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STORIA DELLA TECNOLOGIA, DELLA TECNOLOGIA, DEGLI OGGETTI INTORNO A NOI
Calibro. Storia dell'invenzione e della produzione
Elenco / La storia della tecnologia, della tecnologia, degli oggetti che ci circondano Caliper (dal supporto inglese e francese, dal tardo latino supporto - supporto) - un'unità progettata per il fissaggio e il movimento manuale o automatico di uno strumento, ad esempio nelle macchine utensili. La pinza è solitamente costituita da un portautensili e parti intermedie come una slitta che forniscono una determinata direzione di movimento dell'utensile.
Una delle conquiste più importanti dell'ingegneria meccanica all'inizio del XIX secolo fu la diffusione delle macchine utensili con calibri - supporti meccanici per la fresa. Per quanto semplice e, a prima vista, insignificante possa sembrare questa appendice alla macchina, si può affermare senza esagerazione che la sua influenza sul miglioramento e sulla distribuzione delle macchine fu tanto grande quanto l'influenza delle modifiche apportate da Watt alla macchina a vapore. L'introduzione della pinza portò subito al miglioramento e alla riduzione del costo di tutte le macchine, diede impulso a nuovi miglioramenti e invenzioni. Il tornio ha una storia antichissima, e negli anni il suo design è cambiato molto poco. Forse il principio del suo dispositivo è stato suggerito alle persone da un tornio da vasaio. Portando in rotazione un pezzo di legno, il maestro con l'aiuto di uno scalpello poteva dargli la forma cilindrica più bizzarra. Per fare ciò, premette lo scalpello contro un pezzo di legno in rapida rotazione, ne separò dei trucioli circolari e diede gradualmente al pezzo la forma desiderata. Nei dettagli del loro dispositivo, le macchine potevano differire in modo abbastanza significativo l'una dall'altra, ma fino alla fine del XNUMX° secolo avevano tutte una caratteristica fondamentale: durante la lavorazione, il pezzo ruotava e la taglierina era nelle mani del maestro . Le eccezioni a questa regola erano molto rare e non possono in alcun modo essere considerate tipiche di quest'epoca. Ad esempio, i portacoltelli si sono diffusi nelle fotocopiatrici. Con l'aiuto di tali macchine, un lavoratore che non aveva competenze speciali poteva produrre prodotti intricati di forma molto complessa. Per questo è stato utilizzato un modello in bronzo, che sembrava un prodotto, ma più grande (di solito 2:1).
L'immagine desiderata è stata ottenuta sul pezzo come segue. La macchina era dotata di due calibri, che consentivano di girare i prodotti senza la partecipazione della mano dell'operaio: un dito di copiatura era fissato in uno e un taglierino nell'altro. Il dito di copia fisso sembrava un'asta, all'estremità appuntita della quale era posizionato un piccolo rullo. Il modello è stato costantemente premuto contro il rullo del dito di copia da una molla speciale. Durante il funzionamento della macchina, essa iniziò a ruotare e, in accordo con le sporgenze e gli avvallamenti della sua superficie, compiva movimenti oscillatori. Questi movimenti del modello sono stati trasmessi attraverso un sistema di ingranaggi a un pezzo rotante, che li ha ripetuti. Il pezzo era in contatto con la taglierina, proprio come il modello era in contatto con il dito di copiatura. A seconda del rilievo del modello, il pezzo si è avvicinato alla fresa o si è allontanato da essa. Allo stesso tempo, anche lo spessore dei trucioli è cambiato. Dopo molti passaggi della fresa sulla superficie del pezzo, è apparso un rilievo simile a quello del modello, ma su scala ridotta. La fotocopiatrice era uno strumento molto complesso e costoso. Solo persone molto ricche potevano comprarlo. Nella prima metà del XVIII secolo, quando sorse la moda dei prodotti in legno e osso torniti, molti monarchi europei e nobili titolati furono impegnati nel lavoro di tornitura. Per loro, per la maggior parte, erano destinate le fotocopiatrici. Ad esempio, una macchina del genere (prodotta, come si potrebbe supporre, dal notevole meccanico russo Nartov) fu installata nel 1712 nell'officina dello zar russo Pietro il Grande.
