Рассмотрение истории создания станков: Глубокое погружение в эволюцию фрезерных станков

Интересный факт: первый станок с ЧПУ был создан в 1940-х годах, когда Джон Парсонс, авиаинженер из Мичигана, начал исследовать возможности использования перфокарт для управления станком. Он работал вместе с IBM и Массачусетским технологическим институтом над проектом, который позволил бы автоматически изготавливать сложные детали для авиакосмической промышленности. Это привело к созданию первых станков с числовым управлением, которые изначально использовались для изготовления винтовых пропеллеров для самолетов.

С тех пор технология ЧПУ быстро развивалась и сегодня используется во многих областях, от автомобильной промышленности и кораблестроения до медицинской техники и ювелирных изделий. Именно благодаря ЧПУ стали возможными такие технологии, как 3D-печать и лазерная резка и гравировка.

История фрезерных станков, как и любого другого производственного механизма, длинная и многогранная. Ученные и изобретатели разных поколений, начиная с Леонардо Да Винчи, трудились и открывали новые принципы взаимодействия механизмов, получив устройство, которое облегчило тяжелый труд обработки различных материалов. С давних времен человечество не стояло на месте, изобретало и усовершенствовало приспособления, делая их более автоматизированными, с минимальным участием человека в истории создания

Итальянский ученый, писатель, художник и изобретатель Леонардо Да Винчи первым описал принцип фрезерования в 16 веке. Эскиз ученного представлял собой вращающийся круглый напильник. Позже в 1668 году в Китае принцип фрезерования был применен для обработки плоскости крупной детали астрономического прибора. Он был изобретен Фердинанндом Фербистом. Император Китая для изготовления астрономического прибора потребовал создать бронзовое кольцо. Для его создания Фердинанд положил отлитую заготовку на твердый фундамент

Пару фрез были прикреплены к брусу, который имел возможность вращаться вокруг центральной точки, совпадавшей с центральной точкой детали, которая подвергалась обработки. На режущий инструмент для регулирования глубины реза укладывали груз. Весь механизм приводился в движение животным - мулом.

Позднее, к половине XVIII века в 1725 году русским ученым Андреем Константиновичем Нартовым в рукописи «Театрум Махинарум» был описал фрезерный станок для обработки углублений на изделиях из кости.

Только в 19 веке американец Эли Уитни использовал принцип обработки материала с помощью фрезы для производственных нужд. Уитни первым внедрил фрезерный аппарат для создания канавок, обработки материалов, что заменяло строгание и другие виды обработки материалов.

История указывает, что молодой изобретатель Эли Уитни 1805 году получил заказ на изготовление 10 000 ружей. Для такого объема необходимо было усовершенствовать аппарат. Детали оружий обрабатывались по лекалу с помощью метода обката фрезой. Данная система требовала людей с высокой квалификацией и знанием дела. Для каждой операции с деталями был оборудовал отдельный аппарат. Только в 1811 года заказ был выполнен, но не полностью. Несмотря на это, Уитни был дан еще один заказ, но уже на 15 000 оружий, который был сделан за 2 года.

Станок Эли Уитни являлся консольным, имел автоматическую подачу через червячную (так называют механическую передачу, которая реализуется при помощи зацепления резьбы ведущего вала и связанного с ним зубчатого колеса). Он состоял из рабочего стола, передаточного вала червяка, 1 шпинделя, червячного колеса, ручки для подачи. Созданный в 1818 году он использовался на оружейном заводе в Уитнивилле около Нью-Хевена в Америке.

На сегодняшний день фрезерный аппарат Эли Уитни 1818 года является музейным экспонатом в Мезонской механической лаборатории Иельского университета.

Устройство фрезерного аппарата Эли Уитни. Основание было сделано из деревянного бруса, который опирался на железные подножки. Шпиндель диаметром 62 мм поддерживали два подшипника из металла. Между последними располагался двухступенчатый шкив из дерева, приводившиеся в движение ремнем. К нижней части бруса был прикреплен еще один брус, который представлял собой опору для кронштейна, поддерживающего валик механизма подачи. На валике находился деревянный шкив, который приводил его в движение и бронзовый червяк. Червячный вал расположен в зацеплении с зубчатым колесом, который был посажен на винт, осуществлявший механическую подачу стола.

Данный аппарат на половину был создан из дерева и имел грубый, кустарный вид. К тому времени на большинстве оружейных заводах уже отказались от механизмов из древесины. Тем не менее, с точки зрения конструкторской мысли, он отвечал всем требованиям совершенства и новаторства, так как в нем было немало автоматизированных частей, которые используются и по сей день.

