В настоящее время широко известен токарный станок. История его создания начинается с 700-х годов н.э. Первые модели применялись для обработки древесины, 3 века спустя был создан агрегат для работы с металлами.
Первые упоминания
В 700-х годах н.э. был создан агрегат, частично напоминающий современный токарный станок. История его первого удачного запуска начинается с обработки древесины методом вращения заготовки. Ни одной детали установки не было сделано из металла. Поэтому надежность таких устройств довольна низкая.
В то время низкий КПД имел токарный станок. История производства восстановлена по сохранившимся чертежам, рисункам. Чтобы раскрутить заготовку требовалось 2 крепких подмастерья. Точность получаемых изделий невысокая.
Информацию об установках, отдаленно напоминающих токарный станок, история датирует 650 годом до н. э. Однако общим у этих машин был только принцип обработки — методом вращения. Остальные узлы были примитивны. Заготовка приводилась в движение в прямом смысле руками. Использовался рабский труд.
Созданные модели в 12 веке уже имели подобие привода и на них могли получить полноценное изделие. Однако держателей инструмента еще не было. Поэтому о высокой точности изделия было рано говорить.
Устройство первых моделей
Старинный токарный станок зажимал заготовку между центрами. Вращение осуществлялось руками всего на несколько оборотов. Неподвижным инструментом осуществлялся рез. Аналогичный принцип обработки присутствует в современных моделях.
В качестве привода для вращения заготовки мастера использовали: животных, лук со стрелами привязанный веревкой к изделию. Некоторые умельцы для этих целей строили подобие водяной мельницы. Но значительно повысить производительность так и не получалось.
Первый токарный станок имел деревянные части, и с увеличением количества узлов терялась надежность устройства. Водяные приспособления быстро теряли актуальность ввиду сложности ремонта. Только к 14 веку появился простейший привод, значительно упростивший процесс обработки.
Ранние приводные механизмы
Прошло несколько веков с изобретения токарного станка до реализации на нем простейшего приводного механизма. Представить его можно в виде жерди закрепленной посередине на станине поверх заготовки. Один конец очепа привязан веревкой, которая обернута вокруг заготовки. Второй закреплен с педалью для ног.
Этот механизм успешно работал, но не мог дать необходимую производительность. Принцип работы был построен на законах упругой деформации. При нажатии на педаль осуществлялось натяжение веревки, жердь изгибалась и испытывала значительное напряжение. Последнее передавалось заготовке, приводя ее в движение.
Провернув изделие на 1 или 2 оборота, жердь освобождалась и снова изгибалась. Педалью мастер регулировал постоянную работу очепа, заставляя непрерывно вращаться заготовку. Руки при этом были заняты инструментом, совершая обработку древесины.
Этот простейший механизм унаследовали следующие версии станков, которые уже имели кривошипно-шатунный механизм. Аналогичную конструкцию привода впоследствии имели механические швейные машинки 20-го века. На токарных станках при помощи кривошипа добились равномерного движения в одну сторону.
За счет равномерного движения мастера стали получать изделия правильной цилиндрической формы. Единственное чего не хватало — жесткости узлов: центров, державок инструмента, приводного механизма. Из дерева изготавливались держатели резцов, что приводило к их отжиму при обработке.
Но, несмотря на перечисленные недостатки, стало возможным выпускать даже шарообразные детали. Обработка металлов еще была затруднительным процессом. Даже мягкие сплавы вращением не поддавались реальному точению.
Положительным сдвигом в конструировании станков было внедрение универсальности в обработке: уже на одной машине выполнялась обработка заготовок различного диаметра и длины. Это достигалось регулируемыми держателями и центрами. Однако большие детали требовали значительных физических затрат мастера на реализацию вращение.
Многие умельцы приспособили маховик из чугуна и других тяжелых материалов. Использование силы инерции и притяжения облегчило труд обработчика. Однако промышленных масштабов достигнуть было еще сложно.
Металлические детали
Основной задачей изобретателей станков было повысить жесткость узлов. Началом технического перевооружения стало применение металлических центров, зажимающих заготовку. Позже уже внедрили шестеренчатые передачи из стальных деталей.
Металлические запчасти позволили создать винторезные станки. Жесткости уже хватало для обработки мягких металлов. Постепенно совершенствовались отдельные узлы:
- держатель заготовок, позже названный главным узлом — шпинделем;
- конусные упоры оснащались регулируемыми механизмами для изменения положения по длине;
- работа на токарном станке стала легче с изобретением металлического держателя инструмента, но требовался постоянный отвод стружки при повышении производительности;
- чугунная станина повысила жесткость конструкции, что позволило обрабатывать детали значительной длины.
С внедрением металлических узлов раскрутить заготовку становится сложнее. Изобретатели задумались о создании полноценного привода, желая исключить ручной труд человека. Система передач помогла осуществить задуманное. Паровой двигатель впервые был приспособлен для вращения заготовок. Ему предшествовал водяной двигатель.
Равномерность перемещения режущего инструмента осуществлялась червячной передачей при помощи рукоятки. Благодаря этому получалась более чистая поверхность детали. Сменные блоки позволили реализовать универсальную работу на токарном станке. Механизированные конструкции усовершенствовались столетиями. Но по сей день принцип работы узлов базируется на первых изобретениях.
Ученые изобретатели
В настоящий момент, покупая токарный станок, технические характеристики анализируют в первую очередь. В них приводятся основные возможности в обработке, габариты, жесткость, скорость производства. Ранее с модернизацией узлов постепенно вводились параметры, согласно которым модели сравнивали между собой.
Классификация машин помогала оценивать степень совершенства того или иного станка. После анализа собранных данных отечественный изобретатель времен Петра I-го, модернизировал предыдущие модели. Его детищем стал настоящий механизированный станок, позволяющий производить различные виды обработок тел вращения, нарезать резьбу.
Плюсом в конструкции Нартова была возможность изменять скорость вращения подвижного центра. Также им были предусмотрены сменные блоки шестерен. Внешний вид станка и устройство напоминают современный простейший токарный станок ТВ3, 4, 6. Аналогичные узлы имеют и современные обрабатывающие центры.
В 18-ом веке Андрей Нартов представил миру самоходный суппорт. передавал равномерное перемещение инструмента. Генри Модсли, английский изобретатель, представил свою версию важного узла к концу столетия. В его конструкции изменение скорости перемещения осей осуществлялось благодаря разному шагу резьбы ходового винта.
Основные узлы
Для обработки 3D-деталей резанием методом вращения идеально подходят токарные станки. Обзор современной машины содержит параметры и характеристики основных узлов:
- Станина — основной нагруженный элемент, рама станка. Изготавливают из прочных и твердых сплавов, преимущественно применяется перлит.
- Суппорт — остров для крепления вращающихся инструментальных головок либо статичного инструмента.
- Шпиндель — выступает в роли держателя заготовок. Основной мощный узел вращения.
- Дополнительные узлы: ШВП, оси скольжения, механизмы смазки, подачи СОЖ, воздухоотборники из рабочей зоны, охладители.
Современный токарный станок содержит приводные системы, состоящие из сложной электроники управления и двигателя чаще синхронного. Дополнительные опции позволяют убирать стружку из рабочей зоны, измерять инструмент, подавать СОЖ под давлением непосредственно в область реза. Механика станка подбирается индивидуально под задачи производства, от этого зависит и стоимость оборудования.
Суппорт содержит узлы для размещения подшипников, которые насажены на ШВП (шарико-винтовую пару). Также на нем монтируются элементы для контакта с направляющими скольжения. Смазка в современных станках подается автоматически, контролируется ее уровень в бачке.
В первых токарных станках перемещение инструмента осуществлял человек, он выбирал направление его движения. В современных моделях все манипуляции осуществляет контроллер. Понадобилось несколько веков для изобретения подобного узла. Электроника значительно расширила возможности обработки.
Управление
В последнее время распространены токарные станки с ЧПУ по металлу — с число-программным управлением. Контроллер управляет процессом реза, отслеживает положение осей, вычисляет движение по заложенным параметрам. В памяти хранится несколько этапов реза, вплоть до выхода готовой детали.
Токарные станки с ЧПУ по металлу могут иметь визуализацию процесса, что помогает проверить написанную программу до начала движения инструмента. Весь рез можно увидеть виртуально и вовремя исправить ошибки кода. Современная электроника контролирует нагрузку на оси. Последние версии программного обеспечения позволяют определить поломанный инструмент.
Методика контроля поломанных пластин на державке основана на сравнении графика нагрузок оси при нормальном режиме работы и при превышении аварийного порога. Отслеживание происходит в программе. Сведения для анализа контроллеру подает приводная система либо датчик мощности с возможностью оцифровки значений.
