Изобретатель первого в мире токарно-винторезного станка с механизированным суппортом и набором сменных зубчатых колес родился в Москве 28 марта 1693 года. Нартовы - фамилия не дворянская: она происходит от слова «нарты» - до сих пор на Севере так называют сани, а в XVII веке, когда эта фамилия впервые упоминается в столбцах Разрядного приказа, слово означало «лыжи». Нартов происходил из «козацких детей», то есть не имел дворянства. Начало биографии Андрея Константиновича Нартова не слишком примечательно - зато уже в молодые годы его заметил сам царь.
Юность Андрея прошла в Московской школе математических и навигацких наук - той самой, где учились три киношных гардемарина. Школа была основана в 1701 году по указу Петра Великого и располагалась в Сухаревой башне. Любопытно, что дворянских детей в школу принимали в основном «с принуждением»: почище, чем сейчас ловят уклоняющихся от военной службы, - юношей приводил из родного дома военный патруль. А вот дети простых людей, к коим принадлежал и Нартов, шли добровольно: школа была для них хорошим шансом сделать карьеру, проявив себя на военной службе или в нарождающейся промышленности. Нартов освоил в стенах школы ремесло токаря - весьма почитаемое самим царем, увлекавшимся этим ремеслом с детства. В Сухаревой башне была собственная токарная мастерская, делавшая токарные станки, в том числе для царя: Петр неоднократно посещал ее и даже сам в ней работал. Здесь царь приметил Андрея и оценил его таланты, а в 1712 году вызвал в столицу, определив в собственную дворцовую токарню. В помещении, расположенном рядом с царскими покоями, Нартов и жил, и учился - продолжал совершенствовать токарное дело под началом лучшего в России мастера Курносова и обучался механике у немца Зингера. В это время Нартов разработал и построил ряд механизированных станков для получения копированием барельефов и произведений прикладного искусства. Забегая вперед, скажем, что с Нартовым царь не расставался до самой своей кончины в 1725 году.
Именно здесь Нартов придумал новый токарно-копировальный станок, аналог которого в Европе изобретут лишь через 80 лет.
Токарно-копировальный станок, сконструированный А. К. Нартовым, 1718 - 1729 гг. Государственный Эрмитаж.
В токарных станках того времени резец зажимался в специальном держателе, который передвигали рукой, прижимая к обрабатываемому изделию. Качество изделия полностью зависело от точности руки мастера, и проблема была особенно острой, если вспомнить, что в начале XVIII века токарные станки все чаще применялись для обработки металлических, а не деревянных изделий. Нарезать резьбу на болты, нанести сложные узоры на обрабатываемый предмет, изготовить зубчатые колеса с мелкими зубчиками мог только очень искусный мастер. В своем станке Нартов не только закрепил резец, но и применил следующую 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. Станок позволял вытачивать сложнейшие рисунки почти на любых поверхностях. Любопытно, что, несмотря на все дальнейшие усовершенствования придуманного Нартовым механизированного суппорта, принцип его действия остался таким же и в наше время.
Учитель и его ученики
По окончании обучения у петербургских мастеров царь послал Нартова за границу - дабы «приобресть вящие успехи в механике и математике». Другой целью Нартова было то, что сейчас назвали бы промышленным шпионажем (но в те времена изобретения не патентовались и не скрывались державами друг от друга, так что ничего предосудительного в подобной деятельности не было): мастеру было предписано собирать сведения об изобретениях и новых машинах и «для присмотрения токарных и других механических дел» - то есть анализировать успехи европейских мастеров и пытаться воспроизвести их в России). Любопытно, что Нартов не только учился, но и учил - из России он отправился прямо в Берлин, где обучал токарному искусству прусского короля Фридриха-Вильгельма I. Нартов привез из Петербурга свой токарный станок, после осмотра которого прусский король признал: «В Берлине такой махины нет».
Из Пруссии Нартов отправился в Голландию, а затем в Англию. Отсюда он написал Петру I: «При сем Вашему Царскому Величеству доношу, что я здесь таких токарных мастеров, которые превзошли российских мастеров, не нашел и чертежи махинам, которые Ваше Царское Величество приказал здесь сделать, я мастерам казал, и оные сделать по ним не могут... Также и инструмент к тому подлежащий сделал и тот инструмент и пробу работе моей я не премину в кабинет Вашего Царского Величества прислать на кораблях». Из Лондона Андрей Константинович отправился в Париж, где обучался у самых известных ученых того времени: так, при Академии наук он занимался под началом французского математика и механика Пьера Вариньона. Однако и ему было чему поучить академиков: токарному ремеслу Нартов обучал самого президента академии Жан-Поля Биньона - причем на токарном станке своего изготовления. Биньон писал об изделиях, сработанных Нартовым на этом станке: «Невозможно ничего видеть дивнейшего!» И это при том, что уж французские-то мастера знали толк в изящном. Разумеется, помогало Нартову далеко не только мастерство - созданное им устройство не имело равных в Европе: лишь в 1797 году англичанин Генри Модслей заново придумал подобный станок, к тому же не настолько совершенный и притом просто токарный, а не копировальный. Кстати, тот станок, на котором Нартов обучал Биньона, до сих пор хранится в парижском Национальном хранилище искусств и ремесел.
По возвращении на родину Нартов предложил Петру открыть собственную академию - но не наук, а художеств. Под этим словом в те времена понималось не только изобразительное искусство, но и все прикладные знания: скульптура, механика, архитектура, строительное дело, ваяние, различные ремесла. Петр проект оценил и сам дополнил список специальностей, по которым академия должна была вести подготовку. Однако проекту, увы, не суждено было воплотиться в жизнь: после смерти императора Нартов попал в опалу. Всесильный временщик Александр Меншиков не простил Нартову личной ссоры, которая произошла еще при жизни Петра: однажды «светлейший князь» в сильном подпитии пытался прорваться в токарную мастерскую, а Нартов силой удержал его, заявив, что в комнату, которая часто служила Петру рабочим кабинетом, без разрешения государя входить нельзя. «Добро, Нартов, помни это», - пообещал тогда Меншиков и угрозу свою исполнил: Нартов был навсегда выслан из дворца.
Книги, деньги, 44 ствола
Однако таланты Нартова государству были по-прежнему нужны, и императрица направила его на московский Монетный двор - разобраться с причинами, по которым тамошние мастера чеканили монету весьма низкого качества. Нартов обнаружил, что оборудования, необходимого для производства, там почти нет. Ему пришлось решать массу задач, применяя свои изобретательские способности: например, он разработал новые весы, изобрел и построил новые гуртильные станки, делавшие насечки на ребре монет. Всего через год он рапортовал в столицу: «Запустелые дворы в состояние приведены». Работая на монетных дворах, Нартов столкнулся с отсутствием каких-либо точных единиц измерения. Это подвигло его составить чертежи правильных «весов и гирь», а в 1733 году он выдвинул идею создания единого эталона веса.
О своем покровителе и друге царе Петре I Нартов написал ценные воспоминания - «Достопамятные повествования и речи Петра Великого». Кроме того, он хотел увековечить память государя в гравюрах на триумфальном столпе в честь императора: мастер планировал украсить столп гравюрами всех баталий, в которых царь одержал победу. К сожалению, работа не была окончена: в 1735 году Нартов был вызван из Москвы в столицу, где получил назначение начальником «Лаборатории механических дел» - академической мастерской, созданной на основе императорской токарни. Нартов радел о том, чтобы созданная Петром русская ремесленная школа не пришла в запустение: лично готовил мастеров и механиков, создавал для них новые токарные, металлообрабатывающие и другие машины. Среди них - станок для нарезания винтов, машина для вытягивания свинцовых листов, пожарно-заливная машина и т.п. Наиболее высокую оценку получил станок для сверления каналов орудийных стволов, за создание которого Сенат произвел механика в чин коллежского советника, удвоил жалованье и наградил деревней с крепостными.
