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技术历史、技术、我们身边的事物
卡尺。 发明和生产的历史
卡尺（来自英语和法语 support，来自晚期拉丁语 supporto - I support）- 设计用于紧固和手动或自动移动工具的装置，例如，在机床中。 卡尺通常由刀架和中间部件组成，例如提供给定刀具运动方向的滑块。
XNUMX 世纪初机械工程最重要的成就之一是带有卡尺的机床的普及 - 用于刀具的机械支架。 不管机器的这个附属物看起来多么简单，乍一看，微不足道，但可以毫不夸张地说，它对机器的改进和分布的影响与瓦特对蒸汽机所做的改变的影响一样大。 卡钳的引入立即导致了所有机器的改进和成本降低，推动了新的改进和发明。 这台车床有着非常古老的历史，多年来它的设计几乎没有什么变化。 也许它的装置原理是通过陶轮向人们提出的。 将一块木头旋转起来，大师在凿子的帮助下可以给它最奇异的圆柱形状。 为此，他将凿子压在一块快速旋转的木头上，从中分离出圆形碎片，并逐渐使工件具有所需的形状。 在设备的细节上，这些机器之间可能有很大的不同，但直到 XNUMX 世纪末，它们都有一个基本特征：在加工过程中，工件旋转，刀具在主人手中. 这条规则的例外是非常罕见的，决不能被认为是这个时代的典型。 例如，刀架已在复印机中广泛使用。 在这些机器的帮助下，一个没有特殊技能的工人可以生产出形状非常复杂的复杂产品。 为此，使用了青铜模型，它看起来像一个产品，但更大（通常为 2:1）。
如下在工件上获得所需图像。 该机器配备了两个卡尺，无需工人的手参与即可转动产品：一个固定复制手指，另一个固定切割器。 固定的复印手指看起来像一根棍子，在它的尖端放置了一个小滚轮。 模型被一个特殊的弹簧不断地压在复制手指的滚轮上。 在机器运转过程中，它开始转动，并随着其表面的凹凸而作摆动运动。 模型的这些运动通过齿轮系统传递到旋转的工件，并重复它们。 工件与刀具接触，就像模型与复制手指接触一样。 根据模型的浮雕，工件要么靠近刀具，要么远离刀具。 与此同时，芯片的厚度也发生了变化。 在刀具在工件表面上多次通过后，浮雕出现类似于模型上的浮雕，但规模较小。 复印机是一种非常复杂且昂贵的工具。 只有非常有钱的人才能买到。 1712世纪上半叶，当车削木骨制品风靡一时，许多欧洲君主和贵族都从事车削工作。 对他们来说，在大多数情况下，复印机是有意的。 例如，XNUMX 年，俄罗斯沙皇彼得大帝的车间里就安装了这样一台机器（正如人们可能认为的那样，由杰出的俄罗斯机械师纳尔托夫生产）。
卡尺被用于制表业的一些机器上，因为它们可以更容易地转动手表机芯的高精度零件。 在本世纪末，它们开始安装在车床上。 在狄德罗的百科全书第10卷中，第一次放置了大型车床最简单的十字支撑的图像。 该卡尺可以绕轴旋转并通过螺钉接近工件，但不能沿轴移动。 但这些设备并未广泛用于车削。 直到 XNUMX 世纪下半叶，一台简单的车床完全满足了人类的所有需求。 然而，自本世纪中叶以来，越来越需要高精度地加工大型铁零件。 轴、各种尺寸的螺钉、齿轮是机器的第一部分，它们的机械制造在出现后立即出现，因为它们的需求量很大。 在引入瓦特的伟大发明之后，人们开始感受到对金属毛坯高精度加工的特别迫切的需求。 如前所述，蒸汽机零件的制造对于 XNUMX 世纪工程工业所达到的水平来说是一项非常艰巨的技术任务。 通常，刀具被固定在一根长钩形的棍子上。 工人把它拿在手里，像杠杆一样靠在一个特殊的支架上。 这项工作需要高超的专业技能和强大的体力。 任何错误都会导致整个工件的损坏或加工误差过大。
