Станки для фрезерования поверхностей. Очерки по истории металлорежущих станков

Наиболее ранним применением фрезерования для обработки плоскостей явилась установка для фрезерования плоскости крупной детали астрономического прибора, осуществленная в Китае в 1668 г. Обрабатываемая деталь была установлена и закреплена на каменном фундаменте. Две фрезы (или два ее сектора) были прикреплены к балке, имевшей возможность вращаться вокруг центра, совпадавшего с центром обрабатываемой детали. Глубина резания регулировалась укладкой тяжестей на режущий инструмент. Вся установка приводилась в движение мулом.

Таким образом, идея применения фрез для обработки плоскостей возникла достаточно давно. Однако лишь в начале XIX в. требования производства вызвали к жизни первые конструкции станков, имевших промышленное значение.

Ко второй четверти XVIII в. относится описанный А. К. Нартовым в рукописи «Театрум Махинарум» станок для фрезерования сфероидальных углублений на художественных изделиях из кости. Таким образом, промышленному применению фрезерования поверхностей предшествовало его использование вне сферы основного общественного производства. Вспомним, что так же обстояло дело и с использованием сложных токарных станков.

На рис. 113 представлен чертеж станка для фрезерования грибообразной фрезой внутри костяных бокалов впадин, имевших вид следа от вдавленного шара. При черчении перспектива в изображении деталей была плохо соблюдена, особенно неправильно вычерчены зубчатые колеса. Этим данный чертеж невыгодно отличается от других чертежей, представленных в труде А. К. Нартова.

При вращении рукояткой махового колеса К вращалось находившееся на одном валу с ним зубчатое колесо L, бывшее в зацеплении с зубчатым колесом G, посаженным на шпиндель С. Последний имел профиль переменного сечения, придававший ему вид балясины, что было сделано с целью украшения. Шпиндель С опирался по концам на подшипники, установленные в стойках В. За стойкой В справа от шпинделя С находился валик D, служивший его продолжением. На конце валика D было посажено коническое зубчатое колесо, находившееся в зацеплении с коническим зубчатым колесом F, сидевшим на вертикальном валике, укрепленном на кронштейне Е. Вместе с коническим зубчатым колесом, на вертикальном валике (на его торце) была укреплена грибовидная: фреза, обрабатывавшая бокал 1.

На станке имелось еще одно устройство, которое должно было служить для перемещения заготовки или валика D. Оно состояло из горизонтального шкива М, приводившегося в движение рукояткой 2 и связанного шнуром с меньшим шкивом, лежавшим за стойкой В. Ни на чертеже, ни в описании нет никаких указарий, которые помогли бы выявить остальные части устройства.

Рассмотренный станок является первым фрезерным станком, не предназначенным для нарезания зубьев колес. Лишь более 70 лет спустя американец Илай Уитни (EJi Whitney) применил фрезерование, не связанное с нарезанием зубьев, для производственных нужд. Но это уже не могло быть новинкой. Предыдущие поколения механиков разработали принцип фрезерования. Заслуга Уитни состояла в том, что он первым внедрил их в производство, что было аналогично достижениям Модели в области конструирования токарных станков.

Одним из первых фрезерных станков, предназначенных для обработки плоскостей, выборки канавок и тому подобных работ, в которых фрезерование заменяло точение, строгание и другие виды обработки металла, был станок И. Уитни, построенный им около 1818 г. и эксплуатировавшийся на его оружейном заводе в Уитнивилле близ Нью-Хевена в США. Этот станок в настоящее время находится в качестве музейного экспоната в Мезонской механической лаборатории Иельского университета. Его фотография представлена на рис. 114. Американский историк станкостроения проф. Роу знакомился с этим станком и его историей и опубликовал описание станка.

Станина станка представляла собой массивный деревянный брус, опирающийся на железные ножки. Стальной шпиндель диаметром около 2 1/2 дюймов (62 мм) поддерживался двумя металлическими подшипниками. Между последними на шпинделе сидел деревянный двухступенчатый шкив, который приводился в движение с помощью ремня.

Снизу к брусу станины болтами был прикреплен поперечный деревянный брус, служивший опорой железного кронштейна, поддерживавшего валик механизма подачи. На этом валике находился деревянный шкив, приводивший его в движение, и бронзовый червяк. Шкив валика подачи соединялся ремнем со шкивом на шпинделе. Червячный вал находился в зацеплении с зубчатым колесом, насаженным на винт, осуществлявший механическую подачу стола станка. Если механическая подача не требовалась, то ремень со шкива сбрасывался и винт подачи стола вращался вручную, с помощью рукоятки, имеющейся на червячном колесе.

Описанный станок находился в эксплуатации, видимо, довольно долго, так как был удален, как устаревший, лишь внуками Уитни. Заметим, что станок имеет какой-то особо кустарный, грубый внешний вид и деревянные части, от которых в Англии и России на металлорежущих станках оружейных заводов к тому времени уже отказались. Однако с точки зрения конструкторской идеи, станок был достаточно совершенным, так как имел механизированный суппорт, действовавший с помощью винта и гайки, т. е. имел устройства, применяемые для этих целей и в наши дни.