Рельеф «Создание Петербурга. 1703». Модель пьедестала Триумфального столпа. Художники Бартоломео Карло Растрелли и Андрей Константинович Нартов. Начало XVIII века. Государственный музей Эрмитаж. Изображение: В.Громов / РИА Новости
Благодаря своим заслугам Нартов был также назначен советником Российской академии наук, однако долго на этом месте не пробыл: у него случился конфликт с другим советником - Иоганном Шумахером. Нартов подал на него жалобу, обвиняя в воровстве десятков тысяч рублей из денег, выделяемых этому научно-образовательному учреждению. Жалобу поддержали многие известные ученые - в частности, Михаил Ломоносов, ставя в вину Шумахеру и то, что он наводнил академию иностранцами: за 17 лет ее существования в ней не появилось ни одного русского академика. Следственная комиссия, назначенная Елизаветой Петровной, Шумахера арестовала, однако благодаря могучим покровителям он был оправдан и восстановлен в должности. А вот тех, кто на него жаловался, Шумахер из академии изгнал.
Однако Нартов продолжал приносить пользу отечеству - работая в артиллерийском ведомстве, он создавал новые станки, запалы, способы отливки пушек. Среди его изобретений - один из первых в мире подъемных винтов с градусной шкалой, позволивший артиллерийским орудиям наводить прицел. Подъемный винт был применен впервые в другом удивительном изобретении Андрея Константиновича - скорострельной батарее, состоящей из 44 трехфунтовых мортир, укрепленных на горизонтальном круге. Мортиры, стреляющие трехфунтовыми снарядами, были разделены на восемь секций по пять и шесть орудий в каждой и соединены общей пороховой полкой. Пока из одних велся огонь, другие заряжали. Кроме того, Нартов первым изобрел и оптический прицел, положивший начало истории военной оптики. За эти изобретения мастер был пожалован 5 тысячами рублей и несколькими деревнями в Новгородском уезде. Кроме того, он был произведен в генеральский чин статского советника. Уровень, на который мастер вывел русскую артиллерию, стал очевиден во время Семилетней войны, начавшейся в год его смерти. Нартов хотел обобщить свой опыт механика в колоссальном труде - «Театрум Махинарум, то есть Ясное зрелище махин», издав его крупным тиражом и сделав общедоступным для всех мастеров. В этом труде, в частности, содержалось тщательное описание созданных им 34 оригинальных станков - токарных, токарно-копировальных, токарно-винторезных.
Нартов скончался 16 апреля 1756 года, оставив после себя крупные долги, ведь разработку своих станков он оплачивал из собственного кармана. Его станок был забыт, а великий «Театрум Махинарум» 200 лет провалялся в придворной библиотеке без читателей. Механика русской жизни: противовесом талантам наших мастеров всегда служила бездарность отечественных чиновников и управленцев.
История относит изобретение токарного станка к 650 гг. до н. э. Станок представлял собой два соосно установленных центра, между которыми зажималась заготовка из дерева, кости или рога. Раб или подмастерье вращал заготовку (один или несколько оборотов в одну сторону, затем в другую). Мастер держал резец в руках и, прижимая его в нужном месте к заготовке, снимал стружку, придавая заготовке требуемую форму. Позднее для приведения заготовки в движение применяли лук со слабо натянутой (провисающей) тетивой. Тетиву оборачивали вокруг цилиндрической части заготовки так, чтобы она образовала петлю вокруг заготовки. При движении лука то в одну, то в другую сторону, аналогично движению пилы при распиливании бревна, заготовка делала несколько оборотов вокруг своей оси сначала в одну, а затем в другую сторону. В XIV - XV веках были распространены токарные станки с ножным приводом. Ножной привод состоял из очепа - упругой жерди, консольно закрепленной над станком. К концу жерди крепилась бечевка, которая была обернута на один оборот вокруг заготовки и нижним концом крепилась к педали. При нажатии на педаль бечевка натягивалась, заставляя заготовку сделать один - два оборота, а жердь - согнуться. При отпускании педали жердь выпрямлялась, тянула вверх бечевку и заготовка делала те же обороты в другую сторону. Примерно к 1430 г. вместо очепа стали применять механизм, включающий педаль, шатун и кривошип, получив, таким образом, привод, аналогичный распространенному в XX веке ножному приводу швейной машинки. С этого времени заготовка на токарном станке получила вместо колебательного движения вращение в одну сторону в течение всего процесса точения. В 1500 г. токарный станок уже имел стальные центры и люнет, который мог быть укреплен в любом месте между центрами.
На таких станках обрабатывали довольно сложные детали, представляющие собой тела вращения, - вплоть до шара. Но привод существовавших тогда станков был слишком маломощным для обработки металла, а усилия руки, держащей резец, недостаточными, чтобы снимать большую стружку с заготовки. В результате обработка металла оказывалась малоэффективной. необходимо было заменить руку рабочего специальным механизмом, а мускульную силу, приводящую станок в движение, более мощным двигателем. Появление водяного колеса привело к повышению производительности труда, оказав при этом мощное революционизирующее действие на развитие техники. А с середины XIV в. водяные приводы стали распространяться в металлообработке. В середине XVI Жак Бессон (умер в 1569 г.) - изобрел токарный станок для нарезки цилиндрических и конических винтов. В начале XVIII века Андрей Константинович Нартов (1693-1756), механик Петра Первого, изобретает оригинальный токарно-копировальный и винторезный станок с механизированным суппортом и набором сменных зубчатых колес. Чтобы по-настоящему понять мировое значение этих изобретений, вернемся к эволюции токарного станка. В XVII в. появились токарные станки, в которых обрабатываемое изделие приводилось в движение уже не мускульной силой токаря, а с помощью водяного колеса, но резец, как и раньше держал в руке токарь. В начале XVIII в. токарные станки все чаще использовали для резания металлов, а не дерева, и поэтому проблема жесткого крепления резца и перемещения его вдоль обрабатываемой поверхности стола весьма актуальной. И вот впервые проблема самоходного суппорта была успешно решена в копировальном станке А. К. Нартова в 1712 г.
К идее механизированного передвижения резца изобретатели шли долго. Впервые эта проблема особенно остро встала при решении таких технических задач, как нарезание резьбы, нанесение сложных узоров на предметы роскоши, изготовление зубчатых колес и т.д. Для получения резьбы на валу, например, сначала производили разметку, для чего на вал навивали бумажную ленту нужной ширины, по краям которой наносили контур будущей резьбы. После разметки резьбу опиливали напильником вручную. Не говоря уже о трудоемкости такого процесса, получить удовлетворительное качество резьбы таким способом весьма трудно. А Нартов не только решил задачу механизации этой операции, но в 1718-1729 гг. сам усовершенствовал схему. Копировальный палец и суппорт приводились в движение одним ходовым винтом, но с разным шагом нарезки под резцом и под копиром. Таким образом было обеспечено автоматическое перемещение суппорта вдоль оси обрабатываемой заготовки. Правда, поперечной подачи еще не было, вместо нее было введено качание системы "копир-заготовка". Поэтому работы над созданием суппорта продолжались. Свой суппорт создали, в частности, тульские механики Алексей Сурнин и Павел Захава. Более совершенную конструкцию суппорта, близкую к современной, создал английский станкостроитель Модсли, но А. К. Нартов остается первым, кто нашел путь к решению этой задачи. Вообще нарезка винтов долго оставалась сложной технической задачей, поскольку требовала высокой точности и мастерства. Механики давно задумывались над тем, как упростить эту операцию. Еще в 1701 году в труде Ш. Плюме описывался способ нарезки винтов с помощью примитивного суппорта. Для этого к заготовке припаивали отрезок винта в качестве хвостовика. Шаг напаиваемого винта должен был быть равен шагу того винта, который нужно было нарезать на заготовке. Затем заготовку устанавливали в простейших разъемных деревянных бабках; передняя бабка поддерживала тело заготовки, а в заднюю вставлялся припаянный винт. При вращении винта деревянное гнездо задней бабки сминалось по форме винта и служило гайкой, вследствие чего вся заготовка перемещалась в сторону передней бабки. Подача на оборот была такова, что позволяла неподвижному резцу резать винт с требуемым шагом. Подобного же рода приспособление было на токарно-винторезном станке 1785 года, который был непосредственным предшественником станка Модсли. Здесь нарезка резьбы, служившая образцом для изготавливаемого винта, наносилась непосредственно на шпиндель, удерживавший заготовку и приводивший ее во вращение. (Шпинделем называют вращающийся вал токарного станка с устройством для зажима обрабатываемой детали.) Это давало возможность делать нарезку на винтах машинным способом: рабочий приводил во вращение заготовку, которая за счет резьбы шпинделя, точно так же как и в приспособлении Плюме, начинала поступательно перемещаться относительно неподвижного резца, который рабочий держал на палке. Таким образом ни изделии получалась резьба, точно соответствующая резьбе шпинделя. Впрочем, точность и прямолинейность обработки зависели здесь исключительно от силы и твердости руки рабочего, направлявшего инструмент. В этом заключалось большое неудобство. Кроме того, резьба на шпинделе была всего 8-10 мм, что позволяло нарезать только очень короткие винты.
