Цей винахід — один з тих, який вплинув на машинобудування та створення виробів загального призначення. Ще на початку розвитку людства, у первісних людей, виникла гостра потреба робити отвір в кам’яній сокирі та інших перших засобах праці, щоб надіти на них дерев’яну ручку. Тривалі пошуки способу виготовлення отвору та його «модернізація», допомогли людині створити примітивний механічний пристрій, що складався з вигнутої палиці, до кінців якої кріпилося волосся з хвостів диких тварин, яке спіраллю обгортало загострену з одного кінця іншу палицю з твердої породи дерева. Технологія виготовлення отвору була такою: в кам’яну заглибину, де потрібно було зробити отвір, вставлялася загострена палиця (свердло) і туди підсипався пісок, другий кінець палиці-свердла утримувався спеціальною дерев’яною планкою у вертикальному положенні. Обертаючи примітивне свердло в перед-назад, загострена палиця тиснула на пісчинки, що вгризалися в камінь, знімаючи з нього шар за шаром. Заглибина ставала все глибше і згодом ставала отвором. Такий процес свердління забирав багато часу і сил. Він став для людини першим поштовхом зрозуміти, що тверді матеріали можна обробляти шляхом їх різання, тобто поступово шар за шаром зрізати тверду породу.

Мабуть саме цей перший механічний пристрій і став основою для створення токарного верстата, як для обробки деревини, так і для металу.

Серед архівних документів, що якось інформують нас про створення токарного верстата є такі, з яких видно, що майстри древнього Єгипту ще 1500 років до нашої ери, застосували цей спосіб для різання й обточування циліндричних форм різної конфігурації. Крім того, вони вдосконалили цей спосіб, додумавшись обертати не інструмент, а заготовку!

Незважаючи на те, що це був дуже примітивний і громіздкий верстат, однак він заклав базу сучасних метало- та дереворіжучих токарних верстатів.

Древньоєгипетський токарний верстат мав таку конструкцію: товста дерев’яна дошка-основа була покладена на кілька опор-основ. У сучасному верстаті це називається станина, яка спирається на дві опори. На станині розташовуються робочі частини верстату.

До дерев’яної товстої дошки — основи було прикріплено дві масивні колодки, які слугували для кріплення заготовки. У сучасному верстаті їх роль виконують ліва (передня) і права (задня) бабки.

Кожна масивна дерев’яна колодка мала загострені утримувача. Їх вістря спрямовувалося одне на одне і тримало у своїх центрах заготовку, одночасно виконуючи роль вісі, навколо якої і оберталася заготовка. Так само і в наші дні токарний верстат по дереву має на передній бабці тризуб в центрі якого гострий конус, а у задню бабку, яка стала пересувною, встановлено конусний центр, який може висуватися. Завдяки задній пересувній бабці між центрами можна затиснути різної довжини заготовку.

У сучасних токарних верстатах по металу роль тризуба виконує шпиндель, на якому кріпиться патрон, який своїми розсувними кулачками затискає заготовку. Якщо заготовка має значну довжину її другий кінець підтримує обертаючийся центр, встановлений у задню бабку. Інколи, на токарних верстатах для обробки металу заготовку обточують тільки в центрах. Для цього в патрон теж затискають центр.

У перших токарних верстатах обертання заготовки мало перемінний характер — вперед-назад. Для цього середню частину линви спірально обмотувалася навколо заготовки. Водячи вперед-назад загнутою палицею, до кінців якої кріпилася линва, підмайстер приводив у рух заготовку. Як тільки заготовка оберталася в сторону майстра, він підводив до її поверхні кінчик міцно затиснутого у руках різця і знімав потрібного розміру стружку. Коли обертання ставало у зворотну сторону, відбувався холостий хід.

Вздовж основи (станіни) токарного верстату клалася ще одна дошка, яка слугувала опорою для різця. На неї було нанесено вимірювальну шкалу для того, щоб майстер знав наскільки поділок треба пересувати різець. У сучасному токарному верстаті для дерева цю роль виконує металева підставка названа «підручник».

Перші писемні відомості про застосування верстату за допомогою якого обробляли деревину та м’які метали, можна прочитати і у творах Гомера. Римський архітектор Ветрувій у І віці до нашої ери теж писав про застосування токарних верстатів для обробки денця мідних циліндрів.

У рукописах Плінія Старшого, ми можемо прочитати перший запис про те, хто створив токарний верстат більш схожий до сучасного. Вчений і державний діяч І століття нашої ери Пліній приписував його створення Феодору Самоському.

