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미국 주변의 기술, 기술, 개체의 역사
캘리퍼스. 발명과 생산의 역사
캘리퍼스(영어 및 프랑스어 지원, 후기 라틴어 지원에서 - I 지원) - 예를 들어 공작 기계에서 도구를 고정하고 수동 또는 자동으로 이동하도록 설계된 장치입니다. 캘리퍼스는 일반적으로 도구 홀더와 도구의 주어진 이동 방향을 제공하는 슬레드와 같은 중간 부품으로 구성됩니다.
XNUMX세기 초 기계 공학의 가장 중요한 업적 중 하나는 커터용 기계 홀더인 캘리퍼스가 있는 공작 기계의 보급이었습니다. 이 공작 기계의 추가가 얼핏 보기에 단순하고 하찮아 보일 수 있지만 기계의 개선과 보급에 미치는 영향은 증기 기관에서 와트가 만든 변화의 영향 못지않게 컸다고 해도 과언이 아닙니다. . 캘리퍼스의 도입은 모든 기계의 개선과 비용 절감으로 이어졌으며 새로운 개선과 발명에 대한 자극을 주었습니다. 선반은 매우 오래된 역사를 가지고 있으며 수년 동안 그 디자인은 거의 변경되지 않았습니다. 아마도 그 장치의 원리는 녹로에 의해 사람들에게 제안되었을 것입니다. 나무 조각을 회전시키면서 주인은 끌을 사용하여 가장 기이한 원통형 모양을 만들 수 있습니다. 이렇게 하기 위해 그는 빠르게 회전하는 나무 조각에 끌을 눌러 원형 조각을 분리하고 점차적으로 공작물에 원하는 모양을 부여했습니다. 장치의 세부 사항에서 기계는 서로 상당히 다를 수 있지만 XNUMX 세기 말까지 모두 하나의 기본 기능을 가지고있었습니다. 가공 중에 공작물이 회전하고 커터가 주인의 손에있었습니다. . 이 규칙에 대한 예외는 매우 드물며 결코 이 시대의 전형으로 간주될 수 없습니다. 예를 들어, 커터 홀더는 복사기에서 널리 보급되었습니다. 이러한 기계의 도움으로 특별한 기술이 없는 작업자도 매우 복잡한 모양의 복잡한 제품을 생산할 수 있습니다. 이를 위해 제품처럼 보이지만 더 큰(보통 2:1) 청동 모델이 사용되었습니다.
다음과 같이 공작물에서 원하는 이미지를 얻었습니다. 기계에는 두 개의 캘리퍼가 장착되어 작업자의 손 없이도 제품을 돌릴 수 있었습니다. 하나는 복사용 손가락이고 다른 하나는 커터입니다. 고정 복사 손가락은 막대처럼 보였고 뾰족한 끝에 작은 롤러가 놓였습니다. 모델은 특수 스프링에 의해 복사 손가락의 롤러에 지속적으로 눌려졌습니다. 기계 작동 중에 회전하기 시작하고 표면의 돌출부와 함몰부에 따라 진동 운동을했습니다. 모델의 이러한 움직임은 기어 시스템을 통해 회전하는 공작물로 전달되어 반복되었습니다. 모델이 복사 핑거와 접촉하는 것처럼 공작물이 커터와 접촉했습니다. 모델의 릴리프에 따라 공작물이 커터에 접근하거나 커터에서 멀어졌습니다. 동시에 칩의 두께도 변경되었습니다. 공작물 표면 위로 커터를 여러 번 통과한 후 릴리프가 모델과 유사하지만 더 작은 규모로 나타납니다. 복사기는 매우 복잡하고 값비싼 도구였습니다. 아주 부유한 사람들만이 그것을 살 수 있었습니다. 1712세기 전반기에 목제 및 뼈 제품이 유행하면서 유럽의 많은 군주와 귀족이 선삭 작업에 참여했습니다. 그들에게는 대부분 복사기가 사용되었습니다. 예를 들어, 러시아의 표트르 대제(Tsar Peter the Great) 작업장에 XNUMX년에 그러한 기계(저명한 러시아 기계공 Nartov에 의해 생산된 것으로 추측할 수 있음)가 설치되었습니다.
