Кто изобрел станок. Первые станки. Важнейшие разработки и изобретения эры индустриального переворота

28 марта 1693 года в Москве родился Андрей Константинович Нартов, невероятно одарённый механик и изобретатель, человек, талант и мастерство которого будут отмечены Петром I. Двенадцать лет его жизнь и жизнь царя будут связаны так тесно, что вскоре его станут звать не иначе как «личным царёвым токарем». Император Всея Руси станет крестным отцом сыну Нартова, и временами царь Пётр Алексеевич и Андрей Константинович вместе будут ночевать в «Токарне» после длинного рабочего дня… А был Нартов в то время всего лишь «механиком, который чин состоит в ранге по табели прапорщичьем и с определённым жалованьем по триста рублей в год».

Поразительно, но в XVIII столетии не было опубликовано ни строчки о жизни человека, который сделал более 100 изобретений, выдвинувших Россию на передовые позиции в области станкостроения. Ни одна из книг, написанных Нартовым, не была издана при его жизни. Отдельные фрагменты его трудов были напечатаны лишь через сто лет после их написания. Иными словами, возможностей распространения идей Нартова среди русских механиков не оказалось, что привело к быстрой потере лидерства России в области технологий механообработки.

А ведь первый в истории механический суппорт с самоходом для токарного станка благодаря Нартову появился в России. Первый токарно-винторезный станок - в России. Первый токарно-копировальный станок - у нас, и всё это тоже изобрёл Нартов. После его визита в Париж президент Парижской академии наук Биньон в письме Петру I отмечал его «великие успехи» в отношении токарного станка: «Невозможно ничего видеть дивнейшего!» Восторг можно было понять: Нартов привёз во Францию станок с самоходным суппортом, механическим держателем резца и коробкой передач со сменными шестернями. И это было не последнее его достижение; он создал станок в 1717-м, за два года до этой поездки.

1719 год, Берлин. Увидев станок, привезённый Нартовым, прусский король Фридрих Вильгельм I признал: «У нас в Берлине такой машины нет». В том же году Нартов доносит царю из Лондона: «Здесь таких токарных мастеров, которые превзошли российских мастеров, не нашёл, и чертежи машинам, которые ваше царское величество приказал здесь сделать, я мастерам казал, и оные сделать по ним не могут».

В своей книге, которая называлась «Театрум Махинариум, то есть Ясное зрелище махин», Нартов поместил полное руководство по конструированию разнообразных станков с чертежами отдельных узлов и рекомендациями будущим конструкторам (выше приведены иллюстрации из этой книги), но до конца столетия, увы, она так и не попадёт в руки читателей. Вспоминая об Андрее Константиновиче Нартове, чаще всего имеют в виду его творчество в области станкостроения, а ведь его заслуги перед Россией далеко не исчерпываются этим. О нескольких менее известных занятиях «царёва токаря» сегодня и поговорим.

«Кто не позван, да не входит сюда…»

Когда умер Пётр I, у Нартова возникли серьёзные проблемы в отношениях с Александром Меншиковым, который был злопамятен и хорошо запомнил, как однажды… Впрочем, слово самому Нартову:
«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”. Государь же начертал слова и сказал: “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”».

В 1726 году Нартова выставили из дворцовой мастерской и отправили в Москву «на монетные дворы для переделу монеты двух миллионов». Состояние дел там было плачевным. Директор Монетного двора Волков докладывал: «Непорядка и разорения монетных дворов изобразить никоим образом нельзя… Нет ни форм, во что плавить, ни мехов к кузницам».
Нартов практически с нуля восстановил производство, сконструировал и внедрил новый тип станка для насечки на ребре монеты; под его руководством изготавливают новое прессовое оборудование для чеканки монет. Через год из Москвы в Петербург доставили донесение: «Запустелые дворы в состояние приведены», а Нартова… отправляют ещё дальше - «по должности механического искусства на Сестрорецкие заводы для переделу в монету двадцати тысячей пудов красной меди». Описание конструкций оборудования, созданного в этот период, Нартов собирается издать в качестве инженерного пособия. «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» была им написана, но рукопись после его смерти оказалась утеряна.