Вторая половина XVIII в. в станкостроении ознаменовалась резким увеличением сферы применения металлорежущих станков и поисками удовлетворительной схемы универсального токарного станка, который мог бы использоваться в различных целях. В 1751 г. Ж. Вокансон во Франции построил станок, который по своим техническим данным уже походил на универсальный. Он был выполнен из металла, имел мощную станину, два металлических центра, две направляющие V-образной формы, медный суппорт, обеспечивающий механизированное перемещение инструмента в продольном и поперечном направлениях. В то же время в этом станке отсутствовала система зажима заготовки в патроне, хотя это устройство существовало в других конструкциях станков. Здесь предусматривалось крепление заготовки только в центрах. Расстояние между центрами можно было менять в пределах 10 см. Поэтому обрабатывать на станке Вокансона можно было лишь детали примерно одинаковой длины. В 1778 г. англичанин Д. Рамедон разработал два типа станков для нарезания резьб. В одном станке вдоль вращаемой заготовки по параллельным направляющим передвигался алмазный режущий инструмент, скорость перемещения которого задавалась вращением эталонного винта. Сменные шестерни позволяли получать резьбы с разным шагом. Второй станок давал возможность изготавливать резьбу с различным шагом на детали большей длины, чем длина эталона. Резец продвигался вдоль заготовки с помощью струны, накручивавшейся на центральную шпонку. В 1795 г. французский механик Сено изготовил специализированный токарный станок для нарезки винтов. Конструктор предусмотрел сменные шестерни, большой ходовой винт, простой механизированный суппорт. Станок был лишен каких-либо украшений, которыми любили украшать свои изделия мастера прежде.
Накопленный опыт позволил к концу XVIII века создать универсальный токарный
станок, ставший основой машиностроения. Его автором стал Генри Модсли.
В 1794 г. он создал конструкцию суппорта, довольно несовершенную. В 1798
г., основав собственную мастерскую по производству станков, он значительно
улучшил суппорт, что позволило создать вариант универсального токарного
станка. В 1800 г. Модсли усовершенствовал этот станок, а затем создал и
третий вариант, содержавший все элементы, которые имеют токарно-винторезные
станки сегодня. При этом существенно то, что Модсли понял необходимость
унификации некоторых видов деталей и первым стал внедрять стандартизацию
резьб на винтах и гайках. Он начал выпускать наборы метчиков и плашек для
нарезки резьб. Токарный станок Робертса Одним из учеников и продолжателей
дела Модсли был Р. Робертс. Он улучшил токарный станок тем, что расположил
ходовой винт перед станиной, добавил зубчатый перебор, ручки управления
вынес на переднюю панель станка, что сделало более удобным управление станком.
Этот станок работал до 1909 г. Другой бывший сотрудник Модсли - Д. Клемент
создал лоботокарный станок для обработки деталей большого диаметра. Он
учел, что при постоянной скорости вращения детали и постоянной скорости
подачи по мере движения резца от периферии к центру скорость резания будет
падать, и создал систему увеличения скорости. В 1835 г. Д. Витворт изобрел
автоматическую подачу в поперечном направлении, которая была связана с
механизмом продольной подачи. Этим было завершено принципиальное совершенствование
токарного оборудования.
Следующий этап - автоматизация токарных станков. Здесь пальма первенства
принадлежала американцам. В США развитие техники обработки металлов началось
позднее, чем в Европе. Американские станки первой половины XIХ в. значительно
уступали станкам Модсли. Во второй половине XIХ в. качество американских
станков было уже достаточно высоким. Станки выпускались серийно, причем
вводилась полная взаимозаменяемость деталей и блоков, выпускаемых одной
фирмой. При поломке детали достаточно было выписать с завода аналогичную
и заменить сломанную деталь на целую без всякой подгонки. Во второй половине
XIХ в. были введены элементы, обеспечивающие полную механизацию обработки
- блок автоматической подачи по обеим координатам, совершенную систему
крепления резца и детали. Режимы резания и подач изменялись быстро и без
значительных усилий. В токарных станках имелись элементы автоматики - автоматический
останов станка при достижении определенного размера, система автоматического
регулирования скорости лобового точения и т.д. Однако основным достижением
американского станкостроения было не развитие традиционного токарного станка,
а создание его модификации - револьверного станка. В связи с необходимостью
изготовления нового стрелкового оружия (револьверов) С. Фитч в 1845 г.
разработал и построил револьверный станок с восемью режущими инструментами
в револьверной головке. Быстрота смены инструмента резко повысила производительность
станка при изготовлении серийной продукции. Это был серьезный шаг к созданию
станков-автоматов. В деревообработке первые станки-автоматы уже появились:
в 1842 г. такой автомат построил К. Випиль, а в 1846 г. Т. Слоан. Первый
универсальный токарный автомат изобрел в 1873 г. Хр. Спенсер.
Конец XVIII - начало XIX в. был переломным периодом в процессе совершенствования различных видов металлообрабатывающего оборудования. Распространение металла в качестве основного конструкционного материала потребовало существенной модернизации материалообрабатывающих станков. Привод существовавших тогда станков оказывался слишком маломощным для обработки металла, а усилия руки, держащей резец,- недостаточными, чтобы снимать большую стружку с заготовки. В результате этого обработка металла оказывалась малоэффективной. Необходимо было заменить руку рабочего специальным механизмом, а мускульную силу человека - более мощным двигателем.
Первое было решено созданием подвижного резцедержателя или суппорта. Говоря о суппорте, как об одном из принципиально важных изобретений, связанных с промышленной революцией конца XVIII в., К. Маркс отмечал, что «это механическое приспособление заменяет не какое-либо особенное орудие, а самую человеческую руку, которая создает определенную форму, направляя, подводя резец и т. д. к материалу труда, например к железу» (Маркс К., Энгельс Ф. Соч., т. 23, с. 396 ). Таким образом стало возможным придавать геометрические формы отдельным частям машин с такой степенью легкости, точности и быстроты, которую не смогла бы обеспечить и самая опытная рука искуснейшего рабочего.
Токарный (фузейный) станок 1741 г. по Тиу
Создание механического суппорта положило начало широкому применению станков. Для работы на немеханизированном токарном станке, несмотря на его простоту, необходимо было, помимо чисто профессионального умения, обладать недюжинной силой, чтобы удержать в руках резец при обработке металла. Любое неожиданное отклонение от требуемой формы в результате случайности, какого-то толчка и т. п. зачастую приводило к необходимости перетачивать деталь по всей длине.
К идее механизированного передвижения резца машиностроители шли долго. Впервые эта идея возникла при решении таких технических задач, как нанесение резьбы, сложных узоров на предметы роскоши, изготовление зубчатых колес и т. д. Для получения резьбы на валу, например, необходимо было сначала произвести разметку; этого обычно достигали, навивая на вал бумажную ленту нужной ширины, по краям которой на вал наносили контур будущей резьбы. После разметки вал опиливали по контуру вручную напильником. Это длительный, сложный и трудоемкий процесс; кроме того, получаемое качество далеко не всегда бывало удовлетворительным, так как абсолютное соответствие размеров и форм зубьев резьбы труднодостижимо.
