1)古代滑輪、弓形桿的"弓車床"。
早在古埃及時(shí)代,人們已經(jīng)發(fā)明了將木材繞著它的中心軸旋轉(zhuǎn)時(shí)用刀具進(jìn)行車削的技術(shù)。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(dòng)繩子轉(zhuǎn)動(dòng)木材,并手持刀具而進(jìn)行切削。
這種古老的方法逐漸演化,發(fā)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(zhuǎn)從而進(jìn)行車削,這便是"弓車床"。
2)中世紀(jì)曲軸、飛輪傳動(dòng)的"腳踏車床"。
到了中世紀(jì),有人設(shè)計(jì)出了用腳踏板旋轉(zhuǎn)曲軸并帶動(dòng)飛輪,再傳動(dòng)到主軸使其旋轉(zhuǎn)的"腳踏車床"。16世紀(jì)中葉,法國有一個(gè)叫貝松的設(shè)計(jì)師設(shè)計(jì)了一種用螺絲杠使刀具滑動(dòng)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(jì)誕生了床頭箱、卡盤
時(shí)間到了18世紀(jì),又有人設(shè)計(jì)了一種用腳踏板和連桿旋轉(zhuǎn)曲軸,可以把轉(zhuǎn)動(dòng)動(dòng)能貯存在飛輪上的車床上,并從直接旋轉(zhuǎn)工件發(fā)展到了旋轉(zhuǎn)床頭箱,床頭箱是一個(gè)用于夾持工件的卡盤。
4)英國人莫茲利發(fā)明了刀架車床(1797年)
在發(fā)明車床的故事中,最引人注目的是一個(gè)名叫莫茲利的英國人,因?yàn)樗?797年發(fā)明了劃時(shí)代的刀架車床,這種車床帶有精密的導(dǎo)螺桿和可互換的齒輪。
各種專用車床的誕生為了提高機(jī)械化自動(dòng)化程度。1845年,美國的菲奇發(fā)明轉(zhuǎn)塔車床。1848年,美國又出現(xiàn)回輪車床。1873年,美國的斯潘塞制成一臺(tái)單軸自動(dòng)車床,不久他又制成三軸自動(dòng)車床。20世紀(jì)初出現(xiàn)了由單獨(dú)電機(jī)驅(qū)動(dòng)的帶有齒輪變速箱的車床。由于高速工具鋼的發(fā)明和電動(dòng)機(jī)的應(yīng)用,車床不斷完善,終于達(dá)到了高速度和高精度的現(xiàn)代水平。
第一次世界大戰(zhàn)后,由于軍火、汽車和其他機(jī)械工業(yè)的需要,各種高效自動(dòng)車床和專門化車床迅速發(fā)展。為了提高小批量工件的生產(chǎn)率,1940年代末,帶液壓仿形裝置的車床得到推廣,與此同時(shí),多刀車床也得到發(fā)展。1950年代中,發(fā)展了帶穿孔卡、插銷板和撥碼盤等的程序控制車床。數(shù)控技術(shù)于1960年代開始用于車床,1970年代后得到迅速發(fā)展。
機(jī)床專用減速機(jī)車床的分類車床依用途和功能區(qū)分為多種類型。
普通車床的加工對象廣,主軸轉(zhuǎn)速和進(jìn)給量的調(diào)整范圍大,能加工工件的內(nèi)外表面、端面和內(nèi)外螺紋。這種車床主要由工人手工操作,生產(chǎn)效率低,適用于單件、小批生產(chǎn)和修配車間。
轉(zhuǎn)塔車床和回轉(zhuǎn)車床具有能裝多把刀具的轉(zhuǎn)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(chǎn)。
自動(dòng)車床能按一定程序自動(dòng)完成中小型工件的多工序加工,能自動(dòng)上液壓機(jī)床下料,重復(fù)加工一批同樣的工件,適用于大批、大量生產(chǎn)。
多刀半自動(dòng)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(huán)和軸類工件,其生產(chǎn)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(dòng)完成工件的加工循環(huán),適用于形狀較復(fù)雜的工件的小批和成批生產(chǎn),生產(chǎn)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(zhuǎn)工作臺(tái)上,刀架在橫梁或立柱上移動(dòng)。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(shí),刀架周期地作徑向往復(fù)運(yùn)動(dòng),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(dú)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)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(lián)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(jìn)行鏜、銑、鉆、插、磨等加工,具有"一機(jī)多能"的特點(diǎn),適用于工程車、船舶或移動(dòng)修理站上的修配工作。
