Первые станки

1. Первые станки

2.

Еще наши первобытные предки, пещерные люди,
постигли, что орудия обработки дерева, камня, шкур
должны быть намного тверже тех материалов, которые
ими обрабатываются. Шкуру убитого животного можно
было чистить деревянным скребком. А чтобы изготовить
этот скребок, надо было резать, строгать дерево более
твердым, каменным орудием. Но ведь такие каменные
орудия тоже нужно было чем-то вытесать. Для этого
приходилось искать еще более твердую породу камня и
из нее изготовлять необходимое орудие. Уже древнейшим
мастерам пришлось различать степень твердости камня.

3.

И еще одну истину открыли они: если надо колоть,
резать какой-нибудь твердый материал, орудие должно
быть заостренным. Для этой работы понадобились
каменные инструменты, очень напоминающие своей
формой топор, долото, нож. С их помощью удавалось
снимать с дерева даже мелкую стружку, просверливать в
нем
отверстия,
придавать
изделию
любую
форму.
Намного труднее обрабатывался камень—стружка с него
не снималась; приходилось грубо обивать материал
каменными же молотками и долотами.

4.

А чтобы изготовить режущий инструмент, искали
осколок камня с готовым, отточенным природой лезвием.
И уже никак не удавалось сверлить в нем отверстия. Ка-
менный инструмент оказывался очень непрочным, хрупким : стоило надавить на него посильнее и подольше — и
лезвие тут же или очень скоро ломалось.
Так еще в незапамятные времена из опыта мастера узнали
о
том,
что
важнейшие
свойства
режущего
инструмента— это твердость, прочность и достаточная
заостренность его лезвия.

5.

Постепенно люди познавали еще один важнейший
закон обработки твердых материалов—необходимость
вращения инструмента или того куска материала, из
которого изготовлялось изделие (в наше время его
называют «заготовка»).
Еще у пещерных людей возникла острая нужда в
просверливании отверстий в камне — ведь надо было
насаживать топор или молоток на рукоятку. Пришло
время,
когда
они
изобрели
первое
устройство для сверления отверстий.
механическое

6.

Тетива обыкновенного лука спиралью обвивалась
вокруг заостренного стержня, вырезанного из дерева
очень твердой породы. Острие стержня устанавливалось
в выбитую в камне выемку; в нее подсыпали крошечные,
как песчинки, осколки самого твердого камня. Стерженьсверло удерживалось на месте и прижималось к изделию
с помощью прилаженной деревянной планки на двух
стойках. Мастер двигал лук вперед-назад, вперед-назад;
сверло от этого вращалось то в одну, то в другую сторону.
При этом начинали двигаться и врезаться в камень
твердые
песчинки;
они
постепенно
истирали
обрабатываемый материал, снимали с него как бы
множество
мельчайших
стружек
—
совершали
шлифовальную работу. Выемка становилась все глубже и
наконец превращалась в отверстие.

7.

Режущие орудия и инструменты древнейшего человека: а — устройство для сверления отверстий в
камне с помощью тетивы лука (слева — тяжелое каменное зубило на рукоятке, вставленной в
просверленное в камне отверстие); б — устройство для выстрагивания канавок в камне (справа
в кружке — разрез по инструменту и изделию).

8.

Уже в древнем Египте, за 1500 лет до нашей эры,
мастера обработки дерева и камня с помощью такого
же устройства научились вращать не инструмент, а
заготовку. Благодаря этому им удавалось обтачивать
круглые (цилиндрические) изделия, придавать им
задуманную форму и назначенные размеры.
Для такой обработки служило очень неуклюжее
устройство, но в него, пусть еще в грубом виде, уже
входили
основные
части
металлообрабатывающего станка.
современного

9.

Древнеегипетский токарный станок

10.

Тяжелая деревянная доска уложена на несколько
плоских опор; это — основание устройства, в наши дни
оно называется станиной, на нем установлены рабочие
части станка.
На основании — вдоль него — уложен и укреплен
направляющий брусок, на который, в свою очередь,
надеты
две
массивные
деревянные
колодки.
Они
служили опорами для изделия; в наши дни их роль
играют обе бабки токарного станка. Левая — передняя,
правая — задняя.

11.