В середине XVIII в. идея механизированного передвижения резца была воплощена в различных конструкциях станков часовых мастеров. Однако все эти станки имели тот недостаток, что они были специализированными и их использование в ведущих отраслях формировавшейся тогда промышленности было затруднительно. Эта техническая проблема могла быть решена созданием универсального станка с суппортом.
В книге А. Тиу (1741 г.) приведено несколько схем токарных станков часовых мастеров. Наиболее сложными для обработки деталями в часовых механизмах были фузеи (навойки). Фузеи имели сложную улиткообразную форму, определяемую опытным путем. Они предназначались для компенсации неравномерности натяжения пружины. Получить вручную эту деталь было сложно, поэтому и были созданы специальные станки. Приведенные в книге станки имеют резцедержатели. Первый станок, помимо шагового винта, снабжен еще и сменными шестернями. Поперечная подача обеспечивается рычажным перемещением резца. Качество изготовления фузеи зависело от опытности рабочего.
Токарный станок французских часовых мастеров 1741 г. по Тиу
Кроме того, дано описание винторезного станка, снабженного механическим суппортом, приводимым в движение с помощью ходового винта, находящегося на одной оси со шпинделем. Станок был из металла. Система рычагов заменяла схему привода со сменными шестернями (смена шага резьбы производилась изменением плеч рычагов).
В 1763 г. в Париже была напечатана книга Ф. Берту , тоже посвященная часовому производству. В ней приведены две схемы станков часовых мастеров. Оба станка выполнены на весьма высоком техническом уровне, изготовлены из металла, их отличает высокая точность и простота управления.
При работе на фузейном станке, описанном Ф. Берту, квалификация рабочего не имеет большого значения, так как в его функцию входит только привести станок в движение и прижать резец к копиру (одна фузея нарезается в несколько заходов из необработанной болванки). Форма фузеи соответствует форме сменного копира, шаг нарезки определяется углом наклона подающего бруса. Передвижение суппорта с резцедержателем в продольном направлении механическое. Эти станки интересны тем, что они предназначались в основном для обработки металлов и отличались значительной точностью. Кроме того, на них уже обрабатывали серийные детали.
В 1771 г. в иллюстрациях к «Энциклопедии» Дидро и Д"Аламбера приведена вполне работоспособная конструкция резцовой каретки, использовавшаяся на орнаментальных станках. Правда, в этих станках не использовался принцип механического передвижения суппорта вдоль изделия, примененный на станках А. К. Нартова (см. главу X) и на станках французских часовых мастеров. В «Энциклопедии» приводится вид токарной мастерской, в которой использовались только токарные станки без крепления режущего инструмента. По-видимому, резцедержатели использовались на орнаментальных и точных станках, а большинство работ выполняли на ручных станках.^
Вторая половина XVIII в. ознаменовалась резким увеличением сферы применения металлорежущих станйов и поисками удовлетворительной схемы универсального токарного станка, который мог использоваться в различных целях и позволял решать целый комплекс технических задач. Подобно тому, как на базе более ранних пароатмосферных машин Дж. Уатт создал свой универсальный двигатель, универсальный токарный станок строился на опыте эксплуатации первых станков с механизированным передвижным суппортом.
В 1751 г. Ж. Вокансон во Франции построил очень интересный станок, который по своим техническим данным уже походил на универсальный. Он был выполнен из металла, имел мощную станину, два металлических центра, две направляющие F-образной формы, механизированное перемещение медного суппорта в продольном и поперечном направлениях. В то же время в этом станке отсутствовала система зажима заготовки в патроне, несмотря на то, что это устройство уже существовало в более ранних конструкциях станков французских часовых мастеров. Заготовка на станке Вокансона крепилась в центрах, доступ к которым был затруднен находящимися с обеих сторон стойками. Неясна система привода вращения и связь ее с системой перемещения резца. Станок сохранился до наших дней (экспонируется в Лувре), но неизвестно, для выпуска каких деталей он предназначался. Можно предположить, что это был специализированный станок, на котором обрабатывались детали одного определенного типа, так как система крепления не предусматривала возможности зажима заготовок разного размера (расстояние между центрами, в которых крепилась заготовка,- около 1 м, а задний центр мог быть передвинут лишь примерно на 0,1 м).
Токарный (фузейный) станок 1763 г. по Берту (Франция)
Заслуживает внимания также и станок другого французского механика - Сено, изготовленный в 1795 г. Конструктор предусмотрел сменные шестерни, большого размера винт (длиной более 1 м и диаметром более 50 мм), простой механизированный суппорт. Станок специализированный - для нарезки и доводки винтов. Все части станков Сено и Вокансона имели высокое качество обработки, на них не было украшений, как это было принято делать раньше.
В 1778 г. англичанин Д. Рамсден предложил два типа станков для нарезания резьб. В первом станке вдоль вращаемой детали по параллельным направляющим передвигался алмазный режущий инструмент, перемещение которого задавалось вращением эталонного винта. Станок позволял при одном эталоне получать гамму резьб за счет смены шестерен. Второй станок давал возможность изготовлять резьбу с различным шагом на детали большей длины, чем длина самого эталона. Резец продвигался вдоль заготовки с помощью струны, накручивавшейся на центральную шпонку. Эти станки уже включали элементы универсального токарного станка, но все же они не могли использоваться как универсальные.
Расточный станок Д. Смитона 1769 г. (Англия)
На процесс создания таких станков влияли опыт изготовления и эксплуатация других видов металлообрабатывающего оборудования. К ним относятся сверлильные и расточные станки. До середины XVIII в. использовались довольно простые типы этих станков, которые применялись главным образом в оружейных мастерских.
Традиционные методы рассверловки заготовок удовлетворяли промышленность до тех пор, пока отверстия были относительно малы (до 180 мм), но для больших диаметров потребовались другие станки. Необходимость таких работ была связана прежде всего с созданием паровых машин. Уже первые машины Ньюкомена имели диаметр цилиндра порядка 500 мм при значительной длине (около 3 м). Более поздние модели паровых машин имели еще более значительные размеры. Несовершенство тогдашних расточных станков вынудило Дж. Уатта изготавливать цилиндр для своей первой паровой машины кованым. Для обработки деталей типа цилиндров паровых машин английский инженер Д. Смитон создал в 1769 г. станок, в котором борштанга была закреплена с двух сторон. Однако опорная тележка, поддерживающая борштан-гу, не обеспечивала достаточной точности (максимальная точность - 3/8 дюйма, т. е. 10 мм) и параллельность по всей длине, так как передвигалась внутри обрабатываемого цилиндра .
Суппорт орнаментального станка (из энциклопедии Дидро и Д"Аламбера) (1771 г.)
Полностью решить проблему расточки цилиндров практически любых размеров удалось только английскому механику Д. Вилкинсону в 1775 г., когда он построил на Бершемском заводе станок, в котором борштанга закреплялась с двух сторон в жестко закрепленных подшипниках скольжения и передвигалась вдоль цилиндра с помощью винтовой передачи. Станок Вилкинсона полностью удовлетворял Уатта, так как на нем растачивались детали диаметром более 1 м, причем зазор между цилиндром и поршнем «не превышал толщины шестипенсовой монеты» (примерно 1,5 мм). Это считалось тогда неплохим результатом.
Создатель токарно-винторезного станка с механизированным суппортом и набором сменных зубчатых колёс Андрей Константинович Нартов - один из замечательных русских механиков и изобретателей XVIII в., родился 28 марта (7 апреля) 1693 г.
Впервые фамилия Нартовых упоминается в столбцах Разрядного приказа, ведавшего воинскими Делами, строением и починкой крепостей, их сооружением и гарнизонами, военной службой представителей разных сословий от бояр и дворян до стрельцов и казаков. Это упоминание относится к 1651-1653 гг.
В столбцах записаны "дети казачьи" Трофим и Лазарь Нартовы. А в "Русской родословной книге" Андрей Константинович Нартов записан как "родоначальник" - без каких-либо сведений о его родителях. Значит, они были не дворянского происхождения. Фамилия Нартовых произошла от слова "рты", которое в старом русском языке обозначало - лыжи.