Датчики положения
Первые станки с электроникой имели концевики с микровыключателями для контроля крайних положений. Позже на винтопару стали устанавливать кодеры. В настоящее время используются высокоточные линейки, способные замерить люфт в несколько микрон.
Оснащаются круговыми датчиками и оси вращения. мог быть управляемым. Это требуется для реализации фрезерных функций, которые выполнялись приводным инструментом. Последний часто встраивался в револьверную головку.
Измерение целостности инструмента производится при помощи электронных щупов. Они же облегчают работу по поиску точек привязки для старта цикла реза. Зонды могут замерять геометрию получаемых контуров детали после обработки и автоматически вносить корректоры, закладываемые в повторную чистовую обработку.
Простейшая современная модель
Токарный станок ТВ 4 относится к учебным моделям с простейшим приводным механизмом. Все управление осуществляется вручную.
Рукоятки:
- регулируют положение инструмента относительно оси вращения;
- задают направления нарезания резьбы правой или левой;
- служат для изменения числа оборотов главного привода;
- определяют шаг резьбы;
- включают продольное перемещение инструмента;
- отвечают за крепление узлов: задней бабки и ее пиноли, головки с резцами.
Маховики перемещают узлы:
- пиноль задней бабки;
- каретку продольную.
В конструкции предусмотрена цепь освещения рабочей зоны. Система безопасности в виде защитного экрана предохраняет работников от попадания стружки. Конструкция станка компактная, что позволяет его использовать в учебных классах, помещениях сервиса.
Токарно-винторезный станок ТВ4 относится к простым конструкциям, где предусмотрены все необходимые узлы полноценной конструкции по обработке металлов. Шпиндель имеет привод через коробку передач. Инструмент закреплен на суппорте с механической подачей, приводится в движение винтопарой.
Размеры
Шпинделем управляет асинхронный двигатель. Максимальный размер заготовки может быть в диаметре:
- не более 125 мм, если проводить обработку над суппортом;
- не более 200 мм, если обработка проводится над станиной.
Длина заготовки зажимаемой в центрах не более 350 мм. В сборе станок весит280 кг, максимальные обороты шпинделя 710 об/мин. Эта скорость вращения является определяющей при чистовой обработке. Питание производится от сети 220В частотой 50 Гц.
Особенности модели
Коробка скоростей станка ТВ4 связана с двигателем шпинделя клиноременной передачей. На шпиндель же вращение передается от коробки через ряд шестерней. Направление вращения заготовки легко меняется фазировкой главного двигателя.
Гитара служит для осуществления передачи вращения от шпинделя к суппортам. Имеется возможность переключать 3 скорости подачи. Соответственно нарезается три разного типа метрические резьбы. Плавность и равномерность хода обеспечивает ходовой винт.
Рукоятками задается направление вращения винтопары передней бабки. Также рукоятками задаются скорости подач. Суппорт ходит только в продольном направлении. Узлы следует смазывать согласно регламентам станка вручную. Шестерни же забирают смазку из ванны, в которой они работают.
На станке реализована возможность работы вручную. Для этого используются маховики. Происходит зацепление реечной шестерни и зубчатой рейкой. Последняя прикручена к станине. Такая конструкция позволяет при необходимости включать ручное управление станком. Аналогичный маховик применяется для перемещения пиноли задней бабки.
Токарный станок - станок для обработки резанием (точением) заготовок из металлов, древесины и других материалов в виде тел вращения. На токарных станках выполняют обточку и расточку цилиндрических, конических и фасонных поверхностей, нарезание резьбы, подрезку и обработку торцов, сверление, зенкерование и развертывание отверстий и т. д. Заготовка получает вращение от шпинделя, резец - режущий инструмент - перемещается вместе с салазками суппорта от ходового вала или ходового винта, получающих вращение от механизма подачи.
В XVII–XVIII вв. бурно развивалась обрабатывающая промышленность. При многих мануфактурах были металлообрабатывающие мастерские.
Обработка в мастерских велась в основном на токарных лучковых станках. В этих станках сверху была укреплена гибкая жердь, к которой привязывался один конец веревки. Веревка обвивала валик на станке. Другой конец прикреплялся к доске, которая являлась педалью для ноги рабочего. Нажимая на педаль, рабочий вращал валик и обрабатываемую деталь. Режущий инструмент он держал в руке. Токарный станок был сложным орудием, но не машиной. Для превращения в машину был необходим резцедержатель-суппорт, заменяющий руку человека.
Изобретателем токарного станка с суппортом стал русский механик А. К. Нартов. Он построил несколько токарно-копировальных станков, имевших механический суппорт-держалку.
На станках конструкции Нартова для привода можно было использовать колесо, приводимое в движение при помощи воды или силы животных.
Несмотря на замечательные работы Нартова и высокую оценку, которую получили его изобретения и знания, изобретенный им суппорт не оказал большого влияния на практическое развитие техники токарного дела.
В конце XVIII в. к идее применения суппорта в токарных станках вернулись во Франции. В "Французской энциклопедии" Дидро в 1779 г. дается описание приспособления для токарных станков, которое явно напоминает принцип суппорта. Однако у этих станков был ряд недостатков, исключавших их широкое применение на практике.
Возможность развития техники машиностроения появилась только в результате первых двух этапов промышленной революции. Для машинного производства машин был необходим мощный двигатель. К началу XIX в. таким двигателем стала универсальная паровая машина двойного действия. С другой стороны, развитие производства рабочих машин и паровых двигателей во второй половине XVIII в. сформировало квалифицированные кадры для машиностроения – рабочих-механиков. Эти два условия и обеспечили техническую революцию в машиностроении.
Начало изменению техники изготовления машин положил английский механик Генри Модсли, создавший механический суппорт для токарного станка. Модсли с двенадцати лет начал работать в лондонском Арсенале. Там он получил хорошие навыки в дерево– и металлообработке и, кроме того, стал мастером кузнечного дела. Однако Модсли мечтал о карьере механика. В 1789 г. он поступил в Лондонскую механическую мастерскую Джозефа Брама, специалиста по изготовлению замков.
В мастерской Брама у Г. Модсли появилась возможность изобретать и конструировать различные приспособления для изготовления замков.
В 1794 г. он изобрел так называемый крестовый суппорт к токарному станку, что способствовало превращению станка в рабочую машину. Сущность изобретения Модсли сводилась к следующему: токари, обтачивая какой-либо предмет, наглухо укрепляли его на станке специальными зажимами. Рабочее орудие – резец находилось при этом в руках рабочего. При вращении вала резец обрабатывал заготовку. Рабочий должен был не только создавать необходимое давление резцом на заготовку, но и передвигать его вдоль нее. Это было возможно только при большом умении и сильном напряжении. Малейшее смещение резца нарушало точность обточки. Модсли решил укрепить резец на станке. Для этого он создал металлический зажим – суппорт, который имел две каретки, передвигающиеся посредством винтов. Одна каретка создавала необходимое давление резца на заготовку, а другая передвигала резец вдоль заготовки. Таким образом, человеческая рука была заменена специальным механическим приспособлением. С введением суппорта станок стал действовать непрерывно с совершенством, недостижимым даже для самой искусной человеческой руки. Суппорт мог применяться для изготовления как мельчайших деталей, так и огромных частей различных машин.
Это механическое приспособление заменило не какое-либо орудие, а человеческую руку, создающую определенную форму, приближая, прилагая острие режущего инструмента или направляя его на материал труда, например на дерево или металл. Таким образом, удалось воспроизводить геометрические формы отдельных частей машин с такой легкостью, точностью и быстротой, которую никогда не смогла бы обеспечить рука опытнейшего рабочего.
Первый станок с суппортом, правда, крайне несовершенным, был изготовлен в мастерской Брама в 1794–1795 годах. В 1797 г. Модсли построил первый работоспособный токарный станок на чугунной станине с самоходным суппортом. Станок служил для нарезки винтов, а также использовался для обработки деталей замков.
В дальнейшем Модеси продолжал совершенствовать токарный станок с суппортом. В 1797 г. он построил токарно-винторезный станок со сменным ходовым винтом. Выделка винтов в те времена была работой исключительно сложной. Винты, нарезаемые ручным способом, имели совершенно произвольную нарезку. Трудно было найти два одинаковых винта, что чрезвычайно усложняло ремонт станков, их сборку и замену сносившихся деталей новыми. Поэтому Модсли в первую очередь совершенствовал именно токарно-винторезные станки. Своей работой по усовершенствованию нарезок винтов он добился частичной стандартизации изготовления винтов, пролагая путь для своего будущего ученика Витворта, основателя винтовых стандартов в Англии.