На верхней поверхности каждой колодки укреплены
заостренные держатели изделия; их острия обращены
внутрь
устройства.
Заготовка
зажималась
между
держателями так, чтобы острия уперлись в оба ее торца
точно в центре. Поэтому острия служили как бы рабочей
осью, вокруг которой и вращалась заготовка. И в наши
дни в некоторых случаях
обточки заготовка устанавливается точно таким же
способом;
острия-держатели
получили
название
«центров» токарного станка, а рабочая ось — это его
шпиндель.

12.

Передняя бабка неподвижна, а задняя может
скользить по бруску, ее можно переставлять по длине
станины. Это необходимо: обрабатываемая заготовка
может оказаться и длиннее и короче. Надо иметь
возможность отодвигать или приближать центр задней
бабки. В противном случае не удалось бы устанавливать
между центрами заготовки разной длины.
Тетива лука обвивалась вокруг заготовки. Стоило
привести в движение лук — и начиналось вращение
заготовки (попеременно в обе стороны). Мастер крепко
зажимал в руке металлический стержень с отточенным
концом — резец — и подводил лезвие к заготовке. Когда
изделие вращалось в сторону мастера, инструмент
врезался в заготовку и снимал с нее стружку. Когда
изделие вращалось в противоположную сторону,
никакого резания не получалось.

13.

Поверх обоих колодок (бабок) вдоль основания
укладывалась доска, которая служила опорой для резца
и руки мастера. Как только снималась одна стружка со
всей окружности заготовки, мастер передвигал резец
дальше. На той же опорной доске наносилась
измерительная шкала, и мастер заранее знал, на сколько
делений надо переместить резец, чтобы снять
следующую стружку.
Так уже более 3000 лет назад были открыты первые
законы обработки твердых материалов.
С тех пор и до наших дней люди техники и науки борются
за новые успехи в этой очень важной области
общественного труда. И упорнее всего они стремились
создать себе в помощь механические устройства для
резания металлов.

14.

КАК БЫЛ ВНОВЬ ИЗГОТОВЛЕН
ПЕРСТЕНЬ ПОЛИКРАТА

15.

Много лет гремела слава Феодора на островах
Эгейского моря, в близкой Греции, в соседней Финикии, в
далеких Риме и Карфагене, в богатом Египте. Где только
не слышали о нем — о непревзойденном живописце и
ваятеле,
об архитекторе и строителе, об искусном
ювелире и механике!
Многочисленные знатные заказчики съезжались на
Самос из близких и дальних стран, приносили Феодору
богатые дары, лишь бы согласился он работать для них.
И даже могущественный, гордый Поликрат, властительтиран
острова
Самос
и
многих
других
островов
Архипелага, милостив к нему и часто навещает красивый
уединенный дом на высоком скалистом берегу, почти над
самым морем.

16.

Феодору приказано в кратчайший срок придумать и
изготовить особый, неодолимый для воров замок.
Придумать новый замок — это не так трудно. Но ведь
надо его изготовить, а времени осталось совсем мало.
Прямоугольные формы колодки замка, его засова и
стержня ключа — все это просто и быстро могут
изготовить его ученики и рабы с помощью кузнечного
молотка и зубила.
А как быть с точными вырезами в теле засова, с
зубцами в бородке ключа и, особенно, с округленными
частями? Конечно, он сам справится с этим делом, но и
ему понадобится много недель кропотливого труда,
особенно для изготовления округлых частей.

17.

С помощью тех устройств, на которых обтачивают
дерево и камень, не удается обрабатывать металл. Этот
материал не только тверд, он бывает еще и очень
прочным. Это значит, что его частицы крепко связаны
между собой. А мастер, орудуя резцом, стремится
отделить их одну от другой. Получается так: когда лезвие
резца еще только проникает в «тэло» заготовки, этому
сопротивляется твердость; а когда резец уже снимает
стружку
резанию
с
поверхности
включается
заготовки,
прочность.
в
Союз
сопротивление
твердости
и
прочности—это сильный противник резания. А замки
придется изготовить из бронзы — твердого и в то же
время прочного металла.

18.