Андрей Нартов с 16 лет работал токарем в мастерской Московской школы математико-навигацких наук, помещавшейся в Сухаревой башне.
Эта школа была основана Петром I, последний часто навещал математико-навигацкую школу, в токарной мастерской которой для него изготовлялись станки, где он нередко и сам работал. Видимо, здесь царь заметил способного молодого токаря и приблизил его к себе.
В 1712 г. Петр I вызвал Андрея Нартова в Петербург, где определил его в собственную "токарню" и затем не расставался с ним до самой своей смерти.
"Личный токарь" Петра I - по нашим понятиям это, пожалуй, министр машиностроения - жил и безотлучно находился в "токарне", расположенной рядом с приемным кабинетом царя. Здесь он встречался не только с царем, но и со всеми государственными деятелями того времени. После смерти Петра I Нартов написал о нем воспоминания, ставшие ценным историческим и литературным документом.
Работая вместе с Петром I в его токарной мастерской, Андрей Нартов проявил себя замечательным мастером-изобретателем. Он переделывал по-своему имевшиеся станки и строил новые, невиданные раньше. Петр I часто брал своего механика в поездки на промышленные предприятия, на Литейный двор, где наблюдал литье пушек. Из этих поездок Нартов почерпнул многое и впоследствии применил это в своих изобретениях.
Токарно-копировальный станок А.К. Нартова 1712 г. в стиле русского барокко (слева). Большой токарно-копировальный станок А.К. Нартова 1718-1729 г.г. в стиле петровского барокко (справа).
Для ознакомления с зарубежной техникой Нартов был послан за границу. Главная цель этой поездки состояла в том, чтобы "приобрести вящие успехи в механике и математике". Ему было предписано тщательно собирать сведения об изобретениях и новых машинах. Так, Нартов должен был "в Лондоне домогаться получить сведения о нововымышленном лучшем парении и гнутии дуба, употребляющегося в корабельное строение, с чертежом потребных к сему печей". Нартову также было поручено собирать и привезти в Россию "лучших художников физических инструментов, механические и гидравлические модели".
Летом 1718 г. Андрей Нартов отправился из Петербурга в Берлин. Здесь он обучал токарному искусству прусского короля Фридриха Вильгельма I. Он привез из Петербурга токарный станок, после осмотра которого прусский король вынужден был признать, что "у нас в Берлине такой машины нет". Затем Нартов побывал в Голландии, в Англии и во Франции.
В 1719 г. он писал Петру I о своем пребывании в Англии: "Я многие вещи здесь нашел, которые в России ныне не находятся, и о том писал я князю Б. Н. Куракину, чтобы он вашему царскому величеству о том донес, и послал к нему некоторым махинам чертежи..."
Тщательно изучая технические новшества, известные в то время за границей, и критически отбирая из них те, которые представляли интерес, Нартов неоднократно убеждался в том, что русские техники не только не уступают иностранным, но во много и превосходят последних.
Об этом он писал Петру I из Лондона, сообщая о том, что он "здесь таких токарных мастеров, которые превзошли российских мастеров, не нашел, и чертежи машинам, которые ваше царское величество приказал здесь сделать, я мастерам казал, и оные сделать по ним не могут..."
В связи с этим Нартов испросил разрешения у Петра I переехать в Париж. Здесь он знакомился с производством, как и в Англии, посещал арсеналы, монетные дворы, мануфактуры, учился при Академии наук под руководством знаменитого французского математика Вариньона, астронома де Лафая и других.
Президент Парижской академии наук Биньон написал в связи с отъездом Нартова из Парижа письмо Петру I, в котором говорил о "великих успехах", достигнутых русским новатором "в механике, наипаче же во оной части, которая касается до токарного станка". Биньон писал об изделиях, изготовленных Нартовым на русском токарном станке, привезенном в Париж: "Невозможно ничего видеть дивнейшего!"
А между тем Франция тогда была страной, в которой токарное дело достигло высокого уровня. Французские знатоки токарного дела не верили своим глазам. Нартов работал на станке, которого до тех пор никто не мог видеть - на превосходном станке с механическим резцедержателем, самоходным суппортом-автоматом, превратившим резец из ручного в механическое орудие. Нартов создал этот станок еще в 1717 г.
В начале 1718 г. Нартов сделал "оригинальную инвенцию" - уникальный, единственный в то время станок с суппортом для вытачивания сложнейших рисунков ("роз") на выпуклых поверхностях.
До изобретения Нартова при работе на станке резец зажимали в специальную поддержку, которая передвигалась вручную, или еще проще - резец держали в руке. Так было во всей Европе. И качество изделия целиком зависело от руки, силы и умения мастера. Нартов изобрел механизированный суппорт, принцип действия которого не изменился и до сегодняшнего дня. (Суппорт - от позднелатинского supporto - поддерживаю).
"Педесталец" - так назвал свой механизированный резцедержатель Нартов - суппорт перемещался при помощи винтовой пары, т о есть винта, вкручивающегося в гайку. Теперь резец держала уверенная "железная рука".Петр I приказал перевести письмо Биньона и послать перевод Еропкину, Земцову, Хрущеву и другим русским, находившимся за границей для ознакомления с наукой и техникой. Предписание им всем прочитать это письмо сопровождалось петровским пожеланием: "Желаю, чтоб и вы с таким же успехом поступали".
Когда Нартов в 1720 г. вернулся из заграничной поездки, Петр I назначил его заведующим царскими токарными мастерскими. В этих мастерских Нартов за короткий срок создал целую группу новых оригинальных станков.
Достижения Андрея Нартова в токарном деле имели чрезвычайно важное значение в истории техники.
Для того чтобы создать производство машин при помощи машин, необходимо было превратить резец на металлообрабатывающих станках из ручного орудия в орудие механическое. Эта задача и была решена путем введения в производство суппорта - автоматически действующего держателя для металлообрабатывающих резцов.
Создание суппорта являлось, по существу, тем достижением технической мысли, которое было необходимо для того, чтобы перейти от ремесла и мануфактуры к крупной машинной промышленности.
Многие зарубежные авторы долгое время считали, что только в самом конце XVIII в. англичанин Генри Моделей изобрел суппорт, позволивший обрабатывать металл с геометрической точностью, что было необходимым для производства деталей машин и всего последующего развития машиностроения. При этом ссылались на токарный станок с суппортом, построенный Модслеем в 1797 г. и хранящийся поныне в Научном музее в Лондоне.
Но в действительности этот приоритет не принадлежит Модслею. Еще за 75 лет до Модслея были созданы русские станки с суппортами! В Париже в Национальном хранилище искусств и ремесел стоит русский токарно-копировальный станок, на котором Нартов демонстрировал свое искусство президенту Парижской академии наук Биньону. В Эрмитаже в С.-Петербурге находится целая группа металлообрабатывающих станков, созданных Нартовым в первой четверти XVIII в.
Андрей Нартов создал разнообразные станки с суппортами, не просто заменяющими человеческую руку, а позволяющими автоматически выполнять сложные и тонкие операции по обработке металла, которые далеко превосходят все то, что может быть выполнено резцом, находящимся непосредственно в руках рабочего.
Станки Нартова - произведения искусства. Станины украшены резьбой, металлическими накладками с узорами, изображениями птиц, животных, мифологических героев. Пластический образ многих станков обогащают деревянные точеные колонки, витые ножки, резные уголки-кронштейны, которые одновременно и работающие части и украшения. Трудиться за такими станками - одно удовольствие. Ни до Нартова, ни после него не появлялось таких красивых станков.
На многих из них изобретатель запечатлел свое имя. Так, на токарно-овальном станке для гильоширных работ, хранящемся в Эрмитаже, выгравирован на планшайбе текст: "Механик Андрей Нартов. Санктпитербурх 1722 году".
Станок А.К.Нартова токарно-копировальный. 1729 г.
Там же хранится большой токарно-копировальный станок с выгравированной на медном пьедестале надписью: "Deo adiuvante. Начало произвождения к строению махины 1718 году, совершена 1729 году. Механик Андрей Нартов". (Deo adiuvante - Богу споспешествующему). В этом станке применены все лучшие достижения Нартова, доведенные до совершенства.
