Текст книги "О станках и калибрах"

Автор книги: Зигмунд Перля

сообщить о нарушении

Текущая страница: 1 (всего у книги 14 страниц)

З.Н.Перля
О станках и калибрах

ОТ АВТОРА

Все машины – это детища машиностроительных заводов. На этих заводах работают металлообрабатывающие станки – те машины, с помощью которых изготовляются части – детали любых машин: паровозов, автомобилей и самолетов, тракторов и сельскохозяйственных комбайнов, турбин и двигателей внутреннего сгорания, всех рабочих машин, в том числе и самих металлообрабатывающих станков.

С помощью станков, созданных советскими инженерами, наш народ сказочно увеличил количество машин на заводах и фабриках и неизмеримо поднял производительность труда в советской промышленности.

В наши дни выдающиеся достижения советских станкостроителей служат прочной базой социалистического машиностроения, помогают советским людям в их победоносном шествии к коммунизму. Вот почему к станкостроению и металлообработке приковано особенно пристальное внимание всех советских людей.

Рассказам о главных изобретениях и усовершенствованиях в развитии станкостроения и металлообработки и посвящена эта книга.

{2}

Часть первая.
О СТАНКАХ

Глава I. ПЕРВЫЙ ПЕРЕВОРОТ

Лук и гибкая жердь

С незапамятных времен, когда люди располагала только каменными инструментами, возникла необходимость в просверливании отверстий в камне для насаживания топора или молотка на рукоятку. Первобытный человек изобрел для этой цели свой «станок». В те времена существовало устройство, которое можно назвать древнейшим «предком» современного станка. Тетива обыкновенного лука обвивалась спиральным кольцом вокруг заостренного стержня, вырезанного из дерева очень крепкой породы. Острие стержня устанавливалось в выбитую в камне выемку, куда подсыпался мелкий песок. Стержень-сверло удерживался на месте и прижимался к обрабатываемому камню с помощью деревянного устройства. Человеку приходилось выполнять роль двигателя и приводить в движение лук. Деревянное сверло вращалось и заставляло твердые частицы песка совершать шлифовальную работу. Выемка углублялась и, наконец, превращалась в отверстие.

С течением времени потребность в обработке материалов возрастала и была уже довольно острой в древние века. В странах древнего Востока – в Греции и Риме – уже существовали приспособления для обработки дерева и гончарных изделий.

К этому же времени относятся попытки создать первые механические приспособления для обработки металла, {3} которая полностью выполнялась вручную. Для обработки внешней цилиндрической поверхности изделия приходилось укреплять заготовку между двумя бабками и, вращая ее, постепенно перемещать инструмент к очередным участкам поверхности.

Древнеримский ученый Плиний утверждал, что еще за четыреста лет до нашей эры известный в то время художник, архитектор и механик Феодор, живший на острове Самосе (Эгейское море), изобрел первое приспособление для механического вращения обрабатываемого изделия (по своему устройству оно представляло грубое подобие переносных станочков с ножным педальным приводом, которое и в наши дни иногда применяется для точки ножей). Утверждение Плиния нельзя считать достоверным. Возможно, что вовсе не Феодором и не на Самосе было изобретено это приспособление. Но до нашего времени сохранились предметы древнегреческого происхождения с изображением таких устройств. Поэтому следует считать, что уже в те отдаленные времена возросший спрос на изделия из металла вызвал потребность в увеличении производительности и улучшении качества металлообработки, и в этой области произошло очень важное изменение – переход к механическому вращению обрабатываемого изделия.

Изобретение, которое Плиний приписывает Феодору, резко подняло производительность труда в обработке металла и настолько удовлетворило небольшие потребности того времени и последующих веков, что без каких-либо решающих изменений просуществовало больше двух тысяч лет.

Но попрежнему нужно было высокое мастерство для изготовления изделий со сложными очертаниями и точными размерами, хотя оно, это мастерство, уже могло быть не столь изощренным, не столь тонким – оно стало доступным для более широкого круга умелых людей.

Почему же так медленно улучшалась техника обработки материалов в те отдаленные времена?

