У 1680 р. Подіні Тапен створив паровий двигун, який приводив в рух верстати, паровози, пароплави і навіть перші автомобілі.
2.2 Створення верстатів промислового призначення
Створення механізації процесу різання металу була вирішена до кінця XVIII в. До того на різних видах устаткування застосовували окремі елементи: рухомі супорта, що переміщувались ходовим гвинтом, змінні шестерні для отримання різних величин подач при одному еталонному ходовому гвинту, декілька видів задніх бабок з центрами. Системи кріплення деталі в патроні і т.д. Для створення універсального токарного верстата необхідно було вдало об'єднати ці елементи в єдине ціле.
Таке рішення було запропоновано Генрі Модслі, який, удосконалюючи попередні зразки, створив універсальний токарний верстат. Він з'явився родоначальником школи машинобудівників. Ним і його послідовниками на основі універсального токарного верстата був створений ряд верстатів різного призначення, що зіграли велику роль в розвитку англійського машинобудування.
Одним з учнів і продовжувачів справи Г. Модслі був Р. Робертс. Спочатку він працював на заводі Велькінсона, потім токарем і механіком біля Модслі в перебігу двох років, а потім заснував свою справу в Манчестері. Робертс поліпшив токарний верстат, розташував ходовий гвинт перед станиною (як і зараз), додав зубчатий перебір, ручки управління виніс на передню частину верстата таким чином, що включення передачі, перемикання і реверсування здійснювалися дуже просто. Верстат використовували не тільки для нарізування різьб, але і для точіння. Цей верстат працював до 1909 р., на ньому могли оброблятися деталі до 6 фунтів і до 19 дюймів діаметром.
У 1817 р. Р. Робертс побудував продольно-стругальний верстат з ручним приводом. Помітимо, до речі, що в досить великому цеху Робертса в 1821 р., в якому було близько дюжини верстатів, не було ніякого двигуна і він наймав трьох чоловіків, щоб вони приводили у рух верстат уручну.
Інший видатний механік Д. Клемент, що працював близько року біля Броми, після його смерті перейшов до Модслі керівником креслярів, а в 1817 р. теж заснував власну справу. Продовжував принципи стандартизації нарізок в нитках на дюйм, який почав проводити у життя Модслі, Клемент удосконалив мітчики порізавши на ньому жолоби на спеціальному пристосуванні своєї конструкції. У такому вигляді мітчики використовуються до теперішнього часу.
У 1830 р. Д. Фокс, щоб не знижувати точність ходового гвинта унаслідок спрацьовування його в процесі точіння, ввів в конструкцію токарного верстата рейку для подачі супорта, зберігши ходовий гвинт, який тепер використовували тільки при нарізуванні різьблення.
Довжина верстата була 22 фути, на ньому могли оброблятися деталі до 27 дюймів діаметром. Верстати Фокса експортувалися до Німеччини, Франції, Польщі.
Історія металоріжучих верстатів показує, що багато хто з них створювався на основі запозичення досвіду виготовлення вдосконаленого токарного верстата.
Найбільш наочно це можна показати на прикладі групи фрезерних верстатів. Перші їх прототипи використовувалися французькими вартовими майстрами з кінця XVII ст. Опис верстата даний у роботі французького інженера Н. Біона, опублікованої в 1709 р. Опис декілька більш досконалих варіантів подібного верстата зустрічається і пізніше в книгах Ф. Берті (1763 р.), Л. Леупольд (1724 р.), А.К. Нартова (1742 р.). В 1782 р. Вокансон використовував фрезерний верстат, фреза якого була схожа на круглий напилок. Проте ці типи верстатів не набули поширення.
Найпримітніші фрезерні верстати, що з'явилися в перших десятиріччях ХІХ ст. Винахід цього верстата приписують декільком особам. Перші типи фрезерних верстатів (Е. Уїтні, 1820 г.; Д. Несміт, 1830 р.) були спеціалізованими токарними верстатами з дещо низовинною схемою обробки; фреза вставлялася в патрон, а деталі кріпилися на місці каретки. Обидва станка мали поперечну подачу. Верстат Несміта був більш удосконаленим – деталь кріпилася на обривку з пристосуванням для повороту її на 60 °, фреза охолоджувалася водою.
Винахід декількох важливих типів металообробних машин пов'язаний з ім'ям одного послідовника Р. Модслі, Д. Несміта. У відмінності від інших послідовників Модслі він дістав хорошу освіту і став відомий не тільки своїми винаходами, але і по популяризації технічних знань. Зокрема він написав вступ до виправленої і доповненої книги Р. Буханана, що вийшла в першому десятиріччі ХІХ ст. і витримала п'ять видань. Ця книга-довідник довгий час була основним підручником по металообробці. Найкрупнішою роботою Д. Несміта було створення парового молота.
У результаті спеціалізації верстатобудування була досягнута небувала у той час точність обробки деталей, що доходила тепер до десятої частки міліметра. Завдяки цьому стало можливим виробництво найскладніших машин, механізмів, приладів і інструментів. Крім того вузька спеціалізація у багато разів прискорила сам процес виготовлення деталей машин, і, отже, приводила до колосального збільшення продукції, що випускається. На початку ХХ ст. машинобудування стало переходити на рейки масового виробництва.
