機(jī)床的原型

人之所以從猿猴進(jìn)化，靠的就是咱們這雙手，不過光靠手也不行，所以必須得有工具來進(jìn)行協(xié)助。想想人類的祖先還真是聰明，為了更方便的用工具進(jìn)行加工，機(jī)床最早原型的樹木車床就這樣誕生啦，大概距今二千多年前吧。 

作為原型來說還是比較粗糙，大家看圖就知道了。操作的時候用腳踩住繩子下方套圈，利用樹枝的韌性把工件帶動旋轉(zhuǎn)，用石片或者貝殼等物作為刀具，將刀具沿著橫條對物品進(jìn)行切割的操作。

樹木車床，確如其名       

十三世紀(jì)，機(jī)床原型也在發(fā)展，你總不能老是掛樹上吧，這時候就有用腳踏板旋轉(zhuǎn)曲軸并帶動飛輪，再傳動到主軸使其旋轉(zhuǎn)的“腳踏車床”，也稱之為彈性桿棒車床，不過除了刀具是真用金屬外，操作原理還是跟原先一模一樣的。

1395年桿棒機(jī)床出現(xiàn)在德國

這時候只要腳踩踏板就行了，注意頭上的木條，靠它上下帶來動力

很清晰的濁刻畫，這時候的機(jī)床原型還主要是用來加工木料       

說了歐洲的再來說說咱中國。同一時期的明朝出版了一本奇書叫《天工開物》，記載了明朝中古及以前的各項技術(shù)，看過就能知道什么叫“古人的智慧”，可以看一下。   

這本書里也記載了磨床的結(jié)構(gòu)，這里利用了類似歐洲中世紀(jì)腳踏機(jī)床的原理，用腳踏的方法使金屬盤旋轉(zhuǎn)，配合沙子和水來加工玉石。

《天工開物》中的磨床結(jié)構(gòu)

用扎砣來切割玉石，你看那熟悉的腳踏板，一樣的已經(jīng)可以替換的扎砣（刀具）。

《開工天物》“扎砣圖”

你看右邊桌上的沖砣，大小型號一應(yīng)俱全，看玉料的大小來選擇合適的工具。

《開工天物》“沖砣圖”

這個就類似于現(xiàn)代加工中的鏜削。然后用特別的砣一點一點地把內(nèi)部的玉磨掉，想想古代的工匠還真是干的有挑戰(zhàn)性。

《開工天物》“掏堂圖”       

咱們再把目光放到歐洲，一個叫貝松的法國人設(shè)計出了一種通過過螺絲桿使刀具滑動的用來車螺絲的車床，刀具終于不再是固定在一個位置的了，看介紹說是并沒有推廣使用，不知為何。

貝松車床的設(shè)計稿，已經(jīng)有點現(xiàn)代機(jī)床的樣子了

這個階段的機(jī)床原型就介紹完了，可以看出雖然原型在不斷發(fā)展，但是動力來源還是沒有脫離最初的樹木車床，持續(xù)不斷的動力還真的是很大問題，畢竟咱們?nèi)嗽賲柡€是會疲勞的。

蒸汽機(jī)與機(jī)床

讓我們先來看這張圖，每個當(dāng)過學(xué)生的肯定都會有些印象，讓我們來回顧一下這個故事。    

1 童年時代的瓦特和茶壺的故事

一天晚上，瓦特和一個小女孩在家里喝茶。瓦特不停地擺弄茶壺蓋，一會兒打開，一會兒蓋上，當(dāng)他把茶壺嘴堵住時，蒸汽頂開了茶蓋。在旁的外祖母對瓦特的這種無聊動作極為不滿，加以訓(xùn)斥。瓦特并不介意，他一心想著蒸汽的力量，從此萌發(fā)制造蒸汽機(jī)的念頭。

小學(xué)課文《瓦特與蒸汽機(jī)》配圖       

當(dāng)然歷史絕非這樣簡單。瓦特是吸收前人的成果和他個人艱苦努力，改良了蒸汽機(jī)的各種部件，使得動力效率得到提升。瓦特發(fā)明蒸汽機(jī)的故事并非那么戲劇化，但是精彩程度卻遠(yuǎn)超這個童話故事。     

1763年，英國格拉斯哥大學(xué)雇用了一名叫瓦特的技術(shù)員，他的任務(wù)就是維護(hù)，更像是修理學(xué)校的一臺紐科門蒸汽機(jī)，一條濕漉漉的繩子把各個部件捆在一起，它總是壞。    

紐科門蒸汽機(jī)就是瓦特蒸汽機(jī)的前身，瓦特在紐科門的設(shè)計上對汽缸部分進(jìn)行了改進(jìn)，但是研發(fā)屢次失敗的一個主要原因，是手工錘打的錫制汽缸總是漏氣。

