Федор Николаевич Загорский Ирина Михайловна Загорская   Генри Модcли (1771-1831)

Создание механизированного суппорта токарного станка.
Набор сменных зубчатых колес

Генри Модсли жил в эпоху промышленного переворота в Англии. Эта эпоха характеризуется возникновением противоречия между развитием производственных отношений, ставших капиталистическими, и производительных сил. Разрешить это противоречие могла лишь механизация труда во всех отраслях промышленного производства. Необходимый для этого паровой двигатель был создан Джеймсом Уаттом в третьей четверти XVIII в. После этого для широкого внедрения машин было необходимо в первую очередь механизировать их производство, заменить руку человека механизированным устройством на металлорежущем оборудовании, производившим детали для всех машин. Среди металлорежущего оборудования главным по удельному весу технологических операций, начиная со времени промышленного переворота п до наших дней, является токарный станок. Основным в его механизации была механизация суппорта, в котором закреплялся рабочий инструмент - резец. Принцип работы механизированного суппорта токарного станка в дальнейшем был применен в другом металлорежущем оборудовании. Таким образом, создание механизированного суппорта токарного станка в истории техники может быть сравнено по своему значению с изобретением парового двигателя. Оно открыло новую эпоху в промышленности и технике, и это сознавалось современниками.

Генри Модсли сыграл в этом процессе настолько выдающуюся роль, что современники и потомки вплоть до 50-х годов нашего столетия считали именно его создателем механизированного суппорта и современного токарного станка. И научная, и обширная популярная литература долгое время были в этом единодушны.

Какой же в действительности была история создания механизированного суппорта токарного станка, столь важного изобретения в истории развития человечества? Постараемся кратко ответить на этот вопрос.

Изучение истории техники показывает, что любое изобретение - итог труда многих поколений. Изобретатель - лишь последнее звено цепи. Это отметил еще К. Маркс в "Капитале", и его вывод, основанный на изучении истории многих изобретений, подтвердили все последующие исследования. Изучение истории изобретения механизированного суппорта токарного станка Генри Модсли еще раз подтверждает правильность этого положения.

Токарный станок был создан очень давно. Уже в первом тысячелетии до нашей эры существовал лучковый токарный станок, на котором обрабатывались изделия из древесины, кости, рога и камня. Работая на нем, одной рукой водили лучком, вызывая вращение заготовки, а другой рукой, опиравшейся на подручник, подводили и отводили резец. Этот станок предельно прост. Поэтому i он применялся на протяжении тысячелетий у всех народов. Кустари на Востоке пользуются им до сих пор. Но он требует затраты большого физического труда, малопроизводителен и пригоден для изготовления лишь несложных изделий.

Подобный станок использовался в России в кустарных крестьянских промыслах. Примитивность применяемого им оборудования крестьянин-кустарь вынужден был воcполнять большими физическими усилиями и тратой рабочего времени, своего и своей семьи. Эти явления исследованы В. И. Лениным в труде "Развитие капитализма в России".

В. И. Ленин писал:

"Мелкое товарное производство характеризуется совершенно примитивной, ручной техникой, которая оставалась неизменной чуть ли не с незапамятных времен. Промышленник остается крестьянином, перенимающим по традиции приемы обработки сырья" [2, с. 543].

Изучая работу кустарей, специализировавшихся на обточке черенков деревянных ложек с помощью лучкового токарного станка, В. И. Ленин отмечал, что этот "промысел, основанный на ручном искусстве и на традиционном разделении труда, прозябает в своей заброшенности и неподвижности" [2, с. 400-401],

Конструкции подобных станков и работа на них описаны в литературе [7, с. 13-14].

Потребность в изготовлении значительного количества более сложных изделий заставляла искать способы улучшения лучкового станка. Прежде всего было необходимо освободить для работы над изделием обе руки. В XIV в. в Европе начали применять токарный станок с ножным приводом, который состоял из педали, соединенной гибкой связью с деревянной пружиной, имевшей вид очепа или лука [7, с. 15].

Очеп - это жердь или брусок прямоугольного или круглого сечения длиной около двух метров, толстым концом прикрепленная к потолку или столбу. Привязанная к тонкому концу веревка заставляет очеп опускаться, изгибаясь, и накапливать энергию. Если веревку отпустить, очеп разгибается и отдает энергию, которая может совершать работу.

Подобные станки в кустарных промыслах России дожили до Великой Октябрьской социалистической революции, а в некоторых зарубежных странах - до наших дней.

Станок с педальным приводом освободил одну руку токаря, но холостое вращение заготовки и связанный с этим отвод и подвод резца, остались. Сохранилась также необходимость затрачивать большие физические усилия на приведение станка в движение. Прерывистость и неплавность хода станка, имеющего привод с очепом, вредно сказывались на качестве изделий. Очень медленно, на протяжении целых трех столетий (XVI-XVIII вв.), шли дальнейшие усовершенствования в конструкции токарного станка, позволившие устранить его недостатки. В начале решили проблему отделения привода от станка. Первые сведения о станках с приемным шкивом относятся к XVI в. в Германии.

Приемный шкив первоначально получал энергию, необходимую для приведения в движение станка, с помощыо гибкой связи (просмоленной веревки или ремня), надетой на шкив, вращаемый человеком. В русском кустарном промысле этот человек назывался вертуном. Вертунами были обычно умственно неполноценные люди, нe способные к квалифицированной работе токаря.

Получил распространение также и другой метод .странения холостого хода заготовки - введение махового колеса. Станки с маховиками и очепом применялись в XVII в. во Франции. В следующем столетии педаль соединили с коленчатым валом и маховиком. Очепы стали  лишними.

Станки с маховиками не освобождали токаря от утомительного физического труда, однако, поскольку станки с маховиком требовали труда только одного человека. самого токаря, то в кустарном промысле такие станкг дожили до наших дней. Они применяются для исполнения отдельных несложных операций. Почти никогда их не используют для производства изделия полностью. Их можно встретить у кустарей многих стран мира.

Описанные токарные станки соответствовали технике мануфактурного периода, когда применялись только самые несложные средства механизации труда, и то лишь на отдельных участках производства. Техника в тот период развивалась очень медленно, оставаясь по-прежнему  техникой ручного производства. О технике мануфактурного периода В. И. Ленин в труде "Развитие капитализме в России" писал:

"Мануфактура вводит разделение труда. вносящее существенное преобразование техники, превращающее крестьянина в мастерового, в «детального рабочего». Но ручное производство остается, и на его базисе прогресс способов производства неизбежно отличается большой медленностью. Разделение труда складывается стихийно, перенимается так же по традиции, как и крестьянская работа" [2, с. 543-544].

Переход к машинному производству широким фронтом начался в Англии в третьей четверти XVIII в. Но еще до этого, по крайней мере на протяжении предшествовавшего столетия, интерес к применению машин заметно вырос. Увеличилось количество изобретений устройств механизации труда, этого рода деятельность стала привлекать внимание отдельных ученых и целых научных корпораций. Машины и механизмы перестали быть редкостью. Росла потребность в изготовлении точно исполненных деталей машин, прежде всего осей и валов, которые можно было хорошо, быстро и дешево сделать только на токарных станках. Таким образом, уже в последней четверти XVII в. из общей массы токарных станков начинают выделяться металлорежущие.

Большое значение для улучшения условий труда и повышения качества и количества продукции имели устройства для установки резца. Подручник для резца в виде продольного бруска можно увидеть уже на самых примитивных станках. Постепенно он становился более удобным, подвижным и превратился, наконец, в суппорт, который появился в XVII в. как немеханизированное устройство, а в начале XVIII в. стал механизированным. В 1772 г. в "Энциклопедии" Дидро и Даламбера был опубликован чертеж крестового суппорта, уже имевшего основные элементы современного, за исключением механизации.

Один из видов токарных станков - токарно-копировальные станки [7, с. 62-81], расцвет которых приходится на XVII и особенно на XVIII в. Он был вызван модой на занятие точением художественных изделий. Токарно-копировальные станки той эпохи можно разделить на три основные группы.

К первой группе относятся станки, предназначенные для нанесения сложных узоров на плоскость. Они имели устройства, позволявшие шпинделю перемещаться параллельно своей оси. Шпиндель совершает эти движения в результате соприкосновения периферии посаженной на него копировальной шайбы с копировальным пальцем, укрепленным на станине. Шайбы можно было заменять и этим разнообразить узоры.

Ко второй группе можно отнести станки, которые давали возможность получать рельефные изображения на плоскости (типа медалей). Это достигалось тем, что шпиндель совершал колебательные движения вдоль своей оси под действием копировального пальца. Движения передавались резцу, который вырезал изображение. Нередко оба типа описанных устройств объединялись на одной станине.

