機床的原型

        人之所(suo)以從猿猴進化，靠的就(jiu)是咱們這雙(shuang)手(shou)，不過光靠手(shou)也不行(xing)，所(suo)以必(bi)須(xu)得有工(gong)具來進行(xing)協助。想想人類的祖先(xian)還(huan)真是聰明(ming)，為了更方便地用(yong)工(gong)具進行(xing)加工(gong)，機床(chuang)最早原型的樹木車(che)床(chuang)就(jiu)這樣誕(dan)生啦，大(da)概距今二千多年前吧。

        作為(wei)原型來說還(huan)是比(bi)較粗糙，大家看圖就知道了。操作的時(shi)候用(yong)腳踩住繩子下方套圈，利用(yong)樹枝(zhi)的韌性把工件帶動旋(xuan)轉，用(yong)石片或者貝(bei)殼等物(wu)作為(wei)刀(dao)(dao)具，將刀(dao)(dao)具沿著橫(heng)條對物(wu)品進行切割的操作。

        十三世(shi)紀，機(ji)床(chuang)原(yuan)型也(ye)(ye)在(zai)發展，你(ni)總不能(neng)老是掛(gua)樹上吧，這時候就(jiu)有用腳踏(ta)板(ban)旋(xuan)轉曲(qu)軸并帶(dai)動飛輪，再傳(chuan)動到(dao)主(zhu)軸使其旋(xuan)轉的“腳踏(ta)車床(chuang)”，也(ye)(ye)稱之為彈性桿棒車床(chuang)，不過除了(le)刀具是真用金屬外，操作原(yuan)理跟原(yuan)先還是一模一樣的。

        很清晰的(de)濁刻畫，這時候(hou)的(de)機(ji)(ji)床(chuang)原型(xing)還主(zhu)要是用來(lai)加工木料說了(le)(le)歐洲(zhou)的(de)再來(lai)說說咱中(zhong)國(guo)。同一(yi)時期的(de)明朝出版了(le)(le)一(yi)本奇(qi)書叫(jiao)《天工開物》，記(ji)載(zai)了(le)(le)明朝中(zhong)古及以(yi)(yi)前(qian)的(de)各項技(ji)術(shu)，看過就能知道什(shen)么叫(jiao)“古人的(de)智(zhi)慧(hui)”，可以(yi)(yi)看一(yi)下。這本書里(li)也(ye)記(ji)載(zai)了(le)(le)磨床(chuang)的(de)結構，這里(li)利(li)用了(le)(le)類似歐洲(zhou)中(zhong)世紀腳(jiao)踏機(ji)(ji)床(chuang)的(de)原理，用腳(jiao)踏的(de)方法使金(jin)屬盤(pan)旋轉(zhuan)，配合沙(sha)子和水(shui)來(lai)加工玉石(shi)。

        《天工開物》中的磨床結構用扎(zha)(zha)砣(tuo)來切(qie)割玉石，你(ni)看那熟悉的腳踏板，一(yi)樣已(yi)經(jing)可(ke)以替換的扎(zha)(zha)砣(tuo)（刀(dao)具）。

       你看右邊桌上的沖砣，大(da)小型號一(yi)應(ying)俱(ju)全，看玉料的大(da)小來選擇合(he)適的工具。

       這個就類似于現(xian)代加工中的鏜削。然后用特別的砣一點一點地把內部(bu)的玉磨(mo)掉，想想古代的工匠(jiang)還真是干得(de)有挑戰性(xing)。

       咱們再把目光放到歐洲，一(yi)個(ge)叫貝松的法(fa)國人設(she)計出了一(yi)種通(tong)過過螺絲桿使刀具(ju)(ju)滑動的用來(lai)車螺絲的車床(chuang)，刀具(ju)(ju)終于不(bu)再是(shi)固定在一(yi)個(ge)位(wei)置的了，看介紹說是(shi)并(bing)沒有推(tui)廣(guang)使用，不(bu)知為何。

       這個階段的機床原型就介紹完了，可以看出雖然原型在不斷發展，但是動力來源還是沒有脫離最初的樹木車床，持續不斷的動力還真的是很大問題，畢竟咱們人再厲害還是會疲勞的。

       蒸汽機與機床

       讓我們先來看這(zhe)張(zhang)圖，每(mei)個(ge)當過學生的(de)肯定(ding)都(dou)會有些印象，讓我們來回顧一(yi)下這(zhe)個(ge)故事。