Меры и веса

Ещё в период работы на монетных дворах Нартов обнаружил вопиющие факты расхождения в весах гирь, применявшихся для взвешивания цветных металлов, в том числе золота. Впервые он поднимает вопрос о создании государственной системы средств измерений, причём «по согласности с протчими европейскими государствами». На монетном производстве он внедряет систему поверки механических весов, совершенствует технологию литья серебра, исключающую потери металла, учреждает систему сквозной регистрации технологических операций и нормировки расхода и потерь металла. Обо всём этом он докладывает в Петербург главе монетного департамента М. Г. Головкину - и тут же получает крепкий выговор за то, что «не по своему призванию представляет»: дескать, чего механику лезть в дела мер и весов.

И тем не менее сегодня мы можем признать, что Нартов явился основоположником отечественной метрологии. Именно он внёс предложение о создании государственных эталонов весов и мер. Вскоре ему поручают изготовить образцовые меры длины «из меди и крепкого дерева», а также разработать конструкцию образцовых весов. С этим заданием Нартов блестяще справляется в компании светил академической науки. В докладе от имени Академии наук, касающемся работ по образцовым мерам и весам, подписи авторов идут в таком порядке: «Асессор Андрей Нартов. Леонард Эйлер. Георг Вольфганг Крафт». И сообщалось в нём об изготовлении «асессором Нартовым из зелёной меди четвероугольных кубических пуда и фунта»; решение: «Те пуд и фунт в комиссию принять и деньги означенному асессору Нартову выдать».

Царь-колокол

В 1734 году мастер-литейшик М. И. Моторин, отвечавший за изготовление невиданного 200-тонного Царь-колокола, обратился к Нартову с просьбой помочь в деле извлечения гигантской отливки из земляной литейной ямы. Ранее сконструированную Моториным подъёмную «махину» Нартов раскритиковал: «Прежде бывший мастер колокольный Моторин сделал приуготовление для поднятия кожуха, на что я ему советовал, что оная его сделанная махина поднять кожуха не сможет». Так и получилось. Подъёмник Моторина не выдержал и обрушил крышку литейной формы на колокол, который чудом не пострадал.

Тогда Нартов сконструировал свою «подъёмную махину», при помощи которой «тот кожух благополучно и поднят» («А тяжести в нём было, например, более семи тысящ пуд»). Проект более совершенного подъёмного механизма для извлечения отлитого Царь-колокола был поручен Нартову, который в короткие сроки изготовил его на основании «правил математических, механических и физических». К сожалению, воспользоваться им не удалось. 29 мая 1737 года в Кремле случился большой пожар. Вода, которой тушили огонь, попала на горячую поверхность отливки, которая дала трещины, а впоследствии из тела колокола «выпал кусок весом около 700 пудов».

«Секретные палаты»

В 1738 году в Петропавловской крепости Нартов обустраивает «секретные палаты» - по сути, первый в истории России инженерный центр по созданию артиллерийского вооружения, которое (забегая вперёд) стараниями Андрея Константиновича вскоре станет лучшим в мире. Именно здесь, в «секретных палатах», создаёт он первое своё военное изобретение - машину для сверления пушечных стволов.

За сравнительно небольшой срок из его «конструкторского бюро» выходит более 40 конструкций и технологий изготовления пушек различного назначения. Военным особенно понравились разработанные Нартовым способы заделки внутренних раковин и больших дефектов литья в каналах медных и особенно чугунных пушек при помощи «секретной зачинки». До этого пушки, у которых при литье образовывались каверны, рытвины и «проколы», определялись как брак и отправлялись на переплавку. Внедрение метода Нартова позволяло такие пушки доводить до полностью кондиционного состояния, что неоднократно было проверено практическими стрельбами. Экономический эффект просто поражал: ремонт полностью бракованной пушки стоимостью в 4 рубля 18 копеек обходился в 27 копеек. А качество пушки оказывалось таково, что «в новых местах в металле от чрезвычайной стрельбы раковины делались, а зачинка устояла».

Нартов разработал оптический прицельный прибор «для лучшего способа к стрелянию и из пушек, мортир и гаубиц, и к самому скорейшему навождению в цель без рычагов», благодаря которому точность стрельбы российских батарей значительно превысила аналогичные показатели артиллерии европейских стран.

Особо впечатляет нартовская скорострельная артиллерийская установка, состоящая из 44 трёхфунтовых мортир, установленных на поворотном круге. Во время стрельбы мортиры чистились, заряжались и оснащались запалами, поворачиваясь на подвижном основании.

