Поразительно, но изобретение состоялось за много веков до появления электричества, в VII веке до нашей эры, на территории Древнего Египта. На фресках того периода изображены примитивные устройства для обработки дерева или рога с помощью резца. Закрепленную деталь вращал подмастерье-невольник, а мастер снимал с нее стружку. Следующий прорыв в токарном деле состоялся на рубеже нашей эры. Неизвестный изобретатель догадался использовать тетиву лука в качестве привода движущего элемента. Теперь мастер мог работать один, без подсобников.
Работа на станке в Древнем Египте
В Средние века лучшим токарным оборудованием считались . Они обладали ножным приводом, с XVI века оснащались кривошипно-шатунным механизмом и стальным зажимным центром. Это было довольно совершенное для своей эпохи оборудование, на нем вытачивались разнообразные тела вращения. Повышение мощности было ограничено мускульной силой человека.
В XVII веке появились частично механизированные станки. Заготовка вращалась от привода водяного колеса, резец приводился в действие вручную. В следующем веке русский изобретатель А.К. Нартов собрал опытный образец революционно-нового станка. В его разработке был использован механизированный суппорт для продольного движения резца вдоль детали, сменные зубчатые колеса и функция нарезки резьбы. Бурное развитие металлообработки в Европе во многом определилось изобретением Нартова.
В начале XIX столетия англичанин Генри Модсли запатентовал универсальный токарный станок, причем конструкция суппорта оказалась на удивление совершенной.
Токарный станок Модсли
Родиной автоматизации токарной металлообработки стали США. Здесь были изобретены револьверные станки, внедрена стандартизация машиностроительного оборудования и первые системы безопасности. Уже в конце XIX века на американском токарном оборудовании имелись автоматические функции - остановка режущего лезвия при достижении заданного размера, автоподстройка скорости фронтальной расточки и т.д. Любой современный токарный станок с ЧПУ оснащается таким функционалом в обязательном порядке.
В двадцатом столетии к семейству токарно-винторезных станков прибавились токарно-карусельные, автоматизированные и роботизированные механизмы, многошпиндельные модели и оборудование для продольного точения. Появились программируемые станки и токарно-фрезерные обрабатывающие центры. Рекордсменом среди токарных станков считается штучное изделие компании «Вальдрих Зиген». Имея поворотное основание диаметром пять метров, он способен обрабатывать заготовки весом до пяти тонн. Дальнейшее совершенствование токарного оборудования развивается с учетом высоких требований к точности заданных размеров, чистоте обрабатываемой поверхности, эргономичности и безопасности.
Созданию первого станка предшествовало многовековое накопление человеческим обществом производственного и технического опыта, навыков и экспериментов, в результате которых постепенно появлялись, совершенствовались и находили свое техническое выражение и оформление прообразы отдельных конструктивных элементов будущего станка. Этот многовековый процесс тянулся, начиная с древних времен, как история возникновения и совершенствования разнообразных металлообрабатывающих, деревообрабатывающих, камнеобрабатывающих и других орудий труда, инструментов и приспособлений.
Предыстория появления первых станков начинается с древнейших исторических периодов, когда наши предки, обладавшие примитивными орудиями-инструментами (главным образом из камня), просверливали отверстия, например, для насаживания молота или топора на палку. И уже тогда возникло устройство, которое сооружалось примерно следующим незамысловатым образом. Из прочного дерева вырезался стержень, один конец которого заострялся. Этим заостренным концом стержень упирался в углубление в камне, наполненное мелкозернистым песком. Вокруг стержня спирально закручивалась тетива лука. При приведении лука в движение стержень начинал вращаться (как сверло), что обеспечивало шлифование углубления с помощью песка. В результате в камне просверливалось отверстие.
В древние века в Греции и Риме также существовали приспособления для обработки керамики и дерева. По утверждению историка Плиния, некий Феодор, житель острова Самоса (в Эгейском море), за 400 лет до нашей эры с успехом применял устройство, на котором обтачивались механически вращавшиеся (от ножного привода) изделия из металла. Сохранились до нашего времени свидетельствующие об этом древние украшения.
Дошедший до наших дней рисунок токарного станка
греческого мастера Феодора (VI век до нашей эры)
Трудно судить, в какой мере Плиний правдиво описал достижения Феодора, отнеся на его счет изобретение механического приспособления для вращения укрепленной между двумя бабками металлической детали, подвергаемой точению. Однако и другие исторические памятники подтверждают факт применения таких устройств в древнем мире. Наиболее древними и наиболее распространенными являлись устройства и станки для токарной обработки и процессов сверления. Все остальные группы и виды станков являлись как бы производными от этих двух основных видов орудий обработки.
Так, еще в древнем Египте применялся токарный "станок" с лучковым ручным приводом. На этом устройстве обтачивались каменные и деревянные изделия. В этом далеком прообразе современных станков уже фигурировали в зародыше такие основные конструктивные элементы станка, как станина, бабки, подставки для резцов и др. В работе "станка" активное участие принимали обе руки рабочего. Возвратное вращение изделия, подача резца требовали приложения больших физических усилий человека. Эти "станки" с небольшими модификациями в течение многих веков применялись в разных странах мира.
"Станок" с ручным лучковым приводом, применявшийся в
древнем Египте для токарной работы
В дальнейшем устройство для точения претерпело ряд конструктивных изменений. Оно приводилось в движение уже ногой человека и привязывалось бичевой к двум соседним деревьям. Обрабатываемое изделие крепилось между двумя, привязанными к стволам деревьев, отточенными колами.
Токарный "станок" с ножным приводом
Вращение изделия осуществлялось веревкой, верхний конец которой был привязан к пружинящей ветке дерева, посередине веревка обвивала изделие, а нижний конец веревки заканчивался петлей. Человек вставлял ногу в петлю, и, нажимая и отпуская веревку, приводил изделие во вращательное движение. Это токарное устройство применялось очень долго в самых разнообразных модификациях.
В начале XV века основание токарного станка представляло собой деревянную скамейку. На скамейке-станине находилось две бабки, соединенные бруском, служившим опорой для резца. Это избавляло токаря от необходимости держать резец на весу. Детали станка изготовлялись из дерева. Над станком свешивалась укрепленная на столбе гибкая жердь. К концу жерди прикреплялась веревка. Веревка обвивалась вокруг вала, спускалась вниз и привязывалась к деревянной педали. Нажимая на педаль, токарь приводил во вращение деталь. Когда токарь отпускал педаль, гибкая жердь тянула веревку назад. При этом заготовка вращалась в обратную сторону, так что токарю приходилось, как и в лучковых станках, попеременно то прижимать, то отодвигать резец.
Токарный станок приводимый в движение ногой
(из книги "Дом 12-ти братьев Менделя", 1400 г.)
До нашего времени сохранился токарный станок XVI века императора Максимилиана I. Станок в основном был изготовлен также из дерева, но центры для установки изделия у него были металлические. Этот станок (изготовленный в 1518 г.) уже имел люнет с рамкой для направления изделия. Подвижная рамка регулировалась винтом. Люнет станка был изготовлен из бронзы. Ножной веревочный привод с пружинящей жердью ничем не отличался от описанного выше.
В сохранившихся записях Леонардо да Винчи имеется ряд чертежей токарных станков, хотя все эти станки построены не были.
В 70-х годах XVI века французским королем Карлом IV была выдана мастеру Жаку Бессону привилегия на токарный станок для нарезания резьбы. В этом станке имелись три бабки. Две малые бабки давали направление коробке с ходовым винтом. Сама коробка, проходя через третью (левую на рисунке) бабку, держала вертикальную стойку с резцом. Изделие устанавливалось между левой стойкой станка и большой бабкой. Средняя бабка являлась гайкой ходового винта. На рисунке видна подвеска вертикального стержня с резцом на продольной бабке, подвешенной через две системы блоков на грузах. На холостом ходу нижняя бабка опускалась и резец отходил от изделия. При одновременном вращении рабочими ветвями веревок ходового винта и изделия резец нарезал резьбу на последнем. По мере нарезания резьбы ставились резцы с постепенно увеличивающимися коленами.
Токарно-винторезный станок Ж. Бессона с копиром и
ножным приводом для нарезания резьбы
Результат работы на таких станках всецело зависел от умения и глазомера токаря.
В начале XVII века начинают применяться станки с непрерывным канатным ручным приводом от маховика, расположенного за станком. На следующем рисунке показан токарный станок, описанный в книге Соломона де Ко, изданной во Франции в 1615 г. На этом станке обрабатывались торцы изделия, причем опора каретки прижималась к копиру грузами.