Простейший токарный станок
Самоходный станок Модсли, предлагавшийся для винторезных работ, вскоре оказался незаменимой машиной в любой токарной работе. Этот станок работал с изумительной точностью, не требуя больших физических усилий со стороны рабочего.
Попытки создать рабочую машину в машиностроении с конца XVIII в. делались и в других странах. В Германии немецкий механик Рейхенбах, независимо от Модсли, также предложил приспособление для держания резца (суппорт) на деревянном токарном станке, предназначенном для обработки точных астрономических инструментов. Однако экономическое развитие феодальной Германии намного отставало от развития капиталистической Англии. Механический суппорт кустарной немецкой промышленности был не нужен, тогда как внедрение токарно-винторезного станка Модсли в Англии было обусловлено потребностями развивающегося капиталистического производства.
Суппорт вскоре был превращен в совершенный механизм и в модернизированной форме перенесен с токарного станка, для которого первоначально предназначался, на другие станки, применяемые для изготовления машин. С изготовлением суппорта начинают совершенствоваться и превращаться в машины все металлообрабатывающие станки. Появляются механические револьверные, шлифовальные, строгальные, фрезерные станки. К 30м годам XIX в. у английского машиностроения уже были основные рабочие машины, позволяющие производить механическим способом важнейшие в металлообработке операции.
Вскоре после изобретения суппорта Модсли ушел от Брама и открыл собственную механическую мастерскую, быстро превратившуюся в большой машиностроительный завод. Завод Модсли сыграл выдающуюся роль в деле развития английской машинной техники. То была школа знаменитых английских механиков. Здесь начинали свою деятельность такие выдающиеся машиностроители, как Витворт, Робертс, Несмит, Клемент, Мун и другие.
На заводе Модсли была применена уже машинная система производства в форме соединения трансмиссиями большого числа рабочих машин, приводимых в движение универсальным тепловым двигателем. Завод Модели, в основном, изготовлял детали для паровых машин Уатта. Однако на заводе конструировались и рабочие станки для механических мастерских. Г. Модсли выпускал образцовые токарные, а затем и строгальные механические станки.
Сам Модели, несмотря на то что был владельцем крупного предприятия, всю жизнь работал наравне со своими рабочими и учениками. Он обладал поразительной способностью находить и воспитывать талантливых машиностроителей. Многие выдающиеся английские механики обязаны Модсли своим техническим образованием. Кроме суппорта, он сделал много изобретений и усовершенствований в самых разнообразных отраслях техники.
Общий вид токарного станка
На жестком основании 1, которое называется станиной, укреплены передняя бабка 5 и задняя бабка 2. Передняя бабка - неподвижная. Ее основной узел - вал-шпиндель 8. Он вращается в бронзовых подшипниках внутри неподвижно закрепленного корпуса 7. На шпинделе устанавливается приспособление для крепления обрабатываемой детали. В данном случае это вилка 9. Для зажима детали используются, в зависимости от ее размера и формы, также планшайба, патрон и другие приспособления. Шпиндель вращается от электрического двигателя 10 через приводной шкив 6.
Задняя бабка станка может передвигаться вдоль станины и закрепляется в нужном положении. На одном уровне со шпинделем передней бабки в задней бабке установлен так называемый центр 11. Это валик с заостренным концом. Задняя бабка используется при обработке длинных деталей - тогда заготовка зажимается между вилкой шпинделя и центром задней бабки.
Современный токарный станок состоит из рабочих органов – суппорта для крепления резца, шпинделя для крепления детали, двигателя и передачи, передающей движение от двигателя к шпинделю. Передача состоит из коробки скоростей и коробки передач. Коробка скоростей представляет собой набор валов с закрепленными на них шестернями. Переключая шестерни, изменяют частоту вращения шпинделя, оставляя частоту вращения двигателя неизменной. Коробка передач передает вращение от коробки скоростей к ходовому валику или ходовому винту. Ходовой валик и ходовой винт предназначены для перемещения суппорта, на котором закреплен резец. Они позволяют согласовать скорость движения резца с частотой вращения детали. Ходовой валик устанавливает режим резания металла, а ходовой винт – шаг резьбы.
Опорой для шпинделя, инструмента или приспособлений служат передняя и задняя бабки.
Все узлы станка крепятся к станине.
Читайте и пишите полезные
Создатель токарно-винторезного станка с механизированным суппортом и набором сменных зубчатых колёс Андрей Константинович Нартов - один из замечательных русских механиков и изобретателей XVIII в., родился 28 марта (7 апреля) 1693 г.
Впервые фамилия Нартовых упоминается в столбцах Разрядного приказа, ведавшего воинскими Делами, строением и починкой крепостей, их сооружением и гарнизонами, военной службой представителей разных сословий от бояр и дворян до стрельцов и казаков. Это упоминание относится к 1651-1653 гг.
В столбцах записаны "дети казачьи" Трофим и Лазарь Нартовы. А в "Русской родословной книге" Андрей Константинович Нартов записан как "родоначальник" - без каких-либо сведений о его родителях. Значит, они были не дворянского происхождения. Фамилия Нартовых произошла от слова "рты", которое в старом русском языке обозначало - лыжи.
Андрей Нартов с 16 лет работал токарем в мастерской Московской школы математико-навигацких наук, помещавшейся в Сухаревой башне.
Эта школа была основана Петром I, последний часто навещал математико-навигацкую школу, в токарной мастерской которой для него изготовлялись станки, где он нередко и сам работал. Видимо, здесь царь заметил способного молодого токаря и приблизил его к себе.
В 1712 г. Петр I вызвал Андрея Нартова в Петербург, где определил его в собственную "токарню" и затем не расставался с ним до самой своей смерти.
"Личный токарь" Петра I - по нашим понятиям это, пожалуй, министр машиностроения - жил и безотлучно находился в "токарне", расположенной рядом с приемным кабинетом царя. Здесь он встречался не только с царем, но и со всеми государственными деятелями того времени. После смерти Петра I Нартов написал о нем воспоминания, ставшие ценным историческим и литературным документом.
Работая вместе с Петром I в его токарной мастерской, Андрей Нартов проявил себя замечательным мастером-изобретателем. Он переделывал по-своему имевшиеся станки и строил новые, невиданные раньше. Петр I часто брал своего механика в поездки на промышленные предприятия, на Литейный двор, где наблюдал литье пушек. Из этих поездок Нартов почерпнул многое и впоследствии применил это в своих изобретениях.
Токарно-копировальный станок А.К. Нартова 1712 г. в стиле русского барокко (слева). Большой токарно-копировальный станок А.К. Нартова 1718-1729 г.г. в стиле петровского барокко (справа).
Для ознакомления с зарубежной техникой Нартов был послан за границу. Главная цель этой поездки состояла в том, чтобы "приобрести вящие успехи в механике и математике". Ему было предписано тщательно собирать сведения об изобретениях и новых машинах. Так, Нартов должен был "в Лондоне домогаться получить сведения о нововымышленном лучшем парении и гнутии дуба, употребляющегося в корабельное строение, с чертежом потребных к сему печей". Нартову также было поручено собирать и привезти в Россию "лучших художников физических инструментов, механические и гидравлические модели".
Летом 1718 г. Андрей Нартов отправился из Петербурга в Берлин. Здесь он обучал токарному искусству прусского короля Фридриха Вильгельма I. Он привез из Петербурга токарный станок, после осмотра которого прусский король вынужден был признать, что "у нас в Берлине такой машины нет". Затем Нартов побывал в Голландии, в Англии и во Франции.
В 1719 г. он писал Петру I о своем пребывании в Англии: "Я многие вещи здесь нашел, которые в России ныне не находятся, и о том писал я князю Б. Н. Куракину, чтобы он вашему царскому величеству о том донес, и послал к нему некоторым махинам чертежи..."
Тщательно изучая технические новшества, известные в то время за границей, и критически отбирая из них те, которые представляли интерес, Нартов неоднократно убеждался в том, что русские техники не только не уступают иностранным, но во много и превосходят последних.
Об этом он писал Петру I из Лондона, сообщая о том, что он "здесь таких токарных мастеров, которые превзошли российских мастеров, не нашел, и чертежи машинам, которые ваше царское величество приказал здесь сделать, я мастерам казал, и оные сделать по ним не могут..."
