Первые упоминания о фрезерной технологии
Первое упоминание о фрезеровке датировано XVI веком. Автором является великий итальянский художник, ученый и изобретатель Леонардо да Винчи (1452-1519). В его записях был обнаружен эскиз механизма с вращающимся по оси круглым напильником, который и является прототипом фрезы.
А вот первое практическое применение фрезеровки приписывают фламандскому ученому и астроному Фердинанду Вербисту (1623-1688), который почти половину жизни работал в Китае главой математического совета и директором Старой пекинской обсерватории. В 1668 году император Китая поручил ученому сконструировать астрономический прибор, в основу которого входила деталь: кольцо из бронзы идеально круглой формы. Вербист вырезал ее, как раз используя метод фрезеровки. Во-первых, на плоский прочный фундамент была помещена отлитая бронзовая заготовка. Во-вторых, посередине детали, на закрепленном штифте держалась вращающаяся балка, на которой были установлены резцы. В-третьих груза давлением на фрезу регулировал глубину реза. И наконец, в движение весь этот механизм приводили вьючные животные.
Конструкцию станка для фрезерования сфероидальных углублений на художественных изделиях из кости в 1775 году описывает российский ученый, механик, скульптор и изобретатель Нартов Андрей Константинович в своей рукописи «Театрум махинарум». Не буду утомлять читателя теоретическим описанием деталей прибора и схемой его работы. Почему теоретическим? Да потому, что исходя из рукописи и чертежа к станку, описана только часть устройства. Как работают остальные его компоненты – история умалчивает.
Первые фрезерные станки. Изобретение и конструирование.
Изобретение и создание первого фрезерного станка приписывают американскому изобретателю и промышленнику Эли Уитни (1765-1825). Однако есть историки, которые считают, что Уитни был одним из целого списка инженеров, которые лишь сконструировали и усовершенствовали фрезерный станок.
Что ж, давайте разбираться!
Военные приемы, или откуда берутся идеи.
Началось все с французского артиллеристского офицера и инженера Жан-Батиста Вакетт де Грибоваля (1715-1789), ярого приверженца принципа взаимозаменяемости деталей и частей оружия, а точнее артиллерийского оружия. Так и называлась, «Система Грибоваля», была приведена к стандарту королевским указом от 15 октября 1765 года. Французский оружейник Оноре Блан (1736-1801), проникшись идеями Жан-Батиста предпринял попытку внедрить этот принцип (заменимость деталей, сделанных по шаблону) в другие сферы, как правило, оружейной промышленности. Однако его методика была основана на технологии «ручного опиливания» по эталонной модели, и никакого отношения к фрезерованию не имела.
Как часто бывает, мэтры и заинтересованные стороны не дали развернуться свежей идее. Пришлось Оноре искать поддержки у «кого то еще», и этим «кем-то» оказался Томас Джеферсон (1743-1826, 3-й президент США), на тот момент посол Соединенных Штатов во Франции. Американский политик увидел в этой идее освобождение США от европейской «оружейной» зависимости, ведь на тот момент все оружие в Америку поставлялось из Европы. Блану было предложено перебраться в США, и там реализовывать свои идеи, но француз наотрез отказался.
Практичный американец Джеферсон же новаторство оценил, и донес мысль до тогдашнего президента Джорджа Вашингтона (1732-1799), которому идея пришлась по душе.
Эли Уитни. Изобретатель и “везунчик”.
В 1798 году правительство США заключило контракт с, тогда относительно молодым (33 года), Эли Уитни. На момент подписания контракта Уитни не имел ни производства, ни рабочих, ни опыта в производстве оружия. Почему контракт достался именно Уитни – история умалчивает, отмечу, однако, что женат Эли был на дочери главы демократической партии Коннектикута, а так же поддерживал дружбу с Оливером Уолкоттом, который занимал должность министра финансов. Возможно, эти факты как то связаны. Но я отвлекся, вернемся к контракту.
Согласно госзаказу, Уитни брал на себя обязательства за 28 месяцев изготовить 10000 мушкетов, используя новую систему взаимозаменяемости. Понимая, что вручную заказ не выполнить, изобретатель начал работу по конструкции станка, который, по принципу своей работы, можно смело назвать фрезерным, т.к. использовалась выборка материала резцом-фрезой, а не сверлением или строганием, как это было раньше. Работе над его усовершенствованием Эли посвятил всю оставшуюся жизнь. За первый год удалось произвести всего 500 мушкетов, а весь заказ Уитни завершил с опозданием на 8 лет, лишь к 1808 году. Не смотря на это, он получил от правительства еще один заказ, уже на 15000 мушкетов, и тут он уже справился за оговоренные 2 года.
