Como são fabricadas as máquinas cada vez mais precisas?

Fabricar máquinas extremamente precisas parece um problema de galinha e ovo. Como você cria um se ainda não o possui?

Por exemplo, como foi feita a primeira cabeça de indexação sem uma cabeça de indexação para fazer a placa de indexação? Como foi feito o primeiro torno sem um torno para fazer o eixo? É um processo iterativo em que você começa com algo feito à mão e cada máquina pode torná-la um pouco melhor que a anterior? Suponho que construções geométricas são a fonte de precisão de algumas máquinas primitivas. Mas como é possível chegar a algo como o parafuso de precisão necessário para um torno ou micrômetro preciso?

Antes de as máquinas extremamente precisas serem fabricadas, elas primeiro tinham dispositivos de medição extremamente precisos.

Vou usar o "primeiro torno" como exemplo. A base do torno precisa ser muito plana, pois o restante da máquina pode ser calibrado com ela. Uma maneira de fazê-lo é colocando a cama não reta contra uma placa de superfície muito mais plana e raspando os pontos altos da cama até que eles se encontrem perfeitamente.

A placa de superfície plana deve ter vindo de algum lugar e, pelo que me lembro, elas fazem isso pegando pelo menos três placas um tanto planas e dobrando-as umas com as outras. Eventualmente, todas as placas terminarão bem planas.

Com uma superfície plana o suficiente, você pode fazer instrumentos de medição extremamente retos, emparelhá-lo com um medidor de superfície simples e começar a produzir itens com superfícies extremamente paralelas. A rolagem de uma barra redonda na placa pode verificar o quão reta é, e o medidor de superfície pode detectar a conicidade.

Agora, com a barra redonda reta, você pode usá-lo para alinhar o eixo de rotação ao leito do torno, criando assim o primeiro torno rudimentar.

Os mancais precisos do torno provavelmente foram feitos da maneira que você mantém o eixo / peça rotativo no lugar e lança o mancal de chumbo derretido ao redor da barra; depois, você torce vigorosamente a barra, criando um mancal de folga praticamente zero. Bastante preciso, se feito corretamente e pode lidar com um leve desalinhamento do furo feito na cabeça do torno e no eixo de rotação.

Este foi um processo de pensamento que foi falado em voz alta por Feynman em seu famoso jornal. Há muito espaço no fundo , em 1959.

Aqui está a parte relacionada:

Cem mãos minúsculas

Quando eu faço meu primeiro conjunto de "mãos" escravas em uma quarta escala, vou fazer dez conjuntos. Faço dez pares de "mãos" e as conecto às minhas alavancas originais, para que cada uma faça exatamente a mesma coisa ao mesmo tempo em paralelo. Agora, quando estou fabricando meus novos dispositivos um quarto novamente como menores, deixo cada um fabricar dez cópias, para ter cem "mãos" no tamanho 1/16.

Onde vou colocar os milhões de tornos que vou ter? Ora, não há nada nisso; o volume é muito menor do que o de um torno completo. Por exemplo, se eu fiz um bilhão de tornos pequenos, cada 1/4000 da escala de um torno regular, há uma abundância de materiais e espaço disponível porque nos bilhões de pequeninos há menos de 2% dos materiais em um torno grande .

Não custa nada para materiais, você vê. Então, eu quero construir um bilhão de pequenas fábricas, modelos entre si, que são fabricados simultaneamente, perfuram orifícios, estampam peças e assim por diante.

Vale a pena digerir todo o artigo, pois ele escreve sobre vários processos de fabricação em potencial, como:

• Miniaturização por evaporação
• Reorganizando os átomos

Para obter muitos detalhes sobre a construção de máquinas-ferramentas precisas do zero, leia os excelentes e detalhados "Fundamentos da precisão mecânica", de Wayne R. Moore. É um livro antigo e existem muitas cópias, se você usar seu mecanismo de pesquisa na web favorito.

Os princípios básicos para aumentar a precisão são lapidação e comparação de superfícies.

De memória, alguns dos principais passos de Moore são:

• Lapidação plana de 3 placas de superfície uma contra a outra para formar uma placa de superfície principal
• Copiando arestas retas da placa da superfície principal
• Moagem sem centragem para fazer os primeiros cilindros
• Lapidação cilíndrica para refinar os cilindros
• Polimento de roscas precisas de parafusos iniciais ásperos

Como muitas ferramentas modernas de hoje são produzidas usando (uma cópia anterior) as "mesmas" ferramentas, "Como foi feita a primeira?" pode ser visto como um tipo de problema de galinha e ovo .

Uma maneira de inicializar máquinas precisas de ferramentas relativamente grosseiras e brutas é descrita no livro "Construa sua própria oficina de sucata", de David J. Gingery , parte da série Construa sua própria oficina de metal .

Relacionados: máquinas Gingery e Morgan Demers torno do projeto e construir seu próprio (metalurgia) Lathe . Mais distante: Auto-montagem .