В связи с этим Нартов испросил разрешения у Петра I переехать в Париж. Здесь он знакомился с производством, как и в Англии, посещал арсеналы, монетные дворы, мануфактуры, учился при Академии наук под руководством знаменитого французского математика Вариньона, астронома де Лафая и других.
Президент Парижской академии наук Биньон написал в связи с отъездом Нартова из Парижа письмо Петру I, в котором говорил о "великих успехах", достигнутых русским новатором "в механике, наипаче же во оной части, которая касается до токарного станка". Биньон писал об изделиях, изготовленных Нартовым на русском токарном станке, привезенном в Париж: "Невозможно ничего видеть дивнейшего!"
А между тем Франция тогда была страной, в которой токарное дело достигло высокого уровня. Французские знатоки токарного дела не верили своим глазам. Нартов работал на станке, которого до тех пор никто не мог видеть - на превосходном станке с механическим резцедержателем, самоходным суппортом-автоматом, превратившим резец из ручного в механическое орудие. Нартов создал этот станок еще в 1717 г.
В начале 1718 г. Нартов сделал "оригинальную инвенцию" - уникальный, единственный в то время станок с суппортом для вытачивания сложнейших рисунков ("роз") на выпуклых поверхностях.
До изобретения Нартова при работе на станке резец зажимали в специальную поддержку, которая передвигалась вручную, или еще проще - резец держали в руке. Так было во всей Европе. И качество изделия целиком зависело от руки, силы и умения мастера. Нартов изобрел механизированный суппорт, принцип действия которого не изменился и до сегодняшнего дня. (Суппорт - от позднелатинского supporto - поддерживаю).
"Педесталец" - так назвал свой механизированный резцедержатель Нартов - суппорт перемещался при помощи винтовой пары, т о есть винта, вкручивающегося в гайку. Теперь резец держала уверенная "железная рука".Петр I приказал перевести письмо Биньона и послать перевод Еропкину, Земцову, Хрущеву и другим русским, находившимся за границей для ознакомления с наукой и техникой. Предписание им всем прочитать это письмо сопровождалось петровским пожеланием: "Желаю, чтоб и вы с таким же успехом поступали".
Когда Нартов в 1720 г. вернулся из заграничной поездки, Петр I назначил его заведующим царскими токарными мастерскими. В этих мастерских Нартов за короткий срок создал целую группу новых оригинальных станков.
Достижения Андрея Нартова в токарном деле имели чрезвычайно важное значение в истории техники.
Для того чтобы создать производство машин при помощи машин, необходимо было превратить резец на металлообрабатывающих станках из ручного орудия в орудие механическое. Эта задача и была решена путем введения в производство суппорта - автоматически действующего держателя для металлообрабатывающих резцов.
Создание суппорта являлось, по существу, тем достижением технической мысли, которое было необходимо для того, чтобы перейти от ремесла и мануфактуры к крупной машинной промышленности.
Многие зарубежные авторы долгое время считали, что только в самом конце XVIII в. англичанин Генри Моделей изобрел суппорт, позволивший обрабатывать металл с геометрической точностью, что было необходимым для производства деталей машин и всего последующего развития машиностроения. При этом ссылались на токарный станок с суппортом, построенный Модслеем в 1797 г. и хранящийся поныне в Научном музее в Лондоне.
Но в действительности этот приоритет не принадлежит Модслею. Еще за 75 лет до Модслея были созданы русские станки с суппортами! В Париже в Национальном хранилище искусств и ремесел стоит русский токарно-копировальный станок, на котором Нартов демонстрировал свое искусство президенту Парижской академии наук Биньону. В Эрмитаже в С.-Петербурге находится целая группа металлообрабатывающих станков, созданных Нартовым в первой четверти XVIII в.
Андрей Нартов создал разнообразные станки с суппортами, не просто заменяющими человеческую руку, а позволяющими автоматически выполнять сложные и тонкие операции по обработке металла, которые далеко превосходят все то, что может быть выполнено резцом, находящимся непосредственно в руках рабочего.
Станки Нартова - произведения искусства. Станины украшены резьбой, металлическими накладками с узорами, изображениями птиц, животных, мифологических героев. Пластический образ многих станков обогащают деревянные точеные колонки, витые ножки, резные уголки-кронштейны, которые одновременно и работающие части и украшения. Трудиться за такими станками - одно удовольствие. Ни до Нартова, ни после него не появлялось таких красивых станков.
На многих из них изобретатель запечатлел свое имя. Так, на токарно-овальном станке для гильоширных работ, хранящемся в Эрмитаже, выгравирован на планшайбе текст: "Механик Андрей Нартов. Санктпитербурх 1722 году".
Станок А.К.Нартова токарно-копировальный. 1729 г.
Там же хранится большой токарно-копировальный станок с выгравированной на медном пьедестале надписью: "Deo adiuvante. Начало произвождения к строению махины 1718 году, совершена 1729 году. Механик Андрей Нартов". (Deo adiuvante - Богу споспешествующему). В этом станке применены все лучшие достижения Нартова, доведенные до совершенства.
Еще в первой четверти XVIII в. Нартов с большой точностью обрабатывал металл, применяя изобретенные им суппорты. При этом Нартов опередил Модслея на три четверти столетия не только по времени изобретения суппорта.
Модслей мог выполнять на своих станках изделия простых геометрических форм. На станках Нартова можно было изготавливать изделия любой формы, вплоть до сложнейших художественных изображений батальных сцен. Моделей на своем станке не мог выполнять копировальные работы, даже самые простые. Нартов на своих станках мог выполнять, и притом полностью автоматически, сложные токарно-копировальные работы.
Станки Модслея, получившие распространение в начале XIX в., были всего лишь токарными. Станки Нартова, созданные в первой четверти XVIII в., были и токарными, и копировальными. Это - родоначальники современных сложных токарно-копировальных автоматов.
В рукописи А. К. Нартова "Театрум Махинарум, то есть Ясное зрелище махин" описывается более трех десятков оригинальных токарных, токарно-копировальных, токарно-винторезных станков различных конструкций, разработанных им и его помощниками. Многочисленные чертежи и технические описания говорят о том, что он обладал богатейшими инженерными познаниями и умело применял их в своей работе.
По поручению Петра I Андрей Нартов отвозил изобретенные им станки за границу и обучал работе на них различных деятелей. Петр I во время своей заграничной поездки в 1718-1720 гг., как свидетельствуют документы, рассказывал о русских металлообрабатывающих станках и знакомил многих с изделиями, изготовленными при помощи русских суппортов.
Следует иметь в виду, что в те годы в Россию приезжало очень много иностранцев, тщательно собиравших сведения о русской технике, бывавших в Петровской токарне и в академических мастерских, где работали нартовские станки.
Андрей Константинович Нартов занял почетное место в истории техники. Он воспитал много учеников, среди них Семен Матвеев, Александр Журковский и другие.
Петровская токарня, которой ведал Нартов, была в дальнейшем передана Академии наук и превращена в академические мастерские, которыми руководил М. В. Ломоносов и во главе которых после его смерти стоял И. П. Кулибин.
В 1720-х годах Нартов уже начал создавать замечательные машины для изготовления металлических деталей других машин. Так, в 1721 г. он построил станок для нарезания зубьев колес.
На своих станках Андрей Константинович создавал красивые вазы, бокалы, светильники, настенные и настольные украшения, модные в го время. Незначительная часть их сохранилась в Эрмитаже, но большинство произведений токарно-прикладного искусства, созданных Нартовым, утрачено.
В эти годы Нартов приходит к мысли, что в России необходимо создать особую "Академию разных художеств". Проект этой Академии он представил Петру I в конце 1724 г.
Под "художествами" в те времена понимали все прикладные знания и искусства - механику, архитектуру, строительное дело, ваяние, живопись, гравирование; к "художествам" относились и ремесла. Таким образом, по замыслу А. К. Нартова, Академия художеств должна была являться Академией технических знаний и готовить специалистов в этих областях.
Нартов предусмотрел, как именно должно происходить обучение, какие звания должны присуждаться (то есть систему государственной аттестации), каким должно быть помещение Академии, и т. д.
Петр I лично рассмотрел проект и дополнил перечень специальностей, по которым должна идти подготовка специалистов. Он даже поручил разработать проект здания Академии художеств одному из известных архитекторов того времени. Однако смерть Петра I остановила реализацию этой идеи. Но хотя в целом проект был отложен, многие содержавшиеся в нем предложения воплощались в жизнь в виде создания при Академии наук различных технических и художественных "палат".
Позже, в 1737 и 1746 гг., Нартов вновь поставил перед Сенатом вопрос о создании Академии художеств. Однако никаких результатов это не принесло.