Изобретатель не остановился на достигнутом и в 1921 году усовершенствовал его, добавив автоматическую подачу и вертикальную автоматическую подачу шпинделя.

Русский учетный, химик-технолог Иосиф Христианович Гамель в 1826 году представил свою версию, который имел железную станину и охлаждающее устройство.

Как показано на рисунке ниже, ствол ружья располагался между двух зажимов или «лисичек», которые, в свою очередь, были соединены стержнем с зубчатой рейкой. Рукоятка и зубчатое колесо располагались на одном валу. С помощью данной рукоятки ствол вместе с «лисичками» передвигался к фрезе, расположенной с торца аппарата. Фреза была закреплена на шпинделе при помощи штыкового соединения (быстрого соединения посредством перемещения и поворота по осевой одной детали относительно другой). Этот принцип давал возможность включать и выключать фрезу при помощи рукоятки.

Данный аппарат являлся первым из более автоматизированных, со времени фрезерного устройства Эли Уитни и был использован на Тульском оружейном заводе для обработки казенной части ствола.

Американская фирма «Gay, Silver and Co» сделала большой шаг к современным фрезерным станкам в 1835 году. Аппарат данной фирмы был расположен на колоде, на которой держалась вся конструкция. На волу со шкифов (колесо, которое приводит в движение приводной ремень) располагалось зубчатое колесо, находившееся в сцепке с еще один колесом, которое имело такое количество зубьев, как и первое. Последнее было помещено на оправу. На указанной оправе находилась фреза. На колоде располагалось приспособление для фиксирования обрабатывающей поверхности. Также на нем было расположено устройство для вертикального перемещения фрезы.

Более усовершенствованный аппарат, который первым был использован для производства невоенного характера - станок Жд. Ренни. Данный горизонтально-фрезерный станок был создан для обработки граней гаек. Последний отличался от своих предшественников тем, что в нем отсутствовала необходимость в соответствии главного движения и движения подачи. Движение подачи было обеспечено гибкой связью и храповым механизмом (представляет собой зубчатый механизм, в котором храповик позволяет вращаться только в одном направление и блокирует вращение в противоположном). Современным, по мерках того времени, в фрезерном станке Дж. Ренни являлось поворотное приспособление для установки и закрепления обрабатываемой детали. Данный механизм давал возможность объединить несколько мелких деталей (гаек) на одной оправке для того чтобы обрабатывать больше количество деталей за одно и тоже время. Данные отличительные характеристики используются в современных металлорежущих станках. Фрезерный станок Дж. Ренни мог быть использован не только как специализированный, но и как обычный горизонтально-фрезерный.

Американская фирма «Линкольн», которая на сегодняшний день специализируется на производстве высококлассных автомобилей, также не отставала от технического прогресса в сфере создания и совершенствования станков. В 1855 году сконструировала станок, который уже имел не деревянную колоду, а литую станину. Движение стола осуществлялось с помощью ременной передачи (при помощи гибкого приводного ремня) и червячного механизма. Для передвижения стола вручную аппарат был оборудован маховиком и ходовым винтом, а перемещение фрезы выполнялось по вертикали с помощью перемещения подшипников оправки.

Один из горизонтально-фрезерных консольных станков был в 1861 году изобретен фирмой Броин и Шарп. Отличительной характеристикой данного станка являлись автоматическая продольная подача, а также поворотная головка.

Далее фрезерные станки все более и более усовершенствовались, в их механизмы добавляли новые детали и принципы работы. Внешний вид также видоизменялся, добавлялись детали из высокопрочных материалов. Научный прогресс добавлял в них все более упрощенные принципы, которые давали возможность повысить производительность фрезерного станка в целом. Все больше создают узкоспециализированные станки, которые настроены на работу с определенным материалом и на создание определенных изделий. Это большой плюс, так как специализированные станки создают изделия повышенного качества, которые обладают большим спросом на рынке.

Научный прогресс шагнул еще дальше и на сегодняшний день существуют фрезерные станки с числовым программным обеспечением или ЧПУ. Данная система направлена на автоматизацию всего процесса с минимальным участием человека в работе. При помощи ЧПУ достаточно выбрать программу, в которой будет указан эскиз желаемой детали, и запустить аппарат.

Развитие фрезерных станков продолжается по сегодняшний день и идет в ногу с научным прогрессом.