Токарный станок с канатным ручным приводом от маховика
(из книги Соломона де Ко, 1615 г.)
На следующем рисунке изображен другой станок, также относящийся к XVII веку. Этот станок, описанный в книге Шерюбена (издана во Франции в 1671 г.), имел ряд конструктивных улучшений. Привод у станка был ножной, с тетивой, но вращение передавалось уже через коленчатый вал. В этом станке был применен ступенчато-шкивный привод.
Выдающийся русский механик первой половины XVIII века Андрей Константинович Нартов родился в 1693 году в семье «человека простого звания».
С 1709 году пятнадцатилетним подростком Нартов стал работать токарем в Школе математических и навигационных наук (или, как ее чаще называли, Навигацкой школе), основанной Петром I в 1701 году. Под Навигацкую школу в Москве было отведено здание Сухаревой башни. Школа была подчинена Оружейной палате в лице боярина Ф.А. Головина и известного «прибыльщика» дьяка Алексея Курбатова. С 1706 года она перешла в морское ведомство.
Курбатов сообщал в 1703 году, что «ныне многие из всяких чинов и прожиточные люди припознали тоя науки сладость, отдают в те школы детей своих, а ныне и сами недоросли и рейтарские дети (т. е. дети кавалеристов) и молодые из приказов подьячие приходят с охотою немалою».
В 1715 году старшие классы Навигацкой школы были переведены в Петербург и потом преобразованы в Морскую академию. А Навигацкая школа в Москве осталась в качестве приготовительной школы к ней. Навигацкая школа привлекалась к решению таких практических задач, как обучение матросов при строительстве флота в Воронеже, измерение «перспективной дороги» между Москвой и Петербургом и т. д.
Лица, стоявшие во главе Навигацкой школы, и сам Петр считали знание ремесел необходимым для каждого оканчивающего это учебное заведение. При школе был создан ряд мастерских, где учащиеся приобретали соответствующие познания и навыки в ремеслах и где изготовлялись инструменты и различное оборудование для самой школы.
В 1703 году была создана токарная мастерская. Петр I уделял ей особенное внимание, так как сам очень любил токарное дело.
Учителем Нартова в токарном деле был мастер Еган (Иоганн) Блеер. После его смерти (в мае 1712 года) молодой Нартов назначен был руководителем токарной мастерской и хранителем ее оборудования.
Токарное искусство зародилось в глубокой древности. На протяжении средних веков токарный станок подвергался различным конструктивным усовершенствованиям.
В XVII — XVIII веках токарное дело являлось одним из важнейших видов художественного ремесла. Требования, предъявляемые к токарю как мастеру, были многообразны.
Под токарным делом в то время подразумевали все виды обработки на станке дерева, кости, рога, металла и других материалов посредством режущих инструментов, кроме сверления и рассверловки. На токарных станках обтачивали наружную и внутреннюю поверхности изделий, гравировали на дисках и цилиндрах, изготовляли медали и т. п.
Токарные станки приводились обычно в движение самим токарем посредством ручного или ножного привода.
Один из французских специалистов по токарному делу писал, что токарь должен знать слесарное и столярное ремесло, быть хорошим механиком, уметь придумывать и изготовлять разные инструменты для токарного станка.
Полноценный мастер должен был также владеть основами математики. А наряду с этим изготовление медалей и тому подобных изделий требовало подлинно художественных дарований.
Нартов овладевал познаниями и навыками токарного мастера путем прилежной, непрестанной практической работы.
Петр I бывал в Навигацкой школе и ради отдыха и развлечения работал там в токарной мастерской. Он обратил внимание на «остропонятного» юношу, нередко помогавшего ему техническими советами при изготовлении той или иной вещи.
В 1712 году Петр перевел Нартова в Петербург, в свою личную токарную мастерскую, где Нартову предстояло работать с Петром 12 лет.
Личная токарня Петра I помещалась в Летнем дворце рядом с приемным кабинетом и нередко являлась местом важнейших секретных совещании по вопросам внешней и внутренней политики.
Вскоре Нартов получил звание «личного токаря» Петра I. Это было звание особо доверенного лица, одного из «ближних комнатных» лиц. Поскольку за токарным станком Петр регулярно проводил краткие часы досуга (обычно во второй половине дня) и встречался там с приближенными, «личный токарь» должен был не только обучать Петра всем тонкостям ремесла, но и следить за тем, чтобы в токарню никто не заходил без специального разрешения Петра.
За этим порядком следили «ближние комнатные», так называемые «денщики», т. е. дежурные ординарцы (одним из них был позднее В.И. Суворов - отец знаменитого полководца), кабинет-секретарь А.В. Макаров и «личный токарь».
Слуг в Летнем дворце почти не было. Петр не любил лакеев и ограничивался одним единственным камердинером Полубояровым и поваром Фельтеном.
За время работы в Летнем дворце Нартову пришлось близко наблюдать внутренний распорядок жизни Петра I и встречаться с его соратниками - надменным вельможей, «светлейшим» А.Д. Меншиковым; прославленным победителем над шведами фельдмаршалом Б.П. Шереметевым; страшным «князем-кесарем» Ф.Ю. Ромодановским, державшим в своих руках «розыск» по важнейшим государственным преступлениям; канцлером Г.И. Головкиным; адмиралом Ф.М. Апраксиным; дипломатами П.А. Толстым и П.П. Шафировым; генерал-прокурором П.П. Ягужинским; начальником артиллерии, ученым Я.В. Брюсом, которого духовенство ославило «чернокнижником», а также с другими учеными, изобретателями, архитекторами и т. д. Свои впечатления Нартов изложил впоследствии в чрезвычайно интересном произведении, названном им «Достопамятные повествования и речи Петра Великого».
Только Ромодановский и Шереметев имели право входить к Петру в токарню без доклада. Остальные, даже Екатерина и «сердешный друг» Меншиков, обязаны были докладывать о себе.
Царская токарня была не единственной мастерской на территории Летнего сада. Кроме Нартова, при Летнем дворце работали такие специалисты по токарному делу, как механик Зингер, мастер Юрий Курносый (или Курносов), токари Варлам Федоров и Филипп Максимов.
На протяжении 1712-1718 годов Нартов все более совершенствовался в токарном искусстве под руководством более опытных старших товарищей — Юрия Курносого и Зингера. Нартов имел возможность изучать устройство наиболее совершенных по тому времени станков, которыми пополнялись мастерские Летнего дворца.
Петр стал приобретать токарные «махины» еще во время своего первого заграничного путешествия в 1697-1698 годах. Несколько медальерных токарно-копировальных станков для той же токарни было изготовлено в Москве учителем Нартова, Иоганном Блеером в начале XVIII века.
Большой интерес представлял токарно-копировальный станок, построенный в Петербурге в 1712 году и носивший название «махина, которая работает розы». Этот станок давал возможность производить узорную выточку и обработку рельефных изображений на цилиндрических (деревянных или металлических) деталях по копиру.
Много внимания, как обычно в ту эпоху, обращалось на внешнее оформление станка, представлявшего собой массивный дубовый верстак с витыми ножками, резными стойками и другими украшениями.
Нартов принимал все большее участие в постройке токарных и иных «махин». Так, в 1716 году им был изготовлен маленький пресс для тиснения табакерок.
В 1717 году Нартов получил приказ Петра «переделать вновь» три токарных станка.
В позднейшей описи Нартова значится «махина розовая с набором, которая привертывается к столу тремя винтами, сделана мною в 1718 году». Сейчас этот станок находится в петербургском музее «Летний дворец Петра I».
В 1718 году Нартов совместно с Зингером приступил к конструированию нового токарно-копировального станка для точения узоров на цилиндрических поверхностях. Станок этот был закончен в 1729 году.
В июле 1718 году двадцатипятилетний мастер Нартов был отправлен Петром за границу для усовершенствования в математике и прикладной механике и для ознакомления с новейшими достижениями западноевропейской техники.
Первым местом его назначения был Берлин. Нартов должен был доставить прусскому королю Фридриху-Вильгельму I подарки Петра I в числе которых были превосходный токарный станок, а также несколько великорослых солдат (для королевской гвардии). Кроме того, Нартов обязан был учить Фридриха-Вильгельма токарному искусству. Фридрих-Вильгельм, любитель токарного дела, но весьма посредственный мастер, хотел сравниться с Петром в этом искусстве. Полгода жил Нартов в Берлине и Потсдаме, обучая короля. Далее ему было поручено «получить сведения о нововымышленном лучшем парении и гнутии дуба, употребляющегося в корабельное строение» и собрать в Лондоне и Париже модели физических инструментов, а также различных механических и гидравлических устройств у лучших мастеров.