Андрей Константинович добился выдающихся успехов не только в области обработки металла резанием, но и во многих других отраслях. Он сыграл значительную роль в развитии техники монетного дела в России.
В 1724-1725 гг. Нартов был на вершине своей славы. Из рук царя он принял редкую награду - золотую медаль с изображением своего кумира. В 1724 г. после двух дочек у него наконец-то родился наследник - сын Степан, крещенный самим императором. И вдруг все резко изменилось. В январе 1725 г. умер Петр I.
В правление Екатерины I Александр Меншиков стал главной фигурой в государстве. "Личный токарь" Петра I знал слишком много о придворной жизни, чтобы у него не начались столкновения с Меншиковым, который никогда ничего не забывал.
Однажды, еще при жизни Петра, у Нартова произошла стычка с Александром Меншиковым. Вот как об этом рассказывал Нартов: "Некогда князь Меншиков, пришед к дверям токарной комнаты его величества, требовал, чтобы его туда впустили, но, увидя в том препятствие, начал шуметь. На сей шум вышел к нему Нартов и, удержав силою туда войти хотевшего князя Меншикова, объявил ему, что без особого приказа от государя никого впускать не велено, и потом двери тотчас запер. Такой неприятный отказ сего честолюбивого, тщеславного и гордого вельможу весьма рассердил, что он в запальчивости, оборотясь, с великим сердцем сказал: "Добро, Нартов, помни это".
О сем происшествии и угрозах донесено было тогда же императору... Государь тотчас написал на токарном станке следующее и, отдав Нартову, промолвил: "Вот тебе оборона; прибей сие к дверям и на угрозы Меншикова не смотри". - "Кому не приказано, или кто не позван, да не входит сюда не токмо посторонний, но ниже служитель дома сего, дабы хотя сие место хозяин покойное имел".
Андрей Нартов навсегда покинул дворец. В 1726 г. он был направлен в Москву "на монетные дворы для переделу монеты двух миллионов". Московский монетный двор находился в то время в чрезвычайно запущенном состоянии. Назначенный директором Монетного двора А. Волков писал, что "непорядка и разорения монетных дворов изобразить никоим образом нельзя". Отсутствовало самое элементарное оборудование: "нет ни форм, во что плавить, ни мехов к кузницам".
Нартову пришлось налаживать технику монетного дела. Оказалось, что даже весы для взвешивания металла, применявшиеся в то время, непригодны, и ему пришлось создавать при участии Петра Крекшина новые весы. Он изобрел и ввел в производство оригинальные гуртильные станки (для насечки "гурта", то есть ребра монет) и другие монетные станки.
Затем Нартов отправился "по должности механического искусства на Сестрорецкие заводы для переделу в монету двадцати тысячей пудов красной меди". В Сестрорецке он создал и применил усовершенствованные токарные станки и другие машины. Возвратившись в Москву, Нартов продолжил усовершенствовать монетное производство и вместе с тем помогал И. Ф. и М. И. Моториным при изготовлении величайшей в мире отливки - Царь-колокола.
В Москве Андрей Нартов начал писать книгу, посвященную механическому оборудованию монетного производства, - "К монетному делу книга, в которой имеет быть описание всем махинам и инструментам, с надписанием каждого звания махины и инструмента, и оным меры, и во что оные могут встать". Но рукопись этой книги до сих пор не найдена.
Работая на монетных дворах, Нартов обратил внимание на отсутствие точных единиц измерения веса, правильных весов и способов взвешивания. Для устранения этого он составил чертежи правильных "весов и гирь", изобрел весы своей конструкции. В 1733 г. он выдвинул идею создания единого общегосударственного эталона веса и разработал систему для создания этого эталона. Как автор этой системы, он должен считаться основоположником русской метрологии.
Скорострельная батарея Нартова.
В эти же годы Нартов создавал приборы и механизмы для ученых, о чем свидетельствует его доношение об изготовлении им в 1732 г. по просьбе Академии наук "махины для обсерватории".
В 1735 г. Нартов был вызван из Москвы в Петербург и назначен начальником академической механической мастерской, созданной им на основе переданной Академии Петровской токарни, - "Лаборатории механических дел".
Заботясь о том, чтобы начинания Петра I не были забыты, Нартов приступил к составлению книги, в которой хотел свести сведения о них "механических и математических токарных дел махинах и инструментах", связанных с деятельностью Петра. Он послал своего ученика Михаила Семенова в Москву, чтобы тот перевез оттуда в академическую мастерскую "первейшие токарные махины и инструменты из Преображенского, где они стоят забвенно".
А. К. Нартов много сил отдавал подготовке мастеров и механиков для мастерской, а также созданию новых металлообрабатывающих станков и других машин. Он изобрел станок для нарезывания винтов, машину для вытягивания свинцовых листов, машину для подъема на колокольню Царь-колокола, пожарно-заливную машину, станок для печатания ландкарт и другие.
Однако после смерти Петра I Нартову пришлось терпеть притеснения со стороны иноземцев, пытавшихся монополизировать науку и технику в России. Особенно острой была борьба А. К. Нартова с всесильным Шумахером, захватившим Академию наук в свои руки.
Последний надолго задерживал выплату денег Нартову, оставляя его фактически без средств к существованию. Как писал Нартов, он со своей семьей был таким путем доведен до полного разорения, до "последнего убожества".
Несмотря на это, Нартов очень много и успешно продолжал работать. И академическое начальство вынуждено было считаться с этим и фактически признавало его главным техническим экспертом Академии наук, поручая ему важные задания. Порой ему приходилось выполнять подобные поручения вместе с такими корифеями науки, как Леонард Эйлер.
В июне 1742 г. А. К. Нартов отправился в Москву и повез с собой жалобы на Шумахера многих академических работников. Они единодушно обвиняли Шумахера в присвоении десятков тысяч рублей из академических денег и во многих других злоупотреблениях. Особенно их возмущало то, что Шумахер поставил целью уничтожить замыслы Петра I, легшие в основу создания Академии.
За 17 лет существования Академии в ней не появилось ни одного русского академика! Осенью 1742 г. была назначена следственная комиссия, Шумахер был арестован, а все академические дела были поручены А. К. Нартову: "Повелено смотрение в Академии поручить советнику г. Нартову".
Распоряжения А. К. Нартова как руководителя Академии наук показывают, что его главной задачей было создание условий для подготовки русских ученых. Он стремился наладить запущенное Шумахером финансовое хозяйство Академии, убрать из нее бездельников, организовать новую типографию для публикации научных работ, заботился о М. В. Ломоносове, вступался за него перед следственной комиссией. В свою очередь и М. В. Ломоносов не раз выражал свое глубокое уважение к великому инженеру и изобретателю.
Несмотря на все усилия А. К. Нартова и его единомышленников, изменить положение в Академии не удалось. Преодолеть засилье иностранцев, привыкших хозяйничать в Академии наук, оказалось тогда слишком трудным. "Недоброхоты наук российских", травившие в дальнейшем М. В. Ломоносова, пустили в ход самые омерзительные приемы против А. К. Нартова. Они дошли до клеветнического вымысла о том, что якобы А. К. Нартов даже "писать и читать не умеет".
В конце 1743 г. Шумахер и его сторонники снова захватили власть в Академии. После отстранения от руководства Академией наук А. К. Нартов с 1744 г. работал в артиллерийском ведомстве, а в Академии наук занимался лишь подготовкой новых кадров русских техников и трудился над "триумфальным столбом" - памятником Петру I.
Еще в 1740 г. заслуги Андрея Константиновича в области артиллерийской техники были специально отмечены. Теперь же он так развернул военно-технические работы и свою изобретательскую деятельность, что понадобилось создание особого центра - Секретной палаты, куда не допускались даже служащие Арсенала.
В огражденных забором зданиях Секретной палаты работали изобретенные А. К. Нартовым машины для сверления пушек, для обтачивания пушечных цапф и других ответственных технологических операций, проводились испытания. Таким образом, А. К. Нартов создал внутри Арсенала свой исследовательский и производственный центр.
Изобретения А. К. Нартова следовали одно за другим. Он был назначен советником высшего органа, ведавшего артиллерией и инженерной обороной страны.
Список изобретений, составленный на основании представления А. К. Нартова, поданного в ноябре 1754 г. в Канцелярию Главной артиллерии и фортификации.
1. "Пушечные фурмы фурмовать без внутренней глиняной пушечной модели и без деревянного сердечника". Отливка по этому способу "к одной пушке трубы медной пустой, тонкой, вылитой с накладными фризами и со всеми украшениями по точной пропорции того веса" показала, что объем работ при применении медных форм сокращается вдвое и все дело идет очень успешно.