В древние и в средние века пути сообщения между странами и между населенными пунктами внутри стран были плохими. Трудно было доставлять изделия, изготовленные в каком-либо городе или стране, в другие города и страны. Поэтому отдельные ремесленники рассчитывали свое производство лишь на местный, очень {4} ограниченный спрос. В древние века в распоряжении ремесленников-хозяев была бесплатная рабочая сила – рабы, которых можно было заставить работать неограниченное время, изнурять самым непосильным физическим трудом. За счет рабского труда рабовладельцам удавалось удовлетворять ограниченный спрос на продукцию производства. Значит, с их точки зрения, не было нужды в каких-либо особых улучшениях техники этого производства. А рабы-рабочие тоже не были заинтересованы в том, чтобы улучшать технику, вносить в нее усовершенствования – ведь они были собственностью, рабочим скотом своего владельца. Их тяжкий труд был подневольным и бесплатным; внесенные ими улучшения в технику также принадлежали их господину и нисколько не улучшали их положения. Если на каком-нибудь участке благодаря техническому новшеству работа становилась легче и отнимала меньше времени, то рабовладелец использовал своих рабов на другой тяжелой работе. Поэтому при рабском, подневольном труде техника и не могла совершенствоваться, даже если бы увеличился спрос на различные изделия.

В средние века положение мало изменилось. Вне городов царило почти такое же рабство, как и в древние века. Крестьяне по сути дела были собственностью владетелей-феодалов, их труд также был подневольным, рабским. Пользуясь таким трудом, феодалы обеспечивали свои потребности без внесения каких-либо серьезных, решающих изменений в технику орудий труда. Только в городах образовалась небольшая прослойка свободных ремесленников, которые по характеру своего ремесла объединялись в союзы – «цехи». Каждый мастер-ремесленник владел небольшой мастерской, в которой работали один-два подмастерья (будущие мастера) и один-два ученика. Производство было рассчитано главным образом на потребности жителей города и ближайших окрестностей. Не было нужды в особом расширении производства. Значит, не возникало и потребностей в резком улучшении техники для увеличения производительности мастерской.

Все же, хотя и медленно, расширялся торговый обмен и развивались средства сообщения между городами и странами Европы. Так же медленно улучшалась и техника обработки материалов. {5}

В средние века человек научился обрабатывать поверхности цилиндрических изделий (ступицы колес). Такая обработка осуществлялась с помощью примитивного устройства, которое также следует отнести к предшественникам современного токарного станка.

Под потолком мастерской укрепляли гибкую пружинящую деревянную жердь. На конец жерди привязывали веревку, спускали ее вниз и обвивали один раз вокруг валика. Нижний конец веревки крепили к деревянной доске – педали. Когда рабочий нажимал ногой на педаль, веревка вращала валик с изделием по направлению к рабочему и оттягивала жердь книзу. Но жердь пружинила, сопротивлялась оттягиванию и, как только рабочий отпускал педаль, тянула веревку кверху и вращала изделие в обратную сторону.

Рабочий держал режущий инструмент в руках. Когда изделие вращалось в сторону рабочего, инструмент врезался в материал и снимал стружку. При обратном вращении инструмент не работал.

По сути дела этот «станок» почти не отличался от первобытного устройства для сверления дыр в камне. Вся рационализация на протяжении многих столетий свелась к замене лука гибкой жердью с веревкой, а вращение осуществлялось не рукой, а ногой. Но и для рук оставалось достаточно работы.

Чтобы удерживать инструмент в одном положении и соблюдать хоть какую-нибудь точность обработки, токарю приходилось затрачивать огромные усилия. Обрабатывая всю поверхность изделия, он постепенно и равномерно перемещал резец, опирая его на особое приспособление – «подручник». На это также тратилось немало сил.

Такие станки, с очень малыми скоростями вращения, позволили обрабатывать только мягкие материалы – дерево или гончарные изделия. Изделия же из металла получались грубые, не точные по размерам, обработка шла медленно. Поэтому в те времена металл обрабатывался чаще всего кузнечным молотом, реже – зубилом.