Еще в первой четверти XVIII в. Нартов с большой точностью обрабатывал металл, применяя изобретенные им суппорты. При этом Нартов опередил Модслея на три четверти столетия не только по времени изобретения суппорта.
Модслей мог выполнять на своих станках изделия простых геометрических форм. На станках Нартова можно было изготавливать изделия любой формы, вплоть до сложнейших художественных изображений батальных сцен. Моделей на своем станке не мог выполнять копировальные работы, даже самые простые. Нартов на своих станках мог выполнять, и притом полностью автоматически, сложные токарно-копировальные работы.
Станки Модслея, получившие распространение в начале XIX в., были всего лишь токарными. Станки Нартова, созданные в первой четверти XVIII в., были и токарными, и копировальными. Это - родоначальники современных сложных токарно-копировальных автоматов.
В рукописи А. К. Нартова "Театрум Махинарум, то есть Ясное зрелище махин" описывается более трех десятков оригинальных токарных, токарно-копировальных, токарно-винторезных станков различных конструкций, разработанных им и его помощниками. Многочисленные чертежи и технические описания говорят о том, что он обладал богатейшими инженерными познаниями и умело применял их в своей работе.
По поручению Петра I Андрей Нартов отвозил изобретенные им станки за границу и обучал работе на них различных деятелей. Петр I во время своей заграничной поездки в 1718-1720 гг., как свидетельствуют документы, рассказывал о русских металлообрабатывающих станках и знакомил многих с изделиями, изготовленными при помощи русских суппортов.
Следует иметь в виду, что в те годы в Россию приезжало очень много иностранцев, тщательно собиравших сведения о русской технике, бывавших в Петровской токарне и в академических мастерских, где работали нартовские станки.
Андрей Константинович Нартов занял почетное место в истории техники. Он воспитал много учеников, среди них Семен Матвеев, Александр Журковский и другие.
Петровская токарня, которой ведал Нартов, была в дальнейшем передана Академии наук и превращена в академические мастерские, которыми руководил М. В. Ломоносов и во главе которых после его смерти стоял И. П. Кулибин.
В 1720-х годах Нартов уже начал создавать замечательные машины для изготовления металлических деталей других машин. Так, в 1721 г. он построил станок для нарезания зубьев колес.
На своих станках Андрей Константинович создавал красивые вазы, бокалы, светильники, настенные и настольные украшения, модные в го время. Незначительная часть их сохранилась в Эрмитаже, но большинство произведений токарно-прикладного искусства, созданных Нартовым, утрачено.
В эти годы Нартов приходит к мысли, что в России необходимо создать особую "Академию разных художеств". Проект этой Академии он представил Петру I в конце 1724 г.
Под "художествами" в те времена понимали все прикладные знания и искусства - механику, архитектуру, строительное дело, ваяние, живопись, гравирование; к "художествам" относились и ремесла. Таким образом, по замыслу А. К. Нартова, Академия художеств должна была являться Академией технических знаний и готовить специалистов в этих областях.
Нартов предусмотрел, как именно должно происходить обучение, какие звания должны присуждаться (то есть систему государственной аттестации), каким должно быть помещение Академии, и т. д.
Петр I лично рассмотрел проект и дополнил перечень специальностей, по которым должна идти подготовка специалистов. Он даже поручил разработать проект здания Академии художеств одному из известных архитекторов того времени. Однако смерть Петра I остановила реализацию этой идеи. Но хотя в целом проект был отложен, многие содержавшиеся в нем предложения воплощались в жизнь в виде создания при Академии наук различных технических и художественных "палат".
Позже, в 1737 и 1746 гг., Нартов вновь поставил перед Сенатом вопрос о создании Академии художеств. Однако никаких результатов это не принесло.
Андрей Константинович добился выдающихся успехов не только в области обработки металла резанием, но и во многих других отраслях. Он сыграл значительную роль в развитии техники монетного дела в России.
В 1724-1725 гг. Нартов был на вершине своей славы. Из рук царя он принял редкую награду - золотую медаль с изображением своего кумира. В 1724 г. после двух дочек у него наконец-то родился наследник - сын Степан, крещенный самим императором. И вдруг все резко изменилось. В январе 1725 г. умер Петр I.
В правление Екатерины I Александр Меншиков стал главной фигурой в государстве. "Личный токарь" Петра I знал слишком много о придворной жизни, чтобы у него не начались столкновения с Меншиковым, который никогда ничего не забывал.
Однажды, еще при жизни Петра, у Нартова произошла стычка с Александром Меншиковым. Вот как об этом рассказывал Нартов: "Некогда князь Меншиков, пришед к дверям токарной комнаты его величества, требовал, чтобы его туда впустили, но, увидя в том препятствие, начал шуметь. На сей шум вышел к нему Нартов и, удержав силою туда войти хотевшего князя Меншикова, объявил ему, что без особого приказа от государя никого впускать не велено, и потом двери тотчас запер. Такой неприятный отказ сего честолюбивого, тщеславного и гордого вельможу весьма рассердил, что он в запальчивости, оборотясь, с великим сердцем сказал: "Добро, Нартов, помни это".
О сем происшествии и угрозах донесено было тогда же императору... Государь тотчас написал на токарном станке следующее и, отдав Нартову, промолвил: "Вот тебе оборона; прибей сие к дверям и на угрозы Меншикова не смотри". - "Кому не приказано, или кто не позван, да не входит сюда не токмо посторонний, но ниже служитель дома сего, дабы хотя сие место хозяин покойное имел".
Андрей Нартов навсегда покинул дворец. В 1726 г. он был направлен в Москву "на монетные дворы для переделу монеты двух миллионов". Московский монетный двор находился в то время в чрезвычайно запущенном состоянии. Назначенный директором Монетного двора А. Волков писал, что "непорядка и разорения монетных дворов изобразить никоим образом нельзя". Отсутствовало самое элементарное оборудование: "нет ни форм, во что плавить, ни мехов к кузницам".
Нартову пришлось налаживать технику монетного дела. Оказалось, что даже весы для взвешивания металла, применявшиеся в то время, непригодны, и ему пришлось создавать при участии Петра Крекшина новые весы. Он изобрел и ввел в производство оригинальные гуртильные станки (для насечки "гурта", то есть ребра монет) и другие монетные станки.
Затем Нартов отправился "по должности механического искусства на Сестрорецкие заводы для переделу в монету двадцати тысячей пудов красной меди". В Сестрорецке он создал и применил усовершенствованные токарные станки и другие машины. Возвратившись в Москву, Нартов продолжил усовершенствовать монетное производство и вместе с тем помогал И. Ф. и М. И. Моториным при изготовлении величайшей в мире отливки - Царь-колокола.
В Москве Андрей Нартов начал писать книгу, посвященную механическому оборудованию монетного производства, - "К монетному делу книга, в которой имеет быть описание всем махинам и инструментам, с надписанием каждого звания махины и инструмента, и оным меры, и во что оные могут встать". Но рукопись этой книги до сих пор не найдена.
Работая на монетных дворах, Нартов обратил внимание на отсутствие точных единиц измерения веса, правильных весов и способов взвешивания. Для устранения этого он составил чертежи правильных "весов и гирь", изобрел весы своей конструкции. В 1733 г. он выдвинул идею создания единого общегосударственного эталона веса и разработал систему для создания этого эталона. Как автор этой системы, он должен считаться основоположником русской метрологии.
Скорострельная батарея Нартова.
В эти же годы Нартов создавал приборы и механизмы для ученых, о чем свидетельствует его доношение об изготовлении им в 1732 г. по просьбе Академии наук "махины для обсерватории".
В 1735 г. Нартов был вызван из Москвы в Петербург и назначен начальником академической механической мастерской, созданной им на основе переданной Академии Петровской токарни, - "Лаборатории механических дел".
Заботясь о том, чтобы начинания Петра I не были забыты, Нартов приступил к составлению книги, в которой хотел свести сведения о них "механических и математических токарных дел махинах и инструментах", связанных с деятельностью Петра. Он послал своего ученика Михаила Семенова в Москву, чтобы тот перевез оттуда в академическую мастерскую "первейшие токарные махины и инструменты из Преображенского, где они стоят забвенно".