К третьей группе можно отнести станки, предназначенные для вытачивания объемных изделий сложной формы и нанесения на их поверхности узоров. Это постигалось при помощи устройств, заставлявших шпиндель двигаться также и по криволинейной траектории. Станки этой группы имели особенно сложные кинематические схемы.

Французский ученый Ш. М. де ла Кондамнн, изучая движение резца токарно-копировальных станков, применял математические методы. В 1736 г. он опубликовал труд, материалы которого интересны и в настоящее время при исследовании вибраций токарных станков [5].

Главнейшее изобретение конца XVIII в., как уже говорилось, - суппорт, механизированный на основе винтовой пары, заменивший руку токаря и сохранившийся в конструкциях станков до наших дней. Одновременно с ним распространился набор сменных зубчатых колес, позволивший на одном токарном станке изготовлять разнообразные винты. Это потребовало от конструкторов, а затем и от токарей относительно сложных арифметических расчетов. Токари не имели образования, и расчеты эти были для них трудны. Да и сам процесс внедрения элементов науки в производство был непривычен.

Поэтому расчеты, связанные с подбором зубчатых колес, тогда (и позже на протяжении целого века) были среди рабочих окутаны дымкой таинственности и связаны с представлением об овладении "секретным мастерством". Еще несколько десятилетий назад у старых рабочих имелись секретные записные книжки, где были записаны примеры подбора колес.

Невиданное ускорение темпов прогресса металлорежущих станков в конце XVIII - начале XIX в. связано с развитием крупной машинной индустрии. В. И. Ленин в труде "Развитие капитализма в России" писал:

"Только крупная машинная индустрия вносит радикальную перемену, выбрасывает за борт ручное искусство, преобразует производство на новых, рациональных началах, систематически применяет к производству данные науки" [2, с. 544].

В. И. Ленин указывал:

"Применение паровых двигателей к производству является одним из наиболее характерных признаков крупной машинной индустрии" [2, с. 506].

Итак, к началу промышленного переворота в Англии конструкции токарных станков достигли уровня, позволявшего изготовлять на них металлические детали машин. Это было одним из важнейших условий перевооружения промышленности, и это же создавало необходимые предпосылки для расцвета творчества Модсли, разработавшего и внедрившего оборудование и технологию, адекватные новой эпохе.

Первая половина XIX в. в развитии токарного станка характеризуется его конструктивными улучшениями. Были введены холостой шкив, контрпривод, гитара, зубчатый перебор, автоматический останов, устройство обратного ускоренного хода, а также патрон сначала с двумя, а затем с тремя зажимными винтами, стружколоматель, подача смазочной жидкости в зону резания. В этот же период были созданы специализированные токарные станки и тяжелые машины для обработки корпусных деталей. В деятельности по созданию более совершенных металлорежущих станков видное место принадлежит русским машиностроительным предприятиям и русским механикам [4, 11, 17, 18].

Рассмотрим более подробно процесс создания механизированного суппорта токарного станка и установим характер участия Модсли в этом процессе.

Суть работы механизированного суппорта токарного станка состоит в обеспечении автоматической связи главного движения станка с движением подачи. Попытки установления такой связи делались задолго до Модсли. В книге французского математика и военного инженера Жака Бессона, опубликованной в 1568 г., описан специальный токарный станок, где главное движение вызывает движение подачи (рис. 5). Это первый описанный в литературе станок с механизированной подачей резца. Он имел отдельные системы, обеспечивавшие желательные величины подач и глубин резания. Механизм подачи был сблокирован с устройством, обеспечивавшим главное движение, а глубина резания независимо от них устанавливалась оператором в процессе резания [32].
 

Рис. 5. Токарно-винторезный станок. Около 1568 г.  По Жаку Бессону

Обрабатываемая деталь 1 (цифровые обозначения на всех рисунках проставлены нами. - авторы) приводилась во вращение, как это было обычно в то время, с помощью обведенной вокруг нее веревки. Один конец этой веревки был обведен несколько раз вокруг шкива 2 и закреплен на нем, другой конец оттягивался грузом. Веревка, наматываясь и сматываясь со шкива 2, заставляла вращаться обрабатываемую деталь. Шкив 2 был неподвижно посажен на одном валу со шкивом 3, который токарь вращал попеременно в одну и другую стороны, подтягивая и отпуская веревку, переброшенную через шкив 3 и оттягиваемую грузом. Таким образом обеспечивалось главное движение.

Движение подачи осуществлялось вследствие вращения шкива 4. Намотанная на нем веревка была обведена вокруг хвостовика 5 винта, который, вращаясь, перемещался в неподвижно закрепленной гайке 6 и сообщал движение резцедержателю 7 и резцу 8, Таким образом, в описываемой конструкции на один оборот заготовки была предусмотрена определенная величина подачи резца.

Поперечная подача регулировалась оператором с помощью педали, нажимая на которую он отводил резец от обрабатываемой детали. Поперечная составляющая усилия резания создавалась грузом 9. Устройство для прижимания резца к обрабатываемой поверхности не позволяло резцу отрываться от заготовки при изменении формы последней, что позволяло наносить винтовые линии также на заготовки с переменным сечением.

Связь между главным движением и движением подачи явно прослеживается в конструкции другого сложного токарного станка, описанного в 1584 г. в книге французского ученого п инженера Жана Эрара [48]. Эта книга сохранилась в единственном экземпляре, который находится в муниципальной библиотеке г. Нанси (Франция) *. Токарно-винторезный станок Эрара представлен на рис. 6.

* Сообщено Уорреном Г. Огденом младшим.

Рис. 6. Токарно-винторезный станок.  Около 1584 г.  По Жану Эрару.  Публикуется впервые

Главное движение у этого станка осуществлялось следующим образом. К потолку был прикреплен лук 1, выполнявший функцию пружины. К середине тетивы 2 лука был прикреплен один конец веревки 8, обведенной дважды вокруг заготовки винта 4. К другому концу веревки прикреплена педаль 5. Нажимая ногой на педаль 5, заставляли заготовку 4 совершить один рабочий оборот, а лук 1 согнуться, т.е. запасти энергию. Во время рабочего хода осуществлялось резание. Последнее производилось стальным резцом с деревянной рукояткой, который токарь опирал на подручник. Резец нигде не был закреплен. Отпуская педаль 5, токарь позволял луку 1 разогнуться. Лук 1 вращал заготовку 4 в сторону, противоположную рабочему ходу, т. е. совершался холостой ход.

Обратимся к описанию устройства, обеспечивавшего заданное движение подачи на один рабочий ход. Педаль 5 имела по обеим сторонам по ролику 6, которые при перемещении педали 5 перемещались в пазах стойки 7 и балансира 8. Стойка 7, верхний конец которой служил подручником, была неподвижна. Балансир 8 мог совершать качательные движения в вертикальной плоскости, проходившей через линию центров. Передняя 9 и задняя 10 бабки были установлены на раме 11 тележки 12. Тележка 12 имела четыре колесика 13 и оттягивалась грузом 14, прикрепленным к веревке 15, перекинутой через блок 16. Под действием груза 14 тележка 12 могла перемещаться при небольшом усилии.

При движении педали 5 вниз, т. е. когда совершался рабочий ход, тележка 12 перемещалась по станине 16 и осуществляла движение подачи. Величина подачи соответствовала заданному шагу винта, нарезавшегося на заготовке 4. Для того чтобы можно было нарезать винты с разным шагом, с балансиром 8 был скреплен сектор 17. В секторе 17 имелись отверстия, в которые вставлялся штырь 18. Это изменяло угол отклонения балансира 8 при движении педали 5 вниз во время совершения рабочего хода, т. е. изменяло величину подачи за один рабочий ход.

Как видно из приведенного выше описания, очень старый станок Жана Эрара в отношении своей кинематической схемы был уже далеко не прост.

Вероятно, что и после Эрара были созданы еще новые конструкции станков, у которых устанавливалась связь между главным движением и движением подачи. Но на протяжении последующего столетия сведения о таких станках отсутствуют, и новая конструкция относится уже ко времени Петра I.

Петр I, распространяя технические знания, завел у себя при дворе большую токарню. Работа на токарном станке была для него отдыхом от государственных дел. Одновременно из этого занятия он сумел извлечь некоторую пользу для страны. Драгоценные дипломатические подарки, по понятиям того времени были необходимы. Петр I заменил их выточенными собственноручно из древесины и кости кубками и табакерками.

