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HISTOIRE DE LA TECHNOLOGIE, TECHNOLOGIE, OBJETS AUTOUR DE NOUS
Étrier. Histoire de l'invention et de la production
Annuaire / L'histoire de la technologie, de la technologie, des objets qui nous entourent Un support (de l'anglais et du français support, du latin tardif supporto - I support) est une unité conçue pour la fixation et le mouvement manuel ou automatique d'un outil, par exemple dans les machines-outils. Le support est généralement constitué d'un porte-outil et de pièces intermédiaires telles que des glissières qui assurent une direction donnée de déplacement de l'outil.
L'une des réalisations les plus importantes de l'ingénierie mécanique au début du XIXe siècle a été la diffusion des machines-outils à étriers - supports mécaniques pour la fraise. Aussi simple et, à première vue, insignifiant que puisse paraître cet appendice de la machine, on peut dire sans exagération que son influence sur l'amélioration et la diffusion des machines fut aussi grande que l'influence des modifications apportées par Watt à la machine à vapeur. L'introduction de l'étrier a immédiatement conduit à l'amélioration et à la réduction du coût de toutes les machines, a donné une impulsion à de nouvelles améliorations et inventions. Le tour a une histoire très ancienne et, au fil des ans, sa conception a très peu changé. Peut-être que le principe de son appareil a été suggéré aux gens par un tour de potier. En faisant tourner un morceau de bois, le maître, à l'aide d'un ciseau, pouvait lui donner la forme cylindrique la plus bizarre. Pour ce faire, il appuya le ciseau contre une pièce de bois en rotation rapide, en sépara des copeaux circulaires et donna progressivement à la pièce la forme souhaitée. Dans les détails de leur appareil, les machines pouvaient différer assez sensiblement les unes des autres, mais jusqu'à la fin du XVIIIe siècle, elles avaient toutes une caractéristique fondamentale: pendant le traitement, la pièce tournait et la fraise était entre les mains du maître. . Les exceptions à cette règle étaient très rares et ne peuvent en aucun cas être considérées comme typiques de cette époque. Par exemple, les porte-couteaux se sont généralisés dans les photocopieuses. Avec l'aide de telles machines, un travailleur qui n'avait pas de compétences particulières pouvait fabriquer des produits complexes d'une forme très complexe. Pour cela, un modèle en bronze a été utilisé, qui ressemblait à un produit, mais plus grand (généralement 2: 1).
L'image souhaitée a été obtenue sur la pièce comme suit. La machine était équipée de deux étriers, qui permettaient de tourner les produits sans la participation de la main de l'ouvrier: un doigt de copie était fixé dans l'un et un couteau dans l'autre. Le doigt de copie fixe ressemblait à une tige, à l'extrémité pointue de laquelle était placé un petit rouleau. Le modèle était constamment pressé contre le rouleau du doigt de copie par un ressort spécial. Pendant le fonctionnement de la machine, celle-ci a commencé à tourner et, en fonction des saillies et des dépressions à sa surface, a effectué des mouvements oscillatoires. Ces mouvements du modèle étaient transmis par un système d'engrenages à une pièce en rotation, qui les répétait. La pièce était en contact avec la fraise, tout comme le modèle était en contact avec le doigt de copie. Selon le relief du modèle, la pièce s'est approchée de la fraise ou s'en est éloignée. Dans le même temps, l'épaisseur des copeaux a également changé. Après de nombreux passages de la fraise sur la surface de la pièce, un relief est apparu similaire à celui du modèle, mais à plus petite échelle. La photocopieuse était un outil très complexe et coûteux. Seules les personnes très riches pouvaient l'acheter. Dans la première moitié du XVIIIe siècle, lorsque la mode des produits tournés en bois et en os est apparue, de nombreux monarques européens et nobles titrés se sont engagés dans le travail du tournage. Pour eux, pour la plupart, les photocopieuses étaient destinées. Par exemple, une telle machine (produite, comme on pourrait le supposer, par le remarquable mécanicien russe Nartov) a été installée en 1712 dans l'atelier du tsar russe Pierre le Grand.