А. К. Нартов много сил отдавал подготовке мастеров и механиков для мастерской, а также созданию новых металлообрабатывающих станков и других машин. Он изобрел станок для нарезывания винтов, машину для вытягивания свинцовых листов, машину для подъема на колокольню Царь-колокола, пожарно-заливную машину, станок для печатания ландкарт и другие.
Однако после смерти Петра I Нартову пришлось терпеть притеснения со стороны иноземцев, пытавшихся монополизировать науку и технику в России. Особенно острой была борьба А. К. Нартова с всесильным Шумахером, захватившим Академию наук в свои руки.
Последний надолго задерживал выплату денег Нартову, оставляя его фактически без средств к существованию. Как писал Нартов, он со своей семьей был таким путем доведен до полного разорения, до "последнего убожества".
Несмотря на это, Нартов очень много и успешно продолжал работать. И академическое начальство вынуждено было считаться с этим и фактически признавало его главным техническим экспертом Академии наук, поручая ему важные задания. Порой ему приходилось выполнять подобные поручения вместе с такими корифеями науки, как Леонард Эйлер.
В июне 1742 г. А. К. Нартов отправился в Москву и повез с собой жалобы на Шумахера многих академических работников. Они единодушно обвиняли Шумахера в присвоении десятков тысяч рублей из академических денег и во многих других злоупотреблениях. Особенно их возмущало то, что Шумахер поставил целью уничтожить замыслы Петра I, легшие в основу создания Академии.
За 17 лет существования Академии в ней не появилось ни одного русского академика! Осенью 1742 г. была назначена следственная комиссия, Шумахер был арестован, а все академические дела были поручены А. К. Нартову: "Повелено смотрение в Академии поручить советнику г. Нартову".
Распоряжения А. К. Нартова как руководителя Академии наук показывают, что его главной задачей было создание условий для подготовки русских ученых. Он стремился наладить запущенное Шумахером финансовое хозяйство Академии, убрать из нее бездельников, организовать новую типографию для публикации научных работ, заботился о М. В. Ломоносове, вступался за него перед следственной комиссией. В свою очередь и М. В. Ломоносов не раз выражал свое глубокое уважение к великому инженеру и изобретателю.
Несмотря на все усилия А. К. Нартова и его единомышленников, изменить положение в Академии не удалось. Преодолеть засилье иностранцев, привыкших хозяйничать в Академии наук, оказалось тогда слишком трудным. "Недоброхоты наук российских", травившие в дальнейшем М. В. Ломоносова, пустили в ход самые омерзительные приемы против А. К. Нартова. Они дошли до клеветнического вымысла о том, что якобы А. К. Нартов даже "писать и читать не умеет".
В конце 1743 г. Шумахер и его сторонники снова захватили власть в Академии. После отстранения от руководства Академией наук А. К. Нартов с 1744 г. работал в артиллерийском ведомстве, а в Академии наук занимался лишь подготовкой новых кадров русских техников и трудился над "триумфальным столбом" - памятником Петру I.
Еще в 1740 г. заслуги Андрея Константиновича в области артиллерийской техники были специально отмечены. Теперь же он так развернул военно-технические работы и свою изобретательскую деятельность, что понадобилось создание особого центра - Секретной палаты, куда не допускались даже служащие Арсенала.
В огражденных забором зданиях Секретной палаты работали изобретенные А. К. Нартовым машины для сверления пушек, для обтачивания пушечных цапф и других ответственных технологических операций, проводились испытания. Таким образом, А. К. Нартов создал внутри Арсенала свой исследовательский и производственный центр.
Изобретения А. К. Нартова следовали одно за другим. Он был назначен советником высшего органа, ведавшего артиллерией и инженерной обороной страны.
Список изобретений, составленный на основании представления А. К. Нартова, поданного в ноябре 1754 г. в Канцелярию Главной артиллерии и фортификации.
1. "Пушечные фурмы фурмовать без внутренней глиняной пушечной модели и без деревянного сердечника". Отливка по этому способу "к одной пушке трубы медной пустой, тонкой, вылитой с накладными фризами и со всеми украшениями по точной пропорции того веса" показала, что объем работ при применении медных форм сокращается вдвое и все дело идет очень успешно.
2. Машина для подъема с козел и переноса для обжига пушечных форм.
3. Способ обжига пушечных форм, устраняющий их коробление.
4. Машина для опускания в литейную яму пушечных форм и для последующего подъема их после отливки..
5. Отливка "глухой пушки, из которой вынут калибр цилиндром", то есть, видимо, отливка сплошного тела орудия с последующим полым сверлением.
6. Отливка "пушки с готовым калибром без внутренней фурмы".
7. Машина для отрезывания прибылей у пушек.
8. Машина для обтачивания цапф у пушек, мортир и гаубиц, о которой было сказано, что подобной ей "махины еще при артиллерии не бывало".
9. Машина "особливым способом мортиры сверлить".
10. Способ заделки раковин в канале медных пушек и мортир.
11. Оригинальный запал для пушек и мортир.
12. Прибор механический для поверки артиллерийских орудий.
13. Машина для нарезки зубьев у слесарных пил.
14. Машина для изготовления для артиллерийских орудий "плоских винтов медных и железных".
15. Машина для подъема пушек и мортир на весы и на станки.
16. Инструмент для сверления пушечных колес и лафетов.
17. Способ закаливания пушечных сверл и прочих инструментов.
18. Машина для того, чтобы "медные крохи, соединенные с глиною, толочь и смывать".
19. Скорострельная батарея из сорока четырех "трехфунтовых" мортирок, помещенных на особом горизонтальном круге, установленном на лафете. Мортирки объединялись в группы, из которых одни изготовлялись к выстрелу и открывали огонь, а другие в это время заряжались, занимая затем при помощи вращения круга место выстреливших. Угол возвышения круга получали при помощи подъемного винта. Таким образом, в этой батарее впервые в истории артиллерии был применен винтовой подъемный механизм. Об этой батарее Нартов писал: "...а полезность во оной состоять будет таковая, понеже против неприятельского фрунта может бросать гранаты в росширность линей".
20. Способ "из пушек вне калибра разными бомбами и ядрами стрелять". Снаряды, превышающие калибр орудия, помещали либо в его раструб, либо в приспособление, установленное на конце орудийного ствола. При испытаниях стрельбы дали отличные результаты. Из пушек, в канал которых входил трехфунтовый снаряд, стреляли шестифунтовыми гранатами; из двадцатифунтовой пушки стреляли двухпудовыми бомбами. Снаряды успешно поражали мишени при обычном расходе пороха. После испытания установили: "Такой новоизданной огненной инвенции не слыхано ни в России, ни в других государствах".
21. Зачинка раковин в чугунных пушках, гаубицах и мортирах.
22. Подъемный винт с градусной шкалой для точной установки у артиллерийских орудий угла возвышения, ранее получавшегося только при помощи подкладывания клиньев.
23. Оригинальные конструкции для установки морской и крепостной артиллерии "для лучшего способа к стрелянию из пушек, мортир и гаубиц и к самому скорейшему навождению в цель без рычагов".
24. Способ заделывания в артиллерийских орудиях не только раковин, но и глубоких "каналов с многочисленными и мелкими протоками".
25. Способ заделки сквозных трещин в пушках в тех случаях, когда "от пробы огненной делаются вдоль по пушке трещины насквозь".
26. Оптический прицел - "инструмент математический с перспективною зрительною трубкою, с протчими к тому принадлежностями и ватерпасом для скорого навождения из батареи или с грунта земли по показанному месту в цель горизонтально и по олевации".
27. Способ "обтачивания бомб от 9 пуд до самых малых фунтов, которые имеют пустоту".
28. Способ обтачивания чугунных ядер, имеющих очень крупные раковины.
29. Способ отливки ядер разных калибров в железные кованые формы для того, чтобы "ядра выходили гладкие и чистые".