2. Машина для подъема с козел и переноса для обжига пушечных форм.
3. Способ обжига пушечных форм, устраняющий их коробление.
4. Машина для опускания в литейную яму пушечных форм и для последующего подъема их после отливки..
5. Отливка "глухой пушки, из которой вынут калибр цилиндром", то есть, видимо, отливка сплошного тела орудия с последующим полым сверлением.
6. Отливка "пушки с готовым калибром без внутренней фурмы".
7. Машина для отрезывания прибылей у пушек.
8. Машина для обтачивания цапф у пушек, мортир и гаубиц, о которой было сказано, что подобной ей "махины еще при артиллерии не бывало".
9. Машина "особливым способом мортиры сверлить".
10. Способ заделки раковин в канале медных пушек и мортир.
11. Оригинальный запал для пушек и мортир.
12. Прибор механический для поверки артиллерийских орудий.
13. Машина для нарезки зубьев у слесарных пил.
14. Машина для изготовления для артиллерийских орудий "плоских винтов медных и железных".
15. Машина для подъема пушек и мортир на весы и на станки.
16. Инструмент для сверления пушечных колес и лафетов.
17. Способ закаливания пушечных сверл и прочих инструментов.
18. Машина для того, чтобы "медные крохи, соединенные с глиною, толочь и смывать".
19. Скорострельная батарея из сорока четырех "трехфунтовых" мортирок, помещенных на особом горизонтальном круге, установленном на лафете. Мортирки объединялись в группы, из которых одни изготовлялись к выстрелу и открывали огонь, а другие в это время заряжались, занимая затем при помощи вращения круга место выстреливших. Угол возвышения круга получали при помощи подъемного винта. Таким образом, в этой батарее впервые в истории артиллерии был применен винтовой подъемный механизм. Об этой батарее Нартов писал: "...а полезность во оной состоять будет таковая, понеже против неприятельского фрунта может бросать гранаты в росширность линей".
20. Способ "из пушек вне калибра разными бомбами и ядрами стрелять". Снаряды, превышающие калибр орудия, помещали либо в его раструб, либо в приспособление, установленное на конце орудийного ствола. При испытаниях стрельбы дали отличные результаты. Из пушек, в канал которых входил трехфунтовый снаряд, стреляли шестифунтовыми гранатами; из двадцатифунтовой пушки стреляли двухпудовыми бомбами. Снаряды успешно поражали мишени при обычном расходе пороха. После испытания установили: "Такой новоизданной огненной инвенции не слыхано ни в России, ни в других государствах".
21. Зачинка раковин в чугунных пушках, гаубицах и мортирах.
22. Подъемный винт с градусной шкалой для точной установки у артиллерийских орудий угла возвышения, ранее получавшегося только при помощи подкладывания клиньев.
23. Оригинальные конструкции для установки морской и крепостной артиллерии "для лучшего способа к стрелянию из пушек, мортир и гаубиц и к самому скорейшему навождению в цель без рычагов".
24. Способ заделывания в артиллерийских орудиях не только раковин, но и глубоких "каналов с многочисленными и мелкими протоками".
25. Способ заделки сквозных трещин в пушках в тех случаях, когда "от пробы огненной делаются вдоль по пушке трещины насквозь".
26. Оптический прицел - "инструмент математический с перспективною зрительною трубкою, с протчими к тому принадлежностями и ватерпасом для скорого навождения из батареи или с грунта земли по показанному месту в цель горизонтально и по олевации".
27. Способ "обтачивания бомб от 9 пуд до самых малых фунтов, которые имеют пустоту".
28. Способ обтачивания чугунных ядер, имеющих очень крупные раковины.
29. Способ отливки ядер разных калибров в железные кованые формы для того, чтобы "ядра выходили гладкие и чистые".
30. Способ отливки пушек не в литейных ямах, а непосредственно на "поверхности олевации".
В упомянутом доношении сказано об использовании изобретения А. К. Нартова "в зачинке раковин в медных пушках и в чугунных, также и в мортирах и в приведении в круглость состоящих при артиллерии с гребнями и шишками бомб и ядер и прочих новообретаемых инвенций".
Эти изобретения, применявшиеся в Петербурге, Москве, Киеве, Выборге, Риге и других городах, позволили без переливки дать вторую жизнь поврежденным пушкам.
Восстановленные А. К. Нартовым артиллерийские орудия успешно выдерживали испытания: "И оная зачинка как при артиллерии, так и при Адмиралтействе и при знатном генералитете и других высокоповеренных персонах многими и чрезвычайными выстрелами и ядрами, картечами и сеченою дробью, а при Адмиралтействе и с книпелями пробована. И явились твердыми и надежными, напротив чего в новых местах в металле от чрезвычайной стрельбы раковины делались, а зачинка устояла".
Следует отметить то, что большинство изобретений Нартова не были лишь более совершенными формами ранее известных конструкций, машин, технологических процессов, а являлись вообще первыми в мире техническими решениями.
В их числе и стрельба из пушек "вне калибра", и подъемный винт с градусной шкалой для установки у артиллерийских орудий угла возвышения, и оптический прицел - родоначальник всей современной стрелковой и артиллерийской оптики. А. К. Нартов принимал участие в создании знаменитых "единорогов" - гаубиц, остававшихся на вооружении русских крепостей вплоть до начала XX в.
А. К. Нартов сыграл выдающуюся роль в развитии русской артиллерии, много способствовав тому, чтобы она стала в XVIII в. лучшей в мире.
Семилетняя война 1756-1763 гг., начавшаяся в год смерти Нартова, показала преимущество русской артиллерии над прусской. А ведь армия Фридриха II считалась лучшей в Европе.
Экономический эффект изобретений Нартова был столь огромен (только способ "зачинки раковин" в орудийных стволах, по подсчетам 1751 г., позволил сэкономить 60 323 рубля), что 2 мая 1746 г. был издан указ о награждении А. К. Нартова 5 тысячами рублей. (По В. О. Ключевскому 1 рубль 1750 г. равнялся 9 рублям 1880 г.)
С 10 января 1745 по 1 января 1756 г. Нартов с помощниками возвратил в строй 914 пушек, гаубиц и мортир. Кроме того, он изобретал и строительную технику, и новые конструкции шлюзовых ворот (1747 г.). До самой смерти А. К. Нартов неустанно трудился для русской науки и воспитывал новых русских специалистов.
В Петровской токарне, превращенной А. К. Нартовым в академические мастерские, его дело в области техники и особенно приборостроения продолжил М. В. Ломоносов, а после его смерти - И. П. Кулибин.
Свою книгу о токарных станках - "Театрум Махинарум, то есть Ясное зрелище махин" Нартов предполагал "объявить в народ", то есть напечатать его и сделать доступным всем токарям, механикам, конструкторам.
Рисунок к рукописи "Театрум Махипарум" А.К.Нартова.
В этом труде Нартов тщательно описывал множество станков, предназначенных для самых различных целей, давал их чертежи, составлял пояснения, разрабатывал кинематические схемы, описывал применявшиеся инструменты и выполненные изделия.
Всему этому Нартов предпослал теоретическое введение, касающееся таких принципиальных вопросов, как необходимость сочетания теории и практики, необходимость предварительного построения моделей станков до их изготовления в натуре, учет сил трения и т. п. А. К. Нартов раскрыл все тайны токарного дела того времени.
А.К. Нартов скончался в Петербурге 16 (27) апреля 1756 года. После его смерти остались крупные долги, так как он вкладывал много личных средств в научные изыскания. Едва он умер, в "Санкт-Петербургских ведомостях" появилось объявление о распродаже его имущества. После Нартова остались долги "разным людям до 2000 руб. да казенного 1929 рублёв". Ревизионная контора решила в счет долгов отобрать у детей Нартова отписанные ему деревни. Даже в "блестящий век Екатерины" не было и попытки хоть как-то отметить память о талантливом изобретателе, позаботиться об учениках, напечатать литературное наследие. Рукопись книги "Театрум Махинарум" так и не была издана. Могила Нартова на маленьком Благовещенском кладбище на Васильевском острове затерялась.