* * *

Завоевание и ограбление колоний в XV и XVI столетиях послужили началом образования крупных капиталов в Европе. А вывоз промышленных изделий в колонии {6} способствовал расширению производства, развитию первых капиталистических предприятий – «мануфактур». В современной обиходной речи это слово служит общим названием изделий текстильной промышленности. Но в XVI—XVIII столетиях это слово имело другое значение. Мануфактурами назывались крупные по тому времени капиталистические предприятия, основанные главным образом на ручном труде: торговец-скупщик собирал в одном производственном помещении ремесленников, которым он раньше давал работу на дом. Такое предприятие было первой формой промышленного капитализма, но оно еще не было ни заводом, ни фабрикой – ведь труд ремесленников на мануфактуре все же оставался преимущественно ручным.

Уже к началу XVI столетия возросший спрос на изделия промышленности привел к увеличению числа и к некоторому техническому усовершенствованию мануфактур. Улучшалась и техника обработки металла. Появлялись новые средства для вращения обрабатываемых изделий. Веревку с педалью заменило отдельно установленное маховое колесо, которое приводилось в движение руками человека. От этого колеса вращение передавалось на валик станка с помощью ремня. Такие станки для обработки дерева были известны уже в XVI веке.

Колесо очень долго оставалось средством вращения вала станка. Менялись только источники энергии, приводившие колесо в движение. Энергия человека была заменена работой лошади. Шагом вперед было изобретение «ступального» колеса. На окружности такого колеса располагались ступени. Лошадь – «двигатель» – переступала по этим ступеням и заставляли колесо вращаться. От вала колеса вращался вал станка с закрепленным на нем изделием. На смену ступальному колесу пришло водяное колесо. Оно вращалось от давления на лопасти колеса падающей струи воды. Скорость вращения стала достаточной для обработки металлических изделий.

К XVII столетию относится появление устройств для обработки внутренней поверхности орудийных стволов. Огромная штанга со сверлильным инструментом являлась продолжением оси колеса и вращалась вместе о ним. Приспособление в виде системы блоков с веревками {7} заставляло обрабатываемый ствол «наползать» на сверлильный инструмент, который и растачивал внутреннюю поверхность канала орудия. Такое устройство вовсе не обеспечивало точности, – оно, в сущности, и не являлось станком.

При обработке наружных цилиндрических поверхностей резец попрежнему продолжал оставаться в руках рабочего. Поэтому токарная обработка металла не улучшалась, а была такой же грубой и неточной. Для плоских и фасонных поверхностей, для расточки отверстий в металлических изделиях никаких станков не существовало вовсе.

Мастер из навигацкой школы

Стоял погожий, солнечный день лета 1709 года. Из открытых окошек «навигацкой школы», разместившейся в большом крыле хмурого здания Сухаревой башни в Москве, доносился смешанный гул многих голосов, стук, скрежет, визгливое жужжание инструментов. Сквозь все эти шумы вдруг прорывались резкие выкрики на русском языке с иностранным акцентом. А на площади перед зданием шел развод караула преображенцев – гвардейцы Петра Великого четко печатали шаг, маршируя от поста к посту, и каждый раз, когда развод уходил дальше, на месте оставалась точно изваянная из камня, застывшая в суровой неподвижности фигура часового. Первая русская техническая «Школа математических и навигацких наук» была основана Петром I в 1701 году. Сотни русских юношей, отобранных из наиболее способной молодежи, изучали в этой школе математику в приложении ее к кораблевождению и механике.

Сегодня – особый, ответственный день: все в школе – руководители и ученики – ждут посещения царя, самого строгого экзаминатора для учеников, самого взыскательного контролера для руководителей. Петр уделял много внимания навигацкой школе, знал ее способных учеников, следил за их успехами, присматривался к особо выдающимся юношам.

В школе сегодня все начищено, все блестит, очень строго соблюдается порядок в учебе и в работе. Особенно это чувствуется в мастерской. Петр сам был большой охотник до станочных работ, имел свою собственную мастерскую и, заглядывая в школу, первым делом наведывался к токарям, интересовался их работой, {8} спрашивал о новых изделиях, о частях к астрономическим и навигационным приборам.