       童年時代的瓦(wa)(wa)特(te)(te)和茶壺(hu)的故事。一天晚上(shang)，瓦(wa)(wa)特(te)(te)和一個(ge)小女孩在家里喝(he)茶。瓦(wa)(wa)特(te)(te)不(bu)停地(di)擺弄茶壺(hu)蓋，一會兒打開(kai)，一會兒蓋上(shang)，當他把茶壺(hu)嘴堵住(zhu)時，蒸(zheng)汽頂(ding)開(kai)了(le)茶蓋。在旁的外祖(zu)母對瓦(wa)(wa)特(te)(te)的這種無聊(liao)動(dong)作(zuo)極為不(bu)滿(man)，加(jia)以訓斥。瓦(wa)(wa)特(te)(te)并(bing)不(bu)介意(yi)，他一心想著(zhu)蒸(zheng)汽的力量(liang)，從(cong)此萌(meng)發制造蒸(zheng)汽機的念頭。

       當然(ran)歷史(shi)絕非這(zhe)樣簡單(dan)。瓦特是吸收前人的(de)成果和他個(ge)人艱苦努力，改良(liang)了蒸汽機(ji)的(de)各種(zhong)部件(jian)，使得動力效率得到提升。瓦特發明蒸汽機(ji)的(de)故事并非那(nei)么戲劇化，但是精彩(cai)程(cheng)度卻遠超這(zhe)個(ge)童話故事。

       1763年，英國格拉斯哥大學(xue)雇用了一名叫瓦特的(de)技(ji)術員(yuan)，他(ta)的(de)任務與(yu)其說是(shi)維護，更像是(shi)修理學(xue)校的(de)一臺(tai)紐科門蒸汽機，一條濕漉漉的(de)繩子把各個(ge)部件捆在一起，無(wu)奈(nai)它總(zong)是(shi)壞。

       紐(niu)科門蒸汽機就(jiu)是(shi)瓦特蒸汽機的(de)(de)前身，瓦特在紐(niu)科門的(de)(de)設計(ji)上對汽缸(gang)部分進(jin)(jin)行了改進(jin)(jin)，但(dan)是(shi)研(yan)發屢次失敗的(de)(de)一個(ge)主(zhu)要原(yuan)因(yin)，是(shi)手工(gong)錘打的(de)(de)錫制汽缸(gang)總是(shi)漏氣。

       這個時(shi)候，威爾金(jin)森(sen)的出現對瓦(wa)爾改(gai)良蒸汽機(ji)起到(dao)了巨大的作(zuo)用。當瓦(wa)特(te)還在為自己那(nei)3/8英寸厚的真正汽缸(gang)驕傲的時(shi)候，威爾金(jin)森(sen)已經擁有了自己的車床。

       作為一位鋼鐵大師(shi)，1774年威爾(er)金森發明了炮筒鏜床，這是世界上第一臺真正意義上的(de)鏜床。

       1775年，威(wei)爾金(jin)森用這臺炮筒鏜床(chuang)鏜出(chu)的汽(qi)(qi)缸(gang)，重(zhong)新制(zhi)造了瓦(wa)(wa)特(te)(te)那漏洞百出(chu)的汽(qi)(qi)缸(gang)，滿足了瓦(wa)(wa)特(te)(te)蒸汽(qi)(qi)機的要求(qiu)。當然作為商人的威(wei)爾金(jin)森也獲得了瓦(wa)(wa)特(te)(te)蒸汽(qi)(qi)機汽(qi)(qi)缸(gang)的獨家供應權(quan)。

       為了鏜(tang)制更大的(de)汽(qi)(qi)缸(gang)，他又(you)于(yu)同(tong)年(nian)制造了一(yi)臺水輪驅動的(de)汽(qi)(qi)缸(gang)鏜(tang)床，促(cu)進了蒸(zheng)(zheng)汽(qi)(qi)機的(de)發展。從此，機床開始用蒸(zheng)(zheng)汽(qi)(qi)機通過曲軸驅動，對于(yu)機床和蒸(zheng)(zheng)汽(qi)(qi)機而(er)言這，互相協(xie)助促(cu)進了共同(tong)的(de)發展，一(yi)個轟轟烈烈的(de)工業(ye)革命時代走向了極致。

