¿Cómo se fabrican máquinas cada vez más precisas?

Hacer máquinas extremadamente precisas parece un problema de huevo y gallina. ¿Cómo haces uno si aún no tienes uno?

Por ejemplo, ¿cómo se hizo el primer cabezal indexador sin un cabezal indexador para hacer la placa indexadora? ¿Cómo se hizo el primer torno sin un torno para hacer el huso? ¿Es un proceso iterativo en el que comienzas con algo hecho a mano, y cada máquina puede hacer una ligeramente mejor que la anterior? Supongo que las construcciones geométricas son la fuente de precisión de algunas máquinas primitivas. Pero, ¿cómo se llega desde allí a algo como el tornillo de precisión requerido para un torno o micrómetro preciso?

Antes de fabricar las máquinas extremadamente precisas, primero tenían dispositivos de medición extremadamente precisos.

Usaré el "primer torno" como ejemplo. El lecho del torno debe ser muy plano, ya que el resto de la máquina se puede calibrar con él. Una forma de hacerlo es colocando la cama no recta contra una placa de superficie mucho más plana, y raspando los puntos altos de la cama del torno hasta que se encuentren perfectamente.

La placa de superficie plana debe haber venido de algún lugar, y por lo que recuerdo, lo hacen tomando al menos 3 placas algo planas y lamiéndolas entre sí. Finalmente, todas las placas terminarán muy planas.

Con una superficie lo suficientemente plana, puede hacer instrumentos de medición extremadamente rectos, emparejarlos con un medidor de superficie simple y puede comenzar a producir artículos con superficies extremadamente paralelas. Al hacer rodar una barra redonda sobre la placa, se puede comprobar qué tan recta es, y el medidor de superficie puede detectar el estrechamiento.

Ahora, con la barra redonda recta, puede usarla para alinear el eje de rotación con el lecho del torno, creando así el primer torno rudimentario.

Los cojinetes de torno precisos probablemente se hicieron de la manera de cojinetes babbitt donde se mantiene el eje / pieza giratoria en su lugar y se proyecta el cojinete con plomo fundido alrededor de la barra, luego se gira la barra con fuerza para crear un cojinete de holgura prácticamente nula. Bastante preciso si se hace correctamente y puede lidiar con una ligera desalineación del orificio perforado en la cabeza del torno y el eje de rotación.

Este fue un proceso de pensamiento real que Feynman pronunció en voz alta en su famoso periódico Hay mucho espacio en la parte inferior , en 1959.

Aquí está la parte relacionada:

Cien manos diminutas

Cuando haga mi primer juego de "manos" esclavas a una cuarta parte de la escala, voy a hacer diez juegos. Hago diez juegos de "manos" y los conecto a mis palancas originales para que cada uno haga exactamente lo mismo al mismo tiempo en paralelo. Ahora, cuando vuelvo a fabricar mis nuevos dispositivos una cuarta parte como pequeños, dejo que cada uno fabrique diez copias, para tener cien "manos" en el tamaño 1/16.

¿Dónde voy a poner el millón de tornos que voy a tener? ¿Por qué no hay nada? el volumen es mucho menor que el de un solo torno a gran escala Por ejemplo, si hice mil millones de tornos pequeños, cada 1/4000 de la escala de un torno normal, hay muchos materiales y espacio disponibles porque en los mil millones de pequeños hay menos del 2 por ciento de los materiales en un torno grande .

No cuesta nada para los materiales, ya ves. Así que quiero construir mil millones de pequeñas fábricas, modelos entre sí, que fabrican simultáneamente, perforan agujeros, estampan piezas, etc.

Vale la pena digerir todo el documento, ya que escribe sobre varios procesos de fabricación potenciales, es decir:

• Miniaturización por evaporación.
• Reorganizando los átomos

Para obtener muchos detalles sobre cómo construir máquinas herramientas precisas desde cero, lea los excelentes y detallados "Fundamentos de precisión mecánica" de Wayne R. Moore. Es un libro antiguo y hay muchas copias si usa su motor de búsqueda web favorito.

Los principios básicos para aumentar la precisión son el lapeado y la comparación de superficies.

De memoria, algunos de los pasos clave de Moore son:

• Lapeado plano 3 placas de superficie una contra la otra para formar una placa de superficie maestra
• Copiar bordes rectos de la placa de superficie maestra
• Rectificado sin centros para hacer los primeros cilindros
• Lapeado cilíndrico para refinar cilindros
• Lapeado de roscas de tornillo precisas de tornillos iniciales ásperos

Dado que muchas herramientas modernas de hoy se producen utilizando (una copia anterior de) las "mismas" herramientas, "¿Cómo se hizo la primera?" puede verse como una especie de problema de huevo y gallina .

Una forma de arrancar máquinas precisas a partir de herramientas relativamente gruesas y toscas se describe en el libro "Construye tu propio taller de trabajo de metal a partir de chatarra" de David J. Gingery , parte de la serie Construye tu propio taller de trabajo de metal .

Relacionado: máquinas Gingery y Morgan Demers torno proyecto y construir su propio (metalurgia) Torno . Más distantemente relacionado: autoensamblaje .