2 мая 1746 года в признание заслуг Нартова высочайшим указом ему была пожалована награда в 5 тысяч рублей, отписаны несколько деревень в Новгородском уезде, а сам изобретатель был произведён в генеральский чин статского советника. А начинал он, как мы помним, прапорщиком…

Краткая информация:

Танк Т-34-85 был поставлен на производство зимой 1943-1944 гг. Он вооружался 85-мм пушкой, установленной в литой башне, первоначально разрабатывавшейся для тяжелого танка КВ-85. База танка почти не изменилась по сравнению с Т-34-76. Увеличенная башня вмещала трех членов экипажа, так что командир наконец был освобожден от посторонних функций и мог полностью сосредоточиться на своих основных обязанностях по руководству действиями экипажа.

Дата изобретения: 1904 г.

Краткая информация:

На рубеже XIX — XX вв. во всем мире парусный флот был оттеснен на второе место паровым. При этом кораблестроителям потребовались новые знания для решения многих проблем, связанных со строительством все более мощных кораблей. Назрела необходимость в создании научной теории кораблей. Одним из ее авторов стал русский ученый А.Н. Крылов.

Дата изобретения: 2011 г.

Краткая информация:

Турбогенератор — неявнополюсный синхронный генератор, основная функция которого состоит в конвертации механической энергии в работе от паровой или газовой турбины в электрическую при высоких скоростях вращения ротора (3000, 1500 об/мин). Механическая энергия от турбины конвертируется в электрическую при помощи вращающегося магнитного поля, которое создается током постоянного напряжения, протекающего в медной обмотке ротора, что в свою очередь приводит к возникновению трехфазного переменного тока и напряжения в обмотках статора.

Дата изобретения: 1712 г.

Описание:

Как утверждают историки, первый токарный станок был и изобретен еще в VII в. до н.э. Он представлял собой регулируемые тиски: мастер зажимал в них заготовку, а затем обрабатывал вручную. Такие станки предназначались главным образом для обтачивания деталей из дерева. Полумеханическая обработка заготовок вошла в практику в XV в., когда был изобретен нижний привод: токарь нажимал на педаль, после чего обрабатываемая деталь начинала вращаться, благодаря чему ее было легче обтачивать. Однако такие приводы были маломощными. Поэтому в металлообработке стали применять водяной привод, работавший по принципу водяной мельницы. С его помощью можно было создавать довольно сложные металлические фигуры, например шар или цилиндр.

В VII в. появились токарные станки, в которых обрабатываемое изделие приводилось в движение с помощью водяного колеса, но резец по-прежнему держал в руке токарь. А в XVIII в. токарные станки стали применяться в первую очередь для обработки металла. В связи с этим требовался очень твердый и усиленный (с жестким креплением) резец, способный долгое время не затупляться.

С 1712 по 1725 А. К. Нартов создал целый ряд моделей токарных станков. Часть из них была снабжена суппортами (подвижными приспособлениями для фиксирования резца) и набором сменных зубчатых колес, что позволяло изготавливать детали строго определенной геометрической формы. Однако по-прежнему трудными для выполнения на копировальном станке оставались операции, требующие особой точности: нанесение резьбы для ружей, сложных узоров на предметы роскоши (гравировка), обработка зубчатых шайб и шестеренок. Со временем А.К. Нартов усовершенствовал свои модели, благодаря чему стало возможны автоматическое передвижение суппорта вдоль оси, обрабатываемой заготовки. Правда, поперечной подачи еще не было. Поэтому работы над усовершенствованием суппорта продолжались.

Свой суппорт создали, в частности, тульские механик Алексей Сурнин и Павел Захава. Более совершенную конструкцию суппорта, близкую к современной, удалось придумать английскому станкостроителю Генри Модсли, но А.К. Нартов первым нашел путь к решению этой задачи. Можно считать, что станки Нартова имели стратегическое значение: с их помощью сверлились, например, дула пушек» ведь победы, русского оружия во многом зависели от артиллерии. В работе А.К. Нартова «Ясное зрелище махин» описано более 20 токарных, токарно-копировальных и токарно-винторезных станков различных конструкций.

