Come vengono realizzate macchine sempre più accurate?

Realizzare macchine estremamente precise sembra un problema con pollo e uova. Come ne fai uno se non ne hai già uno?

Ad esempio, come è stata realizzata la prima testa di indicizzazione senza una testa di indicizzazione per creare la piastra di indicizzazione? Come è stato realizzato il primo tornio senza un tornio per realizzare il mandrino? È un processo iterativo in cui inizi con qualcosa fatto a mano e ogni macchina può renderne leggermente migliore rispetto all'ultima? Suppongo che le costruzioni geometriche siano la fonte di accuratezza di alcune macchine primitive. Ma come si arriva da lì a qualcosa come la vite di precisione richiesta per un tornio o un micrometro accurati?

Prima che le macchine estremamente precise fossero costruite, avevano prima dei dispositivi di misurazione estremamente precisi.

Userò il "primo tornio" come esempio. Il letto del tornio deve essere molto piatto, poiché il resto della macchina può essere calibrato con esso. Un modo in cui si può fare in questo modo è appoggiare il letto non diritto contro una piastra di superficie molto più piatta e raschiare i punti alti sul letto del tornio fino a quando si incontrano perfettamente.

La piastra di superficie piatta deve provenire da qualche parte, e da ciò che ricordo lo fanno prendendo almeno 3 piastre piuttosto piatte e sovrapponendole. Alla fine tutti i piatti finiranno molto piatti.

Con una superficie abbastanza piatta puoi realizzare strumenti di misura estremamente dritti, abbinarli a un semplice misuratore di superficie e puoi iniziare a produrre oggetti con superfici estremamente parallele. Il rotolamento di una barra rotonda sulla piastra può verificare quanto sia diritta e il misuratore di superficie può rilevare la rastremazione.

Ora con la barra rotonda diritta puoi usarlo per allineare l'asse di rotazione al letto del tornio, creando così il primo tornio rudimentale.

I precisi cuscinetti del tornio sono stati probabilmente eseguiti nel modo in cui i cuscinetti babbitt tengono in posizione l'albero rotante / parte e si fonde il cuscinetto dal piombo fuso attorno alla barra, quindi si ruota con forza la barra creando un cuscinetto a gioco praticamente nullo. Abbastanza accurato se fatto correttamente e può gestire un leggero disallineamento del foro praticato nella testa del tornio e nell'asse di rotazione.

Questo fu un vero e proprio processo di pensiero che fu pronunciato ad alta voce da Feynman nel suo famoso articolo C'è molto spazio in fondo , nel 1959.

Ecco la parte relativa:

Cento mani piccole

Quando creo il mio primo set di "mani" slave su una quarta scala, ne realizzerò dieci. Faccio dieci serie di "mani" e le collego alle mie leve originali in modo che ognuna faccia esattamente la stessa cosa contemporaneamente in parallelo. Ora, quando sto rendendo i miei nuovi dispositivi di un quarto di nuovo più piccoli, lascio che ognuno produca dieci copie, in modo da avere cento "mani" nella dimensione 1/16.

Dove ho intenzione di mettere i milioni di torni che ho intenzione di avere? Perché, non c'è nulla ad esso; il volume è molto inferiore a quello di un solo tornio a fondo scala. Ad esempio, se ho realizzato un miliardo di piccoli torni, ogni 1/4000 della scala di un tornio normale, ci sono molti materiali e spazio disponibili perché nei miliardi di piccoli ci sono meno del 2 percento dei materiali in un grande tornio .

Vedete, non costa nulla per i materiali. Quindi voglio costruire un miliardo di minuscole fabbriche, modelli l'una dell'altra, che fabbricano simultaneamente, praticando fori, stampando parti e così via.

L'intero documento vale la pena di essere completamente digerito, in quanto descrive diversi potenziali processi di produzione, ovvero:

• Miniaturizzazione per evaporazione
• Riorganizzare gli atomi

Per un sacco di dettagli sulla costruzione di macchine utensili precise da zero, leggi l'eccellente e dettagliato "Fondamenti della precisione meccanica" di Wayne R. Moore. È un vecchio libro e ci sono molte copie in giro se usi il tuo motore di ricerca web preferito.

I principi di base per aumentare la precisione sono lappatura e confronto delle superfici.

Dalla memoria alcuni dei passaggi chiave di Moore sono:

• Lappatura piana 3 piastre di superficie l'una contro l'altra per formare una piastra di superficie principale
• Copia dei bordi diritti dalla piastra di superficie principale
• Rettifica senza centri per realizzare i primi cilindri
• Lappatura cilindrica per raffinare i cilindri
• Lappatura di filettature esatte da viti iniziali ruvide

Poiché oggi molti strumenti moderni vengono prodotti utilizzando (una copia precedente) gli "stessi" strumenti, "Come è stato realizzato il primo?" può essere visto come una specie di problema con pollo e uova .

Un modo per avviare macchine precise da strumenti relativamente grezzi e grezzi è descritto nel libro "Costruisci il tuo negozio di lavorazione del metallo dallo scarto" di David J. Gingery , parte della serie Build Your Own Metal Workshop .

Correlati: macchine Gingery e Morgan Demers tornio progetto e costruire il proprio (lavorazione dei metalli) tornio . Più lontanamente correlati: auto assemblaggio .