В марте 1719 года Нартов написал из Лондона Петру несколько разочарованное письмо: «…Здесь таких токарных мастеров, которые превзошли российских мастеров, не нашел; и чертежи махинам, которые ваше царское величество приказал здесь сделать, я мастерам казал и оные сделать по ним не могут».
Но хотя в данной области мастерство английских конструкторов не удовлетворило Нартова, в целом поездка в Англию принесла ему большую пользу. Изучив ряд отраслей передовой для того времени английской техники, Нартов заказал в Англии различные приборы и механизмы, а также «механические книги» и для Петра, и лично для себя.
Кстати сказать, он потратил на это средства, выданные ему на пропитание, а потом все остальное время пребывания за границей крайне нуждался.
Переехав в Париж, (осенью 1719 года), Нартов разыскал нужные ему «токарные махины» и организовал изготовление станков этого типа для отправки в Россию. С другой стороны, он также привез во Францию станок своей конструкции (изготовленный в 1717 году), до сих пор хранящийся в одном из парижских музеев.
На память Парижской Академии наук Нартов выточил барельефные портреты «Лудовиков» XIV и XV, а также правителя Франции герцога Орлеанского, с которым Петр незадолго до этого вел дипломатические переговоры. До наших дней эти портреты не дошли. В Париже сохранился лишь один медальон, выточенный на станке Нартова.
Одновременно с демонстрацией своего токарного искусства Нартов настойчиво изучал математику и другие науки под руководством видных французских ученых того времени. Парижская Академия наук взяла Нартова под свое особое покровительство. Нартова «перепоручили» известному математику и механику П. Вариньону, изобретателю Пижону и другим специалистам.
При отъезде Нартова из Парижа (в конце 1720 года) почетный президент Академии наук Ж.-П. Биньон снабдил мастера лестным отзывом, где отмечалась «постоянная его прилежность в учении математическом, великие успехи, которые он учинил в механике, наипаче же в оной части, которая касается до токарного станка, и иные его добрые качества».
О художественных токарных работах Нартова Биньон отзывается так: «Невозможно ничего видеть дивнейшего! Чистота, исправность и субтильность (тонкость) находится в них, а металл не лучше выделан выходит из-под штемпеля, якоже он выходит из токарного станка г. Нартова…».
Петр был очень доволен таким отзывом, велел его перевести на русский язык и не раз показывал молодым дворянам, отправляемым для обучения за границу, приговаривая при этом: «Желаю, чтобы и вы с таким же успехом поступали».
По возвращении из-за границы Нартов был назначен управляющим всеми мастерскими Летнего дворца. Круг творческих интересов механика все более расширялся. Он внимательно следил за новой литературой. В воспоминаниях Нартова упоминаются различные работы, переведенные и изданные (или подготовленные к изданию) по приказу Петра.
Речь идет там прежде всего о книгах по технике и прикладной механике. «Плюмиера любимое искусство мое точить уже переведено (Петр имеет в виду работу французского ученого и конструктора Шарля Плюмье «Токарное искусство») и Штурмова механика (трактат о механике И.-Х. Штурма)»,- с удовлетворением говорил Петр Нартову, который видел также в личной библиотеке Петра «еще другие книги, принадлежащие до устроения шлюзов, мельниц, фабрик и горных заводов». Упоминаются в записках Нартова также книги по военно-инженерному делу.
Книга Ш. Плюмье была переведена на русский язык по распоряжению Петра в 1716 году и хранилась в единственном рукописном экземпляре в его библиотеке.
Что касается упоминаемой у Нартова книги И.-Х. Штурма, то работа по ее переводу началась в 1708-1709 годах. Однако дважды выполненный (сначала А.А. Вяниусом, а затем Я.В. Брюсом) перевод этой работы оказался неудовлетворительным. Вместо «Штурмовой механики» в 1722 году была выпущена в свет ценная работа Г.Г. Скорнякова-Писарева «Наука статическая или механика»- одна из первых оригинальных русских работ по механике.
По военно-инженерному делу в эти десятилетия были изданы следующие работы: «Побеждающая крепость» австрийского инженера Э.-Ф. Боргсдорфа, написанная в конце XVII века и изданная в 1708 году; «Новое крепостное строение» голландца Куторна (1709 год); «Архитектура воинская» упомянутого выше Штурма (1709 год); «Новая манера укреплению городов» французского специалиста по фортификации Ф. Блонделя (1711 год); «Истинный способ укрепления городов, изданный от славного инженера Вобана» (1724 год) в переводе В.И. Суворова и другие.
Основным занятием Нартова продолжало оставаться сооружение различных станков и других механизмов. Так, в 1721 году по его проектам в мастерских Адмиралтейства было построено два станка. Один из них предназначался для копирования рельефных изображений на медалях, коробках, футлярах и т. д. (теперь он находится в Эрмитаже). Второй станок построен был для нарезания зубцов на часовых колесах.
В 1722 году Нартов построил станок для сверления фонтанных труб, прокладываемых в Петергофе (ныне Петродворец), а в 1723 году закончил изготовление еще двух станков.
Еще с 1717 года Нартов начал заниматься подготовкой механиков и токарей. Среди его учеников выделялся способностями Степан Яковлев.
Под руководством Нартова С. Яковлев построил, например, два токарных станка (хранятся теперь в Эрмитаже), большие заводные часы с курантами и т. д.
Другими учениками Нартова были Иван Леонтьев, Петр Шолышкин, Андрей Коровин, Александр Жураховский, Семен Матвеев.
Иногда Нартову приходилось выезжать вместе с Петром из Петербурга. Так, летом 1724 года, когда Петр для гимнастики и для лечения железистыми водами отправился на Истьинские (Истецкие) железоделательные заводы Меллера, он захватил с собой и Нартова, во-первых, чтобы продолжать вместе с механиком работы на токарном станке и, во-вторых, чтобы производить различные опыты над плавкой чугуна для литья пушек.
Нартов занимался не только усовершенствованием станков и токарным делом, но и более широким кругом технических вопросов. В частности, Петр поручил Нартову «придумать механические способы, как бы легче и прямее колоть камень» для Кронштадтского канала, а также «каким образом отворять и запирать слюзные ворота на этом канале».
Петр, несомненно, ценил своего лучшего специалиста по технике. Однако материальное положение Нартова оставалось очень тяжелым, и талантливый русский механик не мог добиться сколько-нибудь нормальных условий для работы.
О нужде, в которой находился выдающийся русский конструктор, свидетельствует «челобитная» Нартова на имя Петра, составленная весной 1723 года. Лишь в конце 1723 года жалованье Нартова было увеличено с 300 до 600 рублей в год.
Из станков, созданных Нартовым в 20-х годах, наибольший интерес представляет уже упоминавшийся большой токарно-копировальныи станок 1718-1729 годов, предназначавшийся для обработки цилиндрических рельефных поверхностей. В оформлении станка характерные для XVIII века приемы художественного ремесла сочетались с наивысшими в ту пору достижениями техники.
По моде того времени станок был оформлен «архитектурно». Он был украшен резьбой по дереву. Металлические части были гравированы. К станку было пристроено особое сооружение в виде колонн с порталом, на цоколях которых имелись медали-барельефы, прославляющие Петра и основание им Петербурга.
Большой интерес представляют разработанные к 1724 году нартовские предложения об организации Академии художеств. Они свидетельствуют о широте кругозора и образованности тридцатилетнего механика, сделавшегося активным участником культурных преобразований первой четверти XVIII века.
Рельефный медальон «Св. Петр» в процессе изготовления на восстановленной «персональной махине» Нартова
Известно, что еще в 1718-1719 годах Петр задумал «учредить в Петербурге общество ученых людей, которые трудились бы над усовершенствованием искусств и науки». Утвержденный проект создания Академии наук был объявлен именным указом из сената в январе 1724 года.
Петр включал в круг ведения Академии наук также и «художества», т. е. ремесла и искусства («надлежит при том быть департаменту художеств, и паче механическому»).
Нартов, принимавший участие в обсуждении проекта Академии наук, предлагал Петру организовать особую «Академию разных художеств». 8 декабре 1724 года он подал Петру соответствующую докладную записку.