Выполненные Нартовым чертежи и технические описания свидетельствуют о его больших инженерных познаниях. Деятельность этой мастерской имела решающее значений для развития приборостроительной отрасли в России: созданные Нартовым станки позволяли значительно увеличить точность изготовления деталей для всех используемых в то время инструментов, что впоследствии оценили М.В. Ломоносов и И.П. Кулибин, проводившие свои опыты (каждый в свое время) именно на станках Нартова.

100 великих русских изобретений, Вече 2008

Простейшие токарные станки были известны еще в глубокой древности. Эти станки были весьма примитивны по конструкции: заготовка вращалась от ножного привода, а режущий инструмент (тип современного долота) приходилось держать в руках. Работа на таких станках была непроизводительной, утомительной и неточной.

Дальнейшее развитие токарного станка относится к XVIII в., когда русский механик токарь Петра I А. К. Нартов в 1712- 1725 гг. впервые в мире изобрел механический суппорт, создав тем самым исполнительный механизм токарного станка.

Изобретение суппорта освободило руки токаря от необходимости держать резец во время обтачивания детали и ознаменовало собой начало новой эпохи в развитии не только токарных, но и других металлорежущих станков.

В середине XVIII в. в отечественное станкостроение внес большой вклад гениальный русский ученый М. В. Ломоносов. Для обработки сложных поверхностей металлических зеркал он создал специальный сферо-токарный станок.

В конце XVIII в. славные традиции русских машиностроителей продолжали тверской механик-часовщик Лев Собакин и тульский мастер Алексей Сурнин. По их чертежам изготовлялись токарно-винторезные станки для обработки винтов.

Развитие машиностроения

Значительно ближе к современным станкам токарные станки, изготовлявшиеся в середине прошлого столетия. Эти станки уже имели переднюю бабку со ступенчатым шкивом, позволявшим изменять число оборотов обрабатываемых деталей. Суппорт перемещался при помощи ходового винта и сменных зубчатых колес.

Позднее на токарных станках со ступенчато-шкивным приводом для изменения скорости перемещения суппорта стали применять коробку подач; помимо ходового винта, стали применять и ходовой вал.

В начале XX в. с изобретением быстрорежущей стали появляются относительно быстроходные и мощные (по тому времени) токарные станки с приводом от трансмиссии (рис. 232).

Рис. 232. Токарно-винторезный станок со ступенчатым шкивом: 1 - коробка подач, 2 - ступенчатый шкив, 3 - ходовой винт, 4 - ходовой вал

Бурное развитие отечественного станкостроения началось у нас после Великой Октябрьской социалистической революции.

Современные токарные станки выпускаются с индивидуальным электрическим приводом; универсальные токарно-винторезные станки оборудованы коробкой скоростей, обеспечивающей быстрое изменение чисел оборотов обрабатываемой детали, и более совершенной коробкой подач.

Станкостроительных завод «Красный пролетарий»

К группе токарно-винторезных станков, получивших широкое распространение на наших машиностроительных заводах, относится станок модели 1А62 (рис. 233), выпускавшийся заводом «Красный пролетарий». Этот станок был получен в результате модернизации широко распространенного ранее токарно-винторезного станка (1Д62М) ДИП-200, у которого верхний предел чисел оборотов шпинделя был увеличен с 600 до 1200 в минуту, мощность электродвигателя - с 4,3 до 7 квт, а плоскоременная передача от электродвигателя заменена клиноременной.

Начиная с 1956 г. станок 1А62 заменен токарно-винторезным станком модели 1К62 (рис. 234). Этот новый станок более соответствующий современному уровню техники имеет более мощный электродвигатель (N= 10 квт). Коробка скоростей дает возможность устанавливать 23 различные скорости шпинделя (от 12,5 до 2 тыс. об/мин). Число подач 48 - от 0,075 до 4,16 мм на один оборот шпинделя.

Рис. 233 Токарно-винторезный станок модели 1А62 завода «Красный пролетарий»

Рис. 234. Токарно-винторезный станок модели 1К62 завода «Красный пролетарий»

Наряду с совершенствованием токарно-винторезных станков средних размеров советские инженеры и новаторы производства создали новые конструкции тяжелых токарных станков для обработки деталей большого размера. Например, коллектив Краматорского завода тяжелого машиностроения освоил производство мощного полностью механизированного токарного станка для обработки деталей диаметром до 2,5 м, длиной до 16 м и весом до 100 т.