1765 年，由于无法以足够的精度铰孔两英尺长、直径六英寸的圆柱体，瓦特不得不求助于可锻圆柱体。 一个 28 英尺长、XNUMX 英寸直径的圆柱体的内径精确到“一根小手指的粗细”。 不用说，制造蒸汽机的这种“准确性”是完全不够的。 这种情况只能通过一种方式来纠正：有必要制造机器来生产机器。 这些机器本应取代稀缺的高技能工人，并确保大规模生产廉价且可靠的机器。 自 XNUMX 世纪初以来，机械工程的一场渐进式革命开始了。 代替旧车床，配备卡尺的新型高精度自动机床层出不穷。 这场革命的开端是英国机械师亨利·莫兹利（Henry Maudsley）的螺丝刀车床，它使自动转动任何螺纹的螺丝和螺栓成为可能。
一般来说，切割螺钉长期以来一直是一项艰巨的技术任务，因为它需要高精度和技能。 长期以来，机械师一直在思考如何简化这种操作。 早在 1701 年，在 C. Plume 的工作中，就描述了一种使用原始卡尺切割螺钉的方法。 为此，将一块螺钉作为柄焊接到工件上。 焊接螺钉的螺距必须等于要在工件上切割的螺钉的螺距。 然后将工件安装在最简单的可拆卸木制床头柜中； 主轴箱支撑着工件的主体，并在背面插入了一个焊接螺钉。 当螺杆旋转时，尾架的木窝被压碎成螺杆形状并用作螺母，结果整个工件向主轴箱移动。 相反，进给量允许固定刀具以所需的螺距切割螺钉。 类似的装置出现在 1785 年的螺旋切削车床上，它是莫兹利机器的前身。 在这里，作为制造螺钉模型的螺纹直接应用于主轴，主轴固定工件并使其旋转。 （主轴被称为车床的旋转轴，带有夹紧工件的装置。）这使得机器可以切割螺钉：工人旋转工件，由于主轴的螺纹，就像在Plume 夹具开始相对于固定凿子逐渐移动，工人用一根棍子握住凿子。 因此，在产品上获得了与主轴螺纹完全对应的螺纹。 但是，这里的加工精度和直线度完全取决于引导工具的工人手的强度和硬度。 这是一个很大的不便。 此外，主轴上的螺纹只有 8-10 毫米，只能切割很短的螺钉。 Maudsley 设计的螺旋切割机代表了向前迈出的重要一步。 它的发明历史是由同时代人这样描述的。 1794-1795 年，仍是年轻但经验丰富的机械师莫兹利在著名发明家布拉马的作坊工作。 车间的主要产品是梵天发明的抽水马桶和锁具。 对它们的需求非常广泛，并且很难手动制作它们。 Brahma 和 Maudsley 面临着增加在机床上生产的零件数量的任务。 然而，旧车床对此并不方便。 1794 年，莫兹利开始着手改进，为他提供了一个十字卡尺。 卡钳（滑板）的下部与机器的尾座安装在同一框架上，可以沿着其导轨滑动。 在它的任何地方，卡尺都可以用螺丝牢固地固定。 下面的幻灯片是上面的幻灯片，以类似的方式排列。 在它们的帮助下，用螺钉固定在钢筋末端槽中的刀具可以横向移动。 卡钳在纵向和横向方向的运动是在两个丝杠的帮助下发生的。 借助卡尺移动刀具靠近工件，将其刚性设置在十字滑块上，然后沿加工表面移动，可以高精度地切除多余的金属。 在这种情况下，卡尺充当了工人握住刀具的手。 实际上，在所描述的设计中，仍然没有什么新东西，但这是朝着进一步改进迈出的必要一步。 Maudsley 在发明后不久就离开了 Brahma，创立了自己的车间，并于 1798 年制造了一台更先进的车床。 该机成为机床行业发展的重要里程碑，首次实现了任意长度、任意螺距的自动切削。 如前所述，旧车床的弱点是它只能切割短螺钉。 