各类机床的历史演变

车床

车床是主要用车刀对旋转工件进行车削加工的机床。车床上也可使用钻头、铰刀、绞刀、丝锥、板牙和滚花工具进行相应的加工。车床主要用于加工轴、盘、套等具有旋转表面的工件。是机械制造和修配工厂中使用最广泛的一类机床。

1. 带有古老滑轮和弓形杆的“弓形车床”

早在古埃及时代，人们就发明了用工具旋转木材并使其绕其中心轴旋转的技术。最初，人们用两棵直立的树木作为支撑，支撑起需要车削的木材，利用树枝的弹力将绳子卷在木材上，用手或脚拉动绳子使木材旋转，并用手中的工具进行切割。

这种古老的方法，逐渐演变发展成在滑轮上绕两三圈绳索，将绳索套在一根弯成弓形的弹性杆上，来回推拉弓杆，使加工物旋转而进行车削的方法，这就是“弓车床”。

2.中世纪的曲轴飞轮驱动“脚踏车床”

中世纪时，有人设计出一种“脚踏车床”，用脚蹬使曲轴旋转带动飞轮，再传递给主轴使其旋转。16世纪中叶，一位名叫贝松的法国设计师设计出一种用丝杠滑移刀具的车削螺丝的车床。可惜的是，这种车床并未得到推广和使用。

3.琴头和琴夹诞生于18世纪

18世纪，有人设计出利用脚蹬和连杆使曲轴旋转的车床，可以将旋转动能储存在飞轮上，并从直接旋转工件发展到旋转主轴箱，主轴箱是装夹工件的卡盘。

4、1797年，英国人莫兹利发明了划时代的刀架车床

该车床具有精密丝杠和可互换齿轮。

莫兹利出生于1771年，18岁时成为发明家布拉默的得力助手。据说布拉默一直从事农活。16岁时，一场事故导致他的右脚踝残疾，他不得不转行做行动不便的木工。他的第一个发明是1778年的抽水马桶。莫兹利开始帮助布拉默设计液压机和其他机械，直到26岁时离开布拉默，因为布拉默粗鲁地拒绝了莫兹利将工资提高到每周30先令以上的要求。

莫兹利离开布拉默的同一年，他制成了第一台螺纹车床，这是一台全金属车床，其刀架和尾座可沿两条平行的导轨移动。导轨的导向面呈三角形，当主轴旋转时，导螺杆带动刀架作水平移动。这是现代车床的主要机构，这种车床可用来车削任意螺距的精密金属螺钉。

三年后，莫兹利在自己的作坊里制造了一台更为完善的车床，其齿轮可以互相替换，从而改变进给速度和加工螺纹的螺距。1817年，另一位英国人罗伯茨采用了四级皮带轮和背轮机构来改变主轴转速。不久，更大的车床问世，为蒸汽机和其他机械的发明做出了巨大贡献。

5.各种专用车床的诞生

为了提高机械化、自动化程度，1845年美国的菲奇发明了转塔车床；1848年美国出现了回轮车床；1873年美国的斯宾塞制成单轴自动车床，不久又制成三轴自动车床；20世纪初，出现了用单台电动机驱动齿轮传动的车床。由于高速工具钢的发明和电动机的应用，车床不断得到改进，最终达到了现代高速度、高精度的水平。

第一次世界大战后，由于军火、汽车等机械工业的需要，各种高效自动车床和专用车床迅速发展。为了提高小批量工件的生产率，装有液压仿形装置的车床在20世纪40年代末得到推广，同时多刀车床也得到发展。20世纪50年代中期，开发了带有穿孔卡、插销板、拨盘等程序控制车床。20世纪60年代数控技术开始应用于车床，并在20世纪70年代后得到迅速发展。

6.车床按用途和功能分为多种类型

普通车床加工对象广泛，主轴转速和进给速度的调节范围较大，可加工工件的内外表面、端面及内外螺纹。此类车床主要由工人手工操作，生产效率较低，适用于单件、小批生产及修配车间。转塔车床和回转车床有转塔刀架或回转轮刀架，可夹持多把刀具。工人可依次使用不同的刀具，在工件一次装夹中完成多道工序加工，适用于成批生产。

自动车床能按照一定的程序自动完成中小型工件的多工序加工，能自动上下料，并能重复加工一批相同的工件，适用于大规模、大批量生产。

多刀半自动车床分为单轴、多轴、卧式和立式等类型。单轴卧式车床的布局与普通车床相似，但两组刀架分别安装在主轴的前后或上下，用于加工盘类、环类和轴类零件。其生产率比普通车床高3～5倍。

仿形车床能根据样板或样件的形状和尺寸自动完成工件的加工循环，适用于形状较复杂工件的小批、批量生产，生产率比普通车床提高10～15倍。有多刀架式、多轴式、卡盘式、立式等类型。

