VIII Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся
Старт в науке
Токарный станок Петра I
Автор работы награжден дипломом победителя II степени
Полная версия работы доступна во вкладке "Файлы работы" в формате PDF
Исследовательская работа «Токарный станок Петра I»
Цель работы: знакомство с токарным станком.
Задачи:
Узнать, как и где был изобретен токарный станок
Выяснить, как выглядели первые токарные станки
Понять, как и для чего применялись токарные станки.
Создать модель механизма токарного станка
Объект исследования: история появления и виды токарных станков.
Предмет: токарные механизмы различных периодов времени.
Гипотеза: Мы предположили, что механизмы, разработанные несколько веков назад актуальны и в настоящее время
Методы исследования:
Знакомство с видами токарных станков посредством изучения изображений, схем, фотографий
Анализ литературы и информационных источников
Обобщение полученных данных
Создание проекта с использованием Lego WEDO 2.0
Новизна исследования: мы провели опрос в 1 и 3 классе и оказалось, что среди почти никто не знал, что такое токарный станок, для чего он нужен, какие механизмы лежат в его основе.
Практическая значимость: Учитывая большое значение реформ Петра I для истории России и в связи с исполняющимся в 2022 году 350-летием со дня его рождения, данный проект можно будет использовать на уроках технологии и на уроках физики для изучения разных передач и пояснения принципов работы механизмов, а также на уроках истории, при изучении деятелей, внесших вклад в развитие технологий.
Введение:
Когда мне было 5 лет, мой дедушка показал мне, как можно из дерева получать интересные детали, а также рассказал, что станок, который помогает это делать, называется токарным. Летом на даче мне нравится точить из дерева разные вещи. Знаю, что многие ребята никогда даже не видели подобных станков, не знают как они работают и для чего применяются. И мне стало интересно, а какие станки были раньше? Кто их привез в нашу страну? А самое главное – кто из великих людей любил вырезать из дерева (также, как люблю это делать я).
Я увлекаюсь конструированием из Lego и я решил попробовать собрать свою модель токарного станка.
Основная часть.
Что такое токарный станок?
Я обратился к книгам и интернету, и узнал, что токарный станок - станок для обработки резанием (точением) заготовок из металлов, древесины и других материалов в виде тел вращения. На токарных станках выполняют черновое и чистовое точение цилиндрических, конических и фасонных поверхностей, нарезание резьбы, подрезку и обработку торцов, сверление, зенкерование и развёртывание отверстий и т.д. Заготовка получает вращение от шпинделя, резец — режущий инструмент - перемещается вместе с салазками суппорта от ходового вала или ходового винта, получающих вращение от механизма подачи.
История появления первого токарного станка взяла свое начало в Древнем Египте. В те времена оборудование приводилось в действие специальным веревочным приспособлением, которое напоминало лук. Оно называлось лучковым. На тетиву надевали болванку, а при распрямлении она делала несколько оборотов.
Лучковый токарный станок был очень популярным в Древнем Риме, Китае, Греции и Индии. Хотя об обработке таким станком металлов не могло быть и речи, в основном он предназначался для обработки дерева, кости или камня.
Согласно дошедших до нас сведений токарный станок был изобретен примерно в середине седьмого столетия до нашей эры. Между двумя точно установленными центрами зажималась заготовка из кости или дерева. Подмастерье вращал заготовку, а мастер прижимал резец к заготовке в нужном месте и снимал стружку, пока заготовка не приобретала требуемую форму. Позже заготовку приводили в движение с помощью лука с провисающей тетивой. Ее оборачивали петлей вокруг заготовки. Когда лук начинали двигать, словно пилу при распилке бревен, заготовка начинала вращаться вокруг своей оси то в одну, то в другую сторону.
В XIV — XV веках получили распространение токарные станки, имевшие ножной привод. Упругая жердь (очеп) крепилась консольно над станком. На конец жерди крепили бечевку, обернутую на один оборот вокруг заготовки. Нижний конец бечевки крепили к педали. Когда на педаль нажимали, натягивалась бечевка и заготовка делала 1-2 оборота, а жердь сгибалась. Если педаль отпускали, жердь выпрямлялась и подтягивала бечевку вверх, заготовка совершала 1-2 оборота, но в другую сторону.
К 1430 году очеп заменили механизмом, состоящим их педали, кривошипа и шатуна. Получился привод, аналогичный ножному приводу в швейной машинке XX-го столетия. Теперь заготовка в течение всего процесса не совершала колебательного движения, как раньше, а вращалась в одну сторону.
В 1500 г. на станке уже были стальные центры и люнет, позволившие обрабатывать достаточно сложные детали. Однако маломощный привод и недостаточная сила в руке рабочего делали обработку металла малоэффективной. Появление водяных приводов оказало большое влияние на повышение эффективности в металлообработке.