«Установлением таковой Академии, — писал там Нартов, — и ее благим тщением … имеют многие разные и светопохвальные художества размножатимся и прийти в свое надлежащее достоинство. И оная Академия может сочинитися обще (быть создана совместно) теми достойными в своих званиях мастерами, которые во оной определены быть имеют».
Нартов разработал подробный перечень мастеров-специалистов, которые должны были работать в такой Академии. В этом списке, кроме скульпторов, живописцев и архитекторов, значились мастера плотничьих, столярных, токарных, слесарных, граверных дел. В перечень были также включены мастер оптических дел, мастер фонтанных дел и другие специалисты.
Петр I отнесся с большим вниманием к предложениям Нартова и составил свой список «художеств», которыми должны были заниматься в этой Академии. Этот перечень близок к нартовскому. Наряду с живописным, скульптурным и архитектурным искусствами там перечислялись «художества» — токарное, граверное, «мельниц всяких», «слюзов», «фонтанов и протчего, что до гидролики надлежит», инструментов математических, инструментов лекарских, часового дела и т. д.
Петр предполагал назначить Нартова директором Академии художеств. Вместе с архитектором Михаилом Земцовым Нартову было поручено разработать проект здания на 115 комнат, в которых предстояло работать Академии художеств и где должны были обучаться ее будущие ученики.
Смерть Петра прервала обсуждение нартовского проекта. Правительство Екатерины I отклонило его, ограничившись организацией лишь Академии наук. Однако, как мы увидим дальше, в этой Академии наук были организованы многие из мастерских, предусмотренных Нартовым.
Дворянская реакция второй четверти XVIII века оказала отрицательное влияние на развитие отечественной науки и техники. Тем не менее хозяйственные и военные запросы заставляли осуществлять важнейшие мероприятия в той области, намеченные еще в период преобразований первой четверти века.
Ни Меншиков, фактически захвативший власть в свои руки после смерти Петра I и вступления на престол Екатерины I, ни другие, приходившие ему на смену временщики не испытывали особой симпатии к бывшему «личному токарю».
Положение механика ухудшилось. Работы по усовершенствованию токарных станков и занятия художественным токарным делом в мастерских Летнего дворца прервались. С 1727 года прекратилась даже выплата жалования Нартову и его помощникам.
Однако Нартов не только не упал духом, но даже добился того, что его знания и способности получили более широкую, чем при Петре, сферу применения.
Для замечательного новатора техники начался новый период создания различных механизмов производственного назначения. В начале 1727 года Нартов был направлен на Московский монетный двор для изучения процесса выделки монеты. Деятельности Нартова оказывал существенную поддержку один из виднейших сподвижников Петра I — организатор новых промышленных предприятий и первых горнозаводских школ, разносторонний русский ученый Василий Никитич Татищев (1686-1750).
Татищев был советником Берг-коллегии — правительственного учреждения, организованного в 1719 году Петром I для управления горными заводами. В дальнейшем Берг-коллегия руководила в первую очередь казёнными горнометаллургическими заводами, однако частные предприятия также были под ее надзором.
Механическим искусством Нартова были «в действо произведены к монетному делу многие махины», в первую очередь гуртильные станки, т е. устройства для насечки ребра выпускаемой монеты, а также плющильные, обрезные и печатные станы и прессы и токарные станки. Это оборудование по заказам Нартова выполнял Тульский оружейный завод, а также некоторые другие предприятия Тульско-Каширского района.
Кроме того, он усовершенствовал способы взвешивания монеты, добивался введения точных весов (сделанных по его проекту) и гирь, образец (или как мы теперь говорим — эталон) которых был бы утвержден правительством и хранился бы в Академии наук.
В конце 1727 года была организована срочная перечеканка большой партии меди в разменную монету на Сестрорецком заводе (около 30 км от Петербурга). Это был один из лучших металлообрабатывающих заводов первой половины XVIII века. Генерал Волков, которому поручено было руководить чеканкой монеты, просил перевести на Сестрорецкий завод Нартова, в технических познаниях и энергии которого он смог убедиться за время совместной работы на Московском монетном дворе.
С весны 1728 года до конца 1729 года Нартов занимался на Сестрорецком заводе налаживанием оборудования, предназначенного для чеканки монеты, и руководил ее выпуском.
В 1733 году Нартову было дано несколько поручений в Москве. Во-первых, он вновь вернулся к работе на Московском монетном дворе, где вводил усовершенствованные монетные прессы и другие механизмы. Во-вторых, ему предписано было наблюдать за отливкой и подъемом знаменитого царь-колокола.
Однако колокол не успели поднять на колокольню. В 1737 году в Кремле произошел пожар, во время которого колокол треснул и от него отпал кусок весом около 11.5 т.
Нартову вновь пришлось заняться вопросом о царьколоколе в 1754 году, когда ему была передана на заключение смета на подъем колокола из ямы и последующую переливку. Однако правительство не утвердило сметы. Вплоть до 1836 года царь-колокол оставался в земле, потом был поднят на постамент. Сейчас туристы, посещающие Кремль, с интересом осматривают этот замечательный памятник литейного искусства XVIII века.
С середины 30-х годов XVIII века начинается деятельность Нартова в Петербургской Академии наук.
Как уже отмечалось выше, решение организовать Академию наук было принято еще при жизни Петра I. Однако первое собрание академии состоялось лишь в конце 1725 года.
Академия наук была открыта первоначально в доме Шафирова на Петербургской стороне, а потом перешла в здание с обсерваторией, расположенное на Васильевском острове (ныне Музей антропологии и этнографии), где разместилась петровская кунсткамера (музей) и библиотека. В другом (ныне не существующем) академическом здании нахо¬дился зал «конференции» (ученого совета) академии, ее архив и типография.
Административная сторона дела Академии попала в руки недоучившегося страсбургского «философа» Иоганна Шумахера. Карьера последнего началась с того, что он женился на дочери придворного повара Фельтена и получил пост библиотекаря в кабинете редкостей Петра I.
По проекту, разработанному при Петре, были также основаны при Академии университет и гимназия, которые вначале влачили жалкое существование, не имея даже собственного помещения. Но там все же воспитывались, преодолевая все трудности, первые русские студенты.
В 1725-1732 годах при Академии наук были организованы наряду с типографией гравировальная и рисовальная палаты, мастерские для резьбы на камнях, переплетная и другие заведения.
«Главный командир Академии наук» И.А. Корф добивался ассигнований на академические мастерские и вызвал Нартова из Москвы в Петербург для улучшения их работы.
Нартов оказался замечательным организатором. Он объединил академические мастерские под управлением «Экспедиции (канцелярии) лаборатории механических и инструментальных наук».
Нартов позаботился прежде всего о том, чтобы собрать в токарной мастерской по возможности все станки как из московской токарни Петра I, где они «стояли забвенно», так и из мастерских Летнего дворца. Механик приступил также к составлению книги, «содержащей описание и подлинное механическое доказательство всех механических и математических токарных дел махин и инструментов» времен Петра I. Эту книгу Нартов предлагал «издать в народ», что, однако, выполнено не было.
Нартов вел в Академии большую и систематическую работу по подготовке кадров механиков и мастеров-токарей. Среди учеников Нартова следует назвать Михаила Семенова и Петра Ермолаева. Нартов оказывал постоянную помощь советами и руководством П.О. Голынину, его помощникам и ученикам (ставшим в немалой мере также и учениками Нартова) — Ф.Н. Тирютину, Т.В. Кочкину, А. Овсянникову и другим.
Нартов участвовал вместе с академиками Эйлером, И.-Г Лейтманом (немало сделавшим для развития мастерских) и другими в аттестации молодых мастеров.
Число основных учеников Нартова составляло в 1736 году 8 человек, а в 1740 году — 21 человек.
Нартова часто привлекали в качестве эксперта для выработки заключений по различным изобретениям (академика Г.-В. Рихмана, механиков П.Н. Крекшина и И. Брукнера, московского изобретателя И. Мокеева и др.).
Сам Нартов продолжал работать над различными изобретениями. Когда он составлял в 1741 году опись станков своей лаборатории, он указал там на несколько новых токарных станков для «инструментальных дел».
Занимался Нартов и другими изобретениями. Им был сконструирован станок для вытягивания свинцовых листов, установленный в мастерских Адмиралтейства.
Важное значение имело участие Нартова в сооружении Кронштадтского канала и доков. Это строительство началось еще в 1719 году, но к 40-м годам оставалось незавершенным. В 1747 году Нартов был направлен в Кронштадт. Он обсудил со строителями ряд технических вопросив и помог принять наиболее удачные решения. В частности, он предложил ввести ряд подъемных и транспортировочных «махин» для обслуживания тяжелых и трудоемких работ «малыми людьми» (т. е. малым количеством работников).
