Токарно -винторезный станок — это машина (точнее, токарный станок ), способная нарезать очень точную винтовую резьбу посредством одноточечного нарезания резьбы , что является процессом направления линейного движения резца в точно известном соотношении к вращательному движению заготовки. Это достигается путем передачи ходового винта ( который приводит в движение резец) на шпиндель с определенным передаточным отношением для каждого шага резьбы. Каждому градусу вращения шпинделя соответствует определенное расстояние линейного перемещения инструмента в зависимости от желаемого шага резьбы (английской или метрической, мелкой или крупной и т. д.).
Название «винторезный станок» несет таксономическую квалификацию в отношении его использования — это термин исторической классификации, а не один из современных коммерческих терминов станков . Ранние токарные станки, много веков назад, не были приспособлены для нарезания винта. Позже, с позднего Средневековья до начала девятнадцатого века, некоторые токарные станки можно было отличить как «винторезные станки» из-за возможности нарезания винта, специально встроенной в них. С тех пор большинство металлообрабатывающих станков имеют эту возможность, но они не называются «винторезными станками» в современной таксономии .
Винт известен уже тысячи лет. Архимед описал водяной винт , систему для подъема воды. Винты как механические крепежные элементы датируются первым веком до нашей эры . Хотя винты были чрезвычайно полезны, сложность их изготовления препятствовала широкому распространению. Разработчики токарно-винторезных станков стремились решить эту проблему с помощью своих станков таким образом, чтобы обеспечить дешевое и эффективное производство винтов. Именно эти качества производства винтов позволили использовать винты в индустриальном мире.
Самые ранние винты, как правило, изготавливались из дерева, и их выстругивали вручную, с помощью токарного станка с ручными токарными инструментами (долотами, ножами, стамесками) или без них, настолько точно, насколько мог справиться резчик. Вероятно, что иногда заготовки из дерева, с которых они начинались, были ветвями деревьев (или молодыми стволами), которые были сформированы виноградной лозой, обвивавшей их по спирали во время роста. (На самом деле, различные романские слова для «винта» происходят от слова root, относящегося к виноградным лозам. [1] ) Трости, оплетенные виноградными лозами, показывают, насколько такие палки напоминают винт.
Ранние винты из металла и ранние винты из дерева [винты из металла для использования в дереве] изготавливались вручную, с использованием напильников для нарезания резьбы. Одним из методов изготовления достаточно точной резьбы было надрезание стержня наклонным ножом с оберткой на полпути вокруг стержня, нож был точно наклонен для правильного шага. Это был один из методов, которые Модсли использовал для изготовления своих ранних ходовых винтов. [2] Это делало изготовление винта медленным и дорогим, а его качество сильно зависело от мастерства изготовителя. Требовался процесс автоматизации производства винтов и повышения точности и постоянства резьбы.
Токарные станки существуют с древних времен. Приспособление их к нарезанию винта является очевидным выбором, но проблема того, как направить режущий инструмент по правильному пути, была препятствием на протяжении многих столетий. Только в конце Средневековья и в начале Нового времени произошли прорывы в этой области; самые ранние из имеющихся сегодня свидетельств относятся к 15 веку и задокументированы в Mittelalterliche Hausbuch . [3] Он включает в себя суппорты и ходовой винт . Примерно в то же время Леонардо да Винчи рисовал эскизы, показывающие различные токарно-винторезные станки и машины, один из которых имел два ходовых винта. [3] Леонардо также показывает сменные шестерни на некоторых из этих эскизов. [3]
В последующие три столетия появилось много других разработок, особенно среди декоративных токарей и часовщиков . Они включали в себя различные важные концепции и впечатляющую изобретательность, но немногие были по-настоящему точными и практичными в использовании. Например, Вудбери обсуждает Жака Бессона и других. Они внесли впечатляющий вклад в точение, но контекст, в котором они работали (точение как изящное искусство для богатых людей), не направлял их вклад в промышленное использование. [3]