Спеціалізація машинобудування сприяла упровадженню в нього автоматики, оскільки звуження функцій верстата привело до спрощення виконуваних їм операцій і тим самим створювало сприятливі умови для упровадження автоматичних процесів. Проте автоматизація у верстатобудуванні не придбала у той час пануючого положення.
Попит, що ріс, на різні машини з боку транспорту, будівництва, військової справи, металургії гірської справи, енергетики і інших галузей промисловості створив сприятливі передумови для розвитку машинобудування. Високоякісна сталь, поставлялась металургією, що розвивалась, забезпечувала машинобудування основним матеріалом, необхідним для розвитку техніки виробництва машин.
Зростаюче значення машин у різних галузях виробництва викликало інтенсивний розвиток власне машинобудування – верстатобудування. Верстати є основа виробництва машинами. Призначенням металоріжучого верстата є обробка заготівки металу з ціллю отримання виробу певних геометричних розмірів форми і якості.
У верстатобудуванні кінця 19 століття панували п'ять основних типів верстатів:
- токарні, що застосовувалися для обробки зовнішніх і внутрішніх поверхонь тіл обертання (конус, циліндр, сфера);
- стругальні (і довбальні), що застосовувалися для обробка площин виробів;
- свердлувальні, які призначалися для обробки і свердлення отворі, а також для розточування і нарізки різьблення;
- фрезерні, що уживалися для обробки особливо точних деталей, а також для обточування фасону і нарізування різьблення;
- шліфувальні, що оброблювали деталі найрізноманітнішої форми абразивними матеріалами і інструментами.
2.3 Передумови створення автоматичного устаткування
Автоматичний токарний верстат був створений в США, де розвиток техніки обробки металу почався пізніше ніж в Європі. Перші металоріжучі верстати, виготовлені в цій області, були вельми невчинені в порівнянні з верстатами Г. Модслі і його учнів.
У першій половині ХІХ ст. станини американських верстатів були дерев'яними, з укріпленими на них залізними спрямовуючими. Відсутність досвідчених верстатобудувань і необхідність використовування металоріжучих верстатів на підприємствах, що випускають продукцію з взаємозамінними деталями (перш за все на збройових заводах), приводили до упровадження простих верстатів і пристосувань, що призначалися спеціально для виконання окремої конкретної операції.
Якість американських верстатів в другій половині ХІХ ст. була вже високою. Верстати випускалися серійно, причому вводилася повна взаємозамінність деталей і блоків верстатів однієї форми. Рухомі частини підганялися не одна до однієї, а до спеціальних шаблонів, що забезпечують їх ідеальність. При поломці деталей достатньо був виписати із заводу аналогічну і замінити її без щонайменшої підгонки. Щоб скоротити ручну працю (при неможливості ліквідовувати його зовсім), деталі заздалегідь обробляли на санках, наприклад, на заводах «Пратт энд Віпті» площини для супорта токарних верстатів спочатку фрезерували, потім стругали і потім «пристосовували» до шаблонів.
У другій половині ХІХ ст. були введені елементи, що забезпечують повну механізацію обробки – блок автоматичної подачі по обох координатах, досконалу систему кріплення різця і деталі. Режими різання і подач змінювалися швидко і без значних зусиль. В токарних верстатах були елементи певного розміру, система автоматичного регулювання швидкості лобового точіння і т.д.
Проте основною причиною прискорення прогресу американського верстатобудування був не розвиток традиційного токарного верстата, який взагалі принципово поліпшений бути вже не міг, а створення його модифікації – револьверного верстата.
Потреба в створенні такого верстата була пов'язана з переходом в кінці першої половини ХІХ ст. від кременевого озброєння до ударної капсульної зброї. Для цього була потрібна велика кількість гвинтів, і для їх виробництва З. Фіті, що узяв в уряді контракт на випуск 30 тис. пістолетів, спроектував і побудував в 1845 р. револьверний верстат з 8 ріжучими інструментами в револьверній головці. В 1858г. Г. Смочн запропонував іншу схему револьверного верстата. Відзначимо, що це устаткування дозволяло обходиться невеликим числом досвідчених наладчиків і використовувати некваліфіковану робочу силу при збереженні високої продуктивності.
Основною перевагою револьверних верстатів з'явилося різке зменшення часу, необхідного для зміни ріжучого інструменту. Револьверні верстати ХІХ ст. мали звичайно два супорти – один відрізний, мав одну тільки поперечну подачу, а другий – прохідний, мав тільки подовжню подачу, на другому кріпився револьверний патрон, несучий (у той час) до 10 інструментів. Після однієї операції різання і відведення різця в початкове положення патрон було необхідне повернути для введення в дію нового різця. В загальному випадку у функцію робітника входить поворот різцевого патрона, подача і кріплення матеріалу і ріжучого інструменту. Пересування подовжнього супорта звичайно обмежувалося упорами і тому не вимагало високої кваліфікації робітника. Всі технологічні операції тут нескладні і легко могли бути замінені автоматизованими вузлами. Отже, револьверний верстат відносно легко міг бути перетворений на верстат – автомат.