Второй гигант тяжелого машиностроения - Коломенский станкостроительный завод - строит для токарной обработки еще более крупные станки. Здесь освоены карусельные станки, на которых можно обрабатывать детали диаметром 13 и 22 м.

История относит изобретение токарного станка к 650 гг. до н. э. Станок представлял собой два 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 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.

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.

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 па нель 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 1873г. Хр. Спенсер.

Одним из важнейших достижений машиностроения в начале XIX века стало распространение металлорежущих станков с суппортами - механическими держателями для резца. Введение суппорта разом повлекло за собой усовершенствование и удешевление всех машин, дало толчок к новым усовершенствованиям и изобретениям.
Суппорт предназначен для перемещения во время обработки режущего инструмента, закрепленного в резцедержателе. Он состоит из нижних салазок (продольного суппорта) 1, которые перемещаются по направляющим станины с помощью рукоятки 15 и обеспечивают перемещение резца вдоль заготовки. На нижних салазках по направляющим 12 перемещаются поперечные салазки (поперечный суппорт) 3, которые обеспечивают перемещение резца перпендикулярно оси вращения заготовки (детали).
На поперечных салазках 3 расположена поворотная плита 4, которая закрепляется гайкой 10. По направляющим 5 поворотной плиты 4 перемещаются (с помощью рукоятки 13) верхние салазки 11, которые вместе с плитой 4 могут поворачиваться в горизонтальной плоскости относительно поперечных салазок и обеспечивать перемещение резца под углом к оси вращения заготовки (детали).

Резцедержатель (резцовая головка) 6 с болтами 8 крепится к верхним салазкам с помощью рукоятки 9, которая перемещается по винту 7. Привод перемещения суппорта производится от ходового винта 2, от ходового вала, расположенного под ходовым винтом, или вручную. Включение автоматических подач производится рукояткой 14.

Устройство поперечного суппорта показано на рисунке ниже. По направляющим продольного суппорта 1 ходовым винтом 12, оснащенным рукояткой 10, перемещаются салазки поперечного суппорта. Ходовой винт 12 закреплен одним концом в продольном суппорте 1, а другим - связан с гайкой (состоящей из двух частей 15 и 13 и клина 14), которая крепится к поперечным салазкам 9. Затягивая винт 16, раздвигают (клином 14) гайки 15 и 13, благодаря чему выбирается зазор между ходовым винтом 12 и гайкой 15.

Величину перемещения поперечного суппорта определяют по лимбу 11. К поперечному суппорту крепится (гайками 7) поворотная плита 8, вместе с которой поворачиваются верхние салазки 6 и резцедержатель 5. На некоторых станках на поперечных салазках 9 устанавливается задний резцедержатель 2 для проточки канавок, отрезки и других работ, которые могут быть выполнены перемещением поперечного суппорта, а также кронштейн 3 с щитком 4, защищающим рабочего от попадания стружки и смазочно-охлаждающей жидкости.

Токарный станок имеет весьма древнюю историю, причем с годами его конструкция менялась очень незначительно. Приводя во вращение кусок дерева, мастер с помощью долота мог придать ему самую причудливую цилиндрическую форму. Для этого он прижимал долото к быстро вращающемуся куску дерева, отделял от него круговую стружку и постепенно давал заготовке нужные очертания. В деталях своего устройства станки могли довольно значительно отличаться друг от друга, но вплоть до конца XVIII века все они имели одну принципиальную особенность: при обработке заготовка вращалась, а резец находился в руках мастера.
Исключения из этого правила были очень редкими, и их ни в коем случае нельзя считать типичными для этой эпохи. Например, держатели для резца получили распространение в копировальных станках. С помощью таких станков работник, не обладавший особыми навыками, мог изготовлять затейливые изделия очень сложной формы. Для этого пользовались бронзовой моделью, имевшей вид изделия, но большего размера (обычно 2:1). Нужное изображение получали на заготовке следующим образом.