И. X. Гамелем описан специальный фрезерный станок для обрезывания казенного конца ствола» ружья,  который изображен на рис. 115.

По внешнему виду этот станок выглядит намного лучше, чем станок Уитни. Он имел литую станину, удачно оформленные направляющие и даже устройство для охлаждения.

Ствол ружья зажимался в двух «лисичках» (отдельно показаны сверху на рис. 115), соединенных стержнем с зубчатой рейкой. С помощью рукоятки, посаженной на одном валу с зубчатым колесом, ствол вместе с установочно-зажимным приспособлением подавался к торцевой фрезе, которую Гамель называл точкой. Фреза укреплялась на шпинделе станка с помощью оригинального устройства типа байонетного замка. Это устройство позволяло с помощью рукоятки включать и выключать фрезу.

Еще ближе к современным конструкциям фрезерный станок, построенный в 1835 г. американской фирмой «Гей, Сильвер и Ко» (Gay, Silver and Со), эксплуатировавшийся на заводе Бэкстера Уитни еще в 1908 г. Станок был установлен на большой деревянной колоде (вроде тех, что теперь используются для рубки мяса). Главное движение получалось от шкива с плоскоременной передачей. На одном валу со шкивом сидело небольшое зубчатое колесо, которое находилось в зацеплении с другим колесом, имевшим примерно равное число зубьев. Последнее было посажено на оправку. На этой же оправке сидела и фреза, предназначенная для обработки плоскостей. Движение перемещения стола осуществлялось аналогично описанному на станке И. Уитпи.

На столе станка находилось приспособление для установки и закрепления обрабатываемых деталей — планок. По-видимому, это приспособление, хотя и выполненное весьма примитивно, более позднего происхождения, чем сам станок. Натяжной ролик ременного привода, видный на фотографии, также, вероятно, появился в результате модернизации станка.

Узлом станка Гея, принципиально отличным от станка Уитни, является вновь появившееся устройство для вертикального установочного перемещения фрезы. Оно в дальнейшем было заменено более удобным и надежным устройством для подъема стола.

Исключительный интерес представляет горизонтально-фрезерный станок фирмы Нэсмит и Гейскел в Манчестере, чертежи которого представлены в атласе Дж. Ренни. Станок был специализирован для фрезерования граней гаек, т. е. для массового производства. Это один из первых станков, специализированных для массового изготовления деталей машин невоенного характера.

Устройство станка весьма просто, отчетливо видно на рис. 116 и специального описания не требует, ввиду чего можно ограничиться лишь несколькими краткими замечаниями. В данном случае отсутствует надобность в точном соответствии между главным движением и движением подачи. Поэтому движение подачи обеспечено простейшим способом — гибкой связью и храповым механизмом. Поражает целесообразность и современный нам вид поворотного приспособления для установки и закрепления обрабатываемой детали. Аналогичное устройство широко применяется в наши дни. В этом установочно-зажимном приспособлении предусмотрена даже возможность объединения нескольких мелких гаек на одной оправке с тем, чтобы обрабатывать их все вместе. Это вполне соответствует современным нам методам конструирования приспособлений металлорежущих станков.

Чертеж в верхнем правом углу рис. 116 показывает, что этот станок по замыслу конструкторов мог быть использован не только как специализированный, но и как обычный горизонтально-фрезерный.

Фрезерный станок фирмы Линкольн, построенный в 1855 г.,  уже не имеет экзотических элементов вроде деревянной колоды, которая заменена литой станиной. Однако движение стола здесь, так же как и в предыдущих фрезерных станках, получалось через ременную передачу и червячный механизм. Станок дополнен ходовым винтом с маховичком, предназначенным для перемещения стола вдоль станины вручную. Установочное перемещение фрезы по вертикали осуществляется с помощью перемещения подшипников оправки.

Чтобы закончить обзор состояния фрезерных станков к середине XIX в., приведем еще один чертеж станка, который хотя и применялся на оружейном заводе, но не являлся специализированным, так что мог служить в любой отрасли производства. На рис. 117 показан чертеж горизонтально-фрезерного станка Ижевского оружейного завода, снятый с натуры в 1862 г. Станок был предназначен для обработки набором фрез, собранных на одной оправке. Устройство станка настолько просто, что не требует специальных пояснений. Этот станок, совсем не имевший в своей конструкции каких-либо следов младенческого периода станкостроения, был устроен просто и целесообразно.

Сохранился чертеж другого горизонтально-фрезерного станка, который работал набором фасонных фрез, но в конструктивном отношении от описанного выше почти не отличался.

Загорский Ф.Н. Очерки по истории металлорежущих станков до середины XIX века. -Л. 1960