各類機床的歷史故事

未來第一站 · 發表于 2017-2-8 11:50:12

機床主要是按加工方法和所用刀具進行分類，根據國家制定的機床型號編制方法，機床分為11大類：車床，鉆床，鏜床，磨床，齒輪加工機床，螺紋加工機床，銑床，刨插床，拉床，鋸床和其他機床。在每一類機床中，又按工藝范圍，布局型式和結構性能分為若干組，每一組又分為若干個系列。下面簡單給大家講述部分車床。
一、車床

　　車床是主要用車刀對旋轉的工件進行車削加工的機床。在車床上還可用鉆頭、擴孔鉆、鉸刀、絲錐、板牙和滾花工具等進行相應的加工。車床主要用于加工軸、盤、套和其他具有回轉表面的工件，是機械制造和修配工廠中使用最廣的一類機床。

　1、古代滑輪、弓形桿的“弓車床”。早在古埃及時代，人們已經發明了將木材繞著它的中心軸旋轉時用刀具進行車削的技術。起初，人們是用兩根立木作為支架，架起要車削的木材，利用樹枝的彈力把繩索卷到木材上，靠手拉或腳踏拉動繩子轉動木材，并手持刀具而進行切削。

　　這種古老的方法逐漸演化，發展成了在滑輪上繞二三圈繩子，繩子架在彎成弓形的彈性桿上，來回推拉弓使加工物體旋轉從而進行車削，這便是“弓車床”。

　　2、中世紀曲軸、飛輪傳動的“腳踏車床”。到了中世紀，有人設計出了用腳踏板旋轉曲軸并帶動飛輪，再傳動到主軸使其旋轉的“腳踏車床”。16世紀中葉，法國有一個叫貝松的設計師設計了一種用螺絲杠使刀具滑動的車螺絲用的車床，可惜的是，這種車床并沒有推廣使用。

　　3、十八世紀誕生了床頭箱、卡盤。到了18世紀，又有人設計了一種用腳踏板和連桿旋轉曲軸，可以把轉動動能貯存在飛輪上的車床上，并從直接旋轉工件發展到了旋轉床頭箱，床頭箱是一個用于夾持工件的卡盤。

　　4、1797年英國人莫茲利發明了劃時代的刀架車床，這種車床帶有精密的導螺桿和可互換的齒輪。

　　莫茲利生于1771年，18歲的時候，他是發明家布拉默的得力助手。據說，布拉默原先一直是干農活的，16歲那年因一次事故致使右踝傷殘，才不得不改行從事機動性不強的木工活。他的第一項發明便是1778年的抽水馬桶，莫茲利開始一直幫助布拉默設計水壓機和其他機械，直到26歲才離開布拉默，因為布拉默粗暴地拒絕了莫利茲提出的把工資增加到每周30先令以上的請求。

　　就在莫茲利離開布拉默的那一年，他制成了第一臺螺紋車床，這是一臺全金屬的車床，能夠沿著兩根平行導軌移動的刀具座和尾座。導軌的導向面是三角形的，在主軸旋轉時帶動絲杠使刀具架橫向移動。這是近代車床所具有的主要機構，用這種車床可以車制任意節距的精密金屬螺絲。

　　3年以后，莫茲利在他自己的車間里制造了一臺更加完善的車床，上面的齒輪可以互相更換，可改變進給速度和被加工螺紋的螺距。1817年，另一位英國人羅伯茨采用了四級帶輪和背輪機構來改變主軸轉速。不久，更大型的車床也問世了，為蒸汽機和其他機械的發明立下了汗馬功勞。

　　5、各種專用車床的誕生為了提高機械化自動化程度，1845年，美國的菲奇發明轉塔車床；1848年，美國又出現回輪車床；1873年，美國的斯潘塞制成一臺單軸自動車床，不久他又制成三軸自動車床；20世紀初出現了由單獨電機驅動的帶有齒輪變速箱的車床。由于高速工具鋼的發明和電動機的應用，車床不斷完善，終于達到了高速度和高精度的現代水平。

