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凯时:第一台车床在哪一年制成的?

点击数:   录入时间:2019-10-03 【打印此页】 【关闭
凯时:第一台车床在哪一年制成的?
凯时:第一台车床在哪一年制成的?

  莫兹利是一个永不满足已有成功的人,他没有就此止步。从这一件事里他得到启发,使他进一步考虑,是否能制造一般的工具机来生产各种不同类型的高精度机件呢。通过进一步分析,他发现无论多么复杂的机械装置,其金属部件的各个部分都是由具有圆形、方形或圆柱形等特殊几何形状或组合形状构成的。一根真正精密的转轴应当是个完美的圆柱体,理想的螺丝则是在圆柱体表面上有一条完美的螺旋线。如果有一台工具机,能在金属上加工出真正的圆柱面或平面,并在金属部件上切削出圆孔或方孔,这样就可以快速而大量地生产高精度的机件了。本着这样的想法,莫兹利先仔细地研究了已有的机械工具。

  在莫兹利之前,人们已有了几种机床的发明。瓦特制造蒸汽机时,就曾用镗床来加工汽缸。简易的车床在古代就已发明了,如弓形车床,它是用来加工圆柱面的。床身是木制的,用来固定被加工的工件。车床是用人作动力,即把一个弓固定在人的头顶上,在弓弦中间拴上一条绳子,这条绳子绕过被加工的工件,底端固定在脚踏板上。当踏动脚踏板时,靠绳子的摩擦力带动工件往复旋转,这时人手拿着工具就可以对工件进行加工了。到了15~16世纪的时候,又开始大量使用曲轴机构。人踏动踏板,通过曲轴转动,就可以获得连续的旋转运动。莫兹利当时所能见到的车床仍然是这种木制车床。他经过对已有的车床观察认为,现有的车床有三大缺点需要改进:一是支持工件的床身是用木头做的,容易变形,因而常使工作件在定中心和校直时受到破坏;二是用脚踏板驱动太费力,无法加工大件金属材料;三是手持刀具难以做到精密、稳定的加工,特别是要加工那些尺寸要求较严格的部件时,不经过长期训练的人是加工不出来的。当莫兹利考虑改进车床的时候,一场轰轰烈烈的工业革命正在欧洲大地展开,由瓦特发明的蒸汽机已进入实用阶段,阿克莱特等人建立的纺纱厂已经使用蒸汽作动力。莫兹利很自然地想到,可以用瓦特蒸汽机代替人力来为机床旋转提供动力。这样,第二个缺点即可得到克服。第一个缺点可用铁来代替木料,也不难解决。惟一困难的是想个什么办法能不用手来实现刀具和工件的接触呢。为此,莫兹利开始了艰苦的攻关。他按自己的设想制作了模型,开始整天埋头于构想和实验之中,简直到了废寝忘食的程度。他的行动,使布拉马大为感动,于是,也加入了莫兹利的攻关行列,帮他出主意,想办法,并允许他自主地调动工厂里的人、财、物,供研究之用。他们曾提出过很多设想来实现非人力的刀具和工件的接触,最终确定,必须用一个铁架来把刀具固定在床身上。但随之而来的问题是,如何才能实现刀架沿工件径向的进刀和轴向的移动,从而保证加工出一个完整的圆柱形表面。经过苦思冥想和反复试验,径向的进刀问题被攻克了,即在刀架上安装一个手柄,摇动手柄,带动一组螺旋机构,进而带动刀具前后移动。最后只剩下刀架的轴向移动尚未解决。一个偶然的机会,为这个问题的解决带来了转机。一天,莫兹利车床模型用的蒸汽机坏了,他为了查找病因便将蒸汽机拆开了,当他摆弄蒸汽机中可以来回移动的滑阀时,突觉眼前一亮:为什么不可以用滑动的办法来实现轴向移动呢!

  1794年,莫兹利终于制造出第一台车床。这台车床便是现代车床的鼻祖,它比以往的车床有三点重大的改进:一是车床的全部零部件由铁制成;二是采取了蒸汽驱动;但主要的改进还是采用了滑动刀架。有了它,刀具不再拿在工人手中,而是固定在刀架上。刀具用两根丝杆送向工作件,还可以沿工件的旋转轴平行移动,车工只须操作手柄就可以了,这样就使车工省去了为按压和操纵刀具付出艰苦的体力劳动。更重要的是,有了滑动刀架,可以大大提高加工的精密度,车刀可以以百分之一英寸的精度移动,不会再因为车工的无意动作或肌肉收缩而产生颤抖和冲击。另一个优越之处是,滑动刀架和蒸汽机的结合不但大大提高了加工速度,而且极大地拓展了加工范围。有了这种发明之后,机器各部分所必要的几何学形状,就能容易地、准确地、迅速地生产出来,即使最熟练的工人积累的经验,也不能做到这样。的确,在此以前要加工平滑如镜,没有坑坑洼洼的表面很少获得成功,而现在每个车工都能做到。

  人们也许以为,有了车床就可以向纺织机制造、蒸汽机制造等行业提供迫切需要的精密零件了。但在1794年莫兹利发明第一台车床时,其直接目的还是着眼于提高布拉马工厂的生产效率和产品质量,所以此后莫兹利又造了几台这样的车床,都是作为秘密武器在工厂内部自用。布拉马为了保持自己在本行业的竞争优势,也不希望把车床在社会上普遍推广。1849年,布拉马的一位朋友约翰·费亚利在回忆中记叙了当年的情景:“在布拉马的秘密工厂里,有几台新奇的机器,这是当时其他同类工厂中所没有的,这些机器都是由莫兹利制造的。”由于这个原因,这项伟大发明的巨大社会效益,在他最初发明的几年中被压抑住了。恰在此时,莫兹利的命运中出现了第二次重要的转折,从而也为这一问题的解决带来了转机。