Последнюю модернизацию станка Уитни сделал в 1821 году, в которой он внедрил автоматическую вертикальную подачу шпинделя.
Что ж, подведем итог: Эли Уитни хоть и не является изобретателем технологии фрезерования, первый рабочий фрезерный станок – его рук дело! К этому добавлю, что станок сконструированный Эли Уитни убрали из эксплуатации, как устаревший, лишь его внуки. Некоторые принципы его работы сохранились и в современных фрезерных станках.
Фрезеровка. Эволюция, автоматизация, производство.
В век индустриализации и научно-технических открытий технология фрезеровки нашла свою нишу во многих отраслях промышленности и машиностроения. Механизмы станков становились все более функциональными, автоматизированными, точными и удобными в использовании. Область применения перестала быть исключительно «для военных нужд», а расширилась и на гражданскую промышленность.
Российский ученый Иосиф Христианович Гамель (1788-1862) разработал и представил в 1826 году свою схему фрезерного станка. Станок был сконструирован и использовался на Тульском оружейном заводе. В отличии от станка Уитни (где станина была деревянной), этот уже имел литую станину, направляющие фрезы и даже была предусмотрена система охлаждения. С его помощью осуществлялась обработка казенного конца ствола ружья.
Шотландский инженер, изобретатель, художник и философ Джеймс Нэсмит (1808-1890), известный своим изобретением парового молота, в 1829-1831 гг. (точнее, к сожалению, информации я не нашел) представил свой вариант фрезерного станка. Отличительной особенностью устройства была возможность обрабатывать несколько деталей (использовался для фрезеровки шестигранных гаек) одновременно, путем закрепления их на поворотном приспособлении. Помимо этого, станок мог использоваться и как обычный горизонтально-фрезерный станок.
Следующий прорыв совершила американская фирма «Gay, Silver and Со» в 1835 году. Они построили станок, принципиальным отличием, от предшественников которого было наличие механизма для вертикального смещения фрезы. Подобный станок проработал на заводе Бэкстера Уитни вплоть до 1908 г.
В 1855 году свой вариант фрезерного станка представила американская фирма «George S. Lincoln & Co». Из новшеств можно отметить возможность смещения стола вдоль станины при помощи маховика, а так же подачу фрезы по вертикали с помощью перемещения подшипников оправки.
Следующий, достойный внимания, станок был сконструирован и запатентован фирмой «Brown & Sharpe» в 1861 году. Прибор получился не только уникальным по конструкции, но так же и по функциональности. Он обладал поворотной головкой шпинделя, так же в нем присутствовала автоматическая продольная подача детали.
Известен факт изобретения еще одного типа горизонтально-фрезерного станка. Его чертеж был срисован с оригинала в 1862 году, а сам оригинал находился и функционировал на Ижевском оружейном заводе. В этой вариации устройства использовалось одновременно несколько фрез, закрепленных на одной оправке.
Фрезерная обработка. XX век.
Создателем фрезерного станка, таким, каким мы его знаем сегодня, можно считать американского инженера Джозефа Уикхэм Роу (1871–1960). Создание пришлось на 1912-1916 гг. Роберт С. Вудбери и ряд других ученых улучшили дизайн и функциональность оригинального станка, предложенного Роу.
Первая и Вторая мировые войны дали мощный толчок в развитии станкостроения для фрезеровки. Различные модификации станков использовались на оружейных заводах по всему миру. После окончания Второй мировой часть промышленности и ресурсов освободилась под гражданские нужды. Фрезерные станки к этому времени эволюционировали уже в достаточно универсальный инструмент, и нашли свое применение в судо-, авиа- и машиностроении, станкостроении, ювелирном деле и т.д. В станкостроении и изготовлении машинных механизмов возможности фрезеровки, без преувеличения, незаменимы. Шестеренки, втулки, отдельные части двигателя, элементы корпуса, детали цилиндрической формы – все это, и многое другое было бы невозможно без фрезерного станка.