В токарне имелось первоклассное оборудование, на котором работали выдающиеся русские и иностранные специалисты. Личным токарем Петра I, с которым он работал на станках совместно, был выдающийся механик Андрей Константинович Нартов. Среди имеющегося в собрании Государственного Эрмитажа в Ленинграде оборудования токарни привлекает внимание токарно-копировальный станок с надписью "St. Petersburg. 1712". Особенностью его является механизированный суппорт, самый ранний из сохранившихся до настоящего времени. Кинематическая схема механизма суппорта представлена на рис. 7. Она была снята с натуры проф. А.С. Бриткиным [3, с. 25-31].
 

Рис. 7. Кинематическая схема резцового суппорта станка токарни Петра I. 1712. Станок хранится в Ленинградском Эрмитаже. По А. С. Бриткину

Суппорт получает движение от привода главного движения, т.е. от верхнего вала 2 и шкива 1, вращающего шпиндель с копиром и заготовкой. За правым подшипником 3 на валу 2 закреплено колесо 4 с торцевыми зубьями, сцепляющимися с зубьями колеса 5, насаженного на вертикальный вал 6. Сверху последний имеет опору - центр 7. Внизу на вертикальном валу 6 закреплен червяк 8, сцепляющийся с зубьями колеса 9, вращающего поперечный горизонтальный вал 10 с зубчатой передачей к валу 11. На концах этого вала закреплены реечные шестерни 12, сцепляющиеся с рейками 13, проходящими через стойки 14 и скрепленными с ползунками копировального и резцового суппортов, двигающимися по верхним 15 и нижним 16 направляющим. Ползушка 17 скреплена болтом 19 с резцедержателем. В верхней части винтами 21 закреплен резец 22. Копировальный суппорт аналогичен резцовому.

Таким образом, на станке имеется суппорт с шестеренно-реечным механизмом. Этот тип суппорта применялся и позднее в других станках непромышленного назначения. В заводском оборудовании он был использован лишь через два столетия.
 

Андрей Константинович Нартов (1693-1756)

В 1738 г. А. К. Нартов создал проект токарно-винторезного станка с механизированным суппортом. Механизация осуществлялась, как и в современных нам станках, при помощи винтовой пары. Станок предназначался для изготовления деталей машин. Поэтому его суппорт по праву считается первым механизированным суппортом в машиностроении. Особенность его конструкции, принципиально отличающейся от конструкции современного нам суппорта, состояла в получении главного движения от движения подачи. Станок специально рассчитан для изготовления крупных многозаходных винтов с прямоугольной нарезкой, применявшихся в прессовом оборудовании для производства бумаги, сукон, чеканки монет.

В рукописи Нартова "Театрум Махинарум" станок описан в главе 26 "О четвертой машине, подлежащей к затачиванию вьюноватых винтов с плоскими пазами, которые приготовляют к различным машинам и слесарным инструментам" [7, с. 52, 55-56]. Имеющийся в рукописи чертеж станка представлен на рис. 8.
 

Рис. 8. Токарно-винторезный станок с суппортом. 1738 г. Конструктор А. К. Нартов

На направляющих А установлены неподвижная бабка В и подвижная бабка В' между которыми зажималась цилиндрическая заготовка. Маховое колесо приводилось в движение с помощью рукоятки. Оно было посажено на вал 1, имевший прямоугольную нарезку и являвшийся одновременно ходовым винтом для прямоугольного бруска-суппорта К. Внутри суппорта К имелась гайка ходового винта. Вращение бруска-суппорта К предотвращено тем, что он во время движения прижимался к направляющим Н. На суппорте находилась стойка L, в которой устанавливался резец 2, прижимавшийся к обрабатываемой детали барашком, ходившим на винте М. Последний был прикреплен к стойке L шарнирно, что давало резцу возможность перемещаться в плоскости, перпендикулярной оси нарезаемого винта. Обрабатываемая деталь получала движение от ходового винта через сидящее на нем зубчатое колесо D и зубчатое колесо Е, находившееся на одном валу с заготовкой. Наличие маховика позволяло уменьшать неравномерность движения и вибрации, что очень важно при нарезании винтов.

Рассмотрение чертежа позволяет предполагать, что зубчатые колеса D и Е были сменными. Нх настройка являлась настройкой цепи деления.

Станок Нартова занимает особое положение в истории механизации суппорта. Попробуем документально установить время его создания.

26 октября (15 октября старого стиля) 1738 г. Нартов представил в Академию наук следующее "Предложение":

"Понеже сочинены мною два чертежа о машинах, через которые может происходить легким способом, а именно: первый - для сверления пушек, второй - для делания винтов на печатание ея и. в. монет и на фабриках сукон, и на бумажных заводах бумаги, и чрез тое махину имеют быть нарезываться те винты. А обретающиеся здесь, в России, фабриканты оные винты выписывают к своим фабрикам из-за моря немалым коштом. И ежели б такая махина была в России, то б фабриканты более к выписыванию таких винтов к фабрикам охоты не имели б. Того ради Академии наук доношу и требую, дабы поведено было к сочинению помянутых машин сделать модели, и по сделании оных моделей, могу обстоятельное описание о махинах в Академию наук подать".

Станок, созданный Ботоном, помимо механизированного суппорта, имел набор сменных зубчатых колес, позволявший нарезать винты с различным шагом. Принцип конструкции суппорта этого станка, созданного в 1749 г., был столь совершенен, что дожил до наших дней.

Главное движение механизму станка Ботона (рис. 9) сообщалось рукояткой 1, которая приводила в движение вал 2. Последний опирался на подшипники, заключенные в стойках 3 и 4, образовывавших переднюю бабку станка. Вал 2 выполнял также функцию шпинделя. На него был надет патрон 5 с тремя винтами 6, осуществлявшими центрирование и закрепление обрабатываемой детали. Задняя бабка 7 была снабжена винтом 8, поддерживавшим нарезаемую заготовку (противоположный конец заготовки зажимался в патроне 5). Возможно, что впоследствии рукоятка 1 была перенесена на маховик, подобный имевшемуся на описанном выше станке Нартова. Применение маховика было в то время обычным - это уменьшало тяжесть физического труда, повышало равномерность движения, снижало вибрации и в итоге улучшало качество резьбы.

Движение подачи получалось от главного движения через сменные зубчатые колеса 9 и 10. Зубчатое колесо 10 сидело на ходовом винте 11, который перемещал суппорт 12 ("стойку" в описании Ботона) по горизонтальной направляющей 13. Кроме того, по-видимому, имелась еще и вертикальная направляющая 14. Эта направляющая не упоминается в "Описи" Ботона, но именно при таких направляющих суппорт приобретал форму, давшую Ботону основание назвать его "стойкой". Кроме того, при плоской направляющей суппорт, лишенный опоры в направлении действия горизонтальной составляющей силы резания, давил бы на ходовой винт, который не мог быть слишком жестким и должен был сильно прогибаться. При этих условиях глубина резания была бы слишком мала, а процесс резания на станке - менее производительным, чем резание вручную. Призматические направляющие тогда еще не были известны, во всяком случае они нигде не упоминаются и не изображаются.

Закрепление резца в суппорте, которое производилось с помощью клина, при каждом изменении глубины резания требовало выколачивания и забивания его, что вредно отражалось на суппорте. Винтовое закрепление резца в суппорте, широко распространившееся к середине XVIII в., было гораздо рациональнее.

Остановимся на использовании Ботоном набора сменных зубчатых колес. Приведем выдержку из составленной им "Описи" станка.

"И на оном винту на другом конце большое колесо. И от того большого колеса маленькое колесо, и от оных колес оной винт нарезаем. И для резных винтов, крупной или мелкой, то надлежит быть «3» пары или более колес с шестернями разного калибру, понеже коли маленькое колесо поставить на то место, где большое стоит, а большое где маленькой стоит, то тот винт может быть нарезан гораздо крупнее нижняго"  *.

* Центральный государственный исторический архив в Ленинграде, ф. 468, он. 32, ед. хр. 914, л. 58-59.

Мы рассмотрели станок Ботона сразу вслед за станком Нартова потому, что между их конструкциями ясно просматривается преемственность. Но хронологически вслед за суппортом Нартова шел описанный в 1741 г. французом Антуаном Тиу станочек часовщика, имевший механизированный суппорт [91, с. 69].

Между 1770 и 1780 гг. токарный станок с суппортом, механизированным на основе пары "винт - гайка", создал во Франции Жак Вокансон. Этот станок настолько своеобразен, что его конструкция требует пояснений (рис. 10).