立式车床的主轴垂直于水平面，工件装夹在水平回转工作台上，刀架在横梁或立柱上移动。适用于加工较大、较重、普通车床难以安装的工件。一般分为单柱和双柱两大类。

修齿车床在车削的同时，刀架周期性地作径向往复运动，用于修整叉车铣刀、滚刀等的齿面。它通常配备修齿磨削附件，通过由单独电动机驱动的小砂轮对齿面进行修齿。

专用车床是用来加工某类工件特定表面的车床，例如曲轴车床、凸轮轴车床、车轮车床、车轴车床、轧辊车床和铸锭车床等。

组合车床以车削为主，但配上一些专用零件及附件，还可进行镗、铣、钻、插、磨等加工，具有“一机多用”的特点，适用于工程车辆、船舶或流动修理站的修理工作。

钻孔机

工厂手工艺虽然比较落后，但却培养和造就了大批技工。他们虽然不是制造机器的专家，但却能制造各种手工工具，如刀、锯、针、钻、锥、磨、轴、套筒、齿轮、床架等等。实际上，机器就是由这些零件组装起来的。

1.最早的镗床设计者——列奥纳多·达·芬奇 镗床被称为“机械之母”

说到镗床，不得不先说说列奥纳多·达·芬奇。这位传奇人物或许是最早用于金属加工的镗床的设计者。他设计的镗床采用液压或脚踏板驱动，镗刀紧贴工件旋转，工件固定在由起重机驱动的移动工作台上。1540年，另一位画家绘制了一幅《烟火术》的画作，其中也有同样的镗床画面。当时，镗床专门用于精加工空心铸件。

2. 第一台用于炮管加工的镗床（威尔金森，1775年）

17世纪，由于军事的需要，火炮制造业迅速发展，如何制造火炮炮管成为人们迫切需要解决的重大问题。

世界上第一台真正意义上的镗床是威尔金森于1775年发明的。其实，准确地说，威尔金森的镗床是一种能够精确加工大炮的钻孔机。它是一种空心圆柱形镗杆，两端安装在轴承上。

威尔金森1728年出生于美国。20岁时，他迁居斯塔福德郡，并在比尔斯顿建造了第一座炼铁炉。因此，威尔金森被称为“斯塔福德郡的铁匠大师”。1775年，在父亲的工厂里不断努力，47岁的威尔金森终于制造出了这台能够以罕见的精度钻孔炮管的新机器。有趣的是，威尔金森于1808年去世后，被安葬在一个他自己设计的铸铁棺材里。

3. 镗床对瓦特蒸汽机做出了重要贡献

如果没有蒸汽机，那么第一次工业革命浪潮在当时就不可能出现。蒸汽机本身的开发和应用，除了必要的社会机遇之外，也需要一些不容忽视的技术前提，因为蒸汽机零部件的制造远不像木匠切割木材那么简单。要将金属制成一些特殊的形状，并且加工精度要求高，没有相应的技术装备是不可能的。例如，在蒸汽机的气缸和活塞的制造中，活塞制造过程中所需的外径精度可以在切削加工的同时从外部进行测量，但要满足气缸内径的精度要求，用一般的加工方法却并不容易。

史密顿是18世纪最优秀的机械技师，他设计了多达43台水车和风车。在制造蒸汽机时，史密顿觉得最困难的部分是加工汽缸。将大型汽缸的内圆加工成圆形非常困难。为此，史密顿在卡伦铁工厂制造了一台专门用于切削汽缸内圆的机床。这台镗床由水车驱动，在其长轴的前端安装了一个刀具。这个刀具可以在汽缸内旋转以加工其内圆。由于刀具安装在长轴的前端，会出现轴挠曲等问题，因此加工出真正圆形的汽缸非常困难。为此，史密顿不得不多次改变汽缸的位置进行加工。

对于这个问题，威尔金森于1774年发明的镗床发挥了很大的作用。这台镗床利用水轮旋转材料圆柱体，并将其与固定在中心的工具对准。由于工具与材料之间的相对运动，材料被镗成精度很高的圆柱形孔。当时，镗床加工出一个直径72英寸的圆柱体，误差不超过一枚六便士硬币的厚度。以现代技术衡量，这是一个很大的误差，但在当时的条件下，达到这种水平并不容易。

不过威尔金森的这项发明并没有获得专利，人们纷纷抄袭安装。1802年，瓦特也在他的书中谈到了威尔金森的这项发明，并在自己的索霍铁厂里仿制了它。后来，瓦特在制造蒸汽机的气缸和活塞时，也用到了威尔金森的神奇机器。原来，活塞可以在外面切削的时候测量尺寸，但气缸就没那么简单了，必须用镗床。当时，瓦特用水轮旋转金属气缸，让固定在中心的刀具向前移动，切削气缸内部。结果，直径75英寸的气缸，其误差竟然小于一枚硬币的厚度，这在当时是非常先进的。

4. 工作台升降式镗床的诞生（Hutton，1885年）

人们对威尔金森的镗床进行了许多改进。1885年，英国的赫顿制造了一台带升降台的镗床，这台镗床成为了现代镗床的原型。 钻孔机.

