Противоречие между ручной техникой изготовления машин и потребностью в машинах

Изобретение рабочих машин в текстильном и других отраслях производства и создание универсального парового двигателя потребовали перевооружения машиностроения. В течение многих столетий, вплоть до промышленной революции конца XVIII - начала XIX в., изготовление машин базировалось на использовании ручных орудий труда, инструментов и немногочисленных станков, применявшихся в цеховом и мануфактурном производстве.

Ручное изготовление машин приводило к их дороговизне, машины выпускали в небольших количествах, а сам процесс их производства был крайне медленным. Кроме того, такое производство не в состоянии было обеспечить решение все возрастающих технических задач, связанных с усложнением машин, увеличением их габаритов, веса, мощностей, скоростей, повышением надежности и точности изготовления механизмов. Увеличение размеров машин-двигателей, передаточных механизмов и рабочих машин, рост числа их типов, усложнение и необходимость строго выдерживать размеры сочленяющихся частей вызвали необходимость искать и применять новые конструкционные материалы. Вместо дерева стали использовать металл, прежде всего железо. В свою очередь, это поставило задачу совершенствования металлообрабатывающих орудий труда и станков (См.: Маркс К., Энгельс Ф. Соч., т. 23, с. 394-395). Все увеличивающееся количество металлорежущих станков в производстве привело к выпуску новых типов станков.

Однако дело не сводилось только к необходимости увеличить масштабы выпуска металлообрабатывающего оборудования. Создание текстильных и прядильных станков, паровых машин и т. п., их быстрое распространение выдвинуло ряд новых специфических требований к металлообрабатывающему оборудованию, в частности, к его точности. Так, например, после того как текстильные машины стали производить тонкую и непрочную нить, в них не допускались отклонения в размерах деталей и режиме работы механизмов, как это имело место в технических средствах, применявшихся ранее. Производство таких текстильных машин стало возможно лишь в результате качественных сдвигов в технологии их изготовления, чему во многом способствовала возросшая точность металлообрабатывающих станков.

Высокие технические требования к машиностроению предъявляло производство паровых машин. В первое время изготовление универсальных паровых двигателей тормозилось, например, из-за неумения изготавливать хорошо обработанные паровые цилиндры. Старыми техническими средствами было очень трудно создать минимальный зазор между внутренним диаметром цилиндра и поршнем, а это необходимо, чтобы обеспечить надежную и экономичную работу парового двигателя.

Изготавливать все эти сложные для своего времени изделия на том же предприятии, где их должны были использовать, как это бывало ранее, становилось все более затруднительно. Это приводило к тому, что производство машин постепенно выделялось в отдельную отрасль промышленности. Так, Дж. Уатт заказывал цилиндры для своей паровой машины на заводе Вилкинсона, который, кстати, из-за боязни конкуренции держал методы их производства в тайне. Таким образом, использование и широкое распространение машин приводило к тому, что их начали производить на продажу, т. е. они стали товаром. Превращение машины в товар собственно и положило основу развития машиностроения как отрасли промышленности.

Постоянный рост номенклатуры машин, увеличивающиеся размеры машин и оборудования привели к необходимости обработки большого количества металла. Машиностроение, первоначально зарождавшееся на старой технической основе, нуждалось в более совершенном оборудовании. Использовавшиеся ранее ручные станки не могли удовлетворять возросшим техническим требованиям. Следовательно, не только нужны были металлообрабатывающие станки в других количествах и других размеров, но требовались станки, находящиеся на принципиально новом техническом уровне, обеспечивающие резко возросшую точность изготовления конечного продукта. Обеспечить выпуск таких станков в рамках формирующегося машиностроения могла специальная отрасль промышленности - станкостроение. Без этого машиностроение не могло получить завершенную форму. К. Маркс писал об этом процессе: «...крупная промышленность должна была овладеть характерным для нее средством производства, самой машиной и производить машины с помощью машин. Только тогда она создала адекватный ей технический базис и стала на свои собственные ноги» (Маркс К., Энгельс Ф. Соч., т. 23, С. 396).