В середине XVI века был изобретен токарный станок для нарезки конических и цилиндрических винтов. Его изобрел Жак Бессон. Со временем токарные станки стали часто использовать для нарезки металлов, а не дерева. Возникла необходимость в жестком креплении резца и механизированного передвижения его по обрабатываемой поверхности.
2.2 Появление токарных станков в Российской Империи
Пётр I славился тем, что он всюду искал мастеровых людей — корабелов, оружейников, архитекторов. Обычно он приглашал иностранных мастеров в Санкт-Петербург, иногда посылал русских людей в западные страны для учёбы. Многих талантливых выходцев из народа он примечал на Руси, многих брал к себе на работу, у некоторых даже и сам учился мастерству. Потому что это был самый странный русский царь. Всё ему было интересно, до всего нужно было своим умом дойти, всякое дело своими руками испытать. Он перепробовал почти все ремёсла, которыми занимались его подданные, разве что крестиком не вышивал.
В Российской империи в 18 веке достаточно большое развитие получила развитие отрасль машиностроения. Император Петр 1 очень увлекался работой на токарных станках. По описанию современников, обычный день российского императора складывался следующим образом: “Государь встает очень рано, так что в три и четыре часа утра присутствует в тайном совете. Потом идет на верфь, где смотрит за постройкой кораблей и даже сам работает, зная это мастерство превосходно. В девять или десять часов занимается токарной работой, в которой так искусен, что решительно ни одному художнику не уступит”. Токарные мастерские Петр I завел уже в конце XVII в. Одна из них, возглавляемая известным механиком Иоганном Блеером, располагалась в Сухаревой башне в Москве. Особенно он любил вырезать предметы из слоновой кости и из дерева. Сначала он работал на с танке, изготовленном в Амстердаме, а потом приобрел еще и французский станок.
Ваза с овальной чашей и спиральной ножкой из кости.
Чаша и ножка изготовлены
на токарно-копировальных станках.
Кость. Высота 21.7 см.
Государственный Эрмитаж.
В 1705 г. учеником к Блееру поступил 12-летний Андрей Нартов, которому предстояло в дальнейшем внести существенный вклад в развитие отечественной механики. Юный “мастер токарных и резных дел” вскоре попадает в поле зрения царя. С 1709 года Андрей Нартов работал токарем в Московской школе математических и навигацких наук, основанной в 1701 году по велению Петра I.
Однажды Пётр посетил основанную им Московскую школу математико-навигационных наук, размещавшуюся в Сухаревой башне. Была там токарная мастерская, в ней он и приметил молодого паренька, ловко управлявшегося со станком. Понравилась Петру работа Андрея Нартова, узрел он в нём ум изобретателя (на это у царя чутьё было). В 1712 г. по именному указу Петра I А.К. Нартов был переведен из Москвы в Cанкт-Петербург и определен токарем в мастерскую Его Величества при Летнем дворце. В царской токарне, бывало, они работали плечом к плечу, и шестнадцатилетний юноша, не стесняясь, учил царя, как правильно держать резец, с какой силой следует надавливать на крутящуюся болванку, чтобы не испортить работы. Пётр часто брал его с собой в поездки на промышленные предприятия, где Нартов мог ознакомиться с оборудованием, технологическими процессами, что, конечно, впоследствии сказалось на его производственной деятельности.
Андрей Константинович Нартов
(1693-1756).
Царская токарня, имевшая 27 станков для обработки слоновой кости, считалась в то время одной из лучших в Европе. К работе были привлечены профессионалы высокой квалификации: токарь-художник, механик и скульптор Франц Зингер был выписан Петром из Италии, где немецкий мастер служил при дворе герцога Козимо III Медичи. Мастерами своего дела являлись Георг Занепенс из Англии (в России его называли Юрием Курносым), Андрей Коровин, Степан Яковлев. Следует отметить, что деятельность этих мастеров была связана с так называемым романтическим направлением в развитии токарных станков. Создаваемые ими “махины” предназначались главным образом для изготовления художественных изделий: медальонов, рельефных картинок, кубков, люстр и т.п.
Работа на токарно-копировальных станках настолько вошла в привычку русского царя, что, отправляясь в поездки по Европе, Петр часто брал “махины” с собой. Изготовленные им в России медальоны, а иногда и сами станки, преподносились в качестве дипломатического подарка. Кубок и табакерка, выточенные из слоновой кости собственноручно Петром I, были подарены в 1718 г. королю Фридриху Вильгельму I. Кроме того, прусскому двору передали “медальерный” станок конструкции Нартова, личного токаря Петра I, получившего в конце жизни титул статского советника. “…У него в Берлине такой махины нет”, - сообщал мастер.
Еще один токарно-копировальный станок для “медальерных” работ, изготовленный, по-видимому, специально для несовершеннолетнего Людовика XV, был подарен Петром французскому двору в 1720 г. Станок сохранился и находится сейчас в Национальном музее искусств и ремесел в Париже.