Станок предназначался для обработки деталей типа вала. Как видно из рисунка, он имеет очень мощную стальную раму из поковок квадратного сечения. Это делало жесткой всю конструкцию станка и способствовало точности обработки деталей. Длина станины около 1400 мм. Заготовка зажималась между центрами 1. Вероятно, на нее надевался шкив, который, через ременную или канатную гибкую связь получал энергию от ручного, конного или водяного привода и вращал заготовку. Замечательной особенностью станка являлись две мощные призматические направляющие 2, по которым перемещался крестовый суппорт 3. Конструкция станка не предусматривала связи между главным движением п движением подачи. Это шаг назад по сравнению с описанными выше конструкциями. Суппорт 3 перемещался при вращении вручную ходового винта 4. Изобретение призматических направляющих - достижение Вокансона, которое впоследствии было использовано Модсли. Станок находится в Париже в Национальном хранилище искусств и ремесел [39, с. 125-126].

В 1777 г. англичанин Ремсден опубликовал описание созданного им прецизионного токарно-винторезного станка для изготовления винтов научных приборов (микроскопов и часов) [78], в котором предусматривалась связь главного движения с движением подачи через систему сменных зубчатых колес. Имеются сведения и о других станках с механизированным суппортом, созданных до Генри Модсли или одновременно с ним в разных странах. В 1791 г. это сделал Сильвенас Браун в США, в 1785 г. - Сено во Франции, в Германии в начале XIX в. - Георг Рейхенбах [67, с. 114], одновременно с Рейхенбахом - Лев Федорович Сабакин в России [9, с. 80] и в 1798 г. - Дэвид Уилкинсон в США.

Теперь обратимся к созданию механизированного суппорта и токарно-винторезного станка Генри Модсли [25, 35, 41, 42, 46, 52, 55, 58].

Напомним, Брама, принимая на работу Модсли в 1789 г., поставил перед ним задачу наиболее полной механизации изготовления деталей запатентованного им замка. Модсли справился с этой задачей и в процессе разработки необходимого оборудования создал ряд конструкций суппортов и других узлов токарного станка. Конструкции эти становились все более совершенными. Покинув мастерскую Брама, Модсли продолжал начатую там работу.

Чертежи конструкции суппорта токарного станка, будто бы разработанного Модсли в 1794 г., в качестве исторических документов помещены в атласе Джорджа Ренни [81], иллюстрировавшем справочник для механиков, первоначально написанный Бакененом [34]. Все авторы вслед за Ренни считали этот суппорт изобретением Модсли. Но в 1965 г. английский исследователь Л. Рольт [84] установил, что этот суппорт в 1794 г. изобретен не Модсли, а его хозяином Брама. Из рассмотрения чертежей [7, с. 88] видно, что суппорт не был механизирован - все его части перемещались вручную. Его устройство не только далеко от современной нам конструкции, но и не учитывает достижений предшественников (правда, кое-что позаимствовано от крестового суппорта, в то время уже достаточно широко известного). Суппорт был установлен на одной рамке с задней бабкой станка и мог перемещаться вдоль направляющих станины при установочных перемещениях вместе с ней. Все устройство опиралось только на одну из направляющих, что не обеспечивало устойчивости. Но эта направляющая была призматической. При помощи винта с воротковой рукояткой суппорт мог быть закреплен в любом месте на направляющей. Благодаря наличию секторальной прорези его можно было располагать в случае надобности под углом.

Режущий инструмент закреплялся винтом в прорези, расположенной на конце стального бруса. Последний поддерживали два подшипника, позволявшие ему свободно перемещаться. Брус приводился в движение при вращении рукоятки винта, с которым был связан гайкой. Таким образом, осуществлялось продольное перемещение режущего инструмента. Перемещение его в перпендикулярном направлении производилось также с помощью винта.

Конструкция суппорта была нежесткой и малорациональной. Поэтому понятно замечание Дж. Ренни о том, что этот суппорт совершенно отличен от тех, которые "применяются в настоящее время".

Судя по станку для навивания пружин, созданному Модсли в период его работы у Брама, уже тогда он должен был создать весьма совершенный токарный станок. По такой станок неизвестен. Поэтому будем считать первым токарным станком Модсли станок, созданный им в 1797 г. в собственной мастерской на Уэллс-стрит. Этот станок, показанный на рис. 11, имел такую конструкцию и так тщательно был изготовлен, что работал в течение целого столетия на заводе в Ламбете, а после закрытия завода в 1900 г. попал в музей.

Рис. 11. Токарно-винторезный станок с суппортом. Конструктор Г. Модсли. 1797 г.
Хранится в Кенсингтонском музее истории науки и техники. Лондон.
По У. Бенсону

Устойчивость и прочность станка были повышены за счет применения чугунной станины. Она состояла из двух параллельных трехгранных чугунных брусьев трех футов длины, скрепленных болтами с массивными чугунными ногами-опорами. Продольные брусья рамы служили одновременно направляющими. Шпиндель передней бабки был соединен с ходовым винтом парой зубчатых колес, закрытых металлическим ограждением, которое предусмотрено для предотвращения захвата колесами рабочего и является, по-видимому, первым стационарным защитным устройством в конструкции станка. Суппорт получал движение от ходового винта с помощью пары зубчатых колес. Ходовой винт имел квадратную нарезку, применение которой в ходовых винтах других машин и механизмов было к тому времени общепринятым. Число ниток на дюйм ходового винта равнялось четырем. Для нарезания винтов с различным шагом при станке имелся запас сменных ходовых винтов. Их смена облегчалась устройством разъемных подшипников-зажимов.

Нарезание винта на станке производилось следующим образом. Заготовку зажимали между центрами и обтачивали до нужных размеров, не включая механизированной подачи. После этого включалась механизированная подача, и винтовая нарезка выполнялась за несколько проходов резца. Обратный отвод суппорта осуществлялся каждый раз вручную после отключения механизированной подачи. Этот процесс нарезання винтов, внедренный Модсли в машиностроительное производство, являлся большим достижением. Но он был сложен, требовал большой затраты времени и труда. Поэтому в 1800 г. Модсли внес дальнейшее усовершенствование: взамен набора сменных ходовых винтов применил набор сменных зубчатых колес (рис. 12).

Единственный несъемный ходовой винт станка имел нарезку 30 ниток на дюйм. На него надевалось одно из 28 сменных зубчатых колес с числом зубьев от 15 до 50. Между сменными зубчатыми колесами было введено промежуточное колесо, обеспечивавшее изготовление винтов, нарезка которых по направлению (правая или левая) совпадала с нарезкой на ходовом винте станка.

На этом станке Модсли нарезал винт и гайку для астрономического прибора, который в течение долгого времени считался непревзойденным примером точности и был удостоен награды английского Общества поощрения искусств и ремесел, а затем помещен в музей. Винт имел 5 футов длины (1525 мм) и 2 дюйма (50 мм) в диаметре с числом ниток 50 на дюйм. Гайка имела 12 дюймов (305 мм) длины. Резьба была так мелка, что ее трудно было рассмотреть невооруженным глазом.

Таким образом, на протяжении XVI - начала XIX в. токарно-винторезный станок получил законченную форму, и в дальнейшем совершенствовались уже не принципы его устройства, а конструкция отдельных деталей.

Итак, Модсли был лишь последним в достаточно длинной цепи изобретателей. От каждого из своих предшественников он сумел позаимствовать лучшую, наиболее передовую часть конструкции и в результате создал совершенную конструкцию. Мощная металлическая станина и призматические направляющие пришли в станок Модсли от француза Вокансона. Механизация суппорта на основе кинематической пары "винт-гайка" и набор сменных зубчатых колес пришли из России от Нартова и Ботона. Можно с уверенностью сказать, что дальнейшие исследования по истории металлорежущих станков позволят выявить в цепи создателей токарно-винторезного станка еще ряд звеньев, назвать имена других изобретателей. Например, имеются достоверные сведения о том, что аналогичную проблему решал Кристофер Польгем, знаменитый шведский машиностроитель первой половины XVIII в., хотя конкретных материалов об этом пока что получить не удалось [98, с. 82-85, 86, 98; 55, с. 130].

Теперь необходимо остановиться на вопросе о приоритете Модсли в создании станка 1800 г.

В 1895 г. Дарфи в статье "Некоторые исторические замечания, относящиеся к изобретению и усовершенствованию механизированного суппорта" [44, 45] указывал, что механизация суппорта токарного станка была описана англичанином Ремсденом в 1777 г.