Руководит мастерской недавно назначенный, еще молодой мастер Андрей Нартов. Несколько лет назад Петр обратил внимание на способного юношу, стремящегося к знаниям, умевшего мастерить вещицы из дерева, кости, металла, проявлявшего при этом особую сноровку и мастерство. За эти способности и попал он учеником в навигацкую школу, в ее токарную мастерскую, и очень скоро сравнялся со своими учителями – старыми мастерами – и даже превзошел их.

Его изделия удивляли учителей школы качеством и точностью обработки. Все чаще стал он помогать товарищам, учить их работать так, чтобы и они смогли добиться успеха. И такими выдающимися были его знания и мастерство, так хорошо умел он передавать их другим ученикам-механикам, что начальство сделало его старшим в мастерской.

Вечером, накануне приезда царя, к мастеру Андрею Нартову заявились учителя-иностранцы и строго-настрого наказали навести порядок в мастерской, закончить и выставить на видное место новые изделия из кости и металла, научить токарей, как отвечать царю.

Мастер кивал головой, обещал все сделать как можно лучше, а сам думал свою думу. «Царь приедет. Как раз во-время. Он, мастер Нартов, покажет ему кое-что получше новых изделий. Царь – сам токарь, он поймет и поможет. А то иностранцы-учителя почти не слушают Нартова, только пыжатся, морщатся и нетерпеливо отмахиваются руками от молодого, настойчивого мастера. Правда, в последний раз, они как будто внимательно стали слушать его, даже переспрашивали, переглядывались между собой. Затем пошли в мастерскую, посмотрели, потрогали то, что показал им Андрей. В конце концов, все же запретили продолжать работу, сказали, что ничего не выйдет, да и нужды нет, чтобы вышло».

Но Андрей не сдался, затаил в себе упорство – во что бы то ни стало доведет он до конца начатое большое дело.

И не знал Нартов, что в тот вечер, когда он в последний раз рассказывал о своем деле иностранцам, в немецкой слободе встретили они немца Зингера – механика из личной мастерской царя – и долго с ним говорили и рисовали ему то самое, что Андрей показывал. {9}

Разговор был серьезный. Учителя в чем-то убеждали Зингера и, наконец, тот утвердительно кивнул головой, задымил трубкой.

А на другой день Зингер побывал в Сухаревой башне, зашел в мастерскую, ласково поговорил с Андреем, расспросил о том, о сем, похвалил и как бы невзначай подошел к его станку, потрогал его части и ушел.

Дело к царю у Андрея было большое, очень важное. Уже давно был он недоволен «махинами» в своей мастерской. Две стойки, скрепленные толстой доской, на них – две «бабки» из кости. Между бабками – вал, на нем – изделие. Текучей воды близко не было, значит и вододействующих колес не было. Приходилось вертеть вал и работать так, как это делалось в глубокую старину.

Изделия получались грубые, не точные по размерам, обработка шла медленно. Правда, попадались и такие «махины», в которых устраивались особые передвижные подпоры для резца. Их называли «подручниками». С ними было немного легче работать, но Нартову это казалось недостаточным.

Лучше было бы сделать так, чтобы резец зажимался в подручнике и чтобы токарю вовсе не приходилось держать инструмент в руках, – сделать подручник частью «махины», которую можно было бы вместе с резцом подавать к заготовке и перемещать вдоль нее настолько точно, насколько это требуется токарю.

Нартов хорошо представлял себе, как осуществить эту идею. Но для этого требовалось много времени, много всякого материала, а главное – согласие большого начальства. И тогда он решил смастерить пока передвижной подручник с приспособлением – держателем для резца, приладить к «махине» рукоятку и хитро соединить ее с колодкой подручника. Стоило только повернуть рукоятку – и колодка с подручником скользила своим выступом по канавке в основании «махины».

Это свое новшество и показал тогда Андрей учителям-иностранцам, его же он решил показать и царю.