По чертежам Нартова на Сестрорецком заводе был построен в 1738-1739 годах станок для нарезания крупных винтов. Нартов отмечал, что винты, нарезаемые на этом станке, могут быть применены при устройстве оборудования монетных дворов, суконных фабрик, бумажных заводов и т. д. «Ежели б такая махина была в России, то фабриканты более к выписыванию из-за моря таких винтов охоты не имели б», — подчеркивал он.
В 1739 году по чертежам Нартова и под наблюдением нартовского ученика И. Леонтьева на Сестрорецком заводе было изготовлено три станка для печатания ландкарт, т. е. больших карт местности.
Условия работы и быта в Академии наук сложились для Нартова неблагоприятно. У механика была большая семья — жена, два сына и три дочери. А жалованье в академии систематически задерживалось. Сотрудники не получали его иногда по целому году. Такое отношение к работникам науки и техники было вообще характерно для правительства Анны Ивановны и Бирона.
Но в академии дело еще усугублялось возмутительным хозяйничаньем Шумахера и его родственников (Тауберта, Аммана и др.).
Андрей Константинович Нартов, получивший к этому времени звание советника академии, встал во главе академических сотрудников, возмущенных бесчинством в академии заезжих реакционеров.
После падения Бирона и его друзей, а особенно после того как в результате дворцового переворота к власти пришла Елизавета Петровна, борьба с Шумахером приобрела больше шансов на успех.
Поддержанный некоторыми академиками, например астрономом Делилем, Нартов подал в сенат официальную жалобу на Шумахера. Затем в июле 1742 года он сам отправился в Москву (где находилось тогда правительство), захватив с собой также жалобы рядовых служителей академии. На Шумахера также жаловались переводчики Иван Горлицкий и Никита Попов, студенты Прокофий Шишкарев и Михаил Коврин, ученик гравера Андрей Поляков и другие. Они утверждали, что Шумахер присвоил себе несколько десятков тысяч рублей казенных денег, назначенных академии, что он проявляет открытую враждебность к русскому народу и русской культуре, что он действует против основных положений устава Академии наук, разработанного Петром I. Горлицкий писал Нартову в Москву в сентябре 1742 года о том, с какой надеждой он и его единомышленники ожидают результатов поездки Нартова, и восклицал: «супостатов… сынов российских покорить дай боже!»
30 сентября Елизавета подписала указ о назначении следственной комиссии в составе адмирала графа Н.Ф. Головина, генерал-лейтенанта Игнатьева и князя Юсупова для расследования жалоб на Шумахера. Сам Шумахер и некоторые из его приближенных были арестованы. Все академические дела поручены были Нартову, который стал фактически возглавлять Академию наук в должности первого советника.
В историографии того времени нередко подчеркивалось, что Нартов будто бы совершенно не был подготовлен к управлению Академией наук. В основе подобных утверждений лежит отзыв следственной комиссии Н.Ф. Головина, что Нартов, «по-видимому, в тех делах недостаточен», что он «в пристойных ко оной академии учениях не был, ибо кроме токарного художества ничего не знает». Это высокомерное заявление титулованных членов комиссии о выходце из простого народа противоречило истине. Сорокапятилетний механик, бывший «ближний комнатный» дежурный при Петре I, знал очень многое, кроме «токарного художества». О широте его кругозора свидетельствует хотя бы проект Академии художеств.
Академики (особенно явные и скрытые друзья Шумахера) жаловались, что он обращается с ними грубо. Такие же обвинения предъявлялись и Ломоносову. Они главным образом возмущались тем, что их осмелился обижать русский, и притом не князь или какой-нибудь вельможа, а сын простого русского мужика. А когда академик И.-П. Делиль в ходе спора о приоритете в публикации астрономических открытий вступил врукопашную с академиком Г. Гейнзиусом, причем они швыряли друг в друга обломками ими же изломанных измерительных приборов, то это сочтено было в порядке вещей и было оставлено без последствий.
Нартова обвиняли в том, что он будто бы «без всякой нужды» запечатал архив академической «конференции», мотивировав это тем, что там «находятся переписки с иностранными государствами… и о камчатской экспедиции дела и обсервации».
Но это был весьма разумный шаг.
В 1739 году был организован Географический департамент Академии наук — долгое время единственное в России картографическое учреждение, куда со всей страны поступали географические сведения, данные о путешествиях, карты и т. д. Вклад России в мировую географическую науку был очень значителен. Множество новых географических сведений дали экспедиции в Северном Ледовитом и Тихом океанах.
В первые десятилетия XVIII века почти всё огромное пространство вдоль северных берегов Азии было разведано русскими мореплавателями, для которых был «морской ход за обычай».
Русские мореходы и «землепроходцы» раскрыли новый мир, «неся великие тяготы и головы свои складывая», и неплохо описали его, нанеся на карты «от века неведомые землицы».
Про них писал М.В. Ломоносов:
Колумбы Росские, презрев угрюмый рок,
Меж льдами новый путь отворят на восток,
И наша досягнет в Америку держава.
Результаты северных экспедиций вызвали огромный (отнюдь небескорыстный) интерес за рубежом. Известно было, что Шумахер и Тауберт тайно пересылали за границу секретные сведения об открытиях Чирикова и Беринга.
Да и сам Делиль неоднократно впоследствии обвинялся в том, что он систематически пересылал во Францию рукописные карты, отражавшие результаты камчатских экспедиций и других русских открытий на Востоке, хотя эти материалы не подлежали оглашению. Может быть, именно поэтому Делиль, вначале действовавший заодно с Нартовым, вскоре стал выступать против него.
Нартов стремился управлять Академией наук так, как это предусматривалось петровским уставом. Он боролся против излишних рас¬ходов, стремился связать научные исследования с практикой, сделать академические издания доступными русской читающей публике и рентабельными.
Нартов не оставил и мысли об организации специальной Академии художеств на базе мастерских академии.
Однако в деятельности Нартова были и ошибки. Он недооценивал значение ряда теоретических исследований и зачастую суживал или упрощал задачи, стоявшие перед академией. Он прекратил из экономии средств издание первого научно-популярного журнала «Месячные исторические, генеалогические и географические примечания» при «Санкт-Петербургских ведомостях». По этому поводу у Нартова возникали расхождения с молодым Ломоносовым, хотя дело борьбы с кликой Шумахера было их общим делом.
Ломоносов возвратился из-за границы в Петербург в 1741 году.
Хозяйничанье Шумахера и его друзей возмущало Ломоносова, и он уже не раз проявлял свои подлинные настроения в различных «продерзостях». Хотя его подписи под «доношениями» на Шумахера и не было, но шумахеровская клика считала Ломоносова «сообщником» Нартова.
Ломоносову приходилось бывать понятым при проверке состояния печатей, наложенных Нартовым на академический архив. В результате столкновений с академиками Ломоносов был в феврале 1743 года исключен из «конференции» Академии наук. Нартов вступился за Ломоносова, несмотря на существовавшие между ними разногласия по отдельным вопросам, но «конференция» не подчинилась Нартову.
Реакционные академики доказывали, что управление Нартова создало атмосферу «неуважения» к ним.
Между тем хлопоты и интриги влиятельных покровителей Шумахера дали свои результаты. Жалобы на Шумахера были истолкованы членам следственной комиссии и приближенным Елизаветы (М.И. Воронцову и др.) как бунт простолюдинов против законного начальства. Особо подчеркивался тот факт, что среди «доносителей» нет дворян, а глава противников Шумахера — простой токарь.
Именно за оскорбление начальства «доносители» приговорены были к жестоким телесным наказаниям, а Горлицкий — даже к смертной казни. Лишь по «неизреченной милости» Елизаветы этим борцам за честь русской науки и техники были «отпущены вины». Но они обречены были на голодное, нищее существование. Восстановленный в 1744 году с повышением в чине Шумахер всех их уволил из академии.
Бывшего «личного токаря» Петра I, асессора и первого советника академии Нартова друзья Шумахера тронуть не решились. Но он был крайне возмущен реабилитацией врага русской культуры и своего личного «супостата» Шумахера.
Он все больше переносит центр своей изобретательской деятельности в артиллерийское ведомство, хотя и не теряет связей с академическими мастерскими.