Лишь осенью 1950 года в Ленинграде, на территории давно упраздненного кладбища, существовавшего с 1738 года при церкви Благовещенья, случайно была найдена могила А.К. Нартова с надгробной плитой из красного гранита с надписью: "Здесь погребено тело статского советника Андрея Константиновича Нартова, служившего с честию и славою государям Петру Первому, Екатерине Первой, Петру Второму, Анне Иоанновне, Елизавете Петровне и оказавшему отечеству многие и важные услуги по различным государственным департаментам, родившегося в Москве в 1680 году марта 28 дня и скончавшегося в Петербурге 1756 года апреля 6 дня". Однако указанные на надгробной плите даты рождения и смерти не точны. Изучение сохранившихся в архивах документов (послужной список, заполненный лично самим А.К. Нартовым, церковная запись о его погребении, доношение его сына о кончине отца) дает основания считать, что Андрей Нартов родился в 1693-м, а не в 1680 году и скончался не 6, а 16 (27) апреля 1756 года. По-видимому, надгробная плита изготовлялась спустя некоторое время после похорон и даты на ней давались не по документам, а по памяти, в связи с чем и возникла ошибка.
В том же 1950 году останки царского токаря, выдающегося инженера и ученого, перенесли на Лазаревское кладбище Александро-Невской лавры и перезахоронили рядом с могилой М.В. Ломоносова. В 1956 году на могиле Нартова было установлено надгробие - копия найденного в 1950 году саркофага (с ошибочной датой рождения).
"Царев токарь" Андрей Константинович Нартов был одним из самородков-изобретателей, замеченных и выведенных на широкую дорогу Петром I. За свою не слишком долгую жизнь он изобрел и построил более тридцати станков самого разного профиля, равных которым не было в мире. Еще целый ряд важнейших для России изобретений он сделал в области артиллерийского вооружения. Он сыграл значительную роль в развитии техники монетного дела в России, добился выдающихся успехов во многих других отраслях. История не забыла и не может забыть великого изобретателя, замечательного новатора техники России.
История относит изобретение токарного станка к 650 гг. до н. э. Станок представлял собой два соосно 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). 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 токарные станки с ножным приводом. Ножной привод состоял из очепа - упругой жерди, консольно закрепленной над станком. 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 токарном станке получила вместо колебательного движения вращение в одну сторону в течение всего процесса точения. В 1500 г. токарный станок уже имел стальные центры и люнет, который мог быть укреплен в любом месте между центрами.
На таких станках обрабатывали довольно сложные детали, представляющие собой тела вращения, - вплоть до шара. Но привод существовавших тогда станков 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 станок в движение, более мощным двигателем. Появление водяного колеса привело к повышению производительности труда, оказав при этом мощное революционизирующее действие на развитие техники. А с середины XIV в. водяные приводы стали распространяться в металлообработке. В середине XVI Жак Бессон (умер в 1569 г.) - изобрел токарный станок для нарезки цилиндрических и конических винтов. В начале XVIII века Андрей Константинович Нартов (1693-1756), механик Петра Первого, изобретает оригинальный токарно-копировальный и винторезный станок с механизированным суппортом и набором сменных зубчатых колес. Чтобы по-настоящему понять мировое значение этих изобретений, вернемся к эволюции токарного станка. В XVII в. появились токарные станки, в которых обрабатываемое изделие приводилось в движение уже не мускульной силой токаря, а с помощью водяного колеса, но резец, как и раньше держал в руке токарь. В начале XVIII в. токарные станки все чаще использовали для резания металлов, а не дерева, и поэтому проблема жесткого крепления резца и перемещения его вдоль обрабатываемой поверхности стола весьма актуальной. И вот впервые проблема самоходного суппорта была успешно решена в копировальном станке А. К. Нартова в 1712 г.
К идее механизированного передвижения резца изобретатели шли долго. Впервые эта проблема особенно остро встала при решении таких технических задач, как нарезание резьбы, нанесение сложных узоров на предметы роскоши, изготовление зубчатых колес и т.д. Для получения резьбы на валу, например, сначала производили разметку, для чего на вал навивали бумажную ленту нужной ширины, по краям которой наносили контур будущей резьбы. После разметки резьбу опиливали напильником вручную. Не говоря уже о трудоемкости такого процесса, получить удовлетворительное качество резьбы таким способом весьма трудно. А Нартов не только решил задачу механизации этой операции, но в 1718-1729 гг. сам усовершенствовал схему. Копировальный палец и суппорт приводились в движение одним ходовым винтом, но с разным шагом нарезки под резцом и под копиром. Таким образом было обеспечено автоматическое перемещение суппорта вдоль оси обрабатываемой заготовки. Правда, поперечной подачи еще не было, вместо нее было введено качание системы "копир-заготовка". Поэтому работы над созданием суппорта продолжались. Свой суппорт создали, в частности, тульские механики Алексей Сурнин и Павел Захава. Более совершенную конструкцию суппорта, близкую к современной, создал английский станкостроитель Модсли, но А. К. Нартов остается первым, кто нашел путь к решению этой задачи. Вообще нарезка винтов долго оставалась сложной технической задачей, поскольку требовала высокой точности и мастерства. Механики давно задумывались над тем, как упростить эту операцию. Еще в 1701 году в труде Ш. Плюме описывался способ нарезки винтов с помощью примитивного суппорта. Для этого к заготовке припаивали отрезок винта в качестве хвостовика. Шаг напаиваемого винта должен был быть равен шагу того винта, который нужно было нарезать на заготовке. Затем заготовку устанавливали в простейших разъемных деревянных бабках; передняя бабка поддерживала тело заготовки, а в заднюю вставлялся припаянный винт. При вращении винта деревянное гнездо задней бабки сминалось по форме винта и служило гайкой, вследствие чего вся заготовка перемещалась в сторону передней бабки. Подача на оборот была такова, что позволяла неподвижному резцу резать винт с требуемым шагом. Подобного же рода приспособление было на токарно-винторезном станке 1785 года, который был непосредственным предшественником станка Модсли. Здесь нарезка резьбы, служившая образцом для изготавливаемого винта, наносилась непосредственно на шпиндель, удерживавший заготовку и приводивший ее во вращение. (Шпинделем называют вращающийся вал токарного станка с устройством для зажима обрабатываемой детали.) Это давало возможность делать нарезку на винтах машинным способом: рабочий приводил во вращение заготовку, которая за счет резьбы шпинделя, точно так же как и в приспособлении Плюме, начинала поступательно перемещаться относительно неподвижного резца, который рабочий держал на палке. Таким образом ни изделии получалась резьба, точно соответствующая резьбе шпинделя. Впрочем, точность и прямолинейность обработки зависели здесь исключительно от силы и твердости руки рабочего, направлявшего инструмент. В этом заключалось большое неудобство. Кроме того, резьба на шпинделе была всего 8-10 мм, что позволяло нарезать только очень короткие винты.
Вторая половина XVIII в. в станкостроении ознаменовалась резким увеличением сферы применения металлорежущих станков и поисками удовлетворительной схемы универсального токарного станка, который мог бы использоваться в различных целях. В 1751 г. Ж. Вокансон во Франции построил станок, который по своим техническим данным уже походил на универсальный. Он был выполнен из металла, имел мощную станину, два металлических центра, две направляющие V-образной формы, медный суппорт, обеспечивающий механизированное перемещение инструмента в продольном и поперечном направлениях. В то же время в этом станке отсутствовала система зажима заготовки в патроне, хотя это устройство существовало в других конструкциях станков. Здесь предусматривалось крепление заготовки только в центрах. Расстояние между центрами можно было менять в пределах 10 см. Поэтому обрабатывать на станке Вокансона можно было лишь детали примерно одинаковой длины. В 1778 г. англичанин Д. Рамедон разработал два типа станков для нарезания резьб. В одном станке 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 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 токарный станок для нарезки винтов. Конструктор предусмотрел сменные шестерни, большой ходовой винт, простой механизированный суппорт. Станок был лишен каких-либо украшений, которыми любили украшать свои изделия мастера прежде.
Накопленный опыт позволил к концу XVIII века создать универсальный токарный
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 станков, он значительно
улучшил суппорт, что позволило создать вариант универсального токарного
станка. В 1800 г. Модсли усовершенствовал этот станок, а затем создал и
третий вариант, содержавший все элементы, которые имеют 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. Токарный станок Робертса Одним из учеников и продолжателей
дела Модсли был Р. Робертс. Он улучшил токарный станок тем, что расположил
ходовой винт перед станиной, добавил зубчатый перебор, ручки управления
вынес на переднюю панель станка, что сделало более удобным управление станком.
Этот станок работал до 1909 г. Другой бывший сотрудник Модсли - Д. Клемент
создал лоботокарный 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
токарного оборудования.