А теперь он ждал царя в мастерской. Всюду чистота и порядок. Токари прилежно трудятся. Едва услышали они, что прогремели у подъезда колеса царского возка и закричали конюхи, уводя лошадей, как Андрей обомлел всех токарей, каждого поправил, проверил его {10} работу, осмотрел изделия и отошел к своей «махине». На ее валу надета заготовка кольца – обода для компасной коробки. Сам царь заказал их много, требуя немедля изготовить. Но времени дал в обрез – всего десять дней на двадцать колец. И знал при этом царь, что кольца – изделия трудные, что не всякий токарь с ними справится в такой короткий срок.

У Нартова «махина» уже налажена к работе, его чудо-подручник стоит на своем месте, у самого кольца, и в нем зажат резец. Мастер еще и еще раз поворачивает рукоятку, проверяет движение подручника. Он так увлекся этим занятием, что даже не услышал громкого людского говора, донесшегося из сеней мастерской. Но вот двери распахнулись, и в токарню вошел царь. С ним много людей, с ним и Зингер.

Андрей вздрогнул и как-то растерянно посмотрел на вошедших, затем пустил свой станок и взялся за рукоятку винта.

Уже потом, когда царь уехал, он вспоминал, как медленно, ему казалось, тянулось время, пока приближались тяжелые шаги. Затем он почувствовал, что кто-то остановился за его спиной. Наступила тишина, умолк говор людей, прошла минута, другая... Стружка за стружкой сбегала с заготовки кольца и вдоль нее все дальше и дальше уходил подручник, делая свои точные, но почти не заметные для глаза «шаги».

– Сам придумал? – раздался над его головой голос царя.

– Сам, ваше величество, – ответил Андрей, но почти не расслышал своего ответа. Затем последовали вопросы царя к Зингеру и ответы немца, увертливые, угодливые. «Да, он, Зингер, слышал уже о таком приспособлении, но не вводил его, так как считает его не вполне удачным, у него оно задумано лучше. Скоро он его изготовит и покажет».

– Ну, ты еще покажешь, а вот Андрюшка Нартов уже показал! – произнес царь и тут же спросил: – А кольца компасные будут готовы к сроку?

И тогда, набравшись храбрости, Нартов тихо, но твердо сказал:

– Сам сделаю за три дня.

И помнит Андрей, как, удивленные, умолкли все. {11}

И снова сказал царь:

– Ну, смотри, сделаешь, не забуду.

* * *

Царь уехал. В этот день начальство школы косилось на мастера Андрея Нартова, а у него было весело на душе. Конечно, он выполнит свое обещание царю и даже в более короткий срок. Уже восемь колец он изготовил и завтра к вечеру, пожалуй, вся работа будет закончена. Царь обещал не забыть его, и в награду он будет просить разрешения построить новую, еще небывалую «махину» для токарного дела.

Но царь не сразу вспомнил об Андрее Нартове. Много у него было великих забот в те трудные годы.

Прошло больше двух лет. Попрежнему работал Нартов в токарне навигацкой школы, попрежнему трудился над усовершенствованием своего механического помощника для токарей. И под конец этого срока добился нового успеха – его передвижной подручник превратился в главную, самую важную часть станка, которую изобретатель назвал «держалкой». По направляющим плоскостям, как по рельсам, скользила колодка – каретка с зажатым в ней резцом. Благодаря такому приспособлению токарю уже не приходилось держать в руках резец, напрягаться, уставать – он только управлял «держалкой». Остроумно задуманные механизмы нового приспособления делали «держалку» самоходной и давали возможность точно, быстро и равномерно перемещать резец вдоль и поперек обрабатываемого изделия, подавать его в тело детали на определенную глубину, снимать стружку заданной толщины.

Так в нашей стране произошло величайшее событие, первый переворот в технике металлообработки – инструмент «ушел» из рук рабочего, переместился в станок и стал исполнительной частью его устройства.