캘리퍼스는 시계 무브먼트의 고정밀 부품을 더 쉽게 회전시킬 수 있게 해주었기 때문에 시계 제조의 일부 기계에 사용되었습니다. 세기말에 선반에 설치되기 시작했습니다. Diderot의 백과사전 10권에서는 처음으로 대형 선반의 가장 단순한 십자 지지대의 이미지가 배치되었습니다. 이 캘리퍼스는 축을 중심으로 회전하고 나사로 공작물에 접근할 수 있지만 따라 이동할 수는 없습니다. 그러나 이러한 장치는 선삭에 널리 사용되지 않았습니다. 단순한 선반은 XNUMX세기 후반까지 인간의 모든 요구를 완전히 충족시켰습니다. 그러나 세기 중반 이후로 거대한 철 부품을 매우 정확하게 처리하는 것이 점점 더 필요하게 되었습니다. 샤프트, 다양한 크기의 나사, 기어는 기계의 첫 번째 부품이었습니다. 기계 제조는 엄청난 양이 필요했기 때문에 출현 직후에 발생했습니다. 특히 와트의 위대한 발명이 도입된 후 금속 소재의 고정밀 가공에 대한 절실한 필요성이 느껴지기 시작했습니다. 이미 언급했듯이 증기 기관의 부품 제조는 XNUMX세기 엔지니어링 산업이 도달한 수준의 매우 어려운 기술 작업임이 밝혀졌습니다. 일반적으로 커터는 긴 고리 모양의 막대기에 고정되었습니다. 노동자는 그것을 손에 쥐고 특별한 스탠드의 지렛대처럼 기울었습니다. 이 작업에는 훌륭한 전문 기술과 엄청난 체력이 필요했습니다. 실수로 인해 전체 공작물이 손상되거나 너무 큰 처리 오류가 발생했습니다.
1765년에 길이가 28피트, 지름이 XNUMX인치인 실린더를 충분한 정확도로 리밍하는 것이 불가능했기 때문에 Watt는 가단성 실린더에 의존해야 했습니다. 길이가 XNUMX피트이고 지름이 XNUMX인치인 실린더의 구멍은 "작은 손가락의 두께"만큼 정확했습니다. 말할 필요도 없이, 증기 기관의 제조에서 그러한 "정확도"는 완전히 불충분했습니다. 상황은 한 가지 방법으로만 수정될 수 있었습니다. 즉, 기계 생산을 위한 기계를 만드는 것이 필요했습니다. 기계는 희소했던 고도로 숙련된 노동자를 대체하고 저렴하고 안정적인 기계의 대량 생산을 보장하기 위한 것이었습니다. XNUMX세기 초부터 기계 공학의 점진적인 혁명이 시작되었습니다. 오래된 선반을 대신하여 캘리퍼가 장착된 새로운 고정밀 자동 기계가 속속 등장하고 있습니다. 이 혁명의 시작은 나사를 사용하여 나사와 볼트를 자동으로 돌릴 수 있게 하는 영국 기계공 Henry Maudsley의 나사 절삭 선반에 의해 시작되었습니다.
일반적으로 나사 절단은 높은 정밀도와 기술이 필요하기 때문에 오랫동안 어려운 기술 작업으로 남아 있었습니다. 역학은 이 작업을 단순화하는 방법에 대해 오랫동안 생각해 왔습니다. 1701년 C. Plume의 작업에서 원시 캘리퍼스를 사용하여 나사를 절단하는 방법이 설명되었습니다. 이를 위해 나사 조각이 생크로 공작물에 납땜되었습니다. 납땜된 나사의 피치는 공작물에서 절단할 나사의 피치와 같아야 했습니다. 그런 다음 공작물을 가장 단순한 분리형 목재 주축대에 설치했습니다. 주축은 공작물의 몸체를지지하고 납땜 된 나사가 뒤쪽에 삽입되었습니다. 나사가 회전하면 심 압대의 나무 둥지가 나사 모양으로 부서지고 너트 역할을하여 전체 공작물이 주축으로 이동했습니다. 반대로 이송은 고정 커터가 필요한 피치로 나사를 절단할 수 있도록 하는 것이었습니다. 비슷한 종류의 장치가 1785년의 나사 절삭 선반에 있었는데, 이것은 Maudsley 기계의 바로 전임자였습니다. 여기에서 제작 중인 나사의 모델 역할을 하는 나사산이 스핀들에 직접 적용되어 공작물을 고정하고 회전하도록 설정했습니다. (스핀들은 공작물을 고정하는 장치가 있는 선반의 회전축이라고 합니다.) 