I calibri sono stati utilizzati su alcune macchine in orologeria, perché hanno reso più facile rettificare parti di alta precisione dei movimenti dell'orologio. Alla fine del secolo iniziarono ad essere installati sui torni. Nel decimo volume dell'Enciclopedia di Diderot, per la prima volta, è stata collocata l'immagine del più semplice supporto a croce di un grande tornio. Questo calibro potrebbe ruotare attorno a un asse e avvicinarsi al pezzo con una vite, ma non potrebbe muoversi lungo di esso. Ma questi dispositivi non erano ampiamente utilizzati nella tornitura. Un semplice tornio ha soddisfatto pienamente tutti i bisogni umani fino alla seconda metà del XNUMX° secolo. Tuttavia, dalla metà del secolo, è diventato sempre più necessario lavorare con grande precisione pezzi di ferro massicci. Alberi, viti di varie dimensioni, ingranaggi furono le prime parti di macchine, la cui fabbricazione meccanica nacque subito dopo la loro comparsa, poiché erano richieste in grandi quantità. Dopo l'introduzione della grande invenzione di Watt, iniziò a farsi sentire il bisogno particolarmente acuto di una lavorazione ad alta precisione di pezzi grezzi di metallo. Come già accennato, la produzione di parti per motori a vapore si è rivelata un compito tecnico molto difficile per il livello raggiunto dall'ingegneria meccanica nel XVIII secolo. Solitamente la taglierina veniva fissata su un lungo bastone a forma di uncino. L'operaio lo teneva tra le mani, appoggiandosi come una leva a un apposito cavalletto. Questo lavoro ha richiesto grandi capacità professionali e grande forza fisica. Qualsiasi errore portava al danneggiamento dell'intero pezzo oa un errore di lavorazione troppo grande.
Nel 1765, a causa dell'impossibilità di alesare con sufficiente precisione un cilindro lungo due piedi e largo sei pollici, Watt dovette ricorrere a un cilindro malleabile. L'alesaggio di un cilindro lungo nove piedi e con un diametro di 28 pollici era preciso allo "spessore di un mignolo". Inutile dire che tale "precisione" nella fabbricazione di una macchina a vapore era del tutto insufficiente. La situazione poteva essere corretta in un solo modo: era necessario creare macchine per la produzione di macchine. Le macchine avrebbero dovuto sostituire i lavoratori altamente qualificati, che erano scarsi, e garantire la produzione in serie di macchine economiche e affidabili. Dall'inizio del XIX secolo iniziò una graduale rivoluzione nell'ingegneria meccanica. Al posto del vecchio tornio, una dopo l'altra, arrivano nuove macchine automatiche di alta precisione dotate di calibri. L'inizio di questa rivoluzione è stato posto dal tornio per il taglio di viti del meccanico inglese Henry Maudsley, che ha permesso di girare automaticamente viti e bulloni con qualsiasi filettatura.
In generale, il taglio delle viti è rimasto a lungo un compito tecnico difficile, poiché richiedeva alta precisione e abilità. I meccanici hanno pensato a lungo a come semplificare questa operazione. Già nel 1701, nell'opera di C. Plume, fu descritto un metodo per tagliare le viti utilizzando un calibro primitivo. Per fare ciò, un pezzo di vite è stato saldato al pezzo come gambo. Il passo della vite saldata doveva essere uguale al passo della vite da tagliare sul pezzo. Quindi il pezzo è stato installato nella paletta di legno staccabile più semplice; la paletta sosteneva il corpo del pezzo e nella parte posteriore veniva inserita una vite saldata. Quando la vite veniva ruotata, il nido di legno della contropunta veniva schiacciato a forma di vite e fungeva da dado, per cui l'intero pezzo si spostava verso la paletta. L'avanzamento, invece, era tale da permettere alla fresa fissa di tagliare la vite con il passo richiesto. Un simile tipo di dispositivo era sul tornio per il taglio di viti del 1785, che fu l'immediato predecessore della macchina Maudsley. Qui la filettatura, che serviva da modello per la vite in lavorazione, veniva applicata direttamente al mandrino, che tratteneva il pezzo e lo metteva in rotazione. (Il mandrino è chiamato l'albero rotante di un tornio con un dispositivo per il bloccaggio del pezzo.) Ciò ha permesso di tagliare le viti a macchina: l'operaio ha ruotato il pezzo, che, a causa della filettatura del mandrino, proprio come in il dispositivo Plume, iniziò a muoversi progressivamente rispetto allo scalpello fisso, che l'operaio teneva su un bastone. Si otteneva così un filo sul prodotto che corrispondeva esattamente al filo del fuso. Tuttavia, l'accuratezza e la linearità della lavorazione qui dipendevano esclusivamente dalla forza e dalla durezza della mano dell'operaio che guidava l'utensile. Questo è stato un grande