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テクノロジーの歴史、テクノロジー、私たちの周りのオブジェクト
キャリパー。 発明と生産の歴史
ディレクトリ / テクノロジーの歴史、テクノロジー、私たちの周りのオブジェクト サポート (英語とフランス語の support、後期ラテン語 supporto - I support に由来) は、工作機械などで工具を固定したり、手動または自動で移動させるために設計されたユニットです。 サポートは通常、ツール ホルダーと、ツールの移動方向を指定するスライドなどの中間部品で構成されます。
XNUMX世紀初頭の機械工学の最も重要な成果のXNUMXつは、カッター用の機械ホルダーであるキャリパーを備えた工作機械の普及でした。 機械へのこの付属物は単純で一見取るに足らないように見えるかもしれませんが、機械の改良と流通への影響は、蒸気機関のワットによる変更の影響と同じくらい大きかったと言っても過言ではありません。 キャリパーの導入は、すべての機械のコストの改善と削減につながり、新しい改善と発明に弾みをつけました。 旋盤には非常に古い歴史があり、何年にもわたってそのデザインはほとんど変わっていません。 おそらく、その装置の原理はろくろによって人々に示唆されました。 木片を回転させると、ノミの助けを借りてマスターは、最も奇妙な円筒形を与えることができました。 これを行うために、彼はノミを高速で回転する木片に押し付け、そこから円形のチップを分離し、ワークピースを徐々に目的の形状にしました。 装置の詳細では、機械は互いにかなり異なる可能性がありますが、XNUMX世紀の終わりまで、それらはすべてXNUMXつの基本的な特徴を持っていました.加工中にワークピースが回転し、カッターはマスターの手にありました. . この規則の例外は非常にまれであり、決してこの時代の典型と見なすことはできません。 たとえば、カッターホルダーはコピー機で広く普及しています。 そのような機械の助けを借りて、特別なスキルを持っていない労働者は、非常に複雑な形状の複雑な製品を生産することができました。 このために、ブロンズモデルが使用されました。これは製品のように見えましたが、より大きくなっています（通常は2：1）。
目的の画像は、次のようにワークピースで取得されました。 機械にはXNUMXつのキャリパーが装備されていたため、作業者の手が関与せずに製品を回転させることができました。一方にはコピーフィンガーが固定され、もう一方にはカッターが固定されていました。 固定されたコピーフィンガーは棒のように見え、その尖った端に小さなローラーが配置されていました。 モデルは、特殊なスプリングによって常にコピー フィンガーのローラーに押し付けられていました。 機械の運転中、機械は回転し始め、表面の凹凸に応じて振動運動をしました。 モデルのこれらの動きは、ギアのシステムを介して回転するワークピースに伝達され、ワークピースはそれらを繰り返しました。 モデルがコピー フィンガーと接触していたように、ワークピースはカッターと接触していました。 モデルのレリーフに応じて、ワークピースはカッターに近づいたり、カッターから離れたりしました。 同時に切りくずの厚みも変化。 ワークピースの表面上でカッターを何度も通過させた後、モデルと同様のレリーフが表示されましたが、スケールは小さくなりました。 コピー機は非常に複雑で高価なツールでした。 非常に裕福な人々だけがそれを買うことができました。 1712 世紀前半、木材や骨製品の旋削加工が流行した頃、多くのヨーロッパの君主や貴族が旋盤加工に従事していました。 彼らにとって、ほとんどの場合、コピー機が意図されていました。 たとえば、そのような機械 (ロシアの著名な機械工であるナルトフによって製造されたものと思われるかもしれません) は、XNUMX 年にロシア皇帝ピョートル大帝の工房に設置されました。
ノギスは、時計のムーブメントの高精度部品の回転を容易にするため、時計製造の一部の機械で使用されました。 世紀の終わりに、それらは旋盤に取り付けられ始めました。 ディドロの百科事典の第 10 巻では、大型旋盤の最も単純なクロス サポートのイメージが初めて掲載されました。 このキャリパーは、軸を中心に回転し、ネジでワークピースに近づくことができましたが、それに沿って移動することはできませんでした. しかし、これらの装置は旋削では広く使用されていませんでした。 単純な旋盤は、XNUMX 世紀後半まで、すべての人間のニーズを完全に満たしていました。 しかし、世紀半ば以降、巨大な鉄部品を高い精度で加工する必要性がますます高まっています。 シャフト、さまざまなサイズのネジ、ギアは機械の最初の部品であり、大量に必要だったため、登場直後に機械製造が行われました。 ワットの偉大な発明の導入後、金属ブランクの高精度加工に対する特に深刻な必要性が感じられるようになりました。 すでに述べたように、蒸気エンジンの部品の製造は、XNUMX 世紀のエンジニアリング産業が到達したレベルでは非常に困難な技術的作業であることが判明しました。 通常、カッターは長いフック状の棒に固定されていました。 労働者はそれを手に持って、特別なスタンドにテコのように寄りかかっていました。 この仕事には、優れた専門技術と優れた体力が必要でした。 ミスがあれば、ワーク全体が破損したり、加工誤差が大きすぎたりします。