       工業革命時期的機床發明

       莫茲利這個名(ming)字(zi)和機床自然是分不(bu)(bu)開的，1797年機床工業之(zhi)父制成了第一(yi)臺螺紋切削車床，它帶有絲桿(gan)和光(guang)桿(gan)，采用滑動刀(dao)架——莫氏刀(dao)架和導軌，可(ke)車削不(bu)(bu)同(tong)螺距的螺紋。

       莫茲利1797車床此后，莫茲利又不斷地對車床加以改進。他在1800年制造的車床，用堅實的鑄鐵床身代替了三角鐵棒機架，用惰輪配合交換齒輪對，代替了更換不同螺距的絲杠來車削不同螺距的螺紋。這是現代車床的原型，對英國工業革命具有重要意義。

       時間(jian)轉到19世紀，由于(yu)(yu)各行(xing)業的(de)發(fa)(fa)展，需(xu)要應用于(yu)(yu)不(bu)同類型的(de)機(ji)(ji)床(chuang)相機(ji)(ji)出(chu)現。1817年，羅伯茨發(fa)(fa)明了(le)龍門車床(chuang)，而來自美國的(de)惠特尼(ni)制(zhi)造出(chu)了(le)臥式銑床(chuang)，這兩種(zhong)機(ji)(ji)床(chuang)刻意分別應用于(yu)(yu)不(bu)同行(xing)業的(de)零件制(zhi)造需(xu)求，隨著(zhu)工業革命(ming)的(de)發(fa)(fa)展，機(ji)(ji)床(chuang)也在不(bu)斷發(fa)(fa)展中(zhong)。

       19世(shi)紀最優(you)秀的機(ji)(ji)械技(ji)師應(ying)數惠(hui)特(te)沃(wo)斯，他(ta)于1834年制成了測(ce)長(chang)機(ji)(ji)，該(gai)測(ce)長(chang)機(ji)(ji)可以測(ce)量出長(chang)度誤(wu)差萬(wan)分之一(yi)英寸左右。1835年，惠(hui)特(te)沃(wo)斯在他(ta)32歲時發明了滾齒機(ji)(ji)。他(ta)還建議全部的機(ji)(ji)床生產業(ye)者都采用同一(yi)尺(chi)寸的標準(zhun)螺(luo)紋(wen)，這種螺(luo)紋(wen)作(zuo)為標準(zhun)螺(luo)紋(wen)被各國(guo)所使用。

       為了提高機械化自動化程度，1845年，美國的菲奇發明轉塔式六角車床。

       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。

       工業(ye)革命本身就是一(yi)種(zhong)爆發式的(de)(de)發展(zhan)，在這(zhe)種(zhong)大爆炸中，這(zhe)個時期的(de)(de)機床(chuang)也在不斷的(de)(de)發展(zhan)變化，為了工業(ye)和生(sheng)產的(de)(de)更高效率(lv)而在不斷的(de)(de)改進(jin)，這(zhe)些機床(chuang)的(de)(de)發明(ming)家正(zheng)可謂是生(sheng)逢(feng)此世。

       隨著電動機的發展，機床也由蒸汽動力升級到了電動機驅動，這又是一個跨時代的改進，可以看到從人力到水力、從蒸汽驅動到電力驅動，這樣的過程人類也走了好幾百年的路程。

       ”給世界裝上輪子“的男人

如果要挑(tiao)選出那(nei)些對(dui)我們所有(you)人(ren)的(de)(de)(de)生活都產生過(guo)影(ying)響的(de)(de)(de)人(ren)物來，就不能(neng)忽(hu)略亨利·福特(te)。從現在起100年后的(de)(de)(de)一位歷史學家很可能(neng)會得(de)出這樣的(de)(de)(de)結(jie)論：對(dui)各個地方一切制造業產生影(ying)響最(zui)大的(de)(de)(de)是福特(te)，甚至直到今天依然(ran)如此，因為他(ta)開(kai)始采用了一種新的(de)(de)(de)制造汽(qi)車的(de)(de)(de)方法(fa)。

       福特曾經提出：汽車應該是“輕巧的、結實的、可靠的和便宜的”。為了實現這一目標，必須研制高效率的磨床，為此，美國人諾頓于1900年用金剛砂和剛玉石制成直徑大而寬的砂輪，以及(ji)剛度大而牢(lao)固的(de)重(zhong)型磨床。磨床的(de)發展(zhan)，使機(ji)械制(zhi)造技術進入了精(jing)密化的(de)新階段。