Станок оборудовался двумя суппортами, позволявшими вытачивать изделия без участия руки работника: в одном был закреплен копировальный палец, в другом - резец. Неподвижный копировальный палец имел вид стержня, на заостренном конце которого помешался маленький ролик. К ролику копировального пальца специальной пружиной постоянно прижималась модель. Во время работы станка она начинала вращаться и в соответствии с выступами и впадинами на своей поверхности совершала колебательные движения.
Эти движения модели через систему зубчатых колес передавались вращающейся заготовке, которая повторяла их. Заготовка находилась в контакте с резцом, подобно тому, как модель находилась в контакте с копировальным пальцем. В зависимости от рельефа модели заготовка то приближалась к резцу, то удалялась от него. При этом менялась и толщина стружки. После многих проходов резца по поверхности заготовки возникал рельеф, аналогичный имевшемуся на модели, но в меньшем масштабе.

Копировальный станок был очень сложным и дорогим инструментом. Приобрести его могли лишь весьма состоятельные люди. В первой половине XVIII века, когда возникла мода на точеные изделия из дерева и кости, токарными работами занимались многие европейские монархи и титулованная знать. Для них большей частью и предназначались копировальные станки.
Но широкого распространения в токарном деле эти приспособления не получили. Простой токарный станок вполне удовлетворял всем потребностям человека вплоть до второй половины XVIII века. Однако с середины столетия все чаще стала возникать необходимость обрабатывать с большой точностью массивные железные детали. Валы, винты различной величины, зубчатые колеса были первыми деталями машин, о механическом изготовлении которых встал вопрос тотчас же после их появления, так как они требовались в огромном количестве.

Особенно остро нужда в высокоточной обработке металлических заготовок стала ощущаться после внедрения в жизнь великого изобретения Уатта. Изготовление деталей для паровых машин оказалось очень сложной технической задачей для того уровня, которого достигло машиностроение XVIII века.
Обычно резец укреплялся на длинной крючкообразной палке. Рабочий держал его в руках, опираясь как на рычаг на специальную подставку. Этот труд требовал больших профессиональных навыков и большой физической силы. Любая ошибка приводила к порче всей заготовки или к слишком большой погрешности обработки.

В 1765 году из-за невозможности рассверлить с достаточной точностью цилиндр длиной в два фута и диаметром в шесть дюймов Уатт вынужден был прибегнуть к ковкому цилиндру. Расточка цилиндра длиною в девять футов и диаметром в 28 дюймов допускала точность до "толщины маленького пальца".
С начала XIX века начался постепенный переворот в машиностроении. На место старому токарному станку один за другим приходят новые высокоточные автоматические станки, оснащенные суппортами. Начало этой революции положил токарный винторезный станок английского механика Генри Модсли, позволявший автоматически вытачивать винты и болты с любой нарезкой.
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, на 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.

Винторезный станок, сконструированный Модсли, представлял собой значительный шаг вперед. История его изобретения так описывается современниками. В 1794-1795 годах Модсли, еще молодой, но уже весьма опытный механик, работал в мастерской известного изобретателя Брамы.
Перед Брамой и Модсли стояла задача увеличить число деталей, изготавливаемых на станках. Однако старый токарный станок был для этого неудобен. Начав работу по его усовершенствованию, Модсли в 1794 году снабдил его крестовым суппортом.
Нижняя часть суппорта (салазки) устанавливались на одной раме с задней бабкой станка и могла скользить вдоль ее направляющей. В любом ее месте суппорт мог быть прочно закреплен при помощи винта. На нижних салазках находились верхние, устроенные подобным же образом. С помощью них резец, закрепленный винтом в прорези на конце стального бруска, мог перемещаться в поперечном направлении.