З тих саме грецьких рукописів відомо, що жив цей винахідник на острові Самосі в Егейському морі і був найкращим майстром в ювелірній і механічній справі, архітектурі і будівництві. Змушений за наказом тирана острова за дуже короткий строк, виготовити дванадцять нових металевих замків для дверей храму і перстень він зрозумів, що без вдосконалення токарного верстата йому не встигнути вчасно зробити замовлення.

Тут потрібно зазначити, що на токарних верстатах того часу, здебільшого виготовляли дерев’яні вироби і дуже мало з металу: мідь, срібло, золото, бронза. Усі метали були твердішими за деревину, а тому тримаючи різець у руках майстру потрібно було прикладати значну силу, щоб зняти навіть дуже тонкий шар поверхні з металу.

Два дні провів Феодор Самоський за дошкою на якій рисував устрій такого токарного верстату, який би допоміг йому вчасно виконати замовлення. Лише на третій день він призвав своїх помічників, які разом з ним за його рисунками виготовили деталі, а потім зібрали новий токарний верстат. Тепер в передній бабці, де раніше знаходився загострений утримувач — просвердлено отвір в який було вставлено залізний вал так, що його кінці стирчали з обох сторін бабки. Зовнішній — був загнутий як коліно, а внутрішній — прямий і загострений під конус. Від зігнутого коліна йшла вниз залізна тяга, яка з’єднувалася з невеликою дерев’яною дощечкою, другий кінець якої вільно кріпився до основи верстату. На сам вал — поряд із бабкою, було надіте важке кругле точило. Задня бабка залишилася без змін.

Нова конструкція токарного верстату працювала таким чином: майстер натиснувши ногою на дощечку приводив в дію приєднану до неї тягу, яка тягнула за собою коліно тим самим обертаючи вал разом з точилом. Як тільки натиск на дощечку припинявся, важке точило по інерції продовжувало обертатися, піднімаючи коліно, тягу і дощечку догори, у початкове положення. Тоді потрібно було знову натиснути на дощечку і вал з точилом знову продовжував обертатися в одну сторону, але вже швидше. Так постійно натискаючи на дощечку-педаль, майстер змушував безупинно обертатися вал все швидше і швидше в одну сторону. Тепер затиснута в центрах заготовка постійно оберталася в одну сторону з більшою ніж раніше швидкістю. Майстер самостійно регулював швидкість обертання заготовки. Краще відбувався і процес різання металу, хоч різець, поки що, потрібно було тримати в руках майстра.

За свідченням рукопису це відбулося більше як два з половиною тисячоліття тому на острові Самос!

Сьогодні, гортаючи старі гравюри та геми того часу, можна зустріти зображення бога Кохання, який гострить свої стріли на верстаті, зроблений грецьким майстром.

Ще з років тридцять тому, подекуди можна було зустріти майстрів точіння ножиць і ножів, які ходили по дворах з переносним устроєм, що за принципом дії був схожий на верстат Феодора.

Завдяки створення такого приводу обертання заготовки було покладено другу цеглинку у створенні сучасного токарного верстата і збільшення продуктивності праці токаря.

Однак, якщо на верстаті Феодора легко було виточувати вироби з дерева, трохи важче з золота і бронзи, то зовсім неможливо було обробляти вироби із заліза, яке було набагато твердішим і міцнішим. Тому при його обробці був потрібен двигун потужніший, ніж нога людини. Шукаючи можливості збільшити потужність верстату винахідники токарної справи змушені були знову застосувати принцип обертання заготовки взад-вперед. Це дало змогу трохи збіль­шити потужність, але не вирішило проблеми. Беручи за основу верстат Феодора його винахідники додали до нього інші пристрої. Під стелею майстерні закріплювали гнучку, пружну жердину. До її вільного кінця прив’язували линву, яка спускалася до верстата й спірально намотувалася один раз навколо затиснутої в центрах заготовки. Вільний кінець линви закріплювався, як і у Феодора, до дощечки-педалі. Натискаючи на дощечку-педаль, майстер змушував обертатися заготовку, одночасно згиналася жердь. Але як тільки майстер відпускав педаль, жердь розгиналася, при цьому з силою обертала заготовку у зворотному напрямку.

Незважаючи на збільшення потужності, при такій конструкції, швидкість обертання заготовки була мала, що і не давало можливості точно обточувати вироби із заліза.

