Станки для изготовления и украшения объемных художественных изделий

Труд А. К. Нартова «Театрум Махинарум» содержит значительное количество изображений образцов продукции, изготовлявшейся на токарно-копировальных станках. На рис. 36 изображена выточенная из кости ваза. В печатных трудах XVIII в. приведено много образцов художественных токарных изделий: ваз, настольных украшений, барельефов, табакерок и т. п. В собраниях больших музеев (в том числе в собраниях Эрмитажа) имеется много предметов этого рода. Некоторые любители в XVII — XVIII вв. собирали целые коллекции затейливых токарных изделий.

Одна из больших коллекций, собранная во Франции во второй половине XVII в., была в XVIII в. описана в специальной книге, дважды переиздававшейся. Некоторые исследователи истории искусства выявили много имен знатных ценителей произведений «токарного художества», собирателей и токарей-любителей.

Среди станков для изготовления художественных изделий наибольшую известность получил токарно-копировальный станок с надписью «St. Petersburg. 1712», который хранится в собрании Эрмитажа и некогда входил в состав оборудования личной токарной мастерской Петра I.

Станок 1712 г. с механическим суппортом (так же как и другие копировальные станки, хранящиеся в музеях Ленинграда) был подробно изучен проф. А. С. Бриткиным, из книги которого заимствуется приводимое ниже описание. Проф. А. С. Бриткин называет его «станок Нартова модели 1712 г.». Между тем доказательств единоличного авторства А. К. Нартова в этом случае не имеется. Станок 1712 г. предназначен для изготовления художественных изделий по копиру, т. е. для серийной работы, что, однако, в царской мастерской, не работавшей на заказ или продажу, не имело экономического значения.

На рис. 37 изображена кинематическая схема станка. Привод станка осуществлялся рукояткой 4, посаженной на вал 5, вращающийся в опорах 6. На этом валу посажено зубчатое колесо 7, сцепляющееся с колесом 8, закрепленным на валу 9. Последний опирается на подшипники 10, которые можно перемещать по вертикали для натягивания нередаточного ремня (шнура) 15 между шкивами 14 и 16. Кроме вращения рукоятки 4, установленной на станке, его можно было приводить в движение также через желобчатый шкив 13 от источника энергии, находящегося вне станка. Станок приводился в действие в этом случае от маховика. Шкив 16 закреплен на длинном шпинделе 17, левый конец которого поддерживается кронштейном 18 с центром 19. С правой стороны шпиндель поддерживается «шатающимся балансом» 20, качающимся на шарнирном пальце 21 и притягиваемым в одну сторону пружиной 22. На барабан 23 шпинделя надевался цилиндр-копир 24, а на конце шпинделя в патроне 25 закреплялась заготовка 26, на поверхности которой вырезалось изображение резцом 27, зажатым винтами в резцедержателе 28 суппорта 29. Суппорт ходит по направляющим 30 с помощью рейки 31, движимой механизмом подач. Такая же рейка связана с копировальным суппортом, имеющим держатель 33 для копировального пальца. Последний следит за рисунком на копире но углублениям. К копиру его прижимает пружина. Рейки перемещаются одновременно с суппортом посредством зацепления с реечными шестернями и зубчатыми передачами 34 и  35 на поперечных валах. Один из них вращается в подшипниках 36 и червячным колесом 37 входит в зацепление с червяком 38 на вертикальном валу 39, имеющем верхнюю опору 40. Зубчатое колесо 41 получает вращение от торцового колеса 42, закрепленного на конце верхнего приводного вала.

Следовательно, в описанном токарно-копировальном станке осуществлен самоходный суппорт с шестеренно-реечным механизмом подачи.

На рис. 38 отдельно изображена кинематическая схема механизма суппорта станка.

Суппорт получает движение от привода главного движения, т. е. от верхнего вала 2 и шкива 1, вращающего шпиндель с копиром и заготовкой.

За правым подшипником 3 на валу  2 закрепляется колесо 4 с торцевыми зубьями, сцепляющимися с зубьями колеса 5, посаженного на вертикальном валу 6. Сверху последний имеет опору-центр 7. Внизу на вертикальном валу 6 закреплен червяк 8, сцепляющийся с червячными зубьями колеса9г вращающего поперечный горизонтальный вал 10 с зубчатой передачей к валу 11. На концах этого вала закреплены реечные шестерни 12, сцепляющиеся с рейками 13, проходящими через стойки 14 и скрепленными с ползунками копировального и резцового суппортов, двигающихся по верхним 15 и нижним 16 направляющим брускам. Ползушка 17 скреплена с резцедержателем болтом 19, а в верхней части винтами 21 закреплен резец 22. Копировальный суппорт аналогичен резцовому.