铣床

19世纪，英国人为了蒸汽机等工业革命的需要，发明了镗床和刨床，而美国人为了生产大量武器，则致力于铣床的发明。铣床是一种装有各种形状铣刀的机器，可以切削特殊形状的工件，如螺旋槽、齿轮形等。早在1664年，英国科学家胡克就制成了利用旋转圆形刀具进行切削的机器，这可以看作是一种原始的铣床，但当时社会对此反应并不热烈。19世纪40年代，普拉特设计出了所谓的林肯铣床。当然，真正奠定铣床在机械制造业地位的，是美国人惠特尼。

1. 第一台普通铣床（惠特尼，1818年）

惠特尼于1818年制成了世界上第一台普通铣床，但铣床的专利却在1839年被英国人博德默（带送刀装置的龙门刨床的发明者）获得。由于铣床价格过于昂贵，当时很少有人对它感兴趣。

2. 第一台通用铣床（布朗，1862年）

铣床在美国沉寂了一段时间后，再次活跃起来。相比之下，惠特尼和普拉特只能说为铣床的发明和应用做了奠基性的工作。 铣床发明能应用于各种工厂操作的铣床的真正功劳应该归功于美国工程师约瑟夫·布朗。

1862年，美国的布朗制造出世界上第一台万能铣床，该铣床在配备万能分度盘和综合铣刀方面具有突破性创新。万能铣床的工作台可在水平方向旋转一定角度，并配有立式铣头等附件。他设计的“万能铣床”在1867年巴黎博览会上展出，获得了巨大的成功。同时，布朗还设计了一种磨削后不会变形的成形铣刀，随后又制造了用于磨削铣刀的磨床，使铣床发展到现在的水平。

飞机机

在发明创造的过程中，很多东西往往是相辅相成、环环相扣的：为了制造蒸汽机，需要镗床；蒸汽机发明后，从工艺要求来看，又需要刨床。可以说，正是蒸汽机的发明，才带动了从镗床、车床到刨床等“机床”的设计和发展。实际上，刨床就是用来刨削金属的“刨子”。

1.加工大型平面的刨床（1839年）

由于蒸汽机气门座的平面加工需要从19世纪初开始，许多技术人员开始了这方面的研究，其中包括理查德·罗伯特、理查德·普拉特、詹姆斯·福克斯和约瑟夫·克莱门特，他们从1814年起用25年时间独立制造了刨床。这种龙门刨床将工件固定在往复运动的平台上，刨刀对工件的一侧进行切削。但这种刨床没有送刀装置，正处于从“工具”向“机器”转变的过程中。1839年，一位名叫博德默的英国人终于设计出一台带有送刀装置的刨床。

2. 加工小平面的刨床

另一位英国人奈史密斯从1831年起，用了40年的时间发明并制造出了一种用于加工小型平面的刨床。它可以将加工对象固定在床身上，刀具往复移动。此后，由于刀具的改进和电动机的出现，刨床一方面向高速切削、高精度方向发展，另一方面也向大型化方向发展。

磨床

磨削是人类自古以来就已知的一门古老技术。在旧石器时代，这项技术被用于磨制石器。后来，随着金属工具的使用，磨削技术得到了进一步的发展。然而，真正意义上的磨削机器的设计却并非易事。即使在19世纪初，人们仍然通过旋转天然磨石并使其接触加工物体来进行研磨。

1.第一台磨床（1864年）

1864年，美国制成了世界上第一台磨床。这是一种将砂轮安装在车床的滑动刀架上，并能自动传动的装置。十二年后，美国的布朗发明了接近现代磨床的万能磨床。

2.人造砂轮——砂轮的诞生（1892年）

人造磨石的需求也随之而来。如何研制出比天然磨石更耐磨的磨石呢？1892年，美国人艾奇逊试制成功用焦炭和沙子制成的碳化硅，这是一种人造磨石，被称为C磨料；两年后，以氧化铝为主要成分的A磨料试制成功，使磨床得到了更为广泛的应用。

后来由于轴承、导轨的进一步改进，磨床的精度越来越高，并向专用化方向发展，出现了内圆磨床、平面磨床、滚子磨床、齿轮磨床和万能磨床等。

钻孔机

1.古代钻井机械——“舭卷机”钻井技术历史悠久

考古学家发现，人类在公元前4000年就发明了一种钻孔的装置。古人先在两根柱子上架起横梁，再将一个可旋转的圆锥体悬挂在横梁上，然后用弓弦带动圆锥体旋转，这样就能在木头和石头上钻孔。不久，人们还设计了一种名为“卷扬机”的钻孔工具，也是利用有弹性的弓弦使圆锥体旋转。

2. 第一台钻机（惠特沃斯，1862年）

1850年前后，德国人马蒂诺尼首先制成麻花钻，用于金属钻孔；1862年在英国伦敦举办的万国博览会上，英国人惠特沃思展出了电力驱动的铸铁柜式钻床，成为现代钻床的雏形。

后来，各种钻床相继出现，包括径向钻床， 钻孔机 带有自动进给机构的钻床、可同时钻多个孔的多轴钻床等。由于工具材料和钻头的改进，以及电动机的使用，最终制造出大型、高性能的钻床。