В 1932 г. Джонатан Линкольн в статье "Изобретение механизированного суппорта" сообщал о патенте, выданном 14 декабря 1798 г. американскому механику сельскохозяйственных машин Дэвиду Уилкинсону на токарный станок с механизированным суппортом [66]. Линкольн высказывал предположение, что М. И. Брюнель мог знать об этом патенте или ознакомиться со станком в период пребывания в США и, приехав в Англию, рассказать о нем Модсли. Но обе эти статьи прошли незамеченными, и о Модсли продолжали писать как о единственном изобретателе суппорта.

В 1938 г. "Журнал института Франклпна" (США) поместил статью "Изобретение винторезного станка Дэвидом Уилкинсоном" [62], в которой поддержал идею Линкольна.

Американский историк металлорежущих станков Батисон в докладе, сделанном в 1974 г. на XIV Интернациональном конгрессе историков науки [28], отстаивает идею заимствования.

Познакомимся с конструкцией станка Уилкинсона. Воспользоваться для этого патентным чертежом 1798 г. невозможно, так как он был сильно поврежден во время пожара в патентном архиве в 1836 г. На рис. 13 - фотография старинной копии этого чертежа, которая приведена в брошюре Батисона [29, с. 4-5].
 

Станок приводился в движение водяным колесом, сидевшим на валу а. Вал а был разъемным, что позволяло отключать станок от двигателя. Вращение вала а передавалось зубчатому колесу b, имевшему 20 зубьев, которое находилось в постоянном зацеплении с зубчатыми колесами с и d, имевшими каждое также по 20 зубьев. Колесо d сидело на валике, который оканчивался коническим центром, и являлось одновременно планшайбой, на которой укреплялись два поводка. Заготовка 1 винта была накернена в центре. Конус "передней бабки" входил в накерненное место, и заготовка 1 зажималась двумя поводками. Противоположный конец заготовки зажимался центром задней бабки е. Резание осуществлялось резцом i, зажатым винтом в поперечном суппорте. Глубина резания регулировалась винтом поперечной подачи. Поперечный суппорт был закреплен на каретке h.

Движение подачи передавалось от зубчатого колеса с, сидевшего на валике, оканчивавшемся конусом. Конус входил в отверстие ходового винта f, который укреплялся двумя поводками. Другой конец ходового винта f зажимался конусом задней бабки с, симметричным относительно конуса той же задней бабки с, которым зажималась заготовка 1. Ходовой винт f проходил сквозь разъемную маточную гайку g, закрепленную на каретке h. Разъем гайки g осуществлялся с помощью рукоятки в случае необходимости выключения автоматической подачи. Каретка h перемещалась по плоским направляющим станины. По окончании прохода каретка h останавливалась автоматически, так как рукоятка разъема гайки g отодвигалась при столкновении с упором k, установленным на станине.

Рассматривая конструкцию станка Уилкинсона, легко наметить, что общее со станком Модсли у него лишь в связи главного движения с движением подачи при помощи кинематической пары "винт-гайка". Конструктивно станок Уилкпнсона решен неудачно, упрощенно. У него нет призматических направляющих, вследствие чего он не может обеспечить достаточную точность работы. Станок этот был непригоден для использования в промышленности и не мог конкурировать с более совершенным станком Модсли.

В период создания станка Дэвиду Уилкинсону было немногим более 20 лет, то есть он не имел большого опыта конструкторской работы. Станок он построил с помощью отца и братьев, работавших в собственной мастерской, изготовлявшей хлопкоочистительные машины. (Мастерская находилась в городке Пеутекет, штат Род-Айленд.) Его станком за все время существования воспользовались всего один раз. В 1840 г. Уилкинсон подал прошение о взыскании в его пользу 10 000 долларов с трехсот мастерских, которые якобы использовали его патент 1798 г. В иске ему было отказано, так как суд легко установил, что это неправда - станки имели другие конструкции.

Главным аргументом в пользу Уилкинсона считается  знакомство Модсли с Брюнелем, жившим несколько лет в США. Но следует отметить, что решение о выдаче , патента Уилкинсону было принято 14 декабря 1798 г. Затем наступили праздники - рождество и новый год. Оформление документации требовало времени. Брюнель отплыл из США 20 января 1799 г. [65]. До получения патента содержание его хранилось, естественно, в строгой тайне. Таким образом, этот аргумент является несостоятельным - Брюнель не мог быть знаком с патентом Уилкпнсона.

Итак, Модсли не был знаком с патентом Уилкинсона в период создания станка 1800 г. Идею связи главного
движения с движением подачи при помощи пары "винт-гайка" Модсли реализовал уже в конструкции станка 1798 г.

Что касается статей Дарфи [44, 45], который впервые ввел в научный оборот сведения о станке Ремсдена, имевшем механизированный суппорт, то его исследование бесспорно правильно. Однако из него нельзя делать вывод о заимствовании Генри Модсли идеи Ремсдена. Ремсден, как видно из материалов, изложенных выше, был одним из предшественников Модсли. Его станочек имел ограниченное назначение (кустарное изготовление часов) и широкого распространения не получил.

Как уже говорилось, Модсли знал о трудах своих предшественников. Но это нисколько не уменьшает его заслуг в создании станка, который был синтезом лучших  достижений технической мысли. Ум, знания и умение Модсли позволили ему отобрать из наследия прошлого  и опыта современников только лучшее, передовое и создать конструкцию, полностью соответствовавшую потребностям новой эпохи промышленного развития. Он сумел не только сконструировать прекрасный для своего времени станок, но и внедрить его в производство, широко распространить, чем снискал мировую известность  [60,61].

Поточная линия для изготовления корабельных блоков

Первой поточной линией, известной в истории техники, была линия, построенная Генри Модсли для изготовления сложных замков, изобретенных Брама. Она была создана юным Модсли, который все сделал своими руками при консультации Брама.j

Второй линией, построенной Модсли уже в зрелые годы, была поточная линия изготовления корабельных блоков. Она имела важное государственное значение, и ее создавал большой коллектив ученых и высококвалифицированных рабочих. Эта линия по объему изготовлявшейся продукции (наибольшая производительность 160 тыс. блоков в год), числу составлявших ее машин - 45, их сложности и качеству не шла ни в какое сравнение с первой линией.

Изготовляя линию корабельных блоков, Модсли пользовался указаниями и помощью изобретателя линии Брюнеля [51, с. 18, 22, 28, 34-40]. Модсли получал также ценные советы от Бентама, опытного машиностроителя и изобретателя ряда машин для резания древесины [51, с. 35-40]. Вследствие того, что работы по созданию линии корабельных блоков щедро финансировались английским Адмиралтейством, Модсли смог получить для работы достаточное помещение, нанять рабочих, не имел недостатка в материалах. Эти условия были не сравнимы с теми, в каких он работал у Брама.

Но все же работа по постройке и наладке линии потребовала 8 лет (с 1800 по 1808 г.). Только тогда линия стала выдавать продукцию в запланированном объеме: 130 тыс. блоков в год [51, с. 1]. В дальнейшем производительность линии достигла, как мы уже говорили, 160 тыс. блоков в год [74, с. 15].

Эта поточная линия считалась чудом техники начала XIX столетия. Она широко отражена в литературе. Наиболее полное описание помещено в энциклопедии Риса. Есть о ней сведения также в энциклопедиях Британской, Эдинбургской, Чемберса, Пени. В наиболее солидном издании, Британской энциклопедии, систематически переиздающейся до наших дней, линия была описана последний раз в десятом издании, в 1902 г., после чего этот материал уже считался устаревшим. Кроме энциклопедий, линия была описана в ряде пособий по машиностроению.

Завод Модсли после нескольких лет успешной эксплуатации линии в Портсмутских доках повторил ее еще раз для доков Чатама (Англия). Потом по заказу правительства Испании и других государств был построен еще ряд аналогичных поточных линий.

В современной литературе факты, относящиеся к созданию и эксплуатации поточной линии, с наибольшей достоверностью и полнотой изложены в брошюре К. Джильберта [52].

Конструкции блоков, которые должна была выпускать поточная линия, были разнообразны. На рис. 14 показан более сложный двойной корабельный блок с канатами. Существовали также одинарные блоки. Одинарные и двойные блоки использовались для управления парусами. Но применялись также и неподвижные блоки - юферсы. Это были круглые деревянные блоки без шкивов, с тремя сквозными отверстиями. Они ввязывались в нижние концы вант. Такие же юферсы укреплялись на наружной грани площадки, прикреплявшейся на высоте верхней па-.тубы к наружным бортам судна (руслени) против каждой мачты. Эти юферсы оковывали полосовой сталью. Концы полос пропускали через руслени и крепили к бортам судна болтами (вант-путенсами). Между обоими рядами юферсов пропускали веревки (талрепы); с их помощью натягивались ванты.
 

