Думаете, привычный нам станок – это изобретение последних двух-трех столетий? Вовсе нет. История станкостроения длительная и очень интересная. На протяжении всего своего существования человек, взаимодействуя с костью, камнем, деревом, а позже металлом, пытался их изменить – причем не только вручную, но и с помощью механизмов, станков.
При раскопках в Древнем Египте археологи находили свёрла, производство которых можно отнести к 2500 году до новой эры и даже раньше. Их использовали при строительстве пирамид и саркофагов, в частности для обработки гранита – необычайно твердого материала. Предполагаемые материалы для сверл – корунд и алмаз, хотя единого мнения у ученых по этому поводу нет до сих пор. Для менее прочных «деталей» брали медь и железо, хорошо известные человеку с бронзового и, соответственно, железного века. Считается, что в ходу был и кварц – скорее всего, его использовали влажным и под определенным углом, чтобы избежать быстрого изнашивания.
На рисунке ниже – один из первых токарных станков, детали и описание которого дошли до наших дней. В качестве привода применяется лук (тот, который с тетивой и стрелами).
Работа представителей древних цивилизаций вызывает восхищение. Источник: https://www.stankoff.ru/
Между прочим, на российской территории тоже нашлись следы использования станков в древности. Исследование обнаруженных на реке Чусовой в Пермском крае биконических костяных стрел эпохи неолита (то есть 7300–7500 лет назад) показало, что они были изготовлены не только вручную, но и с применением оборудования – доисторического токарного станка с лучковым приводом. Всё то же самое, как в Египте, только на несколько тысяч лет раньше! Заготовка фиксировалась тетивой, а сам лук древний токарь или его помощник вращали руками.
Между прочим, на российской территории тоже нашлись следы использования станков в древности.
Исследование обнаруженных на реке Чусовой в Пермском крае биконических костяных стрел эпохи неолита (то есть 7300–7500 лет назад) показало, что они были изготовлены не только вручную, но и с применением оборудования – доисторического токарного станка с лучковым приводом. Всё то же самое, как в Египте, только на несколько тысяч лет раньше! Заготовка фиксировалась тетивой, а сам лук древний токарь или его помощник вращали руками.
Дело рук человека и первых сверл
От Древнего Египта история станкостроения плавно шагнула к Древней Греции. В 650 году до новой эры здесь уже вовсю использовались предшественники современных токарных станков. Принцип их действия поначалу был максимально прост: один человек вращал заготовку, второй – держал резец и прижимал в нужном месте. С годами к этой основе добавлялись технические усовершенствования.
К 400 году до нашей эры греки и римляне уже начали обтачивать металлы для украшений на станке с ножным приводом. Его изобретение сильно упростило работу.
На рисунке греческого мастера Феодора (VI в до н. э) момент работы за токарным станком. Интересно, что делают трое остальных?.
Это тоже токарный станок. В петлю – аналог педали – мастер вставлял ногу. Деталь фиксировалась меж двух деревьев
К XIV–XV вв. токарные станки усовершенствовали до деревянных скамеек – станин, деревянных опор для резца и педали, вращающейся благодаря жерди с привязанной веревкой.
И никакого электричества не надо
Конструктивный принцип создания станков на протяжении веков не менялся. И все они были маломощными. Ногой работал мастер или запрягал тягловое животное – были в истории и такие примеры, – всё равно обрабатывать металл таким образом на деревянном станке слишком сложно. Проще вручную.
Интересно, что живший в XV–XVI веке гениальный Леонардо да Винчи в теории описал принцип фрезерования. Но вот воплотить его в жизнь удалось спустя века.
Похожий принцип был применен – разово – в XVII веке в Китае для изготовления детали большого телескопа. Кстати, изобрели его не китайцы, фрезеровку использовал европейский миссионер Фердинанд Фербист, состоявший на службе у императора в качестве физика и астронома.
Всё изменила первая промышленная революция. Последующие – их было три – тоже внесли свой вклад в развитие отрасли. Сейчас мы живем в начале четвертой, и не заметить происходящих перемен невозможно.
В XVIII веке в прогрессивных странах мира началась трансформация самой модели общества: от аграрной к индустриальной. Станки, в том числе для металлообработки, стали активно внедряться в производство, и их конструктивные особенности совершенствовались гораздо быстрее. Стартовала эпоха капитализма, где время – деньги.
Станки уже не выглядели как лук с напильником, для их запуска не требовалось впрягать животных. К этому времени в производство активно внедрили паровую машину, обеспечивающая бесперебойную работу механизмов. Можно было сосредоточиться на деталях – в буквальном и переносном смысле.
Массово токарные станки стали применять в том же XVIII веке, а фрезерные – в первой половине века XIX. Поначалу они производили грубоватую продукцию, но быстро совершенствовались и становились эффективнее.
Если раньше на трансформацию станка уходили века, то теперь – десятилетия. К примеру, довольно быстро вошел в обиход фрезерный аппарат для создания в металле канавок и альтернативы ручного строгания. К нему – системы охлаждения, удобные схемы запуска и выключения и т. д. В наши дни похожий инновационный процесс занимает уже не годы, а месяцы.