В 1712 году Нартова неожиданно вызвало начальство и объявило ему приказ царя: токаря Андрея Нартова отослать на постоянную работу в царскую токарню. С этих пор выдающийся русский механик еще больше углубился в решение той технической задачи, которую он давно себе задал – не только освободить руку токаря от инструмента-резца, но и автоматизировать рабочее движение инструмента. {12}

Несколько лет проработал Андрей Нартов в токарне царя. И все эти годы настойчиво продолжал он улучшать свое изобретение. Он был очень требователен к себе, к своей работе. То, чего, он добивался, еще не получалось. Зингер, которого Нартов уже давно обогнал в тонком искусстве механика и токаря, участливо расспрашивал его о трудностях, предлагал свою помощь, всячески старался проникнуть в то сокровенное, что таил и вынашивал в себе изобретатель.

В 1718 году царь послал Нартова за границу и дал ему много важных поручений по механическому делу.

Только через два года он вернулся в свою мастерскую. И тут узнал Андрей, что не успел он пересечь границу, как Зингер начал строить новую «махину» для изготовления фигурных изделий. В устройство этой махины он пытался ввести все то, о чем еще в навигацкой школе Нартов рассказывал учителям-иностранцам, о чем нет-нет, а прорывались у него отдельные мысли вслух.

Но у немца ничего не получилось, работа в самом начале остановилась, заглохла...

Нартов решил довести задуманное до конца и осуществить, наконец, уже оформившиеся в его сознании механизмы будущей махины. Еще девять долгих лет упорного труда, непрерывных творческих исканий понадобились ему для решения этой задачи. И вот в 1729 году плавно и точно заработали механизмы новой махины – нового станка.

Как и первое творение Нартова, новая махина была копировальным станком, в котором работали две каретки: Одна из них в своем движении следовала по контуру предмета, подобие которого нужно было изготовить. При этом самые незначительные изменения профиля предмета передавались второй каретке и зажатому в ней инструменту-резцу, который воспроизводил все движения первой каретки и вытачивал из металлической заготовки точную копию образца. Нартов сумел добиться того, что каретка с резцом передвигалась вдоль будущего изделия без какого-либо воздействия токаря на ее механизм, то есть автоматически. Впервые в устройство станка был введен ходовой винт, который до сих пор служит основной деталью токарно-винторезных станков. По этому винту, если он вращался, ходила каретка {13} «держалки». Изобретатель сделал держалку самодействующей, добился того, чтобы ходовой винт вращался и плавно передвигал ее вдоль изделия автоматически – от работающего шпинделя станка.

^{Токарно-копировальный станок Л. К. Нартова (1718-1729 гг.)}

В те времена винты изготовлялись вручную. Кропотливо и долго вырезал металлические витки опытный, высококвалифицированный мастер. Очень дорого обходилась работа. И все же винты получались грубые, недостаточно точные, с неровным шагом.

На станке Нартова можно было осуществить механическое изготовление точных винтов: равномерно перемещающийся резец точно вырезал в металле винтовые канавки. Станок Нартова стал не только токарным, но {14} и винторезным. В наши дни такой станок так и называется токарно-винторезный.

Поперечного движения держалки не требовалось. Вся средняя часть станка с его валом-шпинделем с образцовым изделием и обрабатываемой заготовкой качалась в обе стороны так, что будущее изделие попеременно та придвигалось к резцу, то отодвигалось от него. Это зависело от того, какое движение, в каком направлении совершала первая каретка, которая следовала по контуру образцового предмета.

Так было завершено первое из крупнейших изобретений XVIII столетия.

Изобретенная Нартовым новая деталь механизма металлообрабатывающего станка – «держалка», – полностью освободившая руки рабочего от инструмента и положившая начало автоматизации процесса обработки металла, впоследствии вошла в историю техники под названием супорта.

Успехи русских механиков-станочников того времени не были случайными. В 1719 году тот же Нартов, будучи в заграничной командировке, писал Петру I из Лондона: «Здесь таких токарных мастеров, которые превзошле российских мастеров, не нашел, и чертежи махинам, которые ваше царское величество приказал здесь сделать, я мастерам казал, и оные сделать по ним не могут».

Это подтверждается и фактами, изложенными в следующем рассказе.