詹姆斯·瓦特，蒸汽機(jī)發(fā)明者之一       

這個時候，威爾金森的出現(xiàn)對瓦爾改良蒸汽機(jī)起到了巨大的作用。當(dāng)瓦特還在為自己那3/8英寸厚的真正汽缸驕傲的時候，威爾金森已經(jīng)擁有了自己的車床。    

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

威爾金森發(fā)明的炮筒鏜床，最初用來鑄造軍火       

1775年，威爾金森用這臺炮筒鏜床鏜出的汽缸，重新制造了瓦特那漏洞百出的汽缸，滿足了瓦特蒸汽機(jī)的要求。當(dāng)然作為商人的威爾金森也獲得了瓦特蒸汽機(jī)汽缸的獨(dú)家供應(yīng)權(quán)。

為了鏜制更大的汽缸，他又于同年制造了一臺水輪驅(qū)動的汽缸鏜床，促進(jìn)了蒸汽機(jī)的發(fā)展。從此，機(jī)床開始用蒸汽機(jī)通過曲軸驅(qū)動，對于機(jī)床和蒸汽機(jī)而言這，互相協(xié)助促進(jìn)了共同發(fā)展，一個轟轟烈烈的工業(yè)革命時代走向了極致。 

威爾金森為鍛造更大汽缸制作的汽缸鏜床

安裝了汽缸鏜床制作的汽缸所改良的瓦特蒸汽機(jī) 

工業(yè)革命時期的機(jī)床發(fā)明  

莫茲利這個名字和機(jī)床自然是分不開的，1797年機(jī)床工業(yè)之父制成了第一臺螺紋切削車床，它帶有絲桿和光桿，采用滑動刀架——莫氏刀架和導(dǎo)軌，可車削不同螺距的螺紋。

莫茲利1797車床

此后，莫茲利又不斷地對車床加以改進(jìn)。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(jī)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(xiàn)代車床的原型，對英國工業(yè)革命具有重要意義。

羅伯茨龍門車床

惠特尼臥式銑床   

時間轉(zhuǎn)到19世紀(jì)，由于各行業(yè)的發(fā)展，需要應(yīng)用于不同類型的機(jī)床相機(jī)出現(xiàn)。1817年，羅伯茨發(fā)明了龍門車床，而來自美國的惠特尼制造出了臥式銑床，這兩種機(jī)床刻意分別應(yīng)用于不同行業(yè)的零件制造需求，隨著工業(yè)革命的發(fā)展機(jī)床也在不斷發(fā)展中。

十九世紀(jì)最優(yōu)秀的機(jī)械技師應(yīng)數(shù)惠特沃斯，他于1834年制成了測長機(jī)，該測長機(jī)可以測量出長度誤差萬分之一英寸左右。1835年，惠特沃斯在他32歲時發(fā)明滾齒機(jī)。還建議全部的機(jī)床生產(chǎn)業(yè)者都采用同一尺寸的標(biāo)準(zhǔn)螺紋，這種螺紋作為標(biāo)準(zhǔn)螺紋被各國所使用。

惠特尼發(fā)明的測長機(jī)       

為了提高機(jī)械化自動化程度，1845年，美國的菲奇發(fā)明轉(zhuǎn)塔式六角車床。

菲奇發(fā)明的的轉(zhuǎn)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。

斯潘塞機(jī)床

工業(yè)革命本身就是一種爆發(fā)式的發(fā)展，在這種大爆炸中，這個時期的機(jī)床也在不斷的發(fā)展變化，為了工業(yè)和生產(chǎn)的更高效率而在不斷的改進(jìn)，這些機(jī)床的發(fā)明家正可謂是生逢此世。  

隨著電動機(jī)的發(fā)展，機(jī)床也由蒸汽動力升級到了電動機(jī)驅(qū)動，這又是一個跨時代的改進(jìn)，可以看到從人力到水力、從蒸汽驅(qū)動到電力驅(qū)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 

如果要挑選出那些對我們所有人的生活都產(chǎn)生過影響的人物來，就不能忽略亨利·福特。從現(xiàn)在起100年后的一位歷史學(xué)家很可能會得出這樣的結(jié)論：對各個地方一切制造業(yè)產(chǎn)生影響最大的是福特，甚至直到今天依然如此，因為他開始采用了一種新的制造汽車的方法。

亨利·福特       

福特曾經(jīng)提出：汽車應(yīng)該是“輕巧的、結(jié)實的、可靠的和便宜的”。為了實現(xiàn)這一目標(biāo)，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，以及剛度大而牢固的重型磨床。磨床的發(fā)展，使機(jī)械制造技術(shù)進(jìn)入了精密化的新階段。

根據(jù)福特的提議發(fā)明的磨床

制造工具的改進(jìn)也促進(jìn)了制造方式本身的變化，從12個小時生產(chǎn)一臺車到1個小時生產(chǎn)一臺車，1908年10月第一款標(biāo)準(zhǔn)化汽車——福特T型車駛下流水線。 