Les étriers étaient utilisés sur certaines machines en horlogerie, car ils facilitaient le tournage des pièces de haute précision des mouvements de montres. À la fin du siècle, ils ont commencé à être installés sur des tours. Dans le 10e volume de l'Encyclopédie de Diderot, pour la première fois, une image du support transversal le plus simple d'un grand tour a été placée. Cet étrier pouvait tourner autour d'un axe et s'approcher de la pièce avec une vis, mais il ne pouvait pas se déplacer le long de celui-ci. Mais ces appareils n'étaient pas largement utilisés en tournage. Un tour simple satisfait pleinement tous les besoins humains jusqu'à la seconde moitié du XVIIIe siècle. Cependant, depuis le milieu du siècle, il est devenu de plus en plus nécessaire de traiter des pièces massives en fer avec une grande précision. Des arbres, des vis de différentes tailles, des engrenages ont été les premières pièces de machines dont la fabrication mécanique est apparue immédiatement après leur apparition, car elles étaient nécessaires en quantités énormes. Le besoin particulièrement aigu d'un traitement de haute précision des ébauches métalliques a commencé à se faire sentir après l'introduction de la grande invention de Watt. Comme déjà mentionné, la fabrication de pièces pour machines à vapeur s'est avérée être une tâche technique très difficile pour le niveau atteint par l'ingénierie mécanique au XVIIIe siècle. Habituellement, le couteau était fixé sur un long bâton en forme de crochet. L'ouvrier le tenait dans ses mains, appuyé comme un levier sur un support spécial. Ce travail demandait de grandes compétences professionnelles et une grande force physique. Toute erreur entraînait des dommages sur l'ensemble de la pièce ou une erreur de traitement trop importante.
En 1765, devant l'impossibilité d'aléser avec une précision suffisante un cylindre de deux pieds de long et de six pouces de diamètre, Watt dut recourir à un cylindre malléable. L'alésage d'un cylindre de neuf pieds de long et 28 pouces de diamètre était précis à "l'épaisseur d'un petit doigt". Inutile de dire qu'une telle "précision" dans la fabrication d'une machine à vapeur était totalement insuffisante. La situation ne pouvait être corrigée que d'une seule manière : il fallait créer des machines pour la production de machines. Les machines étaient censées remplacer les travailleurs hautement qualifiés, qui étaient rares, et assurer la production en série de machines bon marché et fiables. Depuis le début du XIXe siècle, une révolution progressive de l'ingénierie mécanique a commencé. A la place de l'ancien tour, de nouvelles machines automatiques de haute précision équipées d'étriers se succèdent. Le début de cette révolution a été posé par le tour à visser du mécanicien anglais Henry Maudsley, qui permettait de tourner automatiquement les vis et les boulons avec n'importe quel filetage.
En général, la coupe de vis est restée longtemps une tâche technique difficile, car elle nécessitait une grande précision et une grande habileté. Les mécaniciens ont longtemps réfléchi à la manière de simplifier cette opération. En 1701, dans les travaux de C. Plume, une méthode de coupe de vis à l'aide d'un pied à coulisse primitif a été décrite. Pour ce faire, un morceau de vis a été soudé à la pièce en tant que tige. Le pas de la vis soudée devait être égal au pas de la vis à couper sur la pièce. Ensuite, la pièce a été installée dans la poupée en bois amovible la plus simple; la poupée supportait le corps de la pièce et une vis soudée était insérée à l'arrière. Lorsque la vis tournait, le nid en bois de la poupée mobile était écrasé en forme de vis et servait d'écrou, à la suite de quoi toute la pièce se déplaçait vers la poupée mobile. L'avance, au contraire, était telle qu'elle permettait à la fraise fixe de couper la vis au pas requis. Un type d'appareil similaire se trouvait sur le tour à décolleter de 1785, qui était le prédécesseur immédiat de la machine Maudsley. Ici, le filetage, qui servait de modèle à la vis en cours de réalisation, était appliqué directement sur la broche, qui maintenait la pièce et la mettait en rotation. (La broche s'appelle l'arbre rotatif d'un tour avec un dispositif de serrage de la pièce.) Cela a permis de couper les vis à la machine: l'ouvrier a fait tourner la pièce, ce qui, en raison du filetage de la broche, tout comme dans le luminaire Plume, a commencé à se déplacer progressivement par rapport au ciseau fixe, que l'ouvrier tenait sur un bâton. Ainsi, un filetage a été obtenu sur le produit qui correspondait exactement au filetage de la broche. Cependant, la précision et la rectitude du traitement ne dépendaient ici que de la force et de la dureté de la main de l'ouvrier qui guidait l'outil. C'était un grand inconvénient. De plus, le filetage de la broche