이를 통해 기계로 나사를 절단할 수 있습니다. 작업자는 공작물을 회전시켰습니다. Plume 고정 장치에서 작업자가 막대에 든 고정 끌에 대해 점진적으로 움직이기 시작했습니다. 따라서 스핀들의 나사산과 정확히 일치하는 제품에 나사산이 얻어졌습니다. 그러나 여기서 가공의 정확성과 직진성은 도구를 안내하는 작업자의 손의 강도와 경도에만 의존했습니다. 이것은 큰 불편이었습니다. 또한 스핀들의 나사산은 8-10mm에 불과하여 매우 짧은 나사만 절단할 수 있었습니다. Maudsley가 설계한 나사 절단기는 상당한 진전을 나타냈습니다. 발명의 역사는 동시대 사람들에 의해 이러한 방식으로 설명됩니다. 1794-1795년에 Maudsley는 아직 젊지만 이미 경험이 풍부한 정비공으로 유명한 발명가인 Brama의 작업장에서 일했습니다. 작업장의 주요 제품은 브라흐마가 발명한 변기와 자물쇠였습니다. 수요가 매우 커서 수작업으로 제작하기가 어려웠습니다. Brahma와 Maudsley는 공작 기계에서 생산되는 부품 수를 늘려야 하는 과제에 직면했습니다. 하지만 기존 선반은 이에 불편했습니다. 개선 작업을 시작한 1794년 Maudsley는 그에게 크로스 캘리퍼스를 제공했습니다. 캘리퍼(썰매)의 하부는 기계의 심압대와 동일한 프레임에 장착되어 가이드를 따라 미끄러질 수 있습니다. 어느 위치에서나 캘리퍼는 나사로 단단히 고정될 수 있습니다. 아래쪽 슬라이드에는 위쪽 슬라이드가 비슷한 방식으로 배열되었습니다. 이들의 도움으로 강철봉 끝의 슬롯에 나사로 고정된 커터가 가로 방향으로 이동할 수 있었습니다. 세로 및 가로 방향으로 캘리퍼의 움직임은 두 개의 리드 나사를 사용하여 발생했습니다. 캘리퍼를 사용하여 커터를 공작물에 가깝게 이동하고 크로스 슬라이드에 단단히 고정한 다음 가공할 표면을 따라 이동함으로써 초과 금속을 매우 정확하게 절단할 수 있었습니다. 이 경우 캘리퍼는 커터를 잡고 있는 작업자의 손 역할을 했습니다. 설명된 디자인에서는 사실 아직 새로운 것이 없었지만 더 나은 개선을 위한 필수 단계였습니다. 발명 직후 브라흐마를 떠나 Maudsley는 자신의 작업장을 설립했으며 1798년에는 더 발전된 선반을 만들었습니다. 이 기계는 처음으로 길이와 피치에 관계없이 나사를 자동으로 절단할 수 있게 되면서 공작 기계 산업 발전의 중요한 이정표가 되었습니다. 이미 언급했듯이 구형 선반의 약점은 짧은 나사만 자를 수 있다는 것이었습니다. 그렇지 않으면 불가능했습니다. 결국 지원이 없었고 작업자의 손은 움직이지 않아야했고 공작물 자체는 스핀들과 함께 움직였습니다. Maudsley 기계에서 공작물은 움직이지 않고 커터가 고정 된 캘리퍼스가 움직였습니다. 기계를 따라 아래쪽 슬라이드에서 캘리퍼를 움직이게 하기 위해 Maudsley는 두 개의 기어 휠을 사용하여 주축대 스핀들을 캘리퍼스 리드 나사에 연결했습니다. 회전하는 나사가 너트에 나사로 고정되어 캘리퍼 썰매를 함께 당겨 침대를 따라 미끄러지게 만들었습니다. 리드 스크류는 스핀들과 같은 속도로 회전하기 때문에 공작물은 해당 스크류와 동일한 피치로 나사산이 형성되었습니다. 피치가 다른 나사를 절단하기 위해 기계에는 리드 나사가 공급되었습니다. 기계에서 나사의 자동 절단은 다음과 같습니다. 공작물을 고정하고 캘리퍼의 기계적 공급을 포함하지 않은 필요한 치수로 돌렸습니다. 그 후, 리드 스크류를 스핀들에 연결하고 여러 커터 패스에서 헬리컬 절단을 수행했습니다. 자체 추진 피드를 끈 후 매번 캘리퍼스를 수동으로 반환했습니다. 