Долгое время орудия труда, предметы быта, оружие изготовлялись из металла литьем, ковкой и ручным резанием. Хотя эти методы широко используются и в настоящее время, жизнь все более и более настойчиво требовала заменить ручное резание металлов механическим. И в XII в. появились первые металлорежущие станки, позволившие значительно расширить возможности резания металлов, несмотря на то что привод их был ручным. В XIV в. станки начали приводить в действие от водяных колес, а позже — с помощью паровых машин. Лишь изобретение и совершенствование электродвигателей, развитие электроэнергетики сделали металлорежущий станок самостоятельной машиной. Более того, многие современные станки имеют по нескольку двигателей, что повышает экономичность, эффективность и оперативность обработки.
Что же представляют собой и чем различаются современные металлорежущие станки? Основное их различие заключено в способе (схеме) резания (см. Резание металлов). Наиболее старый способ резания — точение — производится резцом. При этом способе обработки деталь вращается, а резец перемещается поступательно. Станки, в которых используется такая схема резания, называются токарными. Почти одновременно с токарными появились станки для обработки цилиндрических отверстий — сверлильные. Отверстия обрабатывают, как правило, в неподвижных деталях вращающимся сверлом. Плоские поверхности получают строганием на строгальных станках. При этом резец (или деталь) совершает возвратно-поступательное движение, а деталь (или резец) неподвижна. Другой, очень распространенный способ обработки плоскостей — фрезерование — осуществляется фрезой. Эскиз фрезы был нарисован еще Леонардо да Винчи. Фреза представляет собой несколько расположенных по окружности резцов. При фрезеровании инструмент вращается, а заготовка движется поступательно. Фрезерование выполняется на фрезерных станках.
Современный металлорежущий инструмент — резцы, сверла, фрезы, изготовляемые из твердых материалов — специальных сталей и сплавов, — значительно превосходит по своим свойствам первобытный кремневый резец. Однако в конце XIX в. о камне вспомнили снова: в 1874 г. был создан шлифовальный станок. Первые шлифовальные инструменты (абразивные инструменты) изготовлялись из природного камня, стоили дорого, были не очень высокого качества, и шлифование использовалось редко. Положение резко изменилось, когда в 1893 г. был изготовлен искусственный абразив — корунд, материал, немногим уступающий по твердости алмазу. Когда же был изобретен способ получения искусственного алмаза и появился алмазно-абразивный инструмент, роль шлифования еще более возросла. С помощью шлифования можно получать детали самой разнообразной формы, а поверхности — очень высокого качества. При шлифовании абразивный круг обычно быстро вращается, а деталь движется поступательно, вращается или неподвижна (в этом случае поступательно движется вращающийся круг).
Перечисленные выше станки — основа большого семейства разнообразных металлорежущих станков: универсальных, на которых можно обрабатывать разнообразные детали, и специальных — для обработки изделий одного типа и размера. Бывают еще агрегатные станки, станки с программным управлением, автоматически выполняющие обработку детали, и самонастраивающиеся станки, способные самостоятельно менять условия работы, если, например, получающиеся в процессе обработки размеры детали не соответствуют заданным (см. Станок-автомат).
Рассмотрим конструкцию универсального токарно-винторезного станка. Рабочие органы — суппорт (приспособление для крепления резца) и шпиндель (приспособление для крепления детали), двигатель и передачи — устройства для передачи движения от двигателя к рабочим органам (см. Машина, Механизм).
Все узлы и детали станка крепятся на станине. Есть у станка передняя и задняя бабки — части станка, которые служат опорой для шпинделя, инструмента или приспособлений, и шпиндель. В передней бабке устанавливается коробка скоростей, предназначенная для передачи движения от двигателя к шпинделю и представляющая собой набор валов с закрепленными на них шестернями. Переключая шестерни, можно менять частоту вращения шпинделя при неизменной частоте вращения вала двигателя (см. Валы и оси машины). В передней же бабке располагается коробка подач, от которой вращение передается ходовому валику или ходовому винту. Ходовой валик и ходовой винт осуществляют механическое перемещение суппорта, на котором крепится резец, согласовывая скорость движения резца с частотой вращения детали. Иными словами, ходовой валик и ходовой винт позволяют устанавливать либо режимы резания металла (включается ходовой валик), либо шаг резьбы (включается ходовой винт).
Первый в мире токарно-винторезный станок с механическим суппортом и сменными шестернями был создан русским изобретателем А. К. Нартовым в 1734 г.
Здесь описано устройство станка лишь одного типа, а в современной промышленности работает огромное количество станков разных видов и назначения. Достаточно сказать, что ежегодно выпускается свыше 200 тыс. металлорежущих станков для обработки деталей различной формы и размеров. С каждым годом растут требования к ним, их точности, степени автоматизации. Современным рабочим-станочникам — токарям, фрезеровщикам — уже мало знаний, даваемых средней общеобразовательной школой, а тем, кто обслуживает станки с числовым программным управлением, необходимы и инженерные знания.