Революционизирующую роль при этом должны были сыграть те изобретения, которые позволяли переместить инструмент из рук рабочего в сам станок, сделать его неотъемлемой частью этого станка, превратить сложное орудие в собственно машину. Только это могло должным образом повысить производительность и обеспечить массовый выпуск необходимых машиностроению деталей.

Первой по пути технического перевооружения машиностроения пошла Англия. Этот процесс начался там приблизительно в 90-х годах XVIII в. и закончился к 40-м годам XIX в. Затем техническое перевооружение машиностроения охватило и другие промышленно развитые страны Европы и Америки.

Важнейшая особенность развития машиностроения в конце XVIII - начале XIX в. состояла в том, что глубокие преобразования происходили во всех звеньях этой уже весьма широко разветвленной и многопрофильной отрасли промышленности. В системе развивающегося машиностроения огромное значение приобрели машины для обработки металлов давлением - ковочные молоты, прокатные станы, прессы, волочильные станы, с помощью которых стали решать технические задачи, связанные с получением металлических заготовок, полуфабрикатов и деталей для производства технологических и энергетических машин, а также элементов строительных конструкций и сооружений.

Правда, указанные машины для обработки металлов давлением были известны и ранее, однако их роль в производстве была сначала незначительной в силу того, что все они были маломощными, так как приводились в движение либо мускульной силой человека и животных, либо в лучшем случае энергией воды. Изготовление с помощью таких устройств крупных металлических изделий было делом весьма трудным. Так, например, в процессе совершенствования паровых машин перед металлургами и машиностроителями встала задача получения поковок крупных деталей. В паровой машине одной из крупных и очень ответственных деталей был коренной вал, изготовить который с помощью известного тогда ковочного молота с гидравлическим приводом было весьма сложно. Чтобы решить эту задачу, изобретатели предложили заменить рычажные вододействующие ковочные молоты пародействующими ковочными машинами. Их появление связано с работами Дж. Уатта и Дж. Несмита, сконструировавшего (патент 1839 г.) прямо действующий паровой молот, позволивший удовлетворить спрос машиностроения на крупные детали.

В результате разработки технологии горячей прокатки и ее применения для получения толстых железных и стальных листов стало возможным разрешить проблему создания паровых котлов повышенного давления. Они пришли на смену паровым котлам, изготовлявшимся ранее из небольших медных или железных клепаных листов, ограничивавших мощность паровых двигателей. В свою очередь, постоянно возраставшие мощности паросиловых установок стимулировали прогресс в технике прокатного производства, давшего возможность поставлять для машиностроения широкий ассортимент продукции из железа и стали: листы, швеллеры, рельсы, полосы, различные профили и прутки.

Необходимо упомянуть также о машинах для производства труб, широкий спрос на которые возник почти одновременно с появлением паровых машин. Вначале трубы делали из листового свинца с последующей спайкой шва. В начале XIX в. получили распространение медные и железные шовные трубы, которые калибровались волочением и применялись в дымогарных котлах, конденсаторах и других узлах паровой машины.

С 30-х годов XIX в. получили распространение бесшовные медные и латунные тянутые трубы. В 5Ох годах XIX в. началось производство стальных тянутых труб. Волочильные устройства позволяли в 60-х годах XIX в. производить бесшовные стальные трубы диаметром от 89 до 455 мм, применявшиеся в паромашиностроении в виде трубчатых валов, а также в других областях машиностроения, в том числе при производстве орудийных стволов. Для получения стальных труб таких больших размеров были созданы волочильные гидравлические прессы, о которых современники писали как о самых мощных механизмах того времени [1].

Однако, учитывая, что основным способом формообразования деталей являлось тогда резание металла, прогресс в совершенствовании металлорежущих станков имел очень большое значение. Процесс передачи технологических функций, выполнявшихся ранее человеком, машине отчетливо иллюстрируется на примере токарного оборудования.