n'était que de 8 à 10 mm, ce qui ne permettait de couper que des vis très courtes. La machine à décolleter conçue par Maudsley représente une avancée significative. L'histoire de son invention est ainsi décrite par des contemporains. En 1794-1795, Maudsley, encore jeune mécanicien mais déjà très expérimenté, travaille dans l'atelier du célèbre inventeur Brama. Les principaux produits de l'atelier étaient des toilettes et des serrures inventées par Brahma. La demande pour eux était très large et il était difficile de les fabriquer manuellement. Brahma et Maudsley ont été confrontés à la tâche d'augmenter le nombre de pièces produites sur des machines-outils. Cependant, l'ancien tour n'était pas pratique pour cela. Commençant les travaux sur son amélioration, Maudsley en 1794 lui a fourni un pied à coulisse croisé. La partie inférieure de l'étrier (traîneau) était montée sur le même châssis que la poupée mobile de la machine et pouvait coulisser le long de son guide. À n'importe lequel de ses endroits, l'étrier peut être fermement fixé avec une vis. Sur la glissière inférieure se trouvaient les glissières supérieures, disposées de la même manière. Avec l'aide d'eux, le couteau, fixé avec une vis dans une fente à l'extrémité d'une barre d'acier, pouvait se déplacer dans le sens transversal. Le mouvement de l'étrier dans les directions longitudinale et transversale s'est produit à l'aide de deux vis-mères. En déplaçant la fraise à l'aide d'un pied à coulisse près de la pièce, en la plaçant de manière rigide sur une glissière transversale, puis en la déplaçant le long de la surface à usiner, il a été possible de couper l'excès de métal avec une grande précision. Dans ce cas, l'étrier servait de main au travailleur tenant le couteau. Dans la conception décrite, en fait, il n'y avait toujours rien de nouveau, mais c'était une étape nécessaire vers de nouvelles améliorations. Quittant Brahma peu après son invention, Maudsley fonda son propre atelier et créa en 1798 un tour plus perfectionné. Cette machine est devenue une étape importante dans le développement de l'industrie des machines-outils, car elle a permis pour la première fois de couper automatiquement des vis de n'importe quelle longueur et de n'importe quel pas. Comme déjà mentionné, le point faible de l'ancien tour était qu'il ne pouvait couper que des vis courtes. Il ne pouvait en être autrement - après tout, il n'y avait pas de support, la main de l'ouvrier devait rester immobile et la pièce elle-même se déplaçait avec la broche. Dans la machine Maudsley, la pièce est restée immobile et l'étrier avec la fraise fixée à l'intérieur s'est déplacé. Afin de faire bouger l'étrier sur la glissière inférieure le long de la machine, Maudsley a connecté l'axe de la poupée à la vis mère de l'étrier à l'aide de deux engrenages. Une vis rotative était vissée dans un écrou, ce qui entraînait le traîneau de l'étrier avec lui et le faisait glisser le long du lit. Étant donné que la vis-mère tournait à la même vitesse que la broche, la pièce était filetée avec le même pas que cette vis. Pour couper des vis avec des pas différents, la machine disposait d'un approvisionnement en vis-mères. La coupe automatique de la vis sur la machine était la suivante. La pièce a été serrée et tournée aux dimensions requises, sans compter l'alimentation mécanique de l'étrier. Après cela, la vis mère a été connectée à la broche et la coupe hélicoïdale a été effectuée en plusieurs passes de coupe. Le retour de l'étrier à chaque fois s'est fait manuellement après avoir éteint l'alimentation automotrice. Ainsi, la vis mère et l'étrier ont complètement remplacé la main du travailleur. De plus, ils permettaient de couper les fils beaucoup plus précisément et plus rapidement que sur les machines précédentes. En 1800, Maudsley a apporté une amélioration remarquable à sa machine - au lieu d'un ensemble de vis-mères interchangeables, il a utilisé un ensemble d'engrenages interchangeables qui reliaient la broche et la vis-mère (il y en avait 28 avec un nombre de dents de 15 à 50 ). Désormais, il était possible d'obtenir différents filetages avec une variété de pas avec une seule vis mère. En effet, s'il fallait, par exemple, obtenir une vis dont la course est n fois inférieure à celle de la vis mère, il fallait faire tourner la pièce à une vitesse telle qu'elle fasse n tours alors que la vis mère ne faisait que une révolution. Étant donné que la vis-mère recevait sa rotation de la broche, cela était facilement réalisé en insérant une ou plusieurs roues dentées entre la broche et la vis. Connaissant le nombre de dents de chaque roue, il n'était pas difficile d'obtenir la vitesse requise. En changeant la combinaison de roues, il était possible d'obtenir différents effets, par exemple, couper le fil droit au lieu de celui de gauche.