Описанный суппорт с шестеренно-реечным механизмом был по своей идее весьма совершенен. Это подтверждается тем, что подобный механизм используется даже в некоторых современных нам токарных станках. Сходный по конструкции суппорт А. К. Нартов применил на ряде станков, осуществленных им в первой четверти XVIII в.

Рукопись Нартова «Театрум Махинарум» содержит чертежи и описания ряда токарно-копировальных станков для изготовления объемных художественных изделий. Ниже приводятся чертежи и описания некоторых из них.

На рис. 39 изображены чертежи токарно-копировального станка, имевшего следующее устройство.

Станок приводился в движение при вращении коленчатой рукоятки А (рис. 39, а). При этом малое зубчатое колесо, сидевшее на одном валу с рукояткой А, находилось в зацеплении с большим зубчатым колесом В.  На этом последнем имелся венец,  представлявший собой желобчатый шкив. Шнур, наложенный крестообразно для увеличения угла охвата, связывал шкив-венец колеса В с другим желобчатым шкивом, сидевшим на валу У. На другом конце вала У был посажен малый желобчатый шкив, связанный шнуром с желобчатым шкивом Р и приводивший его во вращение. Шкив Р был соединен неподвижно с патроном, в котором закреплялся копир, в данном случае изображавший человеческую фигуру. Таким образом, при вращении рукоятки А вращался копир, посаженный на шпиндель О, и обрабатываемая деталь из кости или древесины твердых пород, так же сидевшая на валу и расположенная по другую сторону шкива Р (маленькая человеческая фигурка). Такой была система передачи главного движения. Для подтягивания шнуров вал У можно было поднять, для чего служили винты 4, перемещавшие подшипники в пазах.

Теперь обратимся к описанию системы движения подачи. Зубчатое колесо В находилось в зацеплении с маленьким зубчатым колесом, сидевшим на червячном валу. Последний находился в зацеплении с червячным колесом, сидевшим на другом червячном валу. В зацеплении с ним находилось червячное колесо F, сидевшее на валу G вместе с другим небольшим колесом. Это последнее находилось в зацеплении с зубчатым колесом Н, расположенным к нему под прямым углом, т. е. здесь была осуществлена торцекопическая передача. Как видно на рис. 39, б, зубчатое колесо Н сидело на длинном ходовом винте 1. Прилегающая к колесу Н часть винта 1 имела более крупную резьбу с большим шагом, чем та часть винта, которая лежала за промежуточной опорой. Винт 1 приводил в движение маточную гайку копировального суппорта 2 и резцового суппорта 3. Таким образом, станок имел самоходный резцовый суппорт с винтовой нарой, действие которого было основано на принципе, используемом до наших дней.

После ознакомления с системами главного движения и подачи можно проследить непосредственно процесс резания на станке. Копировальный и резцовый суппорты были установлены на станине и могли перемещаться лишь вдоль нее, но никаких более сложных движений совершать не могли. Сложные движения относительно станины станка совершал шпиндель О (на котором были укреплены приводившие его во вращение шкив Р, копир и обрабатываемая деталь), опиравшийся на стойки Q. Последние объединялись в конструкцию, которую А. К. Нартов характерно назвал «шатательной баланс». Выполненная из деревянных брусьев конструкция была укреплена внизу станины станка на двух цапфах и могла свободно на них качаться. Поэтому шпиндель О мог легко, под действием небольших усилий, совершать качательные движения. В копировальном суппорте был закреплен копировальный палец, имевший на конце маленький ролик, уменьшавший сопротивления при прохождении вращающегося копира. Копир постоянно прижимался к копировальному пальцу спиральными пружинами V, которые для уменьшения сопротивлений соприкасались с балансом через маленькие ролики. При вращении копира расстояние от оси шпинделя О до копировального пальца все время менялось в зависимости от расположения выступов и впадин копира. Сидевшая на одном валу с копиром обрабатываемая деталь повторяла движения копира. Резец в зависимости от положения обрабатываемой детали снимал глубокую или мелкую стружку, и деталь после каждого прохода резца постепенно приобретала форму, все более соответствовавшую форме копира.

Ввиду того что копировальные станки не играли большой роли в истории станкостроения, их обзор на этом завершается.

Загорский Ф.Н. Очерки по истории металлорежущих станков до середины XIX века. -Л. 1960