Движение суппорта в продольном и поперечном направлениях происходило с помощью двух ходовых винтов. Подвинув резец с помощью суппорта вплотную к заготовке, жестко установив его на поперечных салазках, а затем перемещая вдоль обрабатываемой поверхности, можно было с большой точностью срезать лишний металл. При этом суппорт выполнял функцию руки рабочего, удерживающего резец. В описываемой конструкции, собственно, не было еще ничего нового, но она была необходимым шагом к дальнейшим усовершенствованиям.
Уйдя вскоре после своего изобретения от Брамы, Модсли основал собственную мастерскую и в 1798 году создал более совершенный токарный станок . Этот станок стал важной вехой в развитии станкостроения, так как он впервые позволил автоматически производить нарезку винтов любой длины и любого шага.
Слабым местом прежнего токарного станка было то, что на нем можно было нарезать только короткие винты. Иначе и быть не могло ведь там не было суппорта, рука рабочего должна была оставаться неподвижной, а двигалась сама заготовка вместе с шпинделем. В станке Модсли заготовка оставалась неподвижной, а двигался суппорт с закрепленным в нем резцом.
Для того чтобы заставить суппорт перемещаться на нижних салазках вдоль станка, Модсли соединил с помощью двух зубчатых колес шпиндель передней бабки с ходовым винтом суппорта. Вращающийся винт вкручивался в гайку, которая тянула за собой салазки суппорта и заставляла их скользить вдоль станины. Поскольку ходовой винт вращался с той же скоростью, что и шпиндель, то на заготовке нарезалась резьба с тем же шагом, что была на этом винте. Для нарезки винтов с различным шагом при станке имелся запас ходовых винтов.
Автоматическое нарезание винта на станке происходило следующим образом. Заготовку зажимали и обтачивали до нужных размеров, не включая механической подачи суппорта. После этого соединяли ходовой винт со шпинделем, и винтовая нарезка осуществлялась за несколько проходов резца. Обратный отход суппорта каждый делался вручную после отключения самоходной подачи. Таким образом, ходовой винт и суппорт полностью заменяли руку рабочего. Мало того, они позволяли нарезать резьбу гораздо точнее и быстрее, чем на прежних станках.

В 1800 году Модсли внес замечательное усовершенствование в свой станок – взамен набора сменных ходовых винтов он применил набор сменных зубчатых колес, которые соединяли шпиндель и ходовой винт (их было 28 с числом зубьев от 15 до 50).
На своем станке Модсли выполнял нарезку резьб с такой изумительной точностью и аккуратностью, что это казалось современникам почти чудом. Он, в частности, нарезал регулировочные винт и гайку для астрономического прибора, который в течение долгого времени считался непревзойденным шедевром точности. Винт имел пять футов длины и два дюйма в диаметре с 50-ю витками на каждый дюйм. Резьба была такой мелкой, что ее невозможно было рассмотреть невооруженным глазом. В скором времени усовершенствованный Модсли станок получил повсеместное распространение и послужил образцом для многих других металлорежущих станков. В 1817 году был создан строгальный станок с суппортом, позволивший быстро обрабатывать плоские поверхности. В 1818 году Уитни придумал фрезерный станок. В 1839 году появился карусельный станок и т.д.

Нартов Андрей Константинович (1683 - 1756)

Деятель времени Петра Великого. Русский механик и изобретатель. Учился в Школе математических и навигацких наук в Москве. Около 1718 года был послан царем за границу для усовершенствования в токарном искусстве и "приобретения знаний в механике и математике". По указанию Петра I, Нартов вскоре был переведен в Петербург и назначен личным токарем царя в дворцовой токарной мастерской.
Работая здесь в 1712-1725, Нартов изобрел и построил ряд совершенных и оригинальных по кинематической схеме токарных станков (в том числе копировальных), часть которых была снабжена механическими суппортами. С появлением суппорта решалась задача изготовления частей машин строго определенной геометрической формы, задача производства машин машинами.

В 1726-1727 и в 1733 Нартов работал при Московском монетном дворе, где создал оригинальные монетные станки. В том же 1733 году Нартов создал механизм для подъема "Царь колокола". После смерти Петра, Нартову было поручено сделать "триумфальный столп" в честь императора, с изображением всех его "баталий".
Когда в Академию Наук были сданы все токарные принадлежности и предметы Петра, а также и "триумфальный столп", то, по настоянию начальника академии, барона Корфа, считавшего Нартова единственным человеком, способным окончить "столп", он был переведен в академию "к токарным станкам", для заведывания учениками токарного и механического дела и слесарями. Петровская токарня, превращенная Нартовым в академические мастерские, послужила базой для последующих работ М. В. Ломоносова, а затем И. П. Кулибина (особенно в области приборостроения).

В 1742 году Нартов принес Сенату жалобу на советника академии Шумахера, с которым у него происходили пререкания по денежному вопросу, а затем добился назначения следствия над Шумахером, на место которого был определен сам Нартов. В этой должности он пробыл только 1,5 года, потому что оказался "ничего кроме токарного художества незнающим и самовластным"; он велел запечатать архив академической канцелярии, грубо обращался с академиками, и наконец, довел дело до того, что Ломоносов и другие члены стали просить возвращения Шумахера, который вновь вступил в управление академией в 1744 году, а Нартов сосредоточил свою деятельность "на пушечно-артиллерийском деле".