Токарно-копировальные станки разных конструкций, разработанные “царскими токарями” А.Нартовым, И.Блеером, Ф.Зингером, Г.Занепенсом, сохранились и в России. Эти станки, так же как разнообразные изделия, изготовленные с их помощью, можно увидеть в Государственном Эрмитаже, Летнем дворце Петра I, Меншиковском дворце в Санкт-Петербурге.
Прошло время, был 1717 год. Андрей Нартов повзрослел, и ему показалось, что станок можно переделать. Ведь в то время токари резцы держали в руках, а это было делом нелёгким. Да и сам станок в движение приводить приходилось ногой, что тоже не способствовало облегчению работы. Вот и задумался молодой мастер о том, как же облегчить труд токаря. И придумал устройство, которое и сейчас используется в токарных станках. В 1717 году «придворный токарь Его Величества Император Петра Великого» Андрей Константинович Нартоввпервые изобрёл токарно-винторезный станок с механизированным суппортом и набором сменных зубчатых колёс. В токарных станках той эпохи резец зажимался в особом держателе, который перемещали вручную, прижимая к обрабатываемому предмету. Качество зависело только от точности рук мастера, тем более, что в то время токарные станки уже применялись для обработки металлических, а не деревянных изделий. Нарезать резьбу на болты, наносить сложные узоры на обрабатываемый предмет, изготовить зубчатые колеса с мелкими зубчиками мог только очень искусный мастер. В своем станке Нартов не просто закрепил резец, но и применил следующую схему: копировальный палец и суппорт приводились в движение одним ходовым винтом, но с разным шагом нарезки под резцом и под копиром. Таким образом было обеспечено автоматическое перемещение суппорта вдоль оси обрабатываемой заготовки. Станок позволял вытачивать сложнейшие рисунки почти на любых поверхностях. Как это ни парадоксально, невзирая на все дальнейшие усовершенствования придуманного Нартовым механизированного суппорта, принцип его действия остался таким же и в наше время.
“Персональная машина второго рода» или копировально-токарный станок А.К.Нартова. Рисунок из рукописи “Театрум Махинарум”, 1755 г.
При многих европейских дворах существовали токарные мастерские, но Петровская Токарня считалась с начала 1720-х годов одной из лучших. Сохранившиеся до наших дней 12 станков из нее находятся в коллекции Эрмитажа.
Токарно-копировальный станок для “медальерных” работ,
изготовленный, по-видимому, специально для несовершеннолетнего Людовика XV, был подарен Петром французскому двору в 1720 г. Станок сохранился и находится сейчас в Национальном музее искусств и ремесел в Париже.
Далее станки с механическим суппортом распространились по всей территории Англии, а затем в Европе и Америке. На таком токарном станке без труда можно было обрабатывать небольшие металлические детали с высокой точностью.
2.3. Модель токарного станка
Я собрал модель токарного станка из Lego Wedo 2.0 Данная модель представляет собой станок для обработки дерева, затачивания. В моей модели используется зубчатая и ременная передачи. Эта модель является макетом современного станка.
Модель токарного станка из Lego Wedo 2.0
Пусковой механизм
Моя модель включается и выключается с помощью рычага, работает от СмартХаба.
Ременная передача
Программа для запуска механизма
В модели учтена также безопасность использования.
4.Вывод:
История токарного станка продолжается и по сей день. В прошлом веке было разработано множество различных видов токарных станков. Сейчас, конечно, станки автоматизированы до максимума, они управляются электроникой, валы вращают мощные электродвигатели. Но всё это лишь усовершенствованные станки Андрея Константиновича Нартова, выходца из русского народа.
Я провел анкетирование учащихся 1 и 3 класса 30 школы и узнал, что большинство ребят не знают про профессию токаря и про работу токарных станков. Я продемонстрировал ребятам как выглядит мой макет токарного станка и рассказал, из каких механизмов и деталей он состоит. (Приложение 1).
Таким образом, наша гипотеза о том, что механизмы, разработанные несколько веков назад актуальны и в наши дни, нашла свое подтверждение.
5.Список литературы:
1. Википедия, свободная энциклопедия, https://ru.wikipedia.org/
2. Cайт о токарных станках http://turner.narod.ru/index.html
3. Илья Носырев «Неподражаемая точность», статья, эл. Журнал «Сделано Русскими», http://rusplt.ru
4. В.П.Борисов, «Токарные художества Петра Великого», статья, журнал «Природа», №7, 2004 г.
5. Тим Скоренко "Изобретено в России: История русской изобретательской мысли от Петра I до Николая II", книга, 2017 г. ISBN: 978-5-9614-4930-3
Приложение 1
Анкета для исследования
Знаете ли вы, как из дерева сделать стул?
ДА НЕТ
Знаете ли вы про профессию токаря?
ДА НЕТ
Знаете ли вы, что такое токарный станок?
ДА НЕТ
А знаете, как работает токарный станок?
ДА НЕТ
В опросе приняли участие 45 учащихся 1-3 классов школы № 30