Это интересно. Скорейшему появлению и внедрению производственных новшеств способствовали военные нужды. Так, в начале XIX столетия американскому инженеру-изобретателю и промышленнику Элли Уитни поступил заказ на изготовление 10 тысяч ружей. Детали обрабатывались фрезой. Даже с учетом того, что Уитни работал не вручную, времени требовалось много. Пришлось Уитни модернизировать оборудование под массовое производство. Зато следующий заказ он получил уже на 15 тысяч станков. А станок Уитни по праву считается одним из первых оружейных промышленных станков. Оружейные станки Уитни сегодня хранятся в музее
Это интересно. Скорейшему появлению и внедрению производственных новшеств способствовали военные нужды. Так, в начале XIX столетия американскому инженеру-изобретателю и промышленнику Элли Уитни поступил заказ на изготовление 10 тысяч ружей. Детали обрабатывались фрезой. Даже с учетом того, что Уитни работал не вручную, времени требовалось много. Пришлось Уитни модернизировать оборудование под массовое производство. Зато следующий заказ он получил уже на 15 тысяч станков. А станок Уитни по праву считается одним из первых оружейных промышленных станков.
Оружейные станки Уитни сегодня хранятся в музее
К середине-концу XIX века станки уже выпускались в промышленных масштабах специализированными фирмами. Некоторые работают до сих пор. Например, швейцарский бренд TORNOS существует с 1880 года. Это один из первых производителей высокоточных токарных станков кулачкового типа, а сегодня – один из ведущих и признанных производителей автоматов продольного точения.
Мы, конечно, весьма бегло прошлись по столь длительной истории станкостроения древних и средних веков. Всё, что накапливалось столетиями, в XX и тем более в XXI веке получило стремительное развитие. И отдельную страницу в историю вписали станки с ЧПУ. Оборудование, позволяющее без особого труда, но с особой точностью и в большом количестве производить детали, появилось только в 20-м веке.
Несмотря на то, что сменяемые программы, записанные на перфокартах двоичным кодом, использовались еще в ткацком оборудовании начала XIX века, один из первых фрезерных станков с ЧПУ Cincinnati Milacron Hydrotel продемонстрировали широкой публике только в 1952 году в Америке. Сделал это Ричард Кегг совместно с Массачусетским технологическим институтом. В 1958 году устройство было запатентовано.
К тому времени уже появились ЭВМ, работающие на перфокартах с перфолентами, на которые записывались программы. В станках стали использовать числовое управление, но они были лишь прототипом современного оборудования с числовым программным управлением. Реально же оно появилось, когда в нашу жизнь вошли компьютерные технологии.
Забавно, но поначалу люди не доверяли ЭВМ (почти как мы сегодня опасаемся возможностей искусственного интеллекта), поэтому массовое внедрение станков с ЧПУ происходило медленно. Военному ведомству США пришлось на собственные средства изготовить первую сотню подобных машин, а потом передавать в аренду частным компаниям, показывая, что ничего страшного в станках нет, они – часть прогресса.
Система привода, командная функция и система обратной связи – три кита, на которых построены технологии ЧПУ. Точность, скорость, возможность выполнения все более сложных операций делают станки с ЧПУ незаменимыми на любом производстве, начиная от тяжелого машиностроения и заканчивая космической отраслью.
Если вести речь о привычных нам металлорежущих станках, в первую очередь стоит вспомнить Англию, а затем другие страны Европы, подхватившие и развившие технологии металлообработки. Не будем преуменьшать вклад в развитие станкостроения Америки. Западная Европа и Северная Америка и сегодня остаются крупными игроками на металлообрабатывающем рынке.
Однако очень активно проявляют себя страны Азиатско-Тихоокеанского региона, а неоспоримым лидером среди производителей и потребителей металлообрабатывающих станков вот уже несколько десятилетий является Китай.
Выбор потребителей говорит, что продукция китайских компаний становится хорошей альтернативой западным производителям. Достойное качество, возможность выбора станков с различным функционалом, использование комплектующих мировых производителей, продуманная ценовая политика привлекает все новых покупателей к выбору продукции из Китая. Если интересно убедиться в этом на цифрах и фактах, читайте в блоге нашу статью «Европейские или азиатские станки: сравнение аналогов».
Тренд последних лет – применение искусственного интеллекта в управлении станками и производством. По сути, это уже четвёртая промышленная революция, которую называют «Индустрией 4.0».
Как и несколько веков назад, вновь меняются методы производства и принципы выполнения работы. Только все происходит намного быстрее и радикальнее.
Как это отразилась на станках? Они по-прежнему обрабатывают металл, как и в былые годы, состоят из понятных и знакомых частей… Но!
Похоже, пределов совершенству нет.
Вперед, в будущее
***
Станкам, в том числе – для обработки металла, несколько тысяч лет. Удивительное дело, но по сути своей они не сильно менялись. Только совершенствовались. Главные трансформации – впереди. Эпоха «Индустрии 4.0» с повсеместным внедрением искусственного интеллекта, скорее всего, изменит отрасли производства, оборудование и особенности работы на нем до неузнаваемости. Как это будет? Поживем – увидим.