1738-1756, работая в Артиллерийском ведомстве, Нартов создал станки для сверления канала и обточки цапф пушек, оригинальные запалы, оптический прицел; предложил новые способы отливки пушек и заделки раковин в канале орудия. В 1741 Нартов изобрел скорострельную батарею из 44 трехфунтовых мортирок. В этой батарее впервые в истории артиллерии был применен винтовой подъемный механизм, который позволял придавать мортиркам желаемый угол возвышения.
В обнаруженной рукописи Нартова "Ясное зрелище махин" описывается более 20 токарных, токарно-копировальных, токарно-винторезных станков различных конструкций. Выполненные Нартовым чертежи и технические описания свидетельствуют о его больших инженерных познаниях. Он издал также: "Достопамятные повествования и речи Петра Великого" и "Театрум махинарум".

Генри Модсли (Maudslay Henry 1771-1831)

Английский механик и промышленник. Создал токарно-винторезный станок с механизированным суппортом (1797), механизировал производство винтов, гаек и др. Ранние годы провел в Вулвиче под Лондоном.
В 12 лет стал работать набивальщиком патронов в Вулвичском арсенале, а в 18 лет он лучший кузнец арсенала и слесарь-механик, в мастерской Дж. Брама - лучшей мастерской Лондона. Позже открыл собственную мастерскую, потом завод в Ламбете.
Создал "Лабораторию Модсли". Дизайнер. Машиностроитель. Создал механизированный суппорт токарного станка, собственной конструкции. Придумал оригинальный набор сменных зубчатых колес. Изобрел поперечно-строгальный станок с кривошипно-шатунным механизмом. Создал или усовершенствовал большое количество различных металлорежущих станков. Строил для России паровые корабельный машины.

Поразительно, но изобретение состоялось за много веков до появления электричества, в VII веке до нашей эры, на территории Древнего Египта. На фресках того периода изображены примитивные устройства для обработки дерева или рога с помощью резца. Закрепленную деталь вращал подмастерье-невольник, а мастер снимал с нее стружку. Следующий прорыв в токарном деле состоялся на рубеже нашей эры. Неизвестный изобретатель догадался использовать тетиву лука в качестве привода движущего элемента. Теперь мастер мог работать один, без подсобников.

Работа на станке в Древнем Египте

В Средние века лучшим токарным оборудованием считались . Они обладали ножным приводом, с XVI века оснащались кривошипно-шатунным механизмом и стальным зажимным центром. Это было довольно совершенное для своей эпохи оборудование, на нем вытачивались разнообразные тела вращения. Повышение мощности было ограничено мускульной силой человека.

В XVII веке появились частично механизированные станки. Заготовка вращалась от привода водяного колеса, резец приводился в действие вручную. В следующем веке русский изобретатель А.К. Нартов собрал опытный образец революционно-нового станка. В его разработке был использован механизированный суппорт для продольного движения резца вдоль детали, сменные зубчатые колеса и функция нарезки резьбы. Бурное развитие металлообработки в Европе во многом определилось изобретением Нартова.

В начале XIX столетия англичанин Генри Модсли запатентовал универсальный токарный станок, причем конструкция суппорта оказалась на удивление совершенной.

Токарный станок Модсли

Родиной автоматизации токарной металлообработки стали США. Здесь были изобретены револьверные станки, внедрена стандартизация машиностроительного оборудования и первые системы безопасности. Уже в конце XIX века на американском токарном оборудовании имелись автоматические функции - остановка режущего лезвия при достижении заданного размера, автоподстройка скорости фронтальной расточки и т.д. Любой современный токарный станок с ЧПУ оснащается таким функционалом в обязательном порядке.

В двадцатом столетии к семейству токарно-винторезных станков прибавились токарно-карусельные, автоматизированные и роботизированные механизмы, многошпиндельные модели и оборудование для продольного точения. Появились программируемые станки и токарно-фрезерные обрабатывающие центры. Рекордсменом среди токарных станков считается штучное изделие компании «Вальдрих Зиген». Имея поворотное основание диаметром пять метров, он способен обрабатывать заготовки весом до пяти тонн. Дальнейшее совершенствование токарного оборудования развивается с учетом высоких требований к точности заданных размеров, чистоте обрабатываемой поверхности, эргономичности и безопасности.