Продовжуючи пошуки вдосконалення токарного верстату для обробки заліза, винахідники почали застосовувати махове колесо. Від нього обертання на шпиндель передавалося за допомогою ремінної передачі, а обертання заготовки знову стало безперервним і в одну сторону. Рух маховому колесу надавав помічник майстра.

Так і перейшли у ХVІ століття ці два види токарних верстатів. До наших днів збереглися стародавні токарні верстати на яких любили виточувати різні вироби вельможі того часу.

Із збільшенням потужності і швидкості обертання заготовки виявилося, що для обробки заліза рука майстра, що тримає різець, надто слабка. Потрібно було шукати можливість замінити її на більш надійний устрій, яким став тримач різця Андрія Нартова, російського винахідника.

З архівних документів на яких представлено рисунки і проекти цієї людини видно, що це була технічно-творчо обдарована людина, яка мала технічне мислення і лет уяви. Ще будучи юнаком і навчаючись токарній справі він відчув усі вади того, що різець тримає рука людини. Ставши майстром він зосередив своє натхнення на створення устрою, який би тримав різець. Ним було зроблено багато чернеток та складено проектів в яких різець затискався б в підручник і разом з ним переміщався вздовж заготовки. Але ще пройшло чимало часу поки він придумав і зробив у 1709 році експериментальний зразок тримача для різця, який до того ж можна було переміщати.

Це була металева колодка — каретка із затиснутим в ній різцем, яку насаджували на горизонтальну зубчату лінійку-рейку. З лінійкою зчіплювалося зубчате колесо, коли воно оберталося, пересувалася і рейка, а разом з нею і тримач різця. Передача руху до рейки була розрахована так, щоб можна було співвідносити швидкість тримача із швидкістю обробки заготовки. Як тільки різець знімав стружку з поверхні заготовки, тримач переміщав його на наступний, потім ще далі — на усю довжину заготовки.

З отриманням цього пристрою токарю вже не потрібно було тримати в руках різець, напружувати зусилля рук, щоб його не вирвало під час роботи. Токар тепер тільки керував пристроєм різання: переміщав різець вздовж і поперек заготовки, зні­мав стружку потрібної товщини і подавав різець в тіло. Устрій придуманий А. Нартовим увійшов в історію створення техніки під назвою «супорт», що перекладається з французької мови як «підтримувач». Цим видатним винахідником було зроблено й інші суттєві вдосконалення до токарного верстату. На рисунку 10 представлено робочу частину токарно-копіювального верстату с тримачем різця придуманого А. Нартовим.

Крім А. Нартова справою вдосконалення токарного верстату Феодора, займалися й інші механіки того часу. У західній Європі такий же механізм з’явився на 150 років раніше у 1565 році його придумав француз Жак Бесон.

Майже теж саме зробив у 1794 році і англієць Генрі Модслей, але він настільки вдосконалив сам супорт токарного верстату, що завдяки йому стало можливо виготовляти великі партії однотипних деталей до різних машин. Як же був влаштований супорт Г. Модслея? Винахідник забезпечив свій верстат горизонтальними площинами, на яких мав можливість пересуватися супорт і задня бабка. На самому супорті були влаштовані направляючі канавки, перпендикулярні до направляючих площин верстату. У цих канавках, у свою чергу, мали можливість пересуватися каретка із затиснутим в ній різцем. Крім того, вона мала можливість пересуватися і вертикально. Новий супорт надавав можливість чітко, швидко і рівномірно переміщати різець вздовж і поперек заготовки, знімаючи чітко визначену товщину металу. Для того, щоб рівномірно переміщати супорт вздовж обробляємої деталі Г. Модслей повторив винахід А.Нартова — ходовий гвинт верстату, який і досі є однією з головних його деталей. По гвинту пересувалася каретка супорта, як тільки робітник обертав ручку цього гвинта. Г. Модслей так само як А.Нартов зробив переміщення супорту автоматичним за допомогою ходового гвинта, який обертався від шпинделя верстата. Це дало змогу виготовляти механічним способом гвинти. Так токарний верстат став ще й токарно-гвинторізним.

Незабаром супорт Модслея було введено в устрій інших верстатів. Ним було зроблено ще декілька важливих винаходів у машинобудуванні.

Отакий довгий шлях пройшов такий невід’єм­ний у сучасному виробництві верстат.

Олександр Бєлошицький, кандидат пед. наук