Отливкой и усовершенствованием артиллерийских орудий ведала в то время Канцелярия главной артиллерии и фортификации. После Петра I, особенно во время бироновщины, эту канцелярию часто возглавляли титулованные чиновники иностранного происхождения, привлекавшие неудачливых прожектеров из-за границы, но не дававшие ходу отечественным изобретателям.
Однако даже в тот период артиллерийское ведомство было вынуждено порой обращаться к Нартову для решения наиболее сложных технических задач. Так, в конце 30-х годов Нартов придумал новый станок для высверливания «глухих» (т. е. отливаемых целиком, без сердечника) артиллерийских орудий почти одновременно со швейцарским мастером Марицом-старшим. Отметим, что в то время пушки отливались из бронзы или из чугуна. Их отливали в глиняных неразъемных формах с особым сердечником, который извлекался после отливки орудия, после чего орудие рассверливалось на специальном станке.
В «доношении» 1740 г. Мартов писал: «Во Франции мастер выдумал инвенцию (изобретение) цельные без калибра пушки лить и сверлить, которая там в секрете содержится; чему подражая, он, Нартов, через немалое время возымел попечение и рачительство следующее…» Далее следовало описание способа изготовления таких орудий.
С того времени на протяжении 40-х и первой половины 50-х годов появляются все новые изобретения Нартова в области артиллерии.
В 1744 г. Нартов предложил свой способ отливки орудия с готовым каналом, не требующим рассверловки. В форму вставлялась медная или железная труба. Металл заливался между наружными стенками этой трубы и стенками формы.
Им была также изобретена «махина» для обточки орудийных цапф — круглых выступов по обеим сторонам ствола орудия. Посредством цапф орудие укреплялось в лафете, на них оно поднималось и опускалось.
Когда в 1754 г. Нартов представил в Канцелярию главной артиллерии и фортификации (членом которой он состоял) подробное описание всех «инвенций» (изобретений), сделанных им в области артиллерийского дела, он следующим образом охарактеризовал этот станок: «Сделанная мною махина для обтачивания пушечных, мортирных и гаубичных цапфов, которой махины еще при артиллерии не бывало. А по означенной моей инвенции обтачиваются цапфы аккуратно, и уже у многих пушек цапфы обточены…»
Нартов изобрел также специальные механизмы для сверления отверстий («проух») в пушечных колесах и лафетах, для сверления и обтачивания «особливым способом» мортир, для обтачивания бомб и сплошных ядер, для подъема литейных форм и готовых орудий и т. д.
Он ввел новые способы отливки орудий и снарядов, заделки раковин (пустот в отлитом металле) в канале орудий, сушки литейных форм и т. д.
Он создал также ряд артиллерийских приборов: оригинальный оптический прицельный прибор для наводки орудий на цель; приспособление, обеспечивающее точность стрельбы («справедливость летания ядер») и другие.
В 1741 году Нартовым было изобретено скорострельное орудие, состоящее из 44 стволов, расположенных радиально на особом горизонтальном круге (станке), установленном на лафете.
Это орудие производило залп из того сектора (включавшего 5-6 стволов), который был в данный момент наведен на цель.
Затем круг поворачивался и подготовленный к следующему залпу сектор занимал место использованного.
Незадолго до смерти, в 1755 году, Нартов закончил рукописную книгу-альбом под названием «Премудрого государя императора Петра Великого… ТЕАТРУМ МАХИНАРУМ, то есть ЯСНОЕ ЗРЕЛИЩЕ МАХИН и преудивительных разных родов механических инструментов…». Для выполнения чертежей и рисунков Нартовым были привлечены его ученики Петр Ермолаев, а также «кондукторы» (технкики-чертежники) Филипп Баранов, Алексей Зеленов и Степан Пустошкин. Этот обобщающий, сводный пруд Нартова долгое время считался утраченным и был обнаружен исследователями только в середине XX века.
«Театрум махинарум» (лат. «Theatrum machinarum») буквально означает «Обозрение машин». Такие обозрения не раз издавались механиками XVII-XVIII веков. Большую известность получил, например, «Театрум махинарум» Якоба Лейпольда (1724 год). При составлении своего «Ясного зрелища махин» Нартов опирался как на собственный опыт работы (главным образом в токарной мастерской Петра I), так и на достижения механиков конца XVII — начала XVIII веков во всех странах, насколько это позволяла имеющаяся в его распоряжении литература. Особенно тщательно изучал он книгу Ш. Плюмье.
Нартов работал над своей книгой-альбомом около 20 лет. Он задумал ее издание «в народ» еще в 1736 году и писал тогда, что «от того может воспоследовать в науке польза, також и прибыток государственной Академии наук». По замыслу Нартова «Ясное зрелище махин» должно было явиться пособием для токарей и для конструкторов станков. А.К. Нартов не успел собрать и переплести в альбом отдельные листы своей книги с текстом и чертежами. Это сделал его сын А.А. Нартов, который снабдил работу отца посвящением Екатерине II.
Интересны мысли, высказанные Нартовым во введении к «Ясному зрелищу махин». Он связывал возникновение механики с потребностями «всего общего народа» в защите от «жестокостей» природы: стужи, дождя, ветра и т. д. «Сие, во-первых, руководство было к механике»,- подчеркивает Нартов и добавляет: «А помалу как ученые люди чрез неусыпное старание начали изобретать разные инструменты, машины и многие инвенции (изобретения) для строения различных зданиев, то с немалою пользою механические и все высокие науки в свете процветали».
Столь же передовой для того времени характер имели и высказывания Нартова в основном тексте рукописи о необходимости сочетания науки с практикой, во избежание напрасного труда и огромных ненужных расходов.
«Практика показывает совершенно на деле то, о чем мы, теориею доходя, понятие уже получили. Она производит в машинах движение и опытом самым теоретическую правду удостоверяет».
Нартов выступал в этом вопросе в качестве единомышленника Ломоносова.
За введением следует 132 параграфа основного текста, где освещается широкий круг вопросов прикладной механики и даются сведения о станках, инструментах и изделиях, выполненных на станках. Сообщается также и о проектах различных монументов, которыми Нартов немало занимался на протяжении своей жизни.
В первой главе текста рассказывается о содержании «механической науки». При этом Нартов настаивает на сочетании теории с практикой.
Во второй главе Нартов рассматривает вопросы прикладной механики применительно к постройке станков и выделке их деталей. Речь идет об изготовлении таких деталей, как валы, колеса, станины, винты, суппорты, пружины, резцы, пилы и т. д. В частности, Нартов касался вопроса о получении стальных инструментов посредством цементации, т. е. поверхностного науглероживания железных инструментов, например пил, посредством прокаливания их в среде, богатой углеродом. Нартов именует вещество, в которое погружались цементируемые инструменты, «секретом», так как в то время мастера сталеделательного производства держали состав этого вещества в тайне.
В той же главе Нартов рассказывает и о своем наиболее важном техническом нововведении в области станкостроения, о применении усовершенствованного суппорта, т. е. самоходного приспособления, несущего режущий инструмент.
Термин «суппорт» был принят в нашем языке позднее. Нартов называл его «стативом» или «лодрушником», а резцедержатель, укрепленный в суппорте,- «зажимными клещами».
Прообразы суппорта встречаются в станках итальянских и французских мастеров XV-XVII веков. Немало внимания уделял приспособлениям такого рода и Ш. Плюмье. Но Нартов и его помощники сделали дальнейший важный шаг вперед. По его собственным словам, введенные им суппорты «свободно двигались во все стороны». Суппорт приводился в движение посредством сложного передаточного механизма, состоявшего из зубчатых колес и шестерен. Особая деталь станка (так называемый копировальный палец) передвигалась по рельефной поверхности копируемой модели. Передаточный механизм заставлял суппорт повторять все движения копировального пальца. В результате резец, закрепленный в суппорте посредством резцедержателя, воспроизводил на поверхности изделия тот же рельефный рисунок, который имелся на модели, но обычно в другом масштабе.
Во времена Нартова суппорт мог получить лишь ограниченное применение, хотя сам изобретатель еще в конце 30-х годов предлагал применить станки с самоходным суппортом для нужд производства. Но несколько десятилетий спустя, подвергшись дальнейшему усовершенствованию в Англии (решающую роль сыграл в этом деле механик Г. Модели на рубеже XVIII и XIX векоа), суппорт стал играть огромную роль в металлообрабатывающей промышленности.
Вернемся к альбому Нартова.
В третьей главе говорится о там, что «надлежит примечать около литейного и столярного искусства» для изготовления тех, с которых потом копируются изделия на станках.