       根(gen)據福特的提(ti)議(yi)發明的磨床制造(zao)(zao)工具的改(gai)進也促進了制造(zao)(zao)方式本身的變化(hua)(hua)，從12個小時(shi)生產(chan)一臺(tai)車到(dao)1個小時(shi)生產(chan)一臺(tai)車，1908年10月第一款標準(zhun)化(hua)(hua)汽車——福特T型車駛下流水線。

       1913年福特改(gai)革了裝(zhuang)配汽車的全過程(cheng)。用(yong)繩子鉤住的部分(fen)組(zu)裝(zhuang)好的車輛被拖(tuo)著(zhu)從工(gong)人身旁經過，工(gong)人們一次(ci)只組(zu)裝(zhuang)上一個部件。不久，福特公司一年就(jiu)生(sheng)產(chan)出幾十萬輛汽車，在當時(shi)是(shi)一項極出色的成就(jiu)，這是(shi)制造業真正意義上的第一條流水線。

        數控機床的發展

       持(chi)續多年(nian)的(de)二(er)戰(zhan)結束后，制造業還(huan)是維持(chi)了(le)(le)戰(zhan)前的(de)發展水(shui)平。操(cao)作人(ren)(ren)員(yuan)通過手工操(cao)作電動機床，將加工零(ling)件(jian)按(an)照(zhao)設計(ji)圖紙的(de)要求制作出(chu)來。這樣的(de)生產方式雖(sui)然比起蒸汽時代效(xiao)率高，但是人(ren)(ren)心永遠是滿足(zu)不了(le)(le)的(de)。

       怎么樣(yang)才(cai)能更快更高效率，怎么樣(yang)才(cai)能解決一些(xie)制(zhi)造中無法解決的(de)工藝難題(ti)，這點(dian)很關鍵。

       數控(kong)機床的出現還得(de)感(gan)謝美國軍方，沒有美國軍方的需求就(jiu)沒有數控(kong)機床的研發。

       在20世紀40年(nian)代末期，一(yi)個(ge)叫帕森斯的(de)美國工程師構思了(le)一(yi)種(zhong)方法(fa)，在一(yi)張硬紙卡(ka)上打(da)孔來表示需要(yao)加(jia)工的(de)零件(jian)幾何形狀，利用(yong)著一(yi)張硬卡(ka)來控制機(ji)床的(de)動作，雖然別(bie)人(ren)最初只是想一(yi)下而(er)已。

       1948年帕森斯(si)向美(mei)(mei)國空(kong)軍展示(shi)了他的(de)(de)這(zhe)種想法，美(mei)(mei)國空(kong)軍看(kan)后，表示(shi)極大(da)的(de)(de)興趣，因(yin)為美(mei)(mei)國空(kong)軍正(zheng)在尋找一種先進的(de)(de)加工方法，希望解決(jue)飛機外型(xing)樣板的(de)(de)加工問題。

       由于樣板形狀(zhuang)復雜，精度要(yao)求高，一(yi)般的設備難以(yi)適應，美國空(kong)軍立即委(wei)托及(ji)贊助美國麻省(sheng)理(li)工學院進行研究，開發這部硬(ying)卡紙(zhi)來(lai)控制的機床(chuang)。

       終于在(zai)1952年，麻省理工學院和帕森斯(si)公(gong)司合作，成功(gong)的研制出了第一(yi)臺(tai)示范機，由于大(da)量采用電子(zi)管元件，控制裝置比機床本體還要(yao)大(da)。

       1960年(nian)開始(shi)，各國陸續地開發、生產及使用數控機(ji)床，中國于(yu)1968年(nian)由北京第(di)一機(ji)床廠研制出第(di)一臺數控機(ji)床。1974年(nian)微處理器(qi)直接用于(yu)數控機(ji)床，進一步促進了(le)數控機(ji)床的(de)普(pu)及應用和飛(fei)速發展。