inconveniente. Inoltre, la filettatura sul mandrino era di soli 8-10 mm, il che consentiva di tagliare solo viti molto corte. Il tagliaviti progettato da Maudsley ha rappresentato un significativo passo avanti. La storia della sua invenzione è così descritta dai contemporanei. Nel 1794-1795 Maudsley, ancora giovane ma già molto esperto meccanico, lavorò nell'officina del famoso inventore Brama. I prodotti principali dell'officina erano i water e le serrature inventati da Brahma. La richiesta per loro era molto ampia ed era difficile realizzarli manualmente. Brahma e Maudsley hanno dovuto affrontare il compito di aumentare il numero di parti prodotte su macchine utensili. Tuttavia, il vecchio tornio era scomodo per questo. Iniziando i lavori per il suo miglioramento, Maudsley nel 1794 gli fornì una pinza a croce. La parte inferiore della pinza (slitta) era montata sullo stesso telaio con la contropunta della macchina e poteva scorrere lungo la sua guida. In uno qualsiasi dei suoi punti, la pinza potrebbe essere fissata saldamente con una vite. Sulla slitta inferiore c'erano quelle superiori, disposte in modo simile. Con l'aiuto di essi, la taglierina, fissata con una vite in una fessura all'estremità di una barra d'acciaio, potrebbe muoversi in direzione trasversale. Il movimento della pinza nelle direzioni longitudinale e trasversale avveniva con l'ausilio di due madreviti. Avvicinando la fresa con l'ausilio di un calibro al pezzo, posizionandola rigidamente su una slitta a croce, e quindi spostandola lungo la superficie in lavorazione, è stato possibile tagliare il metallo in eccesso con grande precisione. In questo caso, la pinza fungeva da mano dell'operaio che reggeva la taglierina. Nel design descritto, infatti, non c'era ancora nulla di nuovo, ma era un passo necessario verso ulteriori miglioramenti. Lasciando Brahma poco dopo la sua invenzione, Maudsley fondò la propria officina e nel 1798 creò un tornio più avanzato. Questa macchina è diventata un'importante pietra miliare nello sviluppo dell'industria delle macchine utensili, poiché per la prima volta ha permesso di tagliare automaticamente viti di qualsiasi lunghezza e passo. Come già accennato, il punto debole del vecchio tornio era che poteva tagliare solo viti corte. Non poteva essere altrimenti: dopotutto, non c'era supporto, la mano dell'operaio doveva rimanere immobile e il pezzo stesso si muoveva insieme al mandrino. Nella macchina Maudsley, il pezzo è rimasto immobile e la pinza con la taglierina fissata al suo interno si è mossa. Per far muovere la pinza sulla slitta inferiore lungo la macchina, Maudsley ha collegato il mandrino della paletta alla vite di comando della pinza utilizzando due ingranaggi. Una vite rotante è stata avvitata in un dado, che ha trascinato con sé la slitta della pinza e le ha fatte scorrere lungo il letto. Poiché la vite di comando ruotava alla stessa velocità del mandrino, il pezzo era filettato con lo stesso passo di quella vite. Per il taglio di viti con passi diversi, la macchina era fornita di madreviti. Il taglio automatico della vite sulla macchina era il seguente. Il pezzo è stato bloccato e tornito alle dimensioni richieste, esclusa l'alimentazione meccanica della pinza. Successivamente, la vite di comando è stata collegata al mandrino e il taglio elicoidale è stato eseguito in più passaggi di taglio. Il ritorno della pinza ogni volta avveniva manualmente dopo aver spento l'alimentazione semovente. Pertanto, la vite di comando e il calibro hanno sostituito completamente la mano dell'operaio. Inoltre, hanno permesso di tagliare i fili in modo molto più preciso e veloce rispetto alle macchine precedenti. Nel 1800, Maudsley apportò un notevole miglioramento alla sua macchina: invece di una serie di viti di comando intercambiabili, utilizzò una serie di ingranaggi intercambiabili che collegavano il mandrino e la vite di comando (ce n'erano 28 con un numero di denti da 15 a 50 ). Ora era possibile ottenere vari filetti con una varietà di passi con un'unica madrevite. Infatti, se si voleva, ad esempio, ottenere una vite la cui corsa fosse n volte inferiore a quella della madrevite, era necessario far ruotare il pezzo ad una velocità tale che facesse n giri mentre la madrevite faceva solo una rivoluzione. Poiché la vite di comando riceveva la sua rotazione dal mandrino, ciò era facilmente ottenibile inserendo una o più ruote dentate tra il mandrino e la vite. Conoscendo il numero di denti di ciascuna ruota, non è stato difficile ottenere la velocità richiesta. Modificando la combinazione delle ruote è stato possibile ottenere effetti diversi, ad esempio tagliare il filo destro anziché quello sinistro.