　　第一次世界大戰后，由于軍火、汽車和其他機械工業的需要，各種高效自動車床和專門化車床迅速發展。為了提高小批量工件的生產率，40年代末，帶液壓仿形裝置的車床得到推廣，與此同時，多刀車床也得到發展。50年代中，發展了帶穿孔卡、插銷板和撥碼盤等的程序控制車床。數控技術于60年代開始用于車床，70年代后得到迅速發展。

　　6、車床依用途和功能區分為多種類型。

　　普通車床的加工對象廣，主軸轉速和進給量的調整范圍大，能加工工件的內外表面、端面和內外螺紋。這種車床主要由工人手工操作，生產效率低，適用于單件、小批生產和修配車間。

　　轉塔車床和回轉車床具有能裝多把刀具的轉塔刀架或回輪刀架，能在工件的一次裝夾中由工人依次使用不同刀具完成多種工序，適用于成批生產。

　　自動車床能按一定程序自動完成中小型工件的多工序加工，能自動上下料，重復加工一批同樣的工件，適用于大批、大量生產。

　　多刀半自動車床有單軸、多軸、臥式和立式之分。單軸臥式的布局形式與普通車床相似，但兩組刀架分別裝在主軸的前后或上下，用于加工盤、環和軸類工件，其生產率比普通車床提高3～5倍。

　　仿形車床能仿照樣板或樣件的形狀尺寸，自動完成工件的加工循環，適用于形狀較復雜的工件的小批和成批生產，生產率比普通車床高10～15倍。有多刀架、多軸、卡盤式、立式等類型。

　　立式車床的主軸垂直于水平面，工件裝夾在水平的回轉工作臺上，刀架在橫梁或立柱上移動。適用于加工較大、較重、難于在普通車床上安裝的工件，一般分為單柱和雙柱兩大類。

　　鏟齒車床在車削的同時，刀架周期地作徑向往復運動，用于鏟車銑刀、滾刀等的成形齒面。通常帶有鏟磨附件，由單獨電動機驅動的小砂輪鏟磨齒面。

　　專門車床是用于加工某類工件的特定表面的車床，如曲軸車床、凸輪軸車床、車輪車床、車軸車床、軋輥車床和鋼錠車床等。

　　聯合車床主要用于車削加工，但附加一些特殊部件和附件后，還可進行鏜、銑、鉆、插、磨等加工，具有“一機多能”的特點，適用于工程車、船舶或移動修理站上的修配工作。

　　二、鏜床

　　門制造機器的行家里手，但他們卻能制造各種各樣的手工器具，例如刀、鋸、針、鉆、錐、磨以及軸類、套類、齒輪類、床架類等等，其實機器就是由這些零部件組裝而成的。

　1、最早的鏜床設計者——達·芬奇鏜床被稱為“機械之母”。說起鏜床，還先得說說達·芬奇。這位傳奇式的人物，可能就是最早用于金屬加工的鏜床的設計者。他設計的鏜床是以水力或腳踏板作為動力，鏜削的工具緊貼著工件旋轉，工件則固定在用起重機帶動的移動臺上。1540年，另一位畫家畫了一幅《火工術》的畫，也有同樣的鏜床圖，那時的鏜床專門用來對中空鑄件進行精加工。

　　2、為大炮炮筒加工而誕生的第一臺鏜床(威爾金森，1775年)。到了17世紀，由于軍事上的需要，大炮制造業的發展十分迅速，如何制造出大炮的炮筒成了人們亟需解決的一大難題。

　　世界上第一臺真正的鏜床是1775年由威爾金森發明的。其實，確切地說，威爾金森的鏜床是一種能夠精密地加工大炮的鉆孔機，它是一種空心圓筒形鏜桿，兩端都安裝在軸承上。

　　1728年，威爾金森出生在美國，在他20歲時，遷到斯塔福德郡，建造了比爾斯頓的第一座煉鐵爐。因此，人稱威爾金森為“斯塔福德郡的鐵匠大師”。1775年，47歲的威爾金森在他父親的工廠里經過不斷努力，終于制造出了這種能以罕見的精度鉆大炮炮筒的新機器。有意思的是，1808年威爾金森去世以后，他就葬在自己設計的鑄鐵棺內。