Затем приводятся описаригиналовния и чертежи 33 станков различного типа: товарно-копировальных, строгальных, винторезных, сверлильных и т. д. Даются также изображения разнообразных слесарных, токарных, плотничных, точильных, измерительных и чертежных инструментов.
Несколько листов альбома уделено проекту монумента (триумфального столпа) в честь Петра I. Предполагают, что в разработке проекта этого монумента, а также его деталей (в частности, рисунков барельефов) участвовали известный скульптор К.-Б. Растрелли и архитектор Н. Пино. Впрочем, вопрос этот остается спорным.
Восторженно относившийся к личности Петра I, Нартов стремился осуществить этот проект (в несколько переработанном виде) на протяжении четверти века начиная с 1725 года. В 30-х годах XVIII века он изготовил на токарно-копировальных станках несколько частей триумфального столпа в виде поясов, украшенных рельефами. Однако проект монумента так и остался неосуществленным.
В альбоме изображаются также оригиналы медалей, вырезанных Нартовым. По своей тематике эти медали связаны с триумфальным столпом: они посвящены знаменательным победам петровского царствования — взятию русскими войсками Нотебурга-Орешка (впоследствии Шлиссельбурга), Ниеншанца (на месте которого в 1703 году был основан Петербург), Нарвы, Юрьева-Дерпта, Выборга и т. д.
Таким образом, «Ясное зрелище махин» являлось произведением, подводившим итоги разносторонней деятельности Нартова как станкостроителя и подлинного художника токарного дела. Ознакомление с этой последней работой талантливого русского механика заставляет еще раз вспомнить отзыв Биньона, относящийся к 1720 году, о «великих успехах», которые Нартов «учинил в механике, наипаче же в оной части, которая касается до токарного станка».
После его смерти остались крупные долги, так как он вкладывал много личных средств в научные изыскания. Едва он умер, в «Санкт-Петербургских ведомостях» появилось объявление о распродаже его имущества. После Нартова остались долги «разным людям до 2000 руб. да казенного 1929 рублёв». Похоронен Нартов был в ограде церкви Благовещения на Васильевском острове. Могила его на маленьком Благовещенском кладбище со временем затерялась.
Лишь осенью 1950 года в Ленинграде, на территории давно упраздненного кладбища, существовавшего с 1738 года при церкви Благовещенья, случайно была найдена могила А.К. Нартова с надгробной плитой из красного гранита с надписью: «Здесь погребено тело статского советника Андрея Константиновича Нартова, служившего с честию и славою государям Петру Первому, Екатерине Первой, Петру Второму, Анне Иоанновне, Елизавете Петровне и оказавшему отечеству многие и важные услуги по различным государственным департаментам, родившегося в Москве в 1680 году марта 28 дня и скончавшегося в Петербурге 1756 года апреля 6 дня». Однако указанные на надгробной плите даты рождения и смерти не точны. Изучение сохранившихся в архивах документов (послужной список, заполненный лично самим А.К. Нартовым, церковная запись о его погребении, доношение его сына о кончине отца) дает основания считать, что Андрей Константинович Нартов родился в 1693-м, а не в 1680 году и скончался не 6, а 16 (27) апреля 1756 года. По-видимому, надгробная плита изготовлялась спустя некоторое время после похорон и даты на ней давались не по документам, а по памяти, в связи с чем и возникла ошибка.
В том же 1950 году останки царского токаря, выдающегося инженера и ученого, перенесли на Лазаревское кладбище Александро-Невской лавры и перезахоронили рядом с могилой М.В. Ломоносова. В 1956 году на могиле Нартова было установлено надгробие — копия найденного в 1950 году саркофага (с ошибочной датой рождения).
«Царев токарь» Андрей Константинович Нартов был одним из самородков-изобретателей, замеченных и выведенных на широкую дорогу Петром I. Он работал в токарной мастерской Московской навигацкой школы, в петровских мастерских Летнего дворца, на Монетном дворе в Москве, на Сестрорецком заводе, на Кронштадтском канале, в Петербургской Академии наук и в Артиллерийском ведомстве. За свою не слишком долгую жизнь он изобрел и построил более тридцати станков самого разного профиля, равных которым не было в мире. Нартов, его товарищи и ученики-изобретатели совершенствовали и изготовляли разнообразное техническое оборудование: токарные и токарно-копировальные, винторезные, зуборезные станки, гуртильные, плющильные и другие «махины» монетных дворов, оборудование пушеч-ных заводов и т. д. Особое значение имело введение Нартовым самоходного суппорта. Еще целый ряд важнейших для России изобретений он сделал в области артиллерийского вооружения. Он сыграл значительную роль в развитии техники монетного дела в России, добился выдающихся успехов во многих других отраслях. История не забыла и не может забыть великого изобретателя, замечательного новатора техники России.
Литература:
М.: Государственное учебно-педагогическое издательство министерства просвещения РСФСР, 1962
Токарный станок - станок для обработки резанием (точением) заготовок из металлов, древесины и других материалов в виде тел вращения. На токарных станках выполняют обточку и расточку цилиндрических, конических и фасонных поверхностей, нарезание резьбы, подрезку и обработку торцов, сверление, зенкерование и развертывание 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.
В XVII–XVIII вв. бурно развивалась обрабатывающая промышленность. При многих мануфактурах были металлообрабатывающие мастерские.
Обработка в мастерских велась в основном на токарных лучковых станках. В этих станках сверху была укреплена гибкая жердь, к которой привязывался один конец веревки. Веревка обвивала валик на станке. Другой конец прикреплялся к доске, которая являлась педалью для ноги рабочего. Нажимая на педаль, рабочий вращал валик и обрабатываемую деталь. Режущий инструмент он держал в руке. Токарный станок был сложным орудием, но не машиной. Для превращения в машину был необходим резцедержатель-суппорт, заменяющий руку человека.
Изобретателем токарного станка с суппортом стал русский механик А. К. Нартов. Он построил несколько токарно-копировальных станков, имевших механический суппорт-держалку.
На станках конструкции Нартова для привода можно было использовать колесо, приводимое в движение при помощи воды или силы животных.
Несмотря на замечательные работы Нартова и высокую оценку, которую получили его изобретения и знания, изобретенный им суппорт не оказал большого влияния на практическое развитие техники токарного дела.
В конце XVIII в. к идее применения суппорта в токарных станках вернулись во Франции. В "Французской энциклопедии" Дидро в 1779 г. дается описание приспособления для токарных станков, которое явно напоминает принцип суппорта. Однако у этих станков был ряд недостатков, исключавших их широкое применение на практике.
Возможность развития техники машиностроения появилась только в результате первых двух этапов промышленной революции. Для машинного производства машин был необходим мощный двигатель. К началу XIX в. таким двигателем стала универсальная паровая машина двойного действия. С другой стороны, развитие производства рабочих машин и паровых двигателей во второй половине XVIII в. сформировало квалифицированные кадры для машиностроения – рабочих-механиков. Эти два условия и обеспечили техническую революцию в машиностроении.
Начало изменению техники изготовления машин положил английский механик Генри Модсли, создавший механический суппорт для токарного станка. Модсли с двенадцати лет начал работать в лондонском Арсенале. Там он получил хорошие навыки в дерево– и металлообработке и, кроме того, стал мастером кузнечного дела. Однако Модсли мечтал о карьере механика. В 1789 г. он поступил в Лондонскую механическую мастерскую Джозефа Брама, специалиста по изготовлению замков.
В мастерской Брама у Г. Модсли появилась возможность изобретать и конструировать различные приспособления для изготовления замков.
В 1794 г. он изобрел так называемый крестовый суппорт к токарному станку, что способствовало превращению станка в рабочую машину. Сущность изобретения Модсли сводилась к следующему: токари, обтачивая какой-либо предмет, наглухо укрепляли его на станке специальными зажимами. Рабочее орудие – резец находилось при этом в руках рабочего. При вращении вала резец обрабатывал заготовку. Рабочий должен был не только создавать необходимое давление резцом на заготовку, но и передвигать его вдоль нее. Это было возможно только при большом умении и сильном напряжении. Малейшее смещение резца нарушало точность обточки. Модсли решил укрепить резец на станке. Для этого он создал металлический зажим – суппорт, который имел две каретки, передвигающиеся посредством винтов. Одна каретка создавала необходимое давление резца на заготовку, а другая передвигала резец вдоль заготовки. Таким образом, человеческая рука была заменена специальным механическим приспособлением. С введением суппорта станок стал действовать непрерывно с совершенством, недостижимым даже для самой искусной человеческой руки. Суппорт мог применяться для изготовления как мельчайших деталей, так и огромных частей различных машин.