1913年福特改革了裝配汽車的全過程。用繩子鉤住的部分組裝好的車輛被拖著從工人身旁經(jīng)過，工人們一次只組裝上一個部件。不久，福特公司一年就生產(chǎn)出幾十萬輛汽車，在當(dāng)時是一項極出色的成就，這是制造業(yè)真正意義上的第一條流水線。

福特與他所發(fā)明的汽車流水線 

流水線極大的提高了制造業(yè)的生產(chǎn)效率 

流水線裝配成為了工廠的標(biāo)準(zhǔn)配置

裝備完成駛下流水線的汽車

直到100多年后的今天，汽車裝配依然還是使用福特發(fā)明的流水線，只是機(jī)器代替了人工。       

數(shù)控機(jī)床的發(fā)展

持續(xù)多年的二戰(zhàn)結(jié)束后，制造業(yè)還是維持了戰(zhàn)前的發(fā)展水平。操作人員通過手工操作電動機(jī)床，將加工零件按照設(shè)計圖紙的要求制作出來。這樣的生產(chǎn)方式雖然比起蒸汽時代效率高，但是人心永遠(yuǎn)是滿足不了的。

怎么樣才能更快更高效率，怎么樣才能解決一些制造中無法解決的工藝難題，這點很關(guān)鍵。

二戰(zhàn)后各種式樣的電動機(jī)床             

在20世紀(jì)40年代末期，一個叫帕森斯的美國工程師構(gòu)思了一種方法，在一張硬紙卡上打孔來表示需要加工的零件幾何形狀，利用著一張硬卡來控制機(jī)床的動作，雖然別人最初只是想一下而已。

1948年帕森斯向美國空軍展示了他的這種想法，美國空軍看后，表示極大的興趣，因為美國空軍正在尋找一種先進(jìn)的加工方法，希望解決飛機(jī)外型樣板的加工問題。

由于樣板形狀復(fù)雜，精度要求高，一般的設(shè)備難以適應(yīng)，美國空軍立即委托及贊助美國麻省理工學(xué)院進(jìn)行研究，開發(fā)這部硬卡紙來控制的機(jī)床。

實驗室中的數(shù)控機(jī)床模型       

終于在1952年，麻省理工學(xué)院和帕森斯公司合作，成功的研制出了第一臺示范機(jī)，由于大量采用電子管元件，控制裝置比機(jī)床本體還要大。

1960年開始，各國陸續(xù)地開發(fā)、生產(chǎn)及使用數(shù)控機(jī)床，中國于1968年由北京第一機(jī)床廠研制出第一臺數(shù)控機(jī)床。1974年微處理器直接用于數(shù)控機(jī)床，進(jìn)一步促進(jìn)了數(shù)控機(jī)床的普及應(yīng)用和飛速發(fā)展。

早期的數(shù)控機(jī)床，都由軍方所有應(yīng)用于軍事產(chǎn)品的制造       

數(shù)控機(jī)床也經(jīng)歷了六代的發(fā)展。前三代為第一階段，數(shù)控系統(tǒng)主要是由硬件聯(lián)結(jié)構(gòu)成，稱為硬件數(shù)控；后三代稱為計算機(jī)數(shù)控，其功能主要由軟件完成，從1990年開始，數(shù)控機(jī)床開始采用通用的CNC系統(tǒng)。 

近20年來，隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，先進(jìn)制造技術(shù)的興起和不斷成熟，對數(shù)控技術(shù)提出了更高的要求。連計算機(jī)都有了操作系統(tǒng)，數(shù)控機(jī)床當(dāng)然不甘落后。2003年在米蘭舉辦的EMO展覽會上，瑞士米克朗公司首次推出智能機(jī)床的概念，現(xiàn)在說到這個牌子的機(jī)床只能用高端來形容。     

2006年，在美國舉辦的第26屆芝加哥國際機(jī)床制造技術(shù)展覽會上，日本Mazak公司以“智能機(jī)床”的名稱，展出了聲稱具有四大智能的數(shù)控機(jī)床，這一步代表了數(shù)控機(jī)床的未來發(fā)展。

數(shù)控機(jī)床是幫助一個國家國民經(jīng)濟(jì)和國防建設(shè)發(fā)展的重要裝備，是制造行業(yè)擁抱智能制造的堅定基礎(chǔ)，所以各國都在競相發(fā)展高端的智能數(shù)控機(jī)床及系統(tǒng)，其中又以德國與日本的發(fā)展勢頭最為迅猛，大量產(chǎn)品出口國外市場。

中國制造2025行動綱領(lǐng)中，將智能數(shù)控機(jī)床和基礎(chǔ)制造裝備行業(yè)列為中國制造業(yè)的戰(zhàn)略必爭領(lǐng)域之一。借古喻今，機(jī)床每次的大規(guī)模發(fā)展都與當(dāng)時所處的時代格局緊密相關(guān)，借著這輪東風(fēng)智能數(shù)控機(jī)床將走向何處，讓我們一起拭目以待。