Рис. 14. Двойной корабельный блок с канатами

Наибольшее применение имели одинарные блоки. Они являлись основной продукцией поточной линии. Поэтому далее будут описываться технологические процессы их изготовления. Одинарный блок состоял из трех частей: деревянного шкива, стальной или деревянной оси и корпуса, служившего опорой всей конструкции.

Корпус блока изготовляли из древесины вяза. Он имел снаружи так называмый ручей для каната. Шкив изготовлялся из древесины бокаута и в центре имел отверстие для подшипника из колокольной бронзы. Ось была стальной. Только для блоков, работавших на корабле вблизи запасов пороха, они изготовлялись из бокаута для предотвращения образования искр. Древесина корпуса и шкива не должна была иметь никаких пороков.

В период, предшествовавший созданию поточной линии, изготовление блоков для английского флота было монополизировано фирмой Тейлора в Саутгемптоне. В мастерских этой фирмы, поставлявшей массовую продукцию, делались попытки механизации обработки древесины. Основатель и владелец фирмы Уолтер Тейлор изобрел циркульную пилу и построил станок, в котором обычная ручная поперечная пила двигалась благодаря кривошипно-шатунному механизму возвратно-поступательно по горизонтали (так работают пильщики дров). У Тейлора обе пилы, а также токарные станки приводились в движение конным приводом. При помощи этого оборудования производилась распиловка древесины, ее точение и сверление. Долбление, строгание, прорезывание ручья на корпусе, сборка блока выполнялись столярными инструментами вручную.

Поэтому для выполнения заказа Адмиралтейства на 130 тыс. блоков Тейлор нанимал 110 высококвалифицированных (и соответственно высокооплачиваемых) рабочих. 60 из них были заняты изготовлением корпусов блоков, 50 - изготовлением других деталей блоков и их сборкой [74, с. 15]. Блоки получались не вполне одинаковыми по размерам и не всегда вполне доброкачественными. Но заказчик с этим мирился, так как лучшей продукции он получить не мог.

На поточной линии блоки изготовлялись строго одинаковыми во всех деталях, более высокого качества и обходились гораздо дешевле. Линию обслуживали всего десять рабочих, некоторые из них имели более низкую квалификацию по сравнению с рабочими, связанными с ручным производством [74, с. 15]. Все затраты на постройку линии (12 тыс. фунтов стерлингов) и значительное вознаграждение ее изобретателю Брюнелю (около 17,5 тыс. фунтов стерлингов) окупились всего через три года эксплуатации [51, с. 6].

Таким образом, первая промышленная поточная линия для изготовления массовой продукции выявила и доказала свои преимущества перед мануфактурой с разделением труда, несмотря даже на то, что труд там был отчасти механизирован.

Поточная линия корабельных блоков сыграла важную роль в создании многих металлорежущих станков. Это отметил в своей "Автобиографии" еще Несмит. Он писал, что ряд принципов действия, конструкций и узлов машин линии Модсли перенес в конструкции металлорежущих станков, построенных как для собственных потребностей его завода, так и для многих машиностроительных фирм в Англии и за ее пределами.

Перечень машин, входивших в состав поточной линии изготовления корабельных блоков в Портсмутских доках, представлен в таблице.

Всего в линию входило 45 машин. Из них различных по конструкции - было 22. Ряд их был представлен несколькими экземплярами, установленными на различных участках линии. Всю линию можно разделить на три участка: изготовление корпуса блока; шкива; оси и сборки конструкции. Детали подшипника шкива изготовлялись вне линии и поставлялись на участок сборки в готовом виде.

Большинство машин линии сохранилось и находится в музеях. Шесть машин в 1964 г. еще находились в эксплуатации, а три - даже в 1965 г. и, вероятно, работают и поныне в Портсмутских доках, где они были сданы в эксплуатацию в 1808 г. Такая долговечность машин, вообще характерная для продукции Модсли (вспомним об оборудовании его завода в Ламбете, демонтированном в 1900 г.), указывает на замечательную целесообразность нх конструкции и исключительно высокое качество исполнения.

В настоящее время в связи с повышением интереса к парусному флоту будут построены новые поточные линии изготовления корабельных блоков, которые используют опыт своей знаменитой предшественницы.

В литературе шел длительный спор относительно степени участия Бентама, Брюнеля и Модсли в создании линии. Обнаружение Джильбертом в Английском национальном морском музее альбома чертежей и описаний машин линии, исполненных самим Брюнелем [5, с. 35- 40], положило конец этой дискуссии. Бентам был лишь консультантом проекта, разработанного Брюнелем. Модсли построил действующие машины по схемам Брюнеля. Он был в Англии тех лет единственным человеком, способным воплотить схематически начерченные машины в действующие.

Поточная линия строилась в расчете на привод от паровой машины и с самого начала использовала этот прогрессивный источник энергии.

Теперь обратимся к описанию наиболее интересного оборудования линии и технологических процессов производства блоков.

На рис. 15 представлены основные этапы изготовления корпуса блока. На рис. 16 - то же для шкива. На этом рисунке показаны также детали металлического подшипника. Последние изготовлялись вне линии производства блоков и поступали на сборку в готовом виде.
 

Опишем процесс изготовления корпуса блока. Кряж вяза подавался на маятниковую пилу (рис. 17) и разрезался на заготовки. Если диаметр кряжа был велик, то его разделывали на заготовки на большой пиле с возвратно-поступательным движением пильного полотна. Сама пила не сохранилась, так как с появлением ленточных пил она вышла из употребления. Этот станок известен со второй половины XVIII в. Он работал и в мастерских Тейлора, изготовлявших корабельные блоки.
 

Рис. 17. Резание маятниковой пилой  конструкции Модсли.  Машина хранится в Кенсингтонском музее  науки и техники. Лондон.  По К. Р. Джильберту

Рис. 18. Специальная многошпиндельная сверлильная машина конструкции Модсли. 1808 г.  Хранится в Кенсингтонском музее истории науки и техники. Лондон.  По К. Р. Джильберту

Полученная заготовка сверлилась на специальной сложной многошпиндельной машине (рис. 18). Заготовка 4 устанавливалась в зажимное приспособление 3, имевшее подвижный поддон для улучшения расположения заготовки. При этом точность установки предварительно фиксировалась винтом 1, после чего заготовка зажималась винтом 2. На направляющих 12 располагалась каретка 11. В передней 5 и задней 8 бабках, установленных на каретке 11, вращался шпиндель 7, в котором закреплялось сверло (на рисунке отсутствует). Шпиндель имел приводной шкив 6. Подача сверла осуществлялась вручную, нажатием на рукоятку 13 рычага, имевшего проушину 10, сквозь которую проходил палец 9, жестко закрепленный на каретке 11. Для того чтобы при подаче сверла не было перекоса заготовки 4, поддон приспособления 3 постоянно оттягивался грузом 14, подвешенным на тросике, перекинутом через блоки. Отверстия в заготовке, перпендикулярные к тем, получение которых описано выше, проходились с помощью аналогичного устройства, размещенного на той же станине.

Отверстие в корпусе блока, предназначенное для размещения шкива, получали на долбежном станке (рис. 19).
 

Рис. 19. Долбежный станок. Конструктор М. И. Брюнель. 1808 г.  Хранится в Кенсингтонском музее истории науки и техники. Лондон. По К. Р. Джильберту

Он имел большой приводной шкив-маховик 1, вращавший  главный вал, на котором размещался эксцентрик. С его помощью вращательное движение вала превращалось в  возвратно-поступательное движение ползуна 2, в котором , закреплялись два резца 3. Ползун перемещался по направляющим 4. Станок имел устройство, автоматически обеспечивавшее заданную величину подачи заготовки на каждый ход ползуна. Заготовка устанавливалась в установочно-зажимном приспособлении 5 на столе 6 и закреплялась вручную винтом 7. Стол 6 перемещался по направляющим 8. Подача стола 6 осуществлялась сложным храповым механизмом.

Далее следовала операция грубого предварительного округления заготовки, которая производилась на специальном круглопильном станке, имевшем устройство для установки заготовки под углом.
 