Это механическое приспособление заменило не какое-либо орудие, а человеческую руку, создающую определенную форму, приближая, прилагая острие режущего инструмента или направляя его на материал труда, например на дерево или металл. Таким образом, удалось воспроизводить геометрические формы отдельных частей машин с такой легкостью, точностью и быстротой, которую никогда не смогла бы обеспечить рука опытнейшего рабочего.
Первый станок с суппортом, правда, крайне несовершенным, был изготовлен в мастерской Брама в 1794–1795 годах. В 1797 г. Модсли построил первый работоспособный токарный станок на чугунной станине с самоходным суппортом. Станок служил для нарезки винтов, а также использовался для обработки деталей замков.
В дальнейшем Модеси продолжал совершенствовать токарный станок с суппортом. В 1797 г. он построил токарно-винторезный станок со сменным ходовым винтом. Выделка винтов в те времена была работой исключительно сложной. Винты, нарезаемые ручным способом, имели совершенно произвольную нарезку. Трудно было найти два одинаковых винта, что чрезвычайно усложняло ремонт станков, их сборку и замену сносившихся деталей новыми. Поэтому Модсли в первую очередь совершенствовал именно токарно-винторезные станки. Своей работой по усовершенствованию нарезок винтов он добился частичной стандартизации изготовления винтов, пролагая путь для своего будущего ученика Витворта, основателя винтовых стандартов в Англии.
Простейший токарный станок
Самоходный станок Модсли, предлагавшийся для винторезных работ, вскоре оказался незаменимой машиной в любой токарной работе. Этот станок работал с изумительной точностью, не требуя больших физических усилий со стороны рабочего.
Попытки создать рабочую машину в машиностроении с конца XVIII в. делались и в других странах. В Германии немецкий механик Рейхенбах, независимо от Модсли, также предложил приспособление для держания резца (суппорт) на деревянном токарном станке, предназначенном для обработки точных астрономических инструментов. Однако экономическое развитие феодальной Германии намного отставало от развития капиталистической Англии. Механический суппорт кустарной немецкой промышленности был не нужен, тогда как внедрение токарно-винторезного станка Модсли в Англии было обусловлено потребностями развивающегося капиталистического производства.
Суппорт вскоре был превращен в совершенный механизм и в модернизированной форме перенесен с токарного станка, для которого первоначально предназначался, на другие станки, применяемые для изготовления машин. С изготовлением суппорта начинают совершенствоваться и превращаться в машины все металлообрабатывающие станки. Появляются механические револьверные, шлифовальные, строгальные, фрезерные станки. К 30м годам XIX в. у английского машиностроения уже были основные рабочие машины, позволяющие производить механическим способом важнейшие в металлообработке операции.
Вскоре после изобретения суппорта Модсли ушел от Брама и открыл собственную механическую мастерскую, быстро превратившуюся в большой машиностроительный завод. Завод Модсли сыграл выдающуюся роль в деле развития английской машинной техники. То была школа знаменитых английских механиков. Здесь начинали свою деятельность такие выдающиеся машиностроители, как Витворт, Робертс, Несмит, Клемент, Мун и другие.
На заводе Модсли была применена уже машинная система производства в форме соединения трансмиссиями большого числа рабочих машин, приводимых в движение универсальным тепловым двигателем. Завод Модели, в основном, изготовлял детали для паровых машин Уатта. Однако на заводе конструировались и рабочие станки для механических мастерских. Г. Модсли выпускал образцовые токарные, а затем и строгальные механические станки.
Сам Модели, несмотря на то что был владельцем крупного предприятия, всю жизнь работал наравне со своими рабочими и учениками. Он обладал поразительной способностью находить и воспитывать талантливых машиностроителей. Многие выдающиеся английские механики обязаны Модсли своим техническим образованием. Кроме суппорта, он сделал много изобретений и усовершенствований в самых разнообразных отраслях техники.
Общий вид токарного станка
На жестком основании 1, которое называется станиной, укреплены передняя бабка 5 и задняя бабка 2. Передняя бабка - неподвижная. Ее основной узел - вал-шпиндель 8. Он вращается в бронзовых подшипниках внутри неподвижно закрепленного корпуса 7. На шпинделе устанавливается приспособление для крепления обрабатываемой детали. В данном случае это вилка 9. Для зажима детали используются, в зависимости от ее размера и формы, также планшайба, патрон и другие приспособления. Шпиндель вращается от электрического двигателя 10 через приводной шкив 6.
Задняя бабка станка может передвигаться вдоль станины и закрепляется в нужном положении. На одном уровне со шпинделем передней бабки в задней бабке установлен так называемый центр 11. Это валик с заостренным концом. Задняя бабка используется при обработке длинных деталей - тогда заготовка зажимается между вилкой шпинделя и центром задней бабки.
Современный токарный станок состоит из рабочих органов – суппорта для крепления резца, шпинделя для крепления детали, двигателя и передачи, передающей движение от двигателя к шпинделю. Передача состоит из коробки скоростей и коробки передач. Коробка скоростей представляет собой набор валов с закрепленными на них шестернями. Переключая шестерни, изменяют частоту вращения шпинделя, оставляя частоту вращения двигателя неизменной. Коробка передач передает вращение от коробки скоростей к ходовому валику или ходовому винту. Ходовой валик и ходовой винт предназначены для перемещения суппорта, на котором закреплен резец. Они позволяют согласовать скорость движения резца с частотой вращения детали. Ходовой валик устанавливает режим резания металла, а ходовой винт – шаг резьбы.
Опорой для шпинделя, инструмента или приспособлений служат передняя и задняя бабки.
Все узлы станка крепятся к станине.
Читайте и пишите полезные
В 650 гг. до нашей эры. Станок представлял собой два элемента, между которыми зажималась заготовка из дерева, кости или рога. Раб или подмастерье вращал заготовку (один или несколько оборотов в одну сторону, затем в другую). Мастер держал резец в руках и, прижимая его в нужном месте к заготовке, снимал стружку, придавая заготовке требуемую форму.
В XIV - XV веках были распространены токарные станки с ножным приводом. Ножной привод состоял из очепа – так называемой упругой жерди, закрепленной над станком. К концу жерди крепилась бечевка, которая была обернута на один оборот вокруг заготовки и нижним концом крепилась к педали. При нажатии на педаль бечевка натягивалась, заставляя заготовку сделать один - два оборота, а жердь - согнуться. При отпускании педали жердь выпрямлялась, тянула вверх бечевку, и заготовка делала те же обороты в другую сторону.
В 1500 г. токарный станок уже имел стальные центры и люнет, который мог быть укреплен в любом месте между центрами.
На таких станках обрабатывали довольно сложные детали, представляющие собой тела вращения, - вплоть до шара. Но привод существовавших тогда станков был слишком маломощным для обработки металла, а усилия руки, держащей резец, недостаточными, чтобы снимать большую стружку с заготовки. В результате обработка металла оказывалась малоэффективной, и необходимо было заменить руку рабочего специальным механизмом, а мускульную силу, приводящую станок в движение, более мощным двигателем.
В середине XVI Жак Бессон изобрел токарный станок для нарезки цилиндрических и конических винтов.
В XVII веке появились токарные станки, в которых обрабатываемое изделие приводилось в движение уже не мускульной силой токаря, а с помощью водяного колеса, но резец, как и раньше, держал в руке токарь.
В начале XVIII века токарные станки все чаще использовали для резания металлов, а не дерева, и поэтому проблема жесткого крепления резца и перемещения его вдоль обрабатываемой поверхности стола весьма актуальной.
Накопленный опыт позволил к концу XVIII века создать универсальный токарный станок, ставший основой машиностроения.
Следующий этап был - автоматизацией токарных станков . Здесь пальма первенства принадлежала американцам. Во второй половине XIХ века качество американских станков было уже достаточно высоким. Станки выпускались серийно, причем вводилась полная взаимозаменяемость деталей и блоков, выпускаемых одной фирмой. При поломке детали достаточно было выписать с завода аналогичную деталь и заменить сломанную на целую без подгонки.
Во второй половине XIХ века были введены элементы, обеспечивающие полную механизацию обработки - блок автоматической подачи по обеим координатам, совершенную систему крепления резца и детали. Режимы резания и подач изменялись быстро и без значительных усилий. В токарных станках имелись элементы автоматики - автоматический останов станка при достижении определенного размера, система автоматического регулирования скорости лобового точения.