Sur sa machine, Maudsley a exécuté le filetage avec une précision et une exactitude si étonnantes que cela semblait presque un miracle à ses contemporains. Il a notamment taillé la vis et l'écrou de réglage d'un instrument astronomique, longtemps considéré comme un chef-d'œuvre de précision inégalé. La vis mesurait cinq pieds de long et deux pouces de diamètre avec 50 tours par pouce. La sculpture était si fine qu'elle ne pouvait pas être vue à l'œil nu. Bientôt, la machine Maudsley améliorée s'est généralisée et a servi de modèle à de nombreuses autres machines à couper les métaux. En 1817, une raboteuse avec un étrier a été créée, ce qui a permis de traiter rapidement des surfaces planes. En 1818, Whitney invente la fraiseuse. En 1839, un carrousel fait son apparition, etc. La réalisation exceptionnelle de Maudsley lui a valu une renommée forte et bien méritée. En effet, bien que Maudsley ne puisse être considéré comme le seul inventeur du pied à coulisse, son mérite incontestable est d'avoir eu son idée au bon moment et de l'avoir revêtue de la forme la plus parfaite. Son autre mérite est d'avoir introduit l'idée d'un pied à coulisse dans la production de masse et ainsi contribué à sa diffusion finale. Il fut le premier à établir que chaque vis d'un certain diamètre devait avoir un filetage avec un certain pas. Jusqu'à ce que les filets de vis soient appliqués à la main, chaque vis avait ses propres caractéristiques. Pour chaque vis, son propre écrou a été fabriqué, généralement ne convenant à aucune autre vis. L'introduction de la coupe mécanisée a assuré l'uniformité de tous les fils. Désormais, n'importe quelle vis et n'importe quel écrou de même diamètre s'emboîtent, quel que soit l'endroit où ils ont été fabriqués. Ce fut le début de la standardisation des pièces, qui était extrêmement importante pour l'ingénierie mécanique.
L'un des étudiants de Maudsley, James Nesmith, qui devint lui-même plus tard un inventeur exceptionnel, écrivit dans ses mémoires de Maudsley en tant qu'initiateur de la normalisation: en génie mécanique Avant lui, il n'y avait pas de système dans le rapport entre le nombre de tours de vis de coupe et leur diamètre. Chaque boulon et écrou ne convenaient qu'entre eux et n'avaient rien à voir avec un boulon de tailles voisines. Par conséquent, tous les boulons et leurs écrous correspondants recevaient des marquages spéciaux , indiquant qu'ils appartenaient les uns aux autres. Toute confusion entre eux conduit à des difficultés et des dépenses sans fin, à l'inefficacité et à la confusion - une partie du parc de machines devait être constamment utilisée pour la réparation.Seul quelqu'un qui a vécu dans les premiers jours de la production de machines peut avoir une idée correcte des problèmes et les coûts que provoqué une situation similaire, et lui seul évaluera correctement le grand mérite rendu par Maudsley au génie mécanique. Auteur : Ryzhov K.V.
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