Comment sont fabriquées les machines de plus en plus précises?


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La fabrication de machines extrêmement précises semble être un problème de poule et d'oeuf. Comment en fabriquez-vous un si vous n'en avez pas déjà un?

Par exemple, comment la première tête d'indexation a-t-elle été fabriquée sans tête d'indexation pour fabriquer la plaque d'indexation? Comment le premier tour a-t-il été fabriqué sans tour pour fabriquer la broche? Est-ce un processus itératif où vous commencez avec quelque chose de fait à la main, et chaque machine peut en faire une légèrement meilleure que la précédente? Je suppose que les constructions géométriques sont à l'origine de la précision de certaines machines primitives. Mais comment en arriver à quelque chose comme la vis de précision requise pour un tour précis ou un micromètre?


C'est aussi simple que l'exploitation itérative des lois physiques et mathématiques. Bien sûr, à mesure que vous devenez de plus en plus précis, il devient de plus en plus difficile de concevoir des méthodes pour le faire - j'aimerais voir une réponse qui répond à ces défis dans le contexte de l'état actuel de la technique.
Air

En général, il y a un compromis entre précision et effort. Outils de faible qualité + beaucoup d'efforts = outils de haute qualité.
Mark

Réponses:


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Avant la fabrication des machines extrêmement précises, elles avaient d'abord des appareils de mesure extrêmement précis.

Je vais utiliser le "premier tour" comme exemple. Le banc du tour doit être très plat, car le reste de la machine peut être calibré avec. Une façon de le faire est de placer le lit non droit contre une plaque de surface beaucoup plus plate et de gratter les points hauts du lit du tour jusqu'à ce qu'ils se rencontrent parfaitement.

La plaque de surface plate doit provenir de quelque part, et d'après ce que je me souviens, ils la fabriquent en prenant au moins 3 plaques quelque peu plates et en les rodant les unes avec les autres. Finalement, toutes les plaques finiront par être très plates.

Avec une surface suffisamment plate, vous pouvez fabriquer des instruments de mesure extrêmement droits, les coupler avec une simple jauge de surface et vous pouvez commencer à produire des articles avec des surfaces extrêmement parallèles. Faire rouler une barre ronde sur la plaque peut vérifier sa rectitude et la jauge de surface peut détecter la conicité.

Maintenant, avec la barre ronde droite, vous pouvez l'utiliser pour aligner l'axe de rotation sur le lit du tour, créant ainsi le premier tour rudimentaire.

Les roulements de tour précis ont probablement été faits de la manière des roulements de babbitt où vous maintenez l'arbre rotatif / la pièce en place et faites couler le roulement de plomb fondu autour de la barre, puis vous tournez avec force la barre pour créer un roulement à dégagement pratiquement nul. Assez précis s'il est fait correctement et il peut faire face à un léger désalignement du trou percé dans la tête du tour et de l'axe de rotation.


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C'était un véritable processus de réflexion qui a été prononcé à haute voix par Feynman dans son célèbre document Il y a beaucoup de place en bas , en 1959.

Voici la partie connexe:

Cent petites mains

Quand je fais mon premier jeu de «mains» esclaves à une échelle d'un quart, je vais en faire dix. Je fais dix jeux de «mains» et je les connecte à mes leviers d'origine pour qu'ils fassent chacun exactement la même chose en même temps en parallèle. Maintenant, quand je fais encore un quart de mes nouveaux appareils aussi petits, je laisse chacun fabriquer dix exemplaires, pour avoir une centaine de "mains" au 1/16.

Où vais-je mettre les millions de tours que je vais avoir? Eh bien, il n'y a rien; le volume est bien inférieur à celui d'un seul tour complet. Par exemple, si j'ai fait un milliard de petits tours, chacun 1/4000 de l'échelle d'un tour ordinaire, il y a beaucoup de matériaux et d'espace disponibles car dans le milliard de petits il y a moins de 2% des matériaux dans un grand tour .

Cela ne coûte rien pour les matériaux, voyez-vous. Je veux donc construire un milliard de petites usines, des modèles les unes des autres, qui fabriquent simultanément, forent des trous, emboutissent des pièces, etc.

Le document dans son ensemble mérite d'être complètement digéré, car il décrit plusieurs processus de fabrication potentiels, à savoir:

  • Miniaturisation par évaporation
  • Réorganiser les atomes

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Pour de nombreux détails sur la construction de machines-outils précises à partir de zéro, lisez l'excellent et détaillé "Fondements de la précision mécanique" par Wayne R. Moore. C'est un vieux livre et il y en a beaucoup d'exemplaires si vous utilisez votre moteur de recherche Web préféré.

Les principes de base pour augmenter la précision sont le rodage et la comparaison des surfaces.

De mémoire, certaines des étapes clés de Moore sont:

  • Plat à roder 3 plaques de surface les unes contre les autres pour former une plaque de surface principale
  • Copie des bords droits de la plaque de surface principale
  • Rectification sans centre pour fabriquer les premiers cylindres
  • Rodage cylindrique pour affiner les cylindres
  • Rodage de filetages précis à partir de vis initiales rugueuses

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Étant donné que de nombreux outils modernes sont aujourd'hui produits en utilisant (une copie antérieure de) les "mêmes" outils, "Comment a été fabriqué le premier?" peut être considéré comme une sorte de problème de poulet et d'oeuf .

Une façon d'amorcer des machines précises à partir d'outils relativement grossiers et bruts est décrite dans le livre "Build Your Own Metal Working Shop From Scrap" de David J. Gingery , qui fait partie de la série Build Your Own Metal Working Shop .

Connexes: machines à gingembre et projet de tour Morgan Demers et construire votre propre tour (travail des métaux) . Plus éloigné: Self Assembly .


Oh intéressant. J'ai vu des références aux "tours Gingery" sur YouTube, mais on ne m'a pas expliqué qui était ou ce qu'était "Gingery".
Kevin Krumwiede
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