1765 年に、長さ 28 フィート、直径 XNUMX インチのシリンダーを十分な精度でリーミングすることが不可能だったため、ワットは可鍛性シリンダーに頼らなければなりませんでした。 長さ XNUMX フィート、直径 XNUMX インチのシリンダーの口径は、「小さな指の太さ」まで正確でした。 言うまでもなく、蒸気機関の製造におけるそのような「精度」は完全に不十分でした。 状況を修正する方法は XNUMX つしかありませんでした。機械を生産するための機械を作成する必要がありました。 機械は、不足していた高度に熟練した労働者に取って代わり、安価で信頼性の高い機械の大量生産を保証することになっていました。 XNUMX 世紀の初めから、機械工学の段階的な革命が始まりました。 古い旋盤に代わって、キャリパーを搭載した新しい高精度自動機が次々と登場します。 この革命の始まりは、英国の機械工であるヘンリー・モーズリーのねじ切り旋盤によって築かれました。これにより、ねじやボルトを任意のねじで自動的に回すことが可能になりました。
一般的に、ねじの切断は、高い精度とスキルが必要なため、長い間困難な技術的作業でした。 メカニックは、この操作を簡素化する方法について長い間考えてきました。 1701年に、C。Plumeの研究で、原始的なキャリパーを使用してネジを切断する方法が説明されました。 これを行うために、XNUMX本のネジがシャンクとしてワークピースにはんだ付けされました。 はんだ付けされたねじのピッチは、ワークピースで切断されるねじのピッチと等しくなければなりませんでした。 次に、ワークピースは最も単純な取り外し可能な木製のヘッドストックに取り付けられました。 ヘッドストックがワークピースの本体を支え、はんだ付けされたネジが背面に挿入されました。 ねじが回転すると、心押し台の木製の巣がねじの形に押しつぶされてナットとして機能し、その結果、ワークピース全体が主軸台に向かって移動しました。 それどころか、フィードは、固定カッターが必要なピッチでスクリューを切断できるようなものでした。 同様の種類の装置は、モーズリーマシンの直前の1785年のねじ切り旋盤にありました。 ここでは、作成されるねじのモデルとなるねじ切りが、ワークピースを保持して回転させるスピンドルに直接適用されました。 （主軸は旋盤の回転軸と呼ばれ、ワークをクランプする装置が付いています。）これにより、機械でねじを切ることができました。作業者は、主軸のねじ山により、ワークを回転させました。プルームフィクスチャーは、作業者がスティックに保持した固定ノミに対して徐々に動き始めました。 このようにして、スピンドルのねじ山に正確に対応するねじ山が製品に得られました。 ただし、ここでの加工の精度と真直度は、ツールを導く作業者の手の強さと硬さにのみ依存していました。 これは非常に不便でした。 さらに、スピンドルのねじ山はわずか 8 ～ 10 mm で、非常に短いねじしか切断できませんでした。 Maudsley が設計したねじ切り機は、大きな前進でした。 その発明の歴史は、同時代の人々によってこのように説明されています。 1794 年から 1795 年にかけて、モーズリーはまだ若いが、すでに非常に経験豊富な機械工であり、有名な発明家ブラマの工房で働いていました。 ワークショップの主な製品は、ブラフマーによって発明された水洗トイレとロックでした。 それらの需要は非常に広く、手動で作成することは困難でした。 Brahma と Maudsley は、工作機械で生産される部品の数を増やすという課題に直面していました。 しかし、古い旋盤はこれには不便でした。 モーズリーは 1794 年に改良作業を開始し、彼にクロス キャリパーを供給しました。 キャリパーの下部（スレッド）は、機械のテールストックと同じフレームに取り付けられており、ガイドに沿ってスライドできました。 どの場所でも、キャリパーはネジでしっかりと固定できました。 下のスライドには、同様の方法で配置された上のスライドがありました。 それらの助けを借りて、鋼棒の端にあるスロットにネジで固定されたカッターは、横方向に動くことができました。 縦方向と横方向のキャリパーの動きは、XNUMX 本の親ネジの助けを借りて行われました。 キャリパーを使用してカッターをワークピースの近くに移動し、クロス スライドにしっかりとセットし、加工面に沿って移動させることで、余分な金属を非常に正確に切断することができました。 この場合、ノギスはカッターを持つ労働者の手の役割を果たしました。 実際、説明されている設計では、まだ新しいものは何もありませんでしたが、さらなる改善に向けて必要なステップでした。 モーズリーは、発明の直後にブラフマを離れ、自分のワークショップを設立し、1798 年にはより高度な旋盤を作成しました。 この機械は、任意の長さと任意のピッチのねじを初めて自動的に切断することを可能にしたため、工作機械産業の発展における重要なマイルストーンとなりました。 