Следующий этап - автоматизация токарных станков. Здесь пальма первенства
принадлежала американцам. В США развитие техники обработки металлов началось
позднее, чем в Европе. Американские станки первой половины XIХ в. значительно
уступали станкам 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. При поломке детали достаточно было выписать с завода аналогичную
и заменить сломанную деталь на целую без всякой подгонки. Во второй половине
XIХ в. были введены элементы, обеспечивающие полную механизацию обработки
- блок автоматической подачи по обеим координатам, совершенную систему
крепления резца и детали. Режимы резания и подач изменялись быстро и без
значительных усилий. В токарных станках имелись элементы автоматики - автоматический
останов станка при достижении определенного размера, система автоматического
регулирования скорости лобового точения и т.д. Однако основным достижением
американского станкостроения было не развитие традиционного токарного станка,
а создание его модификации - револьверного станка. 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
станка при изготовлении серийной продукции. Это был серьезный шаг к созданию
станков-автоматов. В деревообработке первые станки-автоматы уже появились:
в 1842 г. такой автомат построил К. Випиль, а в 1846 г. Т. Слоан. Первый
универсальный токарный автомат изобрел в 1873 г. Хр. Спенсер.
История развития токарного станка
Токарные станки были изобретены и применялись еще в глубокой древности. Они были очень просты по устройству, весьма несовершенны в работе и имели вначале ручной, а впоследствии ножной привод.
Древний токарный станок ручного привода показан на рис. 1. Обтачиваемое изделие, установленное на двух деревянных стойках, обрабатывали два человека. Один вращал при помощи веревки изделие то вправо, то влево, а другой держал в руках режущий или скоолящии инструмент и обрабатывал им изделие.
Старинный русский токарный станок ножного привода показан на рис. 2. Этот станок совершеннее предыдущего: более устойчивое взаимное положение изделия и инструмента обеспечивало и более точную обработку, а замена ручного привода ножным позволила работать на станке вместо двух одному человеку. Обтачиваемое изделие устанавливалось на заостренных деревянных клиньях 1 и 2 (первых представителях современных центров). Клин 1 закреплялся в стойке наглухо, а клин передвигался до упора в изделие 3 и закреплялся вспомогательным клином 4, Веревка 5, навитая на изделие 1-2 оборота, одним концом прикреплялась к гибкой жерди 6, а другим -- к деревянной подножке 7. Нажимая ногой на подножку, токарь приводил во вращение обтачиваемое изделие. Удерживая обеими руками режущий инструмент, опирающийся о деревянный брусок 8, он прижимал инструмент к изделию и обрабатывал его.
Рис.1
Рис.2
Затем нажим ноги на подножку прекращался, гибкая жердь выпрямлялась, тянула веревку вверх и вращала изделие в обратном направлении. Обтачивание в это время прерывалось, и таким образом, как и на предыдущем станке почти половина рабочего времени тратилась бесполезно.
Токарные станки, показанные па рис. 1 и 2 применялись главным образом для обработки деревянных изделий. Необходимость обработки металлических изделий ускорила развитие токарных станков, хотя это развитие происходило очень медленно. Приоритет в развитии токарных станков принадлежит русским техникам.
Андрей Константинович Нартов, один из самых замечательных русских техников XVIII в., воспитанник Московской школы «математических и навигационных наук», впервые в мире в 1715 г. изобрел и затем построил токарно-копировальный станок с суппортом - механическим держателем режущего инструмента, заменяющим руку человека. На этом станке, хранящемся ныне в Государственном Эрмитаже в Санкт - Петербурге, сохранилась надпись: «Начало произвождения к строению махины 1718-го, решена 1729- году. Механик Андрей Нартов». В 1719 г. Нартов писал Петру I --большому мастеру токарного дела по дереву и металлу -- из Лондона о том, что он «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...». Так при первом знакомстве Нартова с зарубежной техникой он смог убедиться в том, что русские мастера не только не уступают зарубежным, но и превосходят их.
А. К. Нартов опередил почти на столетие Генри Модели, которому необоснованно приписывается буржуазными авторами изобретение суппорта в 1797 г. Хранящиеся в Государственном Эрмитаже станки Нартова доказывают, что он еще в начале XVIII в. работал на станках своего изобретения, на которых еще с большей точностью, чем в конце XVIII в,- у Модели, можно было изготовлять, притом автоматически, металлические изделия любой формы. Изобретение суппорта ознаменовало собой начало новой эпохи в развитии не только токарных, но и других металлорежущих станков.
Следовательно, благодаря изобретению А. К. Нартова Россия почти на столетие опередила Западную Европу и Америку в создании токарных станков с суппортами. А. К. Нартов за два с половиной столетия до наших дней предвосхитил создание металлорежущих станков, автоматически изготовляющих изделия из металла,- тех станков, которые являются наиболее важными для современной промышленности.
Заслугой Нартова является и воспитание им русских знатоков обработки металла резанием. Из петровской токарной мастерской, которой заведовал Нартов, вышел ряд учеников, в числе их особенно выделялись токари Александр Журавский и Семен Матвеев.
Ученики и последователи Нартова успешно совершенствовали и строили токарные станки. В конце 18 века тверской механик-часовщик Лев Собакин и тульский мастер Алексей Сурин разработали чертежи, по которым изготовлялись токарно-винторезные станки для обработки различных винтов. Сурин создал токарный станок и для изготовления ружейных стволов. На этом станке вращение изделия осуществлялось от трансмиссионного привода, а суппорт с режущим инструментом перемещался при помощи ходового винта. Впервые на этом станке было применено автоматическое выключение суппорта. Русские изобретатели и в этом усовершенствовании токарного станка опередили изобретателей зарубежных стран.
Особенно широко изготовление токарных станков было развито на Тульском и других оружейных заводах. На рис. 3 показан один из таких станков. На нем изделие приводилось во вращение от трансмиссии через ременную передачу 1, а суппорт 2 перемещался механически при помощи шестерен 3 и винта 4.
На рис. 4 показан токарный станок со ступенчатым шкивом и перебором, созданный в середине девятнадцатого столетия. На таких станках изделию сообщалось разное число оборотов при помощи ступенчатого шкива 1 и шестеренчатого перебора 2. Движение суппорту 3 передавалось через смежные шестеренки 4 и ходовой валик или винт 5. Подобные токарные станки изготовлялись и в начале ХХ века.
В конце девятнадцатого и в начале двадцатого столетия токарные станки со ступенчатым шкивом снабжались коробками передач для изменения скорости перемещения суппорта, а так же ходовым валиком и ходовым винтом.
Рис.3
Рис.4 Токарный станок середины 19 века со ступенчатым шкивом
Рис.5
До Великой Октябрьской социалистической революции в России станкостроение было плохо развито. Парк станков составлял всего 75 тысяч единиц. В период довоенных пятилеток было создано большое количество станкостроительных предприятий, освоен выпуск основных типов станков, а 1940 году парк станков вырос до 710 тысяч единиц.
В 1932 году в стране было освоено производство первого токарного станка с коробкой скоростей. Станок назывался ДИП («Догнать и перегнать»). Этим девизом советские станкостроители бросали вызов миру: «Мы догоним и перегоним вас по производству станков!».
На смену ДИПу в 1957 году пришел станок 1А62, а в последующие годы 1А16, 1А64, 1620, 16К20, 1К62 и др.
Рис.6
Такой станок, показанный на рис. 5, состоит из коробки подач 1, передней бабки 2, ступенчатого шкива 3, резцедержателя 4, суппорта 5, задней бабки 6, ходового винта 7, ходового валика 8, станины ножки 10, фартука 9 и
После изобретения и успешного применения быстрорежущей стали, а затем и твердых сплавов появились быстроходные мощные станки современной конструкции. Эти станки имеют массивные станины и снабжены коробками скоростей, позволяющими быструю перемену чисел оборотов обрабатываемого изделия, и более совершенными коробками подач. На рис. 6 показан наиболее совершенный токарно-винторезный станок модель 1620, изготовляемый заводом «Красный пролетарий».
В настоящее время на производстве применяются усовершенствованные многофункциональные станки, также станки типа 16К20, и ДИП 100, ДИП 200, ДИП 300, ДИП 400, ДИП 500, ДИП 800, ДИП 1000.
Таким образом, до появления современного токарного станка был пройден тяжелый путь от древних времен, когда использовались станки с применением ручной физической силы, до сегодняшнего момента, когда применяются полностью или частично автоматизированные станки, имеющие большую производительность и меньшие затраты рабочей силы.
Список литературы:
1. Денежный П.М., Стискин Г.М., Тхор И.Е. Токарное дело. Уч. Пособие для проф. техн. училищ. - М: Высшая школа, - 1972. - 304 с.
2. Ятченко С.В. «Токарное дело», М.: Сельхозгиз, 1958 г., 532 с.