　　3、鏜床為瓦特的蒸汽機做出了重要貢獻。如果說沒有蒸汽機的話，當時就不可能出現第一次工業革命的浪潮。而蒸汽機自身的發展和應用，除了必要的社會機遇之外，技術上的一些前提條件也是不可忽視的，因為制造蒸汽機的零部件，遠不像木匠削木頭那么容易，要把金屬制成一些特殊形狀，而且加工的精度要求又高，沒有相應的技術設備是做不到的。比如說，制造蒸汽機的汽缸和活塞，活塞制造過程中所要求的外徑的精度，可以從外面邊量尺寸邊進行切削，但要滿足汽缸內徑的精度要求，采用一般加工方法就不容易做到了。

　　斯密頓是十八世紀最優秀的機械技師。斯密頓設計的水車、風車設備達43件之多。在制作蒸汽機時，斯密頓最感棘手的是加工汽缸。要想將一個大型的汽缸內圓加工成圓形，是相當困難的。為此，斯密頓在卡倫鐵工廠制作了一臺切削汽缸內圓用的特殊機床。用水車作動力驅動的這種鏜床，在其長軸的前端安裝上刀具，這種刀具可以在汽缸內轉動，以此就可以加工其內圓。由于刀具安裝在長軸的前端，就會出現軸的撓度等問題，所以，要想加工出真正圓形的汽缸是十分困難的。為此，斯密頓不得不多次改變汽缸的位置進行加工。

　　對于這個難題，威爾金森于1774年發明的鏜床起了很大的作用。這種鏜床利用水輪使材料圓筒旋轉，并使其對準中心固定的刀具推進，由于刀具與材料之間有相對運動，材料就被鏜出精確度很高的圓柱形孔洞。當時、用鏜床做出直徑為72英寸的汽缸，誤差不超過六便士硬幣的厚度。用現代技術衡量，這是個很大的誤差，但在當時的條件下，能達到這個水平，已經是很不簡單了。

　　但是，威爾金森的這項發明沒有申請專利保護，人們紛紛仿造它，安裝它。1802年，瓦特也在書中談到了威爾金森的這項發明，并在他的索霍鐵工廠里進行仿制。以后，瓦特在制造蒸汽機的汽缸和活塞時，也應用了威爾金森這架神奇的機器。原來，對活塞來說，可以在外面一邊量著尺寸，一邊進行切削，但對汽缸就不那么簡單了，非用鏜床不可。當時，瓦特就是利用水輪使金屬圓筒旋轉，讓中心固定的刀具向前推進，用以切削圓筒內部，結果，直徑75英寸的汽缸，誤差還不到一個硬幣的厚度，這在當對是很先進的了。

　　4、工作臺升降式鏜床誕生(赫頓，1885年)在以后的幾十年間，人們對威爾金森的鏜床作了許多改進。1885年，英國的赫頓制造了工作臺升降式鏜床，這已成為了現代鏜床的雛型。

　　三、銑床

　　19世紀，英國人為了蒸汽機等工業革命的需要發明了鏜床、刨床，而美國人為了生產大量的武器，則專心致志于銑床的發明。銑床是一種帶有形狀各異銑刀的機器，它可以切削出特殊形狀的工件，如螺旋槽、齒輪形等。

早在1664年，英國科學家胡克就依靠旋轉圓形刀具制造出了一種用于切削的機器，這可算是原始的銑床了，但那時社會對此沒有做出熱情的反響。在十九世紀四十年代，普拉特設計了所謂林肯銑床。當然，真正確立銑床在機器制造中地位的，要算美國人惠特尼了。

　　1、第一臺普通銑床(惠特尼，1818年)1818年，惠特尼制造了世界上第一臺普通銑床，但是，銑床的專利卻是英國的博德默(帶有送刀裝置的龍門刨床的發明者)于1839年捷足先“得”的。由于銑床造價太高，所以當時問津者不多。

　　2、第一臺萬能銑床(布朗，1862年)銑床沉默一段時間后，又在美國活躍起來。相比之下，惠特尼和普拉特還只能說是為銑床的發明應用做了奠基性的工作，真正發明能適用于工廠各種操作的銑床的功績應該歸屬美國工程師約瑟夫·布朗。