前述のように、古い旋盤の弱点は、短いねじしか切れないことでした。 それ以外の場合は不可能でした-結局のところ、サポートがなく、作業者の手が動かないようにしなければならず、ワークピース自体がスピンドルと一緒に移動しました。 Maudsley マシンでは、ワークピースは静止したままで、カッターが固定されたキャリパーが動きました。 機械に沿って下部スライド上でキャリパーを動かすために、Maudsley は XNUMX つの歯車を使用してヘッドストック スピンドルをキャリパーのリード スクリューに接続しました。 回転ネジがナットにねじ込まれ、キャリパースレッドが一緒に引っ張られ、ベッドに沿ってスライドしました。 送りねじはスピンドルと同じ速度で回転するため、工作物はそのねじと同じピッチでねじ切りされます。 異なるピッチのねじを切断するために、機械には親ねじが供給されていました。 機械でのネジの自動切断は以下の通りでした。 ワークピースはクランプされ、キャリパーの機械的送りを含まずに必要な寸法に調整されました。 その後、リードスクリューをスピンドルに接続し、数回のカッターパスでヘリカルカットを行いました。 その都度のキャリパーの戻しは、自走式送りを切ってから手動で行っていました。 このように、親ネジとキャリパーは完全に作業者の手に取って代わりました。 さらに、以前の機械よりもはるかに正確かつ高速に糸を切ることが可能になりました。 1800 年、モーズリーは彼の機械に目覚ましい改良を加えました。交換可能な親ねじのセットの代わりに、スピンドルと親ねじを接続する交換可能なギアのセットを使用しました (歯数が 28 から 15 のギアが 50 個ありました)。 ）。 XNUMX本の送りねじでさまざまなピッチのさまざまなねじ山を得ることができるようになりました。 実際、たとえば、送りねじのストロークの n 分の XNUMX のねじを得る必要がある場合、送りねじがわずかに回転するのに対して n 回転するような速度で工作物を回転させる必要がありました。一回転。 親ねじはスピンドルから回転を受けるため、これはスピンドルとねじの間に XNUMX つまたは複数の歯車を挿入することで簡単に実現できました。 各ホイールの歯の数を知っていれば、必要な速度を得ることは難しくありませんでした。 ホイールの組み合わせを変えることで、左の糸ではなく右の糸を切るなど、さまざまな効果を得ることができました。
彼の機械で、モーズリーは驚くべき精度と正確さで糸を刻んだため、同時代の人々にはほとんど奇跡のように思えました。 特に彼は、長い間比類のない精度の傑作と見なされていた天文機器の調整ネジとナットをカットしました。 ネジは長さ 50 フィート、直径 1817 インチで、1818 インチあたり 1839 回転でした。 彫刻は肉眼では見えないほど細やかでした。 すぐに、改良されたモーズリー マシンが普及し、他の多くの金属切断機のモデルとなりました。 XNUMX年、キャリパー付きのプレーナーが作成され、平らな面をすばやく処理できるようになりました。 XNUMX年、ホイットニーはフライス盤を発明しました。 XNUMX年、カルーセルなどが登場しました。 モーズリーの傑出した功績により、彼は大声で当然の名声を得ました。 確かに、モーズリーはキャリパーの唯一の発明者とは見なされませんが、彼の疑いのないメリットは、適切なタイミングでアイデアを思いつき、それを最も完璧な形にしたことです。 彼のもうXNUMXつのメリットは、キャリパーのアイデアを大量生産に導入し、最終的な流通に貢献したことです。 彼は、特定の直径の各ネジには特定のピッチのネジ山が必要であることを最初に確立しました。 手作業でネジ山を付けるまで、ネジにはそれぞれ独自の特性がありました。 ネジごとに独自のナットが作られ、通常は他のネジには適していません。 機械切断の導入により、すべての糸の均一性が確保されました。 今では、どこで作られたかに関係なく、同じ直径のネジとナットが一緒に収まるようになりました。 これが部品の標準化の始まりであり、機械工学にとって非常に重要でした。
Maudsley の学生の XNUMX 人で、後に優れた発明家となった James Nesmith は、標準化の創始者として Maudsley の回顧録に次のように書いています。とその直径. 各ボルトとナットは互いにのみ適していて、隣接するサイズのボルトとは何の関係もありませんでした. したがって、すべてのボルトとそれに対応するナットには、それらが互いに属していることを示す特別なマーキングが付けられました. それらの混乱無限の困難と費用、非効率性と混乱をもたらしました - マシンパークの一部は常に修理に使用されなければなりませんでした. 機械生産の比較的初期の時代に住んでいた人だけが、トラブルや障害を正しく理解することができます.そしてその費用彼だけがモーズリーによって機械工学にもたらされた大きなメリットを正しく評価します。 著者：Ryzhov K.V.
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