История изобретения токарного станка и токарного дела. История относит изобретение токарного станка и само начало токарного дела к тем давним временам, когда станок представлял собой два соосно установленных центра, 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. Несколько позднее станок получил некоторую модификацию. Теперь для приведения заготовки в движение применяли лук со слабо натянутой, провисающей тетивой. Тетиву оборачивали вокруг цилиндрической части заготовки так, чтобы она образовала петлю. При соответствующем движении лука, аналогично движению пилы при распиливании бревна, заготовка делала несколько оборотов вокруг своей оси сначала в одну, затем в другую сторону. Время идет, и в 14—15 вв. получают распространение токарные станки с ножным приводом.
Ножной привод состоял из очепа — упругой жерди, консольно закрепленной над станком, к концу которой крепилась бечевка, обернутая на один оборот вокруг заготовки и нижним концом прикрепленная 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 вновь делала обороты, но в другую сторону. С 1430 г. вместо очепа стали применять механизм, включающий педаль, шатун и кривошип, получив таким образом привод, аналогичный известному нам ножному приводу швейной машинки. С этого времени заготовка на токарном станке получила, вместо колебательного движения, вращение в одну сторону в течение всего процесса точения. К 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 (токарные работы), представляющие собой тела вращения, — вплоть до шара. Но привод существовавших тогда станков был крайне маломощным для обработки металла, а усилия руки, держащей резец, недостаточными, чтобы снимать большую стружку с заготовки. В результате обработка металла оказывалась низкопродуктивной.
Необходимо было заменить участие руки рабочего специальным механизмом, а мускульную силу, приводящую станок в движение, более мощным двигателем. Только появление водяного колеса привело к повышению производительности труда, оказав при этом революционизирующее воздействие на развитие техники. С середины 14 в. водяные приводы стали применяться в металлообработке. В середине 16 в. Жак Бессон (умер в 1569 г.) изобрел токарный станокдля нарезки цилиндрических и конических винтов. В начале 18 в. Андрей Константинович Нартов (1693— 1756), механик Петра I, изобретает оригинальный токарно-копировальный и винторезныйстанок с механизированным суппортом и набором сменных зубчатых колес. Но чтобы по-настоящему понять мировое значение этих изобретений, нужно вернуться к эволюции токарного станка.
В 17 в. появились токарные станки, в которых обрабатываемое изделие приводилось вдвижение уже не мускульной силой токаря, а с помощью водяного колеса, однако резец, как и раньше, держал в руке токарь. В начале 18 в. токарные станки чаще используют уже для резания металлов, а не дерева, и потому проблема жесткого крепления резца и перемещения его вдоль обрабатываемой поверхности становится все более актуальной. И вот, впервые, проблема самоходного суппорта была успешно решена в копировальном станке А. К. Нартова — в 1712 г. К самой идее механизированного передвижения резца изобретатели шли долго. Особенно настоятельно она заявила о себе при решении таких технических задач, как нарезание резьбы, нанесение сложных узоров на предметы роскоши, изготовление зубчатых колес и т. д. Для получения резьбы на валу, например, сначала производили разметку — на вал навивали бумажную ленту нужной ширины, по краям которой наносили контур будущей резьбы. После разметки резьбу опиливали напильником, вручную. Получить удовлетворительное качество резьбы таким способом весьма трудно, не говоря уже о трудоемкости самого процесса. А. К. Нартов не только решил задачу механизации этой операции, но в 1718-1729 гг. сам усовершенствовал схему. Копировальный палец и суппорт приводились в движение одним ходовым винтом, но с разным шагом нарезки под резцом и под копиром, что обеспечивало автоматическое перемещение суппорта вдоль оси обрабатываемой заготовки. Правда, поперечной подачи еще не существовало, вместо нее было введено качание системы «копир-заготовка». Работы над созданием суппорта продолжались. Свою модель предложили, в частности, тульские механики Алексей Сурнин и Павел Захава. Более совершенную конструкцию суппорта, близкую к современной, создал английский станкостроитель Модели. Но А. К. Нартов остается первым, кто нашел путь к решению этой задачи. Вообще, нарезка винтов долго оставалась технически сложным делом, поскольку требовала высокой точности и мастерства. Механики давно задумывались над тем, как упростить эту операцию. Еще в 1701 г. в труде Ш. Плюме описывался способ нарезки винтов с помощью примитивного суппорта. Для этого к заготовке припаивали отрезок винта в качестве хвостовика. Шаг напаиваемого винта должен был быть равен шагу того винта, который следовало нарезать на заготовке. Заготовку устанавливали в простейших разъемных деревянных бабках; передняя бабка поддерживала тело заготовки, а в заднюю вставлялся припаянный винт. При вращении винта деревянное гнездо задней бабки сминалось по форме винта и служило гайкой, вследствие чего вся заготовка перемещалась в сторону передней бабки. Подача на оборот была такова, что позволяла неподвижному резцу резать винт с требуемым шагом. Подобного рода приспособление существовало и на токарно-винторезном станке 1785 г., непосредственном предшественнике станка Модели. Здесь нарезка резьбы, служившая образцом для изготавливаемого винта, наносилась непосредственно на шпиндель, удерживавший заготовку и приводивший ее во вращение. (Шпинделем называют вращающийся вал токарного станка с устройством для зажима обрабатываемой детали.) Это давало возможность делать нарезку на винтах машинным способом: рабочий приводил во вращение заготовку, и она за счет резьбы шпинделя, точно так же, как и в приспособлении Ш. Плюме, начинала поступательно перемещаться относительно неподвижного резца, который рабочий держал на палке. В итоге на изделии получалась резьба, полностью соответствующая резьбе шпинделя. Впрочем, точность и прямолинейность обработки зависели здесь исключительно от силы и твердости руки рабочего, направлявшего инструмент, в чем заключалось большое неудобство. Кроме того, резьба на шпинделе была всего 8— 10 мм, что разрешало нарезать только очень короткие винты.