        數(shu)(shu)控(kong)機床(chuang)也(ye)經歷了六代的發(fa)展。前三代為第一階段，數(shu)(shu)控(kong)系統(tong)主(zhu)要是由硬件聯(lian)結構成(cheng)，稱(cheng)為硬件數(shu)(shu)控(kong)；后三代稱(cheng)為計算機數(shu)(shu)控(kong)，其功能主(zhu)要由軟(ruan)件完(wan)成(cheng)，從(cong)1990年開始，數(shu)(shu)控(kong)機床(chuang)開始采用(yong)通(tong)用(yong)的CNC系統(tong)。

        近(jin)20年來，隨著(zhu)科(ke)學技術的(de)發展，先(xian)進制(zhi)造技術的(de)興起和不(bu)斷成熟(shu)，對數(shu)控技術提出(chu)了更高的(de)要求。

       智能化時代的百家爭鳴

        連(lian)計算(suan)機都有了(le)操作系統，數(shu)控機床當然不甘落后(hou)。2003年在米蘭舉辦的(de)EMO展覽會上(shang)，瑞士(shi)米克朗公司首次推出智能機床的(de)概念，現在說到這個(ge)牌子的(de)機床只能用高端來形容。

        2006年，在美國(guo)舉(ju)辦的第26屆(jie)芝加哥國(guo)際(ji)機床(chuang)制造(zao)技術展(zhan)覽會上(shang)，日(ri)本Mazak公司以“智(zhi)能(neng)(neng)機床(chuang)”的名(ming)稱，展(zhan)出了聲稱具有四大智(zhi)能(neng)(neng)的數(shu)控機床(chuang)，這一步代表了數(shu)控機床(chuang)的未來(lai)發(fa)展(zhan)。

        所以(yi)各(ge)國(guo)(guo)(guo)都(dou)在(zai)競(jing)相發展高(gao)端(duan)的智能數(shu)控(kong)(kong)機(ji)(ji)床及系統，其中又以(yi)德(de)(de)(de)國(guo)(guo)(guo)與日本(ben)的發展勢(shi)頭最為(wei)(wei)迅猛(meng)，大量產品出口(kou)國(guo)(guo)(guo)外市場。各(ge)國(guo)(guo)(guo)數(shu)控(kong)(kong)機(ji)(ji)床發展到現在(zai)，出現了日德(de)(de)(de)混血的德(de)(de)(de)馬吉(ji)森精機(ji)(ji)、日本(ben)Mazak與德(de)(de)(de)國(guo)(guo)(guo)吉(ji)特邁等一批(pi)機(ji)(ji)床廠家，國(guo)(guo)(guo)內也出現了以(yi)沈陽機(ji)(ji)床為(wei)(wei)代(dai)表(biao)的一批(pi)優秀企業。

       終于(yu)在(zai)2012年(nian)，由我(wo)國(guo)自(zi)主研(yan)發并搭載(zai)世界首創的(de)智(zhi)(zhi)能(neng)化運動控(kong)(kong)制(zhi)系(xi)統——i5數(shu)控(kong)(kong)系(xi)統的(de)系(xi)列數(shu)控(kong)(kong)機(ji)床在(zai)北(bei)京中國(guo)國(guo)際機(ji)床展覽會上(shang)首次(ci)對外亮相(xiang)， i5智(zhi)(zhi)能(neng)裝(zhuang)備數(shu)控(kong)(kong)系(xi)統于(yu)2012年(nian)7月由沈陽機(ji)床集團(tuan)研(yan)制(zhi)成功，標志著配置(zhi)i5數(shu)控(kong)(kong)系(xi)統的(de)智(zhi)(zhi)能(neng)機(ji)床進入(ru)產業化階(jie)段。

       中(zhong)國制造(zao)2025行動綱(gang)領中(zhong)，智能數控機床和(he)基礎制造(zao)裝備行業列為中(zhong)國制造(zao)業的戰(zhan)略(lve)必爭領域之一。產業轉型發展離不(bu)開工作(zuo)母機，但外國不(bu)會輕易將(jiang)最先進產品(pin)和(he)高端技術(shu)提(ti)供(gong)給我們。

       所以智能數控機床一定是制造行業擁抱智能制造的堅定基礎，沒有優質的自有國貨，依賴于從國外搞基進口的產品與技術將成為制造行業轉型升級的“阿喀琉斯之踵”。       借古喻今，機床每次的大規(gui)模發(fa)展都與當時所處的時代格局緊密相關(guan)，借著(zhu)這輪東風智(zhi)能數控機床將走(zou)向何(he)處，讓我們一起拭目(mu)以待。