Генри Хиндли спроектировал и построил токарно-винторезный станок около 1739 года. Он имел пластину, направляющую инструмент, и мощность, подаваемую ручным приводом ряда шестерен. Изменяя шестерни, он мог нарезать винты с разным шагом . Удаление шестерни позволяло ему делать левую резьбу. [4]
Первый по-настоящему современный токарно-винторезный станок, вероятно, был построен Джесси Рамсденом в 1775 году. Его устройство включало ходовой винт, суппорт и механизм смены передач . Они образуют элементы современного токарного станка (не ЧПУ) и используются по сей день. Рамсден смог использовать свой первый токарно-винторезный станок для изготовления еще более точных токарных станков. С их помощью он смог сделать исключительно точную делительную машину и, в свою очередь, некоторые из лучших астрономических, геодезических и навигационных инструментов 18-го века. [5]
За ним последовали и другие. Примерами были французский механик по фамилии Сено, который в 1795 году создал токарно-винторезный станок, пригодный для промышленного производства, и Дэвид Уилкинсон из Род-Айленда, который в 1798 году применил суппорт скольжения. Однако этих изобретателей вскоре затмил Генри Модсли , который в 1800 году создал то, что часто называют первым промышленно применимым токарно-винторезным станком. Согласно Британской энциклопедии , «выдающейся особенностью токарного станка Модсли был ходовой винт для привода каретки. Соединенный со шпинделем токарного станка, ходовой винт продвигал инструмент с постоянной скоростью и гарантировал точную резьбу винта». [6] Брайан Донкин в 1826 году взял конструкцию Модсли и усовершенствовал ее, создав свой токарно-винторезный и делительный двигатель, в котором использовался механизм для компенсации неточностей ходового винта. Джозеф Уитворт , ученик Модсли, создал конструкцию, которая, благодаря ее принятию многими британскими железнодорожными компаниями, стала стандартом для Соединенного Королевства и Британской империи. Названный British Standard Whitworth (BSW), это первый в мире национальный стандарт резьбы винта. [7] Эти инструменты также экспортировались в континентальную Европу и Соединенные Штаты. [6] Они позволили крупномасштабное промышленное производство винтов, которые были взаимозаменяемыми . Стандартизация форм резьбы (включая угол резьбы, шаг, главный диаметр, диаметр шага и т. д.) началась немедленно на внутрифирменном уровне, и к концу 19-го века она была перенесена на международный уровень (хотя множество стандартов все еще существуют). [ необходима цитата ]
В конце 19 века Генри Август Роуленд обнаружил необходимость в очень высокоточных винтах для резки дифракционных решеток , поэтому он разработал технологию их изготовления. [8]
До начала 19 века понятие токарно-винторезного станка противопоставлялось понятию простого токарного станка, в котором отсутствовали детали, необходимые для направления режущего инструмента по точной траектории, необходимой для получения точной резьбы. С начала 19 века стало обычной практикой встраивать эти детали в любой металлообрабатывающий токарный станок общего назначения ; таким образом, различие между «простым токарным станком» и «токарно-винторезным станком» не применяется к классификации современных токарных станков. Вместо этого существуют другие категории, некоторые из которых объединяют возможность одноточечной нарезки винта среди других возможностей (например, обычные токарные станки, токарные станки инструментального цеха и токарные станки с ЧПУ ), а некоторые из которых опускают возможность одноточечной нарезки винта как не имеющую отношения к предполагаемому назначению станков (например, скоростные токарные станки и револьверные токарные станки).
Сегодня резьба резьбовых крепежных деталей (таких как винты для крепления деталей, шурупы для дерева, шурупы для стеновых панелей и шурупы для листового металла) обычно не нарезается с помощью одноточечного нарезания шурупов; вместо этого большинство из них создается другими, более быстрыми процессами, такими как формирование резьбы, накатка и нарезание резьбонарезными головками . Последние процессы используются в современных винтовых станках . Эти станки, хотя и являются токарными станками, специализированными для изготовления винтов, не являются токарно-винторезными в смысле использования одноточечного нарезания шурупов.
{{citation}}: CS1 maint: постскриптум ( ссылка )