　　1862年，美國的布朗制造出了世界上最早的萬能銑床，這種銑床在備有萬有分度盤和綜合銑刀方面是劃時代的創舉。萬能銑床的工作臺能在水平方向旋轉一定的角度，并帶有立銑頭等附件。他設計的“萬能銑床”在1867年巴黎博覽會上展出時，獲得了極大的成功。同時，布朗還設計了一種經過研磨也不會變形的成形銑刀，接著還制造了磨銑刀的研磨機，使銑床達到了現在這樣的水平。

　　四、刨床

　　在發明過程中，許多事情往往是相輔相承、環環相扣的：為了制造蒸汽機，需要鏜床相助；蒸汽機發明發后，從工藝要求上又開始呼喚龍門刨床了。可以說，正是蒸汽機的發明，導致了“工作母機”從鏜床、車床向龍門刨床的設計發展。其實，刨床就是一種刨金屬的“刨子”。

　1、加工大平面的龍門刨床(1839年)由于蒸汽機閥座的平面加工需要，從19世紀初開始，很多技術人員開始了這方面的研究，其中有理查德·羅伯特、理查德·普拉特、詹姆斯·福克斯以及約瑟夫·克萊門特等，他們從1814年開始，在25年的時間內各自獨立地制造出了龍門刨床。這種龍門刨床是把加工物件固定在往返平臺上，刨刀切削加工物的一面。但是，這種刨床還沒有送刀裝置，正處在從“工具”向“機械”的轉化過程之中。到了1839年，英國一個名叫博德默的人終于設計出了具有送刀裝置的龍門刨床。

　　2、加工小平面的牛頭刨床另一位英國人內史密斯從1831年起的40年內發明制造了加工小平面的牛頭刨床，它可以把加工物體固定在床身上，而刀具作往返運動。

　　此后，由于工具的改進、電動機的出現，龍門刨床一方面朝高速切割、高精度方向發展，另一方面朝大型化方向發展。

　　五、磨床

　　磨削是人類自古以來就知道的一種古老技術，舊石器時代，磨制石器用的就是這種技術。以后，隨著金屬器具的使用，促進了研磨技術的發展。但是，設計出名副其實的磨削機械還是近代的事情，即使在19世紀初期，人們依然是通過旋轉天然磨石，讓它接觸加工物體進行磨削加工的。

　1、第一臺磨床(1864年)1864年，美國制成了世界上第一臺磨床，這是在車床的溜板刀架上裝上砂輪，并且使它具有自動傳送的一種裝置。過了12年以后，美國的布朗發明了接近現代磨床的萬能磨床。

　　2、人造磨石——砂輪的誕生(1892年)人造磨石的需求也隨之興起。如何研制出比天然磨石更耐磨的磨石呢？1892年，美國人艾奇遜試制成功了用焦炭和砂制成的碳化硅，這是一種現稱為C磨料的人造磨石；兩年以后，以氧化鋁為主要成份的A磨料又試制成功，這樣，磨床便得到了更廣泛的應用。

　　以后，由于軸承、導軌部分的進一步改進，磨床的精度越來越高，并且向專業化方向發展，出現了內圓磨床、平面磨床、滾磨床、齒輪磨床、萬能磨床等等。

　　六、鉆床

　　1、古代鉆床——“弓轆轤”鉆孔技術有著久遠的歷史。考古學家現已發現，公元前4000年，人類就發明了打孔用的裝置。古人在兩根立柱上架個橫梁，再從橫梁上向下懸掛一個能夠旋轉的錐子，然后用弓弦纏繞帶動錐子旋轉，這樣就能在木頭石塊上打孔了。不久，人們還設計出了稱為“轆轤”的打孔用具，它也是利用有彈性的弓弦，使得錐子旋轉。

2、第一臺鉆床(惠特沃斯，1862年)到了1850年前后，德國人馬蒂格諾尼最早制成了用于金屬打孔的麻花鉆；1862年在英國倫敦召開的國際博覽會上，英國人惠特沃斯展出了由動力驅動的鑄鐵柜架的鉆床，這便成了近代鉆床的雛形。

　　以后，各種鉆床接連出現，有搖臂鉆床、備有自動進刀機構的鉆床、能一次同時打多個孔的多軸鉆床等。由于工具材料和鉆頭的改進，加上采用了電動機，大型的高性能的鉆床終于制造出來了。