Феодору ясно: та сила, с которой вращающаяся
заготовка набегает на резец, — это и есть сила резания;
но она слишком мала для преодоления сначала
твердости, а затем и прочности металла; рука человека,
двигающего лук, недостаточно мощна, поэтому и сила
резания мала.
Кроме того, плохо и со скоростью вращения.
Феодору понятно — чем больше эта скорость, тем легче
инструмент режет материал. Но из-за того, что заготовка
вращается то в одну, то в другую сторону, не удается
развить скорость: не успевает заготовка разбежаться на
своем коротком пути, как ее заставляют замедлить
движение, остановиться, затем набирать скорость в
противоположном направлении и тут же снова уменьшить
ее. Вот если бы удалось устроить так, чтобы заготовка все
время, непрерывно, вращалась в одну и ту же сторону!
Тогда она быстро набрала бы достаточную скорость и
после этого вращалась бы равномерно.

19.

Больше силы для вращения изделия, больше
скорость этого вращения, и можно было бы изготовлять
самые разнообразные изделия из металла. Но эти две
задачи еще никому не удалось решить. Вот почему
приходится работать по металлу вручную.
Несколько
раз
пытался
он
как-то
ускорить
обработку металла. В мыслях его уже вырисовывались
очертания
хитроумного устройства
в помощь
рукам
механиков. Но острая нужда проходила, а вместе с ней
куда-то
прятались
в
его
памяти
подробности
того
устройства, которое столько раз все настойчивее, все
яснее возникало в его воображении.

20.

Весь день и ночь и еще один день тонким
сероватым мелком на зачерненной поверхности большой
деревянной доски рисовал Феодор один за другим
наброски
устройства
будущего
«механического
помощника». И каждый раз он находил в нем недостатки и
старался их устранить.
На утро третьего дня Феодор призвал в мастерскую
своих учеников и искуснейших мастеров-рабов и поручил
им изготовить из дерева части нового устройства. Но одну
часть — тонкий, в два пальца, цилиндрический вал, изогнутый с одного конца, — надо было отковать из железа, и
за эту работу Феодор взялся сам.

21.

Через несколько дней изготовленные части были
собраны. В мастерской стояло странное сооружение. Оно
очень напоминало своим видом устройства, на которых в
те времена обрабатывались дерево и камень. Но в
неподвижной колодке (в передней бабке) — в том месте,
где устанавливался заостренный держатель, просверлено
отверстие. В это отверстие введен железный вал так, что
концы его торчали по обеим сторонам стойки. Один из
них, внешний. был изогнут коленом (как рукоятка
современной ручной швейной машины), а другой
(внутренний),прямой. От изогнутого конца спускалась
вниз, к основанию, тонкая железная тяга. Она была
связана с небольшой узкой дощечкой; передним своим
краем эта дощечка будто висит на тяге, а задним свободно
прикреплена к основанию устройства. На вал — рядом со
стойкой — надето большое и тяжелое круглое точило.

22.

Из-под резца Феодора побежала тонкая завивающаяся
стружка.

23.

Феодор ставит ногу на дощечку (педаль) и нажимает ее
книзу, педаль тянет за собой колено; от этого вращается
вал и вместе с ним точило. Когда нажим прекращается,
тяжелое точило по инерции продолжает вращаться,
поднимает колено, тягу и дощечку кверху, в начальное
положение. В этот момент Феодор снова нажимает
педаль, и вал с точилом непрерывно вращается в одном
и том же направлении все быстрее и быстрее.

24.

Феодор перестает нажимать дощечку и останавливает
вращение вала. На свободный прямой его конец он
насаживает еще один очень короткий и тонкий валик.
Затем достает грубую заготовку будущего кольца,
надевает ее на валик. Его свободный конец он упирает в
острие держателя на подвижной колодке, затем снова
нажимает дощечку. Быстро вращается валик с кольцом,
вот уж почти с равномерной скоростью совершает он свое
движение. Тогда Феодору подносят лучший из его
инструментов — резец по металлу. Он крепко зажимает
его в руках и точным движением подводит к
вращающейся заготовке. Тонкая завивающаяся стружка
отделилась от металла заготовки, затем отломилась и
упала на основание устройства, потом еще и еще одна, а
на кольце обозначился первый блестящий и ровный
круговой уступ.

25.

До нашего времени сохранились древние украшения
— геммы, на которых изображен бог Амур, якобы
оттачивающий свои стрелы на таком станке. Переносные
станочки, на которых до сих пор точат ножи и ножницы,
мало отличаются от устройства Феодора.
Изображение на древнем
украшении — гемме — бога
Амура, оттачивающего свои
стрелы на станке с ножным
приводом.

26.