30. Способ отливки пушек не в литейных ямах, а непосредственно на "поверхности олевации".
В упомянутом доношении сказано об использовании изобретения А. К. Нартова "в зачинке раковин в медных пушках и в чугунных, также и в мортирах и в приведении в круглость состоящих при артиллерии с гребнями и шишками бомб и ядер и прочих новообретаемых инвенций".
Эти изобретения, применявшиеся в Петербурге, Москве, Киеве, Выборге, Риге и других городах, позволили без переливки дать вторую жизнь поврежденным пушкам.
Восстановленные А. К. Нартовым артиллерийские орудия успешно выдерживали испытания: "И оная зачинка как при артиллерии, так и при Адмиралтействе и при знатном генералитете и других высокоповеренных персонах многими и чрезвычайными выстрелами и ядрами, картечами и сеченою дробью, а при Адмиралтействе и с книпелями пробована. И явились твердыми и надежными, напротив чего в новых местах в металле от чрезвычайной стрельбы раковины делались, а зачинка устояла".
Следует отметить то, что большинство изобретений Нартова не были лишь более совершенными формами ранее известных конструкций, машин, технологических процессов, а являлись вообще первыми в мире техническими решениями.
В их числе и стрельба из пушек "вне калибра", и подъемный винт с градусной шкалой для установки у артиллерийских орудий угла возвышения, и оптический прицел - родоначальник всей современной стрелковой и артиллерийской оптики. А. К. Нартов принимал участие в создании знаменитых "единорогов" - гаубиц, остававшихся на вооружении русских крепостей вплоть до начала XX в.
А. К. Нартов сыграл выдающуюся роль в развитии русской артиллерии, много способствовав тому, чтобы она стала в XVIII в. лучшей в мире.
Семилетняя война 1756-1763 гг., начавшаяся в год смерти Нартова, показала преимущество русской артиллерии над прусской. А ведь армия Фридриха II считалась лучшей в Европе.
Экономический эффект изобретений Нартова был столь огромен (только способ "зачинки раковин" в орудийных стволах, по подсчетам 1751 г., позволил сэкономить 60 323 рубля), что 2 мая 1746 г. был издан указ о награждении А. К. Нартова 5 тысячами рублей. (По В. О. Ключевскому 1 рубль 1750 г. равнялся 9 рублям 1880 г.)
С 10 января 1745 по 1 января 1756 г. Нартов с помощниками возвратил в строй 914 пушек, гаубиц и мортир. Кроме того, он изобретал и строительную технику, и новые конструкции шлюзовых ворот (1747 г.). До самой смерти А. К. Нартов неустанно трудился для русской науки и воспитывал новых русских специалистов.
В Петровской токарне, превращенной А. К. Нартовым в академические мастерские, его дело в области техники и особенно приборостроения продолжил М. В. Ломоносов, а после его смерти - И. П. Кулибин.
Свою книгу о токарных станках - "Театрум Махинарум, то есть Ясное зрелище махин" Нартов предполагал "объявить в народ", то есть напечатать его и сделать доступным всем токарям, механикам, конструкторам.
Рисунок к рукописи "Театрум Махипарум" А.К.Нартова.
В этом труде Нартов тщательно описывал множество станков, предназначенных для самых различных целей, давал их чертежи, составлял пояснения, разрабатывал кинематические схемы, описывал применявшиеся инструменты и выполненные изделия.
Всему этому Нартов предпослал теоретическое введение, касающееся таких принципиальных вопросов, как необходимость сочетания теории и практики, необходимость предварительного построения моделей станков до их изготовления в натуре, учет сил трения и т. п. А. К. Нартов раскрыл все тайны токарного дела того времени.
А.К. Нартов скончался в Петербурге 16 (27) апреля 1756 года. После его смерти остались крупные долги, так как он вкладывал много личных средств в научные изыскания. Едва он умер, в "Санкт-Петербургских ведомостях" появилось объявление о распродаже его имущества. После Нартова остались долги "разным людям до 2000 руб. да казенного 1929 рублёв". Ревизионная контора решила в счет долгов отобрать у детей Нартова отписанные ему деревни. Даже в "блестящий век Екатерины" не было и попытки хоть как-то отметить память о талантливом изобретателе, позаботиться об учениках, напечатать литературное наследие. Рукопись книги "Театрум Махинарум" так и не была издана. Могила Нартова на маленьком Благовещенском кладбище на Васильевском острове затерялась.
Лишь осенью 1950 года в Ленинграде, на территории давно упраздненного кладбища, существовавшего с 1738 года при церкви Благовещенья, случайно была найдена могила А.К. Нартова с надгробной плитой из красного гранита с надписью: "Здесь погребено тело статского советника Андрея Константиновича Нартова, служившего с честию и славою государям Петру Первому, Екатерине Первой, Петру Второму, Анне Иоанновне, Елизавете Петровне и оказавшему отечеству многие и важные услуги по различным государственным департаментам, родившегося в Москве в 1680 году марта 28 дня и скончавшегося в Петербурге 1756 года апреля 6 дня". Однако указанные на надгробной плите даты рождения и смерти не точны. Изучение сохранившихся в архивах документов (послужной список, заполненный лично самим А.К. Нартовым, церковная запись о его погребении, доношение его сына о кончине отца) дает основания считать, что Андрей Нартов родился в 1693-м, а не в 1680 году и скончался не 6, а 16 (27) апреля 1756 года. По-видимому, надгробная плита изготовлялась спустя некоторое время после похорон и даты на ней давались не по документам, а по памяти, в связи с чем и возникла ошибка.
В том же 1950 году останки царского токаря, выдающегося инженера и ученого, перенесли на Лазаревское кладбище Александро-Невской лавры и перезахоронили рядом с могилой М.В. Ломоносова. В 1956 году на могиле Нартова было установлено надгробие - копия найденного в 1950 году саркофага (с ошибочной датой рождения).
"Царев токарь" Андрей Константинович Нартов был одним из самородков-изобретателей, замеченных и выведенных на широкую дорогу Петром I. За свою не слишком долгую жизнь он изобрел и построил более тридцати станков самого разного профиля, равных которым не было в мире. Еще целый ряд важнейших для России изобретений он сделал в области артиллерийского вооружения. Он сыграл значительную роль в развитии техники монетного дела в России, добился выдающихся успехов во многих других отраслях. История не забыла и не может забыть великого изобретателя, замечательного новатора техники России.
Введение.
Токарные станки были изобретены и применялись еще в глубокой древности. Они были очень просты по устройству, весьма несовершенны в работе и имели вначале ручной, а впоследствии ножной привод.
Целью моего доклада является изучение истории создания токарного станка.
Для достижения данной цели мне потребовалось решить ряд задач:
· найти информацию о создателе станка;
· изучить историю его создания.
Данная тема является актуальной
в связи с тем, что токарный станок стал неотъемлемой частью машиностроения, которое является одной из основных отраслей современного мира.
Глава 1. Создание токарно-винторезного станка
1.1. История и краткое описание токарных станков
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 14-15 веках были распространены токарные станки с ножным приводом. Ножной привод состоял из очепа - упругой жерди, консольно закрепленной над станком. К концу жерди крепилась бечевка, которая была обернута на один оборот вокруг заготовки и нижним концом крепилась к педали. При нажатии на педаль бечевка натягивалась, заставляя заготовку сделать один - два оборота, а жердь - согнуться. При отпускании педали жердь выпрямлялась, тянула вверх бечевку, и заготовка делала те же обороты в другую сторону.
Примерно к 1430 г. вместо очепа стали применять механизм, включающий педаль, шатун и кривошип, получив, таким образом, привод, аналогичный распространенному в 20 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 14 в. водяные приводы стали распространяться в металлообработке.
В середине 16 века Жак Бессон изобрел токарный станок для нарезки цилиндрических и конических винтов.
В 17 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 18 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. Он изобретает оригинальный токарно-копировальный и винторезный станок с механизированным суппортом и набором сменных зубчатых колес.
Глава 2. Создание токарно-винторезного станка с механизированным суппортом
Кто создал токарно-винторезный станок?
Генри Модсли-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. 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.