камень даже ещё не догадываясь, что из этого получится. В вопросе поставленном в этой главе заключается один ответ: на этом месте стоит человек-изобретатель с его неугомонной тягой к чему-то новому.
- Созидательный бескорыстный человеческий труд бесценен. Только он способен поднять человека над самим собой, над силами природы. Только он может разумно обустроить человеческую жизнь.
- Здесь очень верно упомянуть вывод Энгельса о том, что труд сделал из обезьяны человека»
- Да, фактически так и было. Если бы человека не заботило что-то большее, чем он имеет, то всё бы осталось как и было 2,5 миллиона лет назад.
- К сожалению, сегодня среди людей развился культ денег и вещизма. Труд и нравственное воспитание отодвинуты на второй план и служат жажде наживы.
- Но можно ли обвинять в деградации самого человека? Не само ли бытие определяет его сознание? Не устаёт ли сам человек от придуманного гигантизма, который не каждый в силах объять?
- Скорее всего взлётам и падениям подвержен и сам эволюционный процесс. Это происходит тогда, когда накопленный опыт, изобретения, знания, открытия становятся настолько сложными и многочисленными, что не могут быть осознанными всеми людьми, не могут вместиться в их жизнь как нечто целостное и необходимое. На смену гигантизму приходит мелочность деталей.
Человек вырождается, становится другим, ему нужно что-то мелкое, но своё, он снова хочет побыть чьим-нибудь рабом… Его перестаёт удивлять жизнь, ему кажется, что всё уже изобретено, а изобретённое уже готово уничтожить само человечество. Достигнув вершины эволюции человечество как бы пугается само себя и начинает отрицать себя прежнее.
- А на каких примерах мы можем увидеть эти явления?
- События эволюционного порядка гигантски, их масштабы охватывают целые континенты. Учёный Лев Гумилёв называл такие события пассионарными толчками. Таким событием было Великое расселение вида Homo Sapiens по всем континентам 125 – 15 тыс. лет назад,
Таким событием было Великое переселение народов 4-5 веков нашей эры. 20 век – создание новейшего за всю историю государства СССР - целой цивилизации, отличной от цивилизаций запада и востока, основанной на уникальном принципе сосуществования людей.
На фото: на планшай-
бе карусельного
универсального
станка КУ299
могло разместиться
несколько десятков
человек. Сейчас вы
даже не поймёте
зачем эти люди
совершали свои
трудовые подвиги.
и вроде они говорили
на одном и том же с
вами языке, что-то
другое было в их
душах главное.