Рис. 20. Специальный станок для чистовой обработки  проема под ролик в корпусе блока. 1808 г.  Конструктор М. И. Брюнель.  Хранится в Кенсингтонском музее истории науки и техники. Лондон.  По К. Р. Джильберту

Чистовая обработка отверстия, предназначенного для размещения шкива, осуществлялась на специальном станке (рис. 20), на котором одновременно обрабатывалась партия из десяти заготовок 4. Последние надевались на , стальные оси 8 и закреплялись на них гайками 7 с шайбами. Оси 8 размещались на мощном колесе 5, сидевшем  жестко на валу 6. При повороте вала 6 колесо 5, являвшееся кондуктором, также вращалось. Закрепленные в нем заготовки 4 с большой скоростью проходили мимо суппорта 2 с закрепленным в нем резцом, который снимал стружку. Десять заготовок и кондуктор, имевшие значительную массу, при достаточной скорости создавали маховой момент, обеспечивавший резание без резких толчков и вибраций. Мощная литая чугунная станина также содействовала плавности процесса резания, так что обеспечивалась требовавшаяся чистота обрабатываемых поверхностей.

Суппорт не был связан с приводом станка и приводился в действие от руки. Резец был установлен на каретке 1, двигавшейся по направляющим. Глубина резания регулировалась нажатием на рукоятку рычага 3. Последний имел проушину, внутри которой находился штырь, жестко установленный на каретке 1. Подача резца осуществлялась также вручную устройством, аналогичным описанному выше.

На станке было установлено ограждение для защиты людей от удара кондуктором или заготовкой и отводчик потока стружки, который предотвращал ее разбрасывание по помещению. Эти устройства органически вписываются в конструкцию станка и указаны на чертежах Брюнеля. Поэтому они не являются позднейшими доделками. Здесь они появились впервые в истории машиностроения и были первыми устройствами, предназначенными для обеспечения безопасности людей.

Следующей операцией но изготовлению корпуса блока была выемка желобка под канат, которая производилась на специально для этого созданном фрезерном станке (рис. 21). Он мог обрабатывать две заготовки одновременно.
 

Рис. 21. Специальный фрезерный станок для выемки желобка под канат. Конструктор М. И. Брюнель. 1808 г.  Хранится в Национальном морском музее (Англия).  По К. Р. Джильберту

Заготовка 4 устанавливалась на столе 2, упиралась в штыри 3 и зажималась винтом. Желобок на корпусе блока имел вид пологой кривой. Поэтому, чтобы вынуть желобок на заготовке 4, было необходимо придать режущему инструменту - фрезе - сложный путь. Для этого на столе 2 был укреплен копир 11, имевший необходимый для этого профиль. Фрезы 7 были жестко закреплены на валике, так же как и шкив 8, приводивший их в движение.

Валик с сидящими на нем фрезами 7 являлся частью рамки 5. Последняя могла вращаться в подшипниках 6, укрепленных на станине станка.

Резание осуществлялось следующим образом. Приводились во вращение фрезы 7. С помощью рычага 12 стол 2 с закрепленными на нем заготовками поворачивался на шарнирах 1 до того момента, когда копир 11 касался копировального пальца 10, закрепленного на рамке 5. В этот момент фрезы приходили в соприкосновение с заготовкой, и начинался процесс резания. Глубина его регулировалась вручную нажатием на рычаг 9, скрепленный с рамкой 5. Последняя, связанная с копировальным пальцем 10, следуя за копиром 11, поворачивалась в подшипниках 6.

Когда заканчивалось прорезание желобка на заготовке с одной стороны, ее переворачивали и повторяли процесс, так что желобок оказывался прорезанным с обеих сторон корпуса блока.

В описываемой машине Брюнель использовал схему старинного фрезерного станка для нарезания зубьев колес, который был построен Нартовым в 1724 г. [7, с. 207-210].

Теперь обратимся к изготовлению шкива блока. Кряж бокаута разрезали на несколько частей на круглопильном станке или при помощи поперечной пилы, подобно тому как разделывали кряж вяза при изготовлении корпуса корабельного блока. Затем эта промежуточная заготовка поступала на круглоппльный станок, который распиливал ее на заготовки шкивов. Станок был сконструирован так, что пильный диск располагался в горизонтальной плоскости.

Блоком, сконструированным Брюнелем, часть кряжа бокаута, подлежащего разделке на заготовки, поднимали и устанавливали в установочно-зажимном приспособлении, расположенном на столе. Вращая рукоятки, опускали каретку, несущую горизонтальный пильный диск 11 приводящий его в движение шкив, до уровня необходимого разреза. Затем рабочий левой рукой включал механизм вращения пильного диска, а правой подводил пильный диск к кряжу. Станок обеспечивал чистоту и строгую параллельность пропила.

Следующими операциями по изготовлению шкива были округление заготовки и сверление отверстия для оси, выполнявшиеся на специальном горизонтально-фрезерном станке (рис. 22).

Обе операции производили одновременно. Заготовку зажимали между чашкой, надевавшейся на оконечность 5 винта 7 задней бабки 6, и трубой, имевшей на торце
 
 

2. Ленин В. И. Полн. собр. соч. Т. 3.

3. Бриткин А. С., Бидонов С. С. Выдающийся машиностроитель XVIII века А. К. Нартов. М.: Машгиз, 1950. 184 с.

4. Гамель И. Описание Тульского оружейного завода в историческом и техническом отношении. С планами и изображениями оружия и машин на 42-х листах. М., 1826. 372 с.

5. Загорский Ф. Н. Труды ла-Кондамина по теории токарно-копировальных станков. - Труды ИИЕТ АН СССР, 1961. т. 38 с. 34-58.

6. Загорский Ф. Н. А. К. Нартов - выдающийся машиностроитель XVIII в. - Труды ИИЕТ АН СССР, 1956, т. 13, с. 3-34.

7. Загорский Ф. Н. Очерки по истории металлорежущих станков до середины XIX века. М.; Л.: Изд-во АН СССР, 1960. 282 с.

8. Загорский Ф. Н. Токарно-винторезный станок с механизированным суппортом и набором сменных зубчатых колес 1749 г. - Вопросы истории естествознания и техники, 1962, вып. 13 с. 119-124.

9. Загорский Ф. Н. Л. Ф. Сабакин - механик XVIII века. М. -Л.: Изд-во АН СССР, 1963. 88 с.

10. Загорский Ф. Н. Андрей Константинович Нартов 1693-1756 Л.: Наука, 1969. 166 с.

11. Зыбин С. А. История Тульского, императора Петра Великого оружейного завода. М., 1912. Т. 1. 357 с.

12. Мельников П. П. Отчет о путешествии. Англия, Шотландия и Ирландия: Рукопись. Фонд научной библиотеки Ленингр. ин-та инженеров ж. - д. транспорта, № 8392, 1846, с. 111-112.

13. Озерский. О новейших механических заведениях в Лондоне - Горн. журн., 1845, ч. II, с. 347.

14. Пионеры машинной индустрии. Под ред. акад. В. Ф. Миткевича. М.; Л.: Изд-во АН СССР, 1937. 249 с.

15. Смайлс С. Биографии промышленных деятелей. СПб.: изд. С. В. Звонарева, 1872. 311 с.

16. Тет. Отчет состоящего при Уральском горном правлении механика Тета по поездке в Англию. - Горн. журн. 1845 ч. II, кн. VI, с. 347-348.

17. Хатунцев. Краткое изъяснение действия зуборезной машины, находящейся на императорской Александровской мануфактуре. - Горн. журн., 1838, ч. Ill, кн. IX, с. 468-469.

18. Хатунцев. Краткие замечания о приготовлении зуборезных резцов и изъяснение действия употребляемого при этом производстве станка. - Горн. журн., 1838, ч. Ill, кн. IX, с. 480-487.

19. Загорский Ф. Н. Из истории технической эстетики в России. - Техн. эстетика, 1968, № 3, с. 27-29.

20. Загорский Ф. Н. Синтез техники и эстетики в творчестве А. К. Нартова. - Техн. эстетика, 1968, № 5, с. 24-28.

21. Загорский Ф. Н. Эволюция внешнего вида станка - Техн эстетика, 1968, № 10, с. 29-32.

22. Загорский Ф. Н. Модсли, Мердок, Нартов А. К., Несмит, Ныокомен, Робертс, Сабакин Л. Ф., Севери, Черепановы Е. А. и М. Е., Чохов Андрей. - БСЭ. 3-е изд.

23. Zagorskii F. N., Sabakin L. F. A Russian mechanic of the 18th century. Transi. from Russian. Publ. Smithsonian Inst. and Nat. Sc. Foundation. Wash., 1966.

24. Abell S. G., Leggat J. and Ogden W. G. A bibliography of the art of turning and lathe and machine tool history. Baling. Gr. Brit., 1956.