Sulla sua macchina, Maudsley scolpì i fili con una precisione e un'accuratezza così sorprendenti che ai suoi contemporanei sembrò quasi un miracolo. Egli, in particolare, tagliò la vite e il dado di regolazione di uno strumento astronomico, che per molto tempo fu considerato un insuperabile capolavoro di precisione. La vite era lunga cinque piedi e aveva un diametro di due pollici con 50 giri per pollice. L'intaglio era così fine che non poteva essere visto ad occhio nudo. Ben presto, la macchina Maudsley migliorata si diffuse e servì da modello per molte altre macchine per il taglio dei metalli. Nel 1817 fu creata una pialla con calibro, che consentiva di lavorare rapidamente superfici piane. Nel 1818 Whitney inventò la fresatrice. Nel 1839 apparve una giostra, ecc. L'eccezionale risultato di Maudsley gli ha portato una fama forte e meritata. Infatti, sebbene Maudsley non possa essere considerato l'unico inventore del calibro, il suo indubbio merito è stato quello di aver avuto la sua idea al momento giusto e di metterla nella forma più perfetta. L'altro suo merito è stato quello di introdurre l'idea di una pinza nella produzione di massa e di contribuire così alla sua distribuzione finale. Fu il primo a stabilire che ogni vite di un certo diametro doveva avere una filettatura con un certo passo. Fino a quando le filettature delle viti non venivano applicate a mano, ogni vite aveva le sue caratteristiche. Per ogni vite è stato realizzato il proprio dado, solitamente non adatto a nessun'altra vite. L'introduzione del taglio meccanizzato ha assicurato l'uniformità di tutti i fili. Ora qualsiasi vite e qualsiasi dado dello stesso diametro si incastrano, indipendentemente da dove sono stati realizzati. Questo fu l'inizio della standardizzazione delle parti, che era estremamente importante per l'ingegneria meccanica.
Uno degli studenti di Maudsley, James Nesmith, che in seguito divenne lui stesso un inventore eccezionale, scrisse nelle sue memorie di Maudsley come il pioniere della standardizzazione: nell'ingegneria meccanica Prima di lui, non esisteva un sistema nel rapporto tra il numero di giri delle viti da taglio e il loro diametro. Ogni bullone e dado erano adatti solo l'uno all'altro e non avevano nulla a che fare con un bullone di dimensioni vicine. Pertanto, tutti i bulloni e i relativi dadi ricevevano contrassegni speciali, indicando che si appartenevano. Qualsiasi confusione di loro ha portato a infinite difficoltà e spese, inefficienza e confusione - parte del parco macchine doveva essere costantemente utilizzato per la riparazione Solo chi ha vissuto nei tempi relativamente iniziali della produzione delle macchine può avere un'idea corretta dei problemi, degli ostacoli e questo costa ha causato una situazione simile, e solo lui valuterà correttamente il grande merito reso da Maudsley all'ingegneria meccanica. Autore: Ryzhov KV
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