Так, гласят древние предания, появился в мире
первый станок для обработки металла и было положено
начало великому делу умножения производительности
человеческого труда.
Как и всякое предание тысячелетней давности,
рассказ древнего ученого Плиния о Феодоре нельзя
рассматривать как строго установленную историческую
истину.
Может
быть,
подлинным
изобретателем
описанного устройства был какой-нибудь безвестный раб,
искусный механик, задавшийся целью облегчить и
ускорить свою работу. Но в источниках, из которых черпал
свои сведения Плиний, эта заслуга целиком приписана
Феодору, как видному лицу, к тому же известному своей
разносторонней
художественной
и
технической
деятельностью.

27.

Из этого рассказа видно, что примерно за 400 лет до
нашей эры уже существовали механические устройства—
станки для обработки не только дерева и камня, но и
металла. Двигателем для них служила не рука человека,
а его более мощная нога, а заготовка вращалась
непрерывно и равномерно в одном и том же направлении.
Это были очень важные новшества. И все же от
второго из них пришлось полностью отказаться, а от
первого — наполовину. Если с помощью станка Феодора
и удавалось обтачивать золото и бронзу, то уж никак
нельзя было это сделать при изготовлении обычных
изделий из железа.

28.

Этот металл тверже и прочнее — для его обработки
нужен двигатель более мощный, чем нога мастера. И еще
очень важную роль играла толщина снимаемой стружки.
Одно дело — снимать тонкую стружку, другое — толстую.
Чем толще оказывалась стружка, тем больше силы нужно
было для резания. А при обточке грубых железных
заготовок стружка снималась толстая.
Нога,
нажимающая
на
педаль,
оказалась
недостаточно сильной и выносливой. Механикам
пришлось возвратиться к устройствам с прерывистым
вращением заготовки в обе стороны. При таком вращении
им удалось обзавестись более мощным двигателем, и
притом полумеханическим

29.

Под
потолком
мастерской
укрепляли
гибкую,
пружинящую жердь. К ее свободному концу привязывали
веревку, спускали ее вниз к станку и обвивали один раз
вокруг зажатой в центрах заготовки. Свободный конец
веревки прикрепляли к дощечке-педали. Когда мастер
нажимал ногой на педаль, веревка вращала заготовку и в
то же время сгибала жердь, оттягивая ее книзу. Но как
только мастер отпускал педаль, жердь разгибалась,
возвращалась в свое начальное положение и при этом с
большой силой вращала заготовку в противоположном
направлении.

30.

Средневековые
станки.
лучковые
токарные

31.

Но скорость вращения оставалась недостаточной.
Так и не удавалось даже на подобных станках снимать
сколько- нибудь толстую стружку с железа—продолжали
обтачивать на них только мягкие материалы, дерево,
гончарные изделия. А металл в те времена обрабатывали
кузнечным молотом или зубилом.
Проходили
столетия.
Станки
с
гибкой
жердью
перекочевали в средние века. Затем появилось новое
средство для вращения шпинделя станка — маховое
колесо. От него вращение передавалось на шпиндель с
помощью бесконечного ремня. Снова вращение стало
непрерывным, односторонним. На таких станках работали
уже в XVI веке. Маховое колесо приводилось в движение
человеком.

32.

Средневековые токарные станки с маховым
колесом.

33.

Очень скоро обнаружилось новое и довольно серьезное
затруднение. Мастер держал резец в руке; поддержкой
резцу служила та опорная и измерительная доска, с
которой читатель уже знаком. Пока скорости вращения
были небольшими, да и материал обтачивался мягкий,
мастера справлялись с работой. Если же заготовка
вращалась быстро, а твердый и прочный ее материал
оказывал большое сопротивление резанию, на руку
мастера
через
резец
действовала
изнурительная
нагрузка. Чтобы удержать инструмент и соблюсти хоть
какую-нибудь точность обработки, мастер должен был
чрезмерно напрягаться. И все же изделия получались
грубые, неточные, работа двигалась медленно.

34.

Рука человека, слабая и медлительная, мешала ему
улучшить изделия из металла, ускорить их изготовление.
Она
превратилась
в
препятствие
на
пути
вперед.
Несколько поколений талантливых механиков трудилось,
чтобы убрать это препятствие. Победа в этом нелегком
труде принесла человечеству много новых благ, а людям,
боровшимся за нее, — великую славу.