不可能——毕竟没有支撑，工人的手必须保持不动，工件本身也随着主轴移动。 在 Maudsley 机器中，工件保持不动，固定刀具的卡尺移动。 为了使卡钳沿着机器在下滑块上移动，Maudsley 使用两个齿轮将主轴箱主轴连接到卡钳丝杠。 一个旋转的螺钉被拧入一个螺母中，该螺母将卡尺滑轨与它一起拉动，并使它们沿床滑动。 由于丝杠以与主轴相同的速度旋转，因此工件以与该丝杠相同的螺距进行螺纹加工。 为了切割不同螺距的螺钉，机器有丝杠供应。 机器上螺钉的自动切割如下。 工件被夹紧并车削到所需的尺寸，不包括卡尺的机械进给。 之后，将丝杠连接到主轴，并在几个刀具路径中进行螺旋切削。 每次关闭自走式进给后，手动返回卡尺。 因此，丝杠和卡尺完全代替了工人的手。 此外，与以前的机器相比，它们可以更准确、更快地切割螺纹。 1800 年，Maudsley 对他的机器进行了显着改进——他没有使用一组可互换的丝杠，而是使用一组可互换的齿轮连接主轴和丝杠（其中 28 个齿轮的齿数从 15 到 50 ）。 现在可以使用单个丝杠获得具有各种螺距的各种螺纹。 实际上，例如，如果需要获得一个行程比丝杠小 n 倍的丝杠，则必须使工件以这样的速度旋转，即它转 n 圈，而丝杠只转一场革命。 由于丝杠从主轴接收旋转，这很容易通过在主轴和丝杠之间插入一个或多个齿轮来实现。 知道每个轮子上的齿数，就不难获得所需的速度。 通过改变轮子的组合，可以实现不同的效果，例如剪右线而不是左线。
在他的机器上，Maudsley 以如此惊人的精度和准确度进行穿线，在他的同时代人看来，这几乎是一个奇迹。 特别是他为天文仪器切割了调节螺钉和螺母，这在很长一段时间内被认为是无与伦比的精度杰作。 螺钉长 50 英尺，直径 1817 英寸，每英寸转 1818 圈。 雕刻精细到肉眼看不到。 很快，改进后的 Maudsley 机床开始普及，并成为许多其他金属切削机床的模型。 1839 年，发明了带有卡尺的刨床，这使得快速加工平面成为可能。 XNUMX年，惠特尼发明了铣床。 XNUMX年，出现了旋转木马等。 莫兹利的杰出成就给他带来了响亮而当之无愧的名声。 的确，虽然莫兹利不能被认为是卡尺的唯一发明者，但他无疑的优点是他在正确的时间提出了自己的想法，并将其以最完美的形式付诸实施。 他的另一个优点是他将卡钳的想法引入了大规模生产，从而促成了它的最终发行。 他是第一个确定每个具有一定直径的螺钉必须具有一定螺距的螺纹。 在手工应用螺纹之前，每个螺丝都有自己的特点。 对于每个螺钉，都制作了自己的螺母，通常不适用于任何其他螺钉。 机械化切割的引入确保了所有螺纹的均匀性。 现在，任何相同直径的螺钉和任何螺母都可以装配在一起，无论它们是在哪里制造的。 这是零件标准化的开始，这对机械工程来说极为重要。
莫兹利的学生之一，后来自己也成为杰出的发明家的詹姆斯·内史密斯在他的回忆录中写道，莫兹利作为标准化的始作俑者：在机械工程中。和它们的直径。每个螺栓和螺母只适用于彼此，与相邻尺寸的螺栓无关。因此，所有螺栓及其对应的螺母都有特殊的标记，表示它们属于彼此。如有混淆导致了无穷无尽的困难和费用，效率低下和混乱——机器园的一部分不得不不断地用于维修。只有生活在机器生产相对早期的人，才能对麻烦、障碍有一个正确的认识。和费用造成了类似的情况，只有他才能正确评估莫兹利对机械工程的巨大贡献。 作者：Ryzhov K.V.
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