工廠手工業(yè)雖然是相對落后的,但是它卻訓(xùn)練和造就了許許多多的技工,他們盡管不是專門制造機(jī)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(shí)機(jī)器就是由這些零部件組裝而成的。
最早的鏜床設(shè)計(jì)者--達(dá)·芬奇。鏜床被稱為"機(jī)械之母"。說起鏜床,還先得說說達(dá)·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(shè)計(jì)者。他設(shè)計(jì)的鏜床是以水力或腳踏板作為動(dòng)力,鏜削的工具緊貼著工件旋轉(zhuǎn),工件則固定在用起重機(jī)帶動(dòng)的移動(dòng)臺(tái)上。1540年,另一位畫家畫了一幅《火工術(shù)》的畫,也有同樣的鏜床圖。那時(shí)的鏜床專門用來對中空鑄件進(jìn)行精加工。
為大炮炮筒加工而誕生的第一臺(tái)鏜床(威爾金森,1775年)。到了17世紀(jì),由于軍事上的需要,大炮制造業(yè)的發(fā)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。一臺(tái)真正的鏜床是1775年由威爾金森發(fā)明的。其實(shí),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(jī),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(shí),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(jīng)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(jī)器。有意思的是,1808年威爾金森以后,他就葬在自己設(shè)計(jì)的鑄鐵棺內(nèi)。
鏜床為瓦特的蒸汽機(jī)做出了重要貢獻(xiàn)如果說沒有蒸汽機(jī)的話,當(dāng)時(shí)就不可能出現(xiàn)第一次工業(yè)革命的浪潮。而蒸汽機(jī)自身的發(fā)展和應(yīng)用,除了必要的社會(huì)機(jī)遇之外,技術(shù)上的一些前提條件也是不可忽視的,因?yàn)橹圃煺羝麢C(jī)的零部件,遠(yuǎn)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(yīng)的技術(shù)設(shè)備是做不到的。比如說,制造蒸汽機(jī)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(jìn)行切削,但要滿足汽缸內(nèi)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(jì)的機(jī)械技師。斯密頓設(shè)計(jì)的水車、風(fēng)車設(shè)備達(dá)43件之多。在制作蒸汽機(jī)時(shí),斯密頓最感棘手的是加工汽缸。要想將一個(gè)大型的汽缸內(nèi)圓加工成圓形,是相當(dāng)困難的。為此,斯密頓在卡倫鐵工廠制作了一臺(tái)切削汽缸內(nèi)圓用的特殊機(jī)床。用水車作動(dòng)力驅(qū)動(dòng)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(nèi)轉(zhuǎn)動(dòng),以此就可以加工其內(nèi)圓。由于刀具安裝在長軸的前端,就會(huì)出現(xiàn)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(jìn)行加工。
對于這個(gè)難題,威爾金森于1774年發(fā)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(zhuǎn),并使其對準(zhǔn)中心固定的刀具推進(jìn),由于刀具與材料之間有相對運(yùn)動(dòng),材料就被鏜出精確度很高的圓柱形孔洞。當(dāng)時(shí)、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(xiàn)代技術(shù)衡量,這是個(gè)很大的誤差,但在當(dāng)時(shí)的條件下,能達(dá)到這個(gè)水平,已經(jīng)是很不簡單了。
但是,威爾金森的這項(xiàng)發(fā)明沒有申請保護(hù),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(xiàng)發(fā)明,并在他的索霍鐵工廠里進(jìn)行仿制。以后,瓦特在制造蒸汽機(jī)的汽缸和活塞時(shí),也應(yīng)用了威爾金森這架神奇的機(jī)器。原來,對活塞來說,可以在外面一邊量著尺寸,一邊進(jìn)行切削,但對汽缸就不那么簡單了,非用鏜床不可。當(dāng)時(shí),瓦特就是利用水輪使金屬圓筒旋轉(zhuǎn),讓中心固定的刀具向前推進(jìn),用以切削圓筒內(nèi)部,結(jié)果,直徑75英寸的汽缸,誤差還不到一個(gè)硬幣的厚度,這在當(dāng)對是很*的了。
工作臺(tái)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(jìn)。1885年,英國的赫頓制造了工作臺(tái)升降式鏜床,這已成為了現(xiàn)代鏜床的雛型。