25. A Moudslay lathe built 120 years ago. - Model Engineer (London), 1923, vol. 49, p. 675-680.

26. Alien Th. The parish of Lambeth. L., 1826.

27. Battison Е. A. Screw-tread cutting by master-screw metod since 1480. U.S. Nat. Museum. Bull. 240/1964. Pap. 37, p. 105-120.

28. Battison Е. A. David Wilkinson's lathe: key to industrialisation of the United States. XIV International Congress of the history of science. Tokyo and Kyoto, Japan, 19-27 august, 1974. Proceedings N 3, section VII, history of technology and engineering, p. 119-122.

29. Battison Е. A. Muskets to mass production. The men and the times that shaped american manufacturing. Windsor (Vermont, USA), 1976.

30. Beamish. Memoirs of Sir Marc Isambard Brunel. L., 1862.

31. Benson W. A. S. The early machine tools of Henry Moudslay. - Engineering, 1901, vol. 71, p. 65-66, 80, 134-6.

32. Besson. Theatrum instrumentorum. Lugdini, 1578.

33. Boulton and old tools at the Soho works. Engineer, 1909, p. 259- 261.462.

34. Buchanan R. Practical essays on mill works and other machinery. London, 1841.

35. Buxbaum В. Die Entwicklungs-grundzuge der industriellen span-abhebenden Metallbearbeitungs - Technik in 18. und 19. Jahrhundert. Berlin, 1920.

36. Byrne О. Handbook for artisans, mechanics and engineers. Philadelphia, 1853.

37. Clegg S. Architecture of machinery. L., 1842.

38. Clement J. Mr. Joseph Clement's prize turning lathe. - Trans. Soc. Arts, 1828, vol. XLVI, p. 67-105, pl. X, XI, XV.

39. Conservatoire national des arts et metiers: Catalogue du Musee. Mecanique. P., 1956. Sect. B.

40. Dickinson H. W. Joseph Bramah and his invention. - Trans. Newcomen Soc., 1941-42, vol. XXII.

41. Dixie F. A. Some interesting antique machine tools. - Amer Mach., 1908, Febr. 27, p. 317-20.

42. Dixie Е. A. Some more antique machine tools. - Amer. Mach., 1908, vol. 31, p. II, 558-559.

43. Drehbank von James Fox. - Verb. Ver. Beforder. Gewerbfieisses Preussen. B., 1832, Taf. 20-26.

44. Durfee W. F. Some historical notes relative to the invention and development of the slide rest. - Amer. Mach., 1895, Oct. 31, vol. 18, 1895, p. 861-2.

45. Durfee W. F. Notes on the invention and development of the slide rest- Amer. Mach., 1896, Jan. 23, p. 101-103.

46. Early days of machine tools. - Brit. Machine Tool. Eng., 1948, vol. XXX, N 154, p. 145-151, 176.

47. Encyclopedie, ou Dictionnaire raisonne... par Diderot et D'Alembert. Paris, 1765, Т. XVI, p. 456-460, Plates, t. X.

48. Errard de Bar-le-Duc J. Le premier livre des instruments mathematiques mechaniques. Nancy: Jan Jansen, 1584.

49. Fairbairn W. Mills and millwork. L., 1863.

50. Farey J. A treatise on the steam engine. L., 1827.

51. Gilbert К. R. The Portsmouth block-making machinery. L., 1965.

52. Gilbert K. R. The machine tool collection: Science Museum. Catalog of exhibits with historical introduction. L., 1966.

53. Gilbert K. R. Henry Maudslay: Machine builder. L., 1971.

54. Grothe H. Die Entwicklung des Maschinenwesens und grossen Ingenieure. B., 1857.

55. Hallendorff H. Slagsten och automat: Bilder fran verktygsmaskinens utveckling. Stockholm, 1967.

56. Hartmann C. Encyclopadisches Handbuch des Maschinen- und Fabrikwesens. Leipzig; Darmstadt, 1838-39.

57. Henry Maudslay bicentenary exhibition: Science Museum. L.. 1971.

58. History of the lathe. - Engineer, London, 1895, Oct. 18, p. 391.

59. Holtzapffel Ch. Turning and mechanical manipulation. L., 1856,  vol. 2.

60. Horner F. Chapters in the early history of machine tools. - Machinery, 1909, Sept., p. 1-5.

61. Horner F. Notes of lathe developments. - Eng. mech. and World Sci., 1924, vol. 119, p. 196, 197, 215, 216, 231.

62. Invention of David Wilkinson's screw-cutting lathe. - J. Franklin Inst., 1938, vol. 225, p. 499-511.

63. Jenkins R. Letter to the editor on the invention of the slide 96 rest. - Amer. Mach., 1896, vol. XIX, Oct. 29, p. 1032.

64. Johnson W. A. Christopher Polhem - the father of Swedish tech- 97 nology. Hartford (Connecticut), 1963.

65. Lee Sidney. Dictionary of national biography. L., 1894,  vol. XXXVII, Maudslay.

66. Lincoln F. T. The Invention of the slide rest. - Amer. Mach., 1932, vol. 76, p. 168-171.

67. Matschoss С. Grosse Ingeniere. 4. Aufl. Mirnchen, 1954.

68. Nasmyth J. Remarks on the introduction of the slide principle in tools and machines amployed in the production of machinery. - In: Robertson Buchanan. Practical essays on mill work and other machinery. L., 1841.

69. Nasmyth James: An autobiography. L., 1883.

70. Parkhurst E. A. Origin of the turret. - Amer. Mach., 1900, p. 489.

71. Petree F. E. The Lambeth works of Maudslay Sons and Field. - Engineer, 1934, vol. 157, p. 585-6.

72. Petree J. Foster. Maudslay, Sons. and Field as general engineers. - Trans. Newcomen Soc., 1936, vol. XV.

73. Petree J. Foster. Henry Maudslay and Maudslay Scholarship. - J. and Rec. Trans. Junior Inst. Eng., 1950, vol. 60, p. 7.

74. Petree J. Foster. Henry Maudslay, 1771-1831; and Maudslay, Sons and Field. Publ. Maudslay Soc., Castl Maudslay, 1956.

75. Petree J. Foster. Henry Maudslay - pioneer of precision. - Eng. Heritage, L., 1964, vol. 1.

76. Plumier Ch. L'Art de tourneur en perfection. Lion, 1701.

77. Prechtl. Technologische Encyclopadie. B., 1838.

78. Ramsden J. Description of our engine for dividing mathematical instruments. L., 1777.

79. Ramsden J. Description of an engine for dividing straight lines. L., 1779.

80. Rees A. Cyclopaedia. L., 1819, vol. XX, XXX, XXXVI, vol. of plates II, HI, IV.

81. Rennie G. Atlas to the new Ed. of Buchanan's work. L., 1842.

82. Reuth. Beschreibung einer englischen Drehbank. - Polytechn. J., 1827, Bd. 24.

83. Roe J. W. English and american tool builders. New Haven, 1916.

84. Rolt L. T. C. Tools for the job. L., 1965.

85. Smiles S. Industrial biography. Boston, 1864.

86. Some early continental machine tools. - Engineer, 1907, Jan. 4, p. 3-4.

87. Some early machine tools. - Engineer, 1904, May 6, p. 453-4; May 20, p. 505-6; June 3, p. 553-5; June 17, p. 605-6.

88. Some machine tools of the past century. - Machinery, 1935, Aug., p. 733-737.

89. Steeds W. A history of machine tools. 1700-1910. Oxford, 1968.

90. The Maudslay society: Annual reports. Castl Maudslay, 1961.

91. Thiout. Traite d'horlogerie, mechanique et pratique. P., 1741, 1.1.

92. Tomlinson С. Cyclopeadia of useful arts. L., 1854.

93. Town H. C. The history of machine tools. - Edgar Alien News, Scheffield, 1945, Dec., vol. 24, p. 541-543, 1946, Jan., p. 556-558; 1946, Febr., p. 574-576.

94. Two historical lathes. - Engineer, 1910, p. 431.

95. Wedding J. W. Die mechanische Werkstatt des Herrn H. Maudslay, in London. - Verhandl. Vereins zur Beforder. Gewerbfieisses Preussen, 1833, S. 248-249, Taf. XX, XXI.

96. Willis R. Lectures on the results of the Great Exhibition of 1851. L., 1852.

97. Wittmann К. Die Entwicklung der Drehbank. B., 1942.

98. Woodbury R. S. History of the lathe to 1850. Boston, 1961.

99. Woodbury R. S. The origins of the lathe. - Sci. Amer., 1963, p. 132-140.

100. Sellers G. E. Early engineering reminiscences (1810-40). Ed. Ferguson E. S. Smithsonian Inst. Wash., 1965.