инструмент, инструмент для внесения изменений в материал других объектов, например, путем резания, срезания, нанесения ударов, натирания, шлифования, выдавливания, измерения или других процессов. Ручной инструмент — это небольшой ручной инструмент, традиционно приводимый в действие мускульной силой пользователя, а станок — это механизм с механическим приводом, используемый для резки, придания формы или формирования материалов, таких как дерево и металл. Инструменты — это основные средства, с помощью которых человек контролирует и манипулирует своим физическим окружением.
Ниже приводится краткое описание инструментов. Полное описание см. в разделах «Ручной инструмент» и «Станок».
Самые древние из известных орудий труда, состоящие из примитивных молотков, наковален и режущих инструментов, были обнаружены в 2011 и 2012 годах на стоянке Ломекви-3, расположенной в сухом русле реки недалеко от кенийского озера Туркана. Найденные в слое породы, датируемой примерно 3,3 миллиона лет, в середине эпохи плиоцена (5,3-2,6 миллиона лет назад), инструменты предшествовали появлению древнейших подтвержденных образцов Homo почти на 1 миллион лет. Палеонтологи предполагают, что, если не будет обнаружен еще не открытый вид Homo, орудия, скорее всего, были изготовлены представителями Australopithecus или Kenyanthropus, которые обитали в регионе в то время.
Следующие древнейшие орудия труда, найденные в эфиопских породах, датируемых примерно 2,6 миллиона лет назад — традиционное начало палеолита, или древнего каменного века, — предположительно были изготовлены H. habilis. Эта коллекция состояла из различных по размеру образцов галечного орудия, или чоппера. Обычно рубило состояло из обточенного камня размером с кулак, который с одного конца был отколот, чтобы получился грубый зазубренный край. Он использовался для разрезания кожи и сухожилий животных, добытых на охоте. Рубило использовалось человечеством почти два миллиона лет, пока не появился ручной топор, более совершенная версия рубила. Этим инструментом обрабатывалась вся поверхность камня. Благодаря тому, что обе грани были сколоты, кромка ручного топора была значительно острее, чем у более раннего рубила.
Между 300 000 и 200 000 лет назад произошла эволюция неандертальцев. Отличные мастера по изготовлению инструментов, неандертальцы использовали множество различных типов ручных топоров, а также первые сверла, ножи и копья. Сильно зазубренные лезвия были похожи на пилы, что позволяло использовать их для резьбы и резки рога, кости и дерева.
Кроманьонцы, первые современные люди, появились между 45 000 и 30 000 лет назад и привнесли в жизнь новые типы орудий труда. Главным из них был бурин, или гравер, — прочный кремень с узким лезвием, способный процарапывать узкие надрезы в кости, что сделало возможным изготовление игл, крючков и снарядов. Самым значительным нововведением этого периода стало изготовление рукояти, или прикрепление рукояти к инструменту. Ножи без рукояток просто неудобны, а топоры или молоты без них практически невозможно эффективно использовать.
Неолит (новый каменный век) возник в разное время по всему миру, но принято считать, что он начался примерно между 10 000 и 8 000 годами до н. э., когда были изготовлены первые шлифованные и полированные орудия труда и началось одомашнивание растений и животных. Шлифовка каменных орудий делает их более прочными и придает им ровную режущую кромку; рост числа шлифованных орудий позволил неолитическим топороносцам расчищать леса для сельского хозяйства, топлива и жилья. Однако спустя три тысячи лет каменные топоры эпохи неолита стали уступать место первым инструментам из металла, обычно из битой меди. Спустя столетия люди научились выплавлять медь, а намного позже — железо, и металлические инструменты распространились по всему миру. Впервые появились инструменты с дизайном, приближенным к современному, в основном потому, что относительная простота обработки железа позволила людям иметь специализированные инструменты для выполнения определенных задач.
Современные ручные инструменты появились в период после 1500 года до нашей эры. В настоящее время их принято относить к следующим классам: ударные инструменты, наносящие удары (топор, адц и молоток); режущие, сверлящие и абразивные инструменты (нож, шило, сверло, пила, напильник, стамеска и рубанок); винтовые инструменты (отвертки и гаечные ключи); измерительные инструменты (линейка, отвес, уровень, квадрат, компас и меловая линия); вспомогательные инструменты (верстак, тиски, щипцы и плоскогубцы).
С изобретением парового двигателя в XVIII веке человечество открыло способ механического приведения в движение инструментов. В частности, инструменты с машинным приводом стали необходимы для изготовления деталей для машин, которые теперь производят товары, ранее производимые вручную. Большинство распространенных станков было разработано к середине XIX века. Сегодня в домашних и промышленных мастерских используются десятки различных станков. Их часто делят на семь типов: токарные станки, фуговальные и строгальные станки, сверлильные станки, фрезерные станки, шлифовальные станки, электропилы и прессы.
Самым основным из всех семи видов является горизонтальный токарный станок, который используется для выполнения множества токарных, торцовочных и сверлильных работ.
Формировальные и строгальные станки используют одноточечные инструменты для обработки плоских поверхностей. У фуговальных станков режущий инструмент перемещается по материалу вперед-назад, зачищая поверхность, в то время как у строгальных станков инструмент неподвижен, и поверхность перемещается, сталкиваясь с ним. Электродрели обычно называются сверлильными прессами и имеют спиральное сверло, которое прорезает отверстия в металле и других материалах. Они также могут использоваться для зенкерования, растачивания, нарезания резьбы и других целей, для которых часто используются токарные станки.
Фрезерные станки имеют вращающиеся режущие поверхности, которые истирают вещества, с которыми они соприкасаются. В стандартных фрезерных станках подвижный стол с заготовкой на нем прижимается к вращающейся фрезе. Шлифовальные станки работают аналогичным образом, только вместо фрезы используется вращающийся абразивный диск, называемый шлифовальным кругом, или лента. Шлифование — самый точный из всех процессов обработки — позволяет создавать металлические поверхности в пределах 0,0001 дюйма (0,0025 см) от требуемого размера.
Электропилы часто состоят из длинных тонких движущихся лент или цепей с зубьями, как в ленточных или цепных пилах. Прессы используются для удара материала о твердую поверхность; поверхность часто представляет собой штамп, а действие пресса заключается в штамповке металлических или пластиковых заготовок по форме штампа.
Некоторые материалы и металлические сплавы слишком твердые или слишком хрупкие, чтобы их можно было обрабатывать обычными инструментами; для таких материалов разработано несколько нетрадиционных методов. При электронно- или ионно-лучевой обработке на заготовку направляется поток высокоэнергетических электронов или ионов. При электроразрядной и электрохимической обработке электрический заряд, проходящий через жидкую среду по крошечному зазору, растворяет материал заготовки. При ультразвуковой обработке вибрирующий инструмент заставляет жидкую абразивную среду удалять материал. Другие нетрадиционные методы — лазерная, плазменно-дуговая, химическая, фотохимическая и гидроабразивная обработка.
Автоматические станки могут производить детали многократно без помощи оператора. Компьютерное числовое управление позволяет создавать полностью автоматические системы станков путем подачи машинам инструкций, которые сводятся к цифровым или числовым значениям.