따라서 리드 스크류와 캘리퍼는 작업자의 손을 완전히 대체했습니다. 또한 이전 기계보다 훨씬 정확하고 빠르게 나사산을 절단할 수 있었습니다. 1800년에 Maudsley는 교체 가능한 리드 나사 세트 대신 스핀들과 리드 나사를 연결하는 교체 가능한 기어 세트를 사용했습니다(이 중 28개에는 15~50개의 톱니가 있었습니다. ). 이제 하나의 리드 스크류로 다양한 피치의 다양한 나사산을 얻을 수 있게 되었습니다. 실제로, 예를 들어 스트로크가 리드 나사의 스트로크보다 n배 적은 나사를 얻으려면 리드 나사가 n번 회전하는 동안 공작물이 회전하는 속도로 작업물을 회전시켜야 했습니다. 하나의 혁명. 리드 스크류는 스핀들로부터 회전을 받았기 때문에 스핀들과 스크류 사이에 하나 이상의 기어 휠을 삽입하여 쉽게 달성할 수 있었습니다. 각 바퀴의 톱니 수를 알면 필요한 속도를 얻는 것이 어렵지 않습니다. 바퀴의 조합을 변경함으로써 예를 들어 왼쪽 실 대신 오른쪽 실을 자르는 것과 같은 다양한 효과를 얻을 수 있었습니다.
그의 기계에서 Maudsley는 그의 동시대 사람들에게 거의 기적처럼 보일 정도로 놀라운 정밀도와 정확성으로 스레딩을 수행했습니다. 특히 그는 오랜 시간 동안 타의 추종을 불허하는 정밀함의 걸작으로 여겨졌던 천체관측기의 조정 나사와 너트를 잘랐다. 나사는 길이가 50피트, 지름이 1817인치였으며 각 인치당 1818회 회전했습니다. 조각은 육안으로 볼 수 없을 정도로 정교했습니다. 곧 개선된 Maudsley 기계가 널리 보급되어 다른 많은 금속 절단 기계의 모델이 되었습니다. 1839년에는 평평한 표면을 빠르게 처리할 수 있게 해주는 캘리퍼가 있는 대패가 만들어졌습니다. XNUMX년 휘트니는 밀링 머신을 발명했습니다. XNUMX년에는 회전목마 등이 등장했습니다. Maudsley의 뛰어난 업적은 그에게 큰 명성을 가져다주었습니다. 실제로 Maudsley가 캘리퍼스의 유일한 발명가로 간주될 수는 없지만, 그의 의심할 여지 없는 장점은 적시에 아이디어를 내놓았고 가장 완벽한 형태로 옷을 입혔다는 것입니다. 그의 또 다른 장점은 캘리퍼라는 개념을 양산에 도입해 최종 유통에 기여했다는 점이다. 그는 특정 직경의 각 나사에는 특정 피치의 나사산이 있어야 한다는 것을 최초로 확립했습니다. 나사산이 손으로 적용되기 전까지 각 나사에는 고유한 특성이 있었습니다. 각 나사에 대해 자체 너트가 만들어졌으며 일반적으로 다른 나사에는 적합하지 않습니다. 기계 절단의 도입으로 모든 나사산의 균일성이 보장되었습니다. 이제 같은 직경의 모든 나사와 너트는 제작 위치에 관계없이 함께 맞습니다. 이것은 기계 공학에서 매우 중요한 부품 표준화의 시작이었습니다.
나중에 뛰어난 발명가가 된 Maudsley의 학생 중 한 명인 James Nesmith는 기계 공학에서 표준화의 창시자로 Maudsley에 대한 회고록에 썼습니다. 각각의 볼트와 너트는 서로에게만 적합하고 이웃한 크기의 볼트와는 아무런 관련이 없었습니다. 그들은 끝없는 어려움과 비용, 비효율과 혼란을 초래했습니다 - 기계 공원의 일부는 수리를 위해 끊임없이 사용해야했습니다. 비교적 초기 기계 생산 시대에 살았던 사람만이 문제에 대한 올바른 생각을 가질 수 있습니다. 장애물과 비용 비슷한 상황을 일으켰고, 오직 그만이 Maudsley가 기계 공학에 부여한 위대한 공로를 정확하게 평가할 것입니다. 저자: Ryzhov K.V.
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