“发明的故事”(73)-“车床之父”–莫兹利

Home / “发明的故事”(73)-“车床之父”–莫兹利 - 2022年7月19日 , by

“车床之父”——莫兹利

亨利·莫兹利

车床是人类发明的专门用于加工圆形工件与产品的机械,是一类主要用车刀对旋转的工件进行车削加工的机床。

无论是哈格里夫斯发明的珍妮纺纱机,还是瓦特发明的蒸汽机,都推动了18世纪工业革命的迅猛发展。可是,这些天才的发明家们所制造出来的第一批纺纱机、蒸汽机等却是在手工作坊里一台一台地“诞生”的,而不是“批量生产”。因此,产量低,并且成本高昂。此外,顾客们常常对机械零件缺乏必要的精度深感不满。丝杠和螺母互相碰击,齿轮不能完全啮合,从活塞和汽缸壁间会冒出蒸汽来。出现这些问题并不奇怪,因为杠杆、轴、齿轮等零件都是在铁匠铺和机械作坊单个制造的。虽然制造这些零件已有专用工具,但是操作这些工具需要相当熟练的技能,要有多年的经验,并且要付出很多的体力劳动。

要想大量地生产机器,就必须要有精密度很高的零件。例如,制造蒸汽机的工人常常抱怨说,不知要花多少工夫才能使活塞与汽缸配合好,既能活动自如,又无太大间隙。那么怎样改变这种情况呢?要想投资少和精密度高地生产任意大小的机械零件,然后又把这些零件装配成价廉物美和性能良好的机器,只有一条出路,就是利用机械生产机器。

要用机械生产机器,必须具备三个条件:技术工人具备制造机床的渊博知识、技能和经验;驱动机器的动力不仅要代替而且应能超过工人的体力;材料应能承受金属在加工时所产生的应力。这些条件在18世纪末基本上都具备了。

就说第一个条件吧。英国人亨利·莫兹利制造出了精密机床,从而在精密零件的加工方面迈出了决定性的一步。

1771年8月22日,莫兹利出生于英国的沃尔里奇。12岁时,他进入制造兵器的工厂劳动,在该工厂干了两年多制造炮弹的活儿。到14岁,莫兹利到一个细工木匠那儿去当徒弟。15岁时,他又到了离家不远的一家铁匠铺里当了一名徒工。莫兹利天生聪颖,极爱摆弄机械小玩艺儿。因此,他到了铁匠铺里,就有机会接触机械零件。在这里,他拼命地干机械活,并很快成了一名得力的助手。

在当时,锁匠和钟表匠都是社会上的热门职业。因为随着人们的生活水平的不断提高,家庭和工厂为了防盗,不得不上锁;当时的很多人都用上了过去只有上层社会人物才能拥有的钟表等物品。因此,刚过18世纪,在欧洲各地就出现了很多锁匠、钟表匠。在英国,当时比较有名的是安全锁制造业者约瑟夫·布拉马开办的锁厂。因为布拉马是机械制造技术的权威人士,因此他的工厂成了每个想当一名真正机械工的人向往的地方。这对机械活儿本来就很好的莫兹利当然是具有很大的吸引力的。这样,莫兹利就向布拉马提出了自己的申请。布拉马让莫兹利干了几样活,进行考核。布拉马看到莫兹利出色地完成了自己提出的各种技术考核项目,决定录用莫兹利。

在制锁厂一干就是8年。因为莫兹利喜欢搞机械,所以,工作非常积极,各种技术很快都达到了较高的水平。他被誉为布拉马工厂里最有才能的机械工,不久就当了总工长。在制锁时,莫兹利就注意到这样的问题,即:为了满足需要量,如果再采用手工制锁方式的话,其产量就满足不了需要。同时,他也考虑到了必须借助机械,方能进行大批量生产。因此,他日日夜夜致力于改进过去已有的机床。比如:要把锁轴精确地镟成圆柱形,过去的方法是依靠工人的熟练技能来完成的。几百年来他们所用的辅助工具都是脚踏车床和手中的车刀。工件夹紧后,由一根绳子牵着转动。绳子的一端系在弹簧摆上,另一端绑在脚踏板上,车刀靠手劲压在工件上。这种方法用于车削还可以,用于金属加工则根本不行,由于旋转方向不断变换,使手持刀具难以做到精密、稳定的加工。因此,莫兹利改进了车床。他把脚踏板和弹簧摆改换为一个轮子,轮子通过传动轴由蒸汽机驱动。

脚踏车床

莫兹利最主要的改进还是刀架。刀具不再拿在工人手中,而是固定在刀架上。刀具用两根丝杠送向工件,还可以跟工作的旋转轴平行移动。车工只需操作手柄。有了刀架使车工省去了为按压和操纵刀具付出艰苦的体力劳动。更重要的是有了刀架可以大大提高加工的精密度,不会因为车工的无意动作或肌肉收缩而产生颤抖和冲击。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。需要熟练操作技能的脚踏旋床终于演变成车削机床了。有了车床就可以向机构制造业提供迫切需要的精密零件了。

莫兹利在布拉马工厂干到第八个年头时,为了养家糊口,他向布拉马提出要求增加工资,但是,遭到了拒绝,他只得辞职。1797年莫兹利自己创建了一家工厂。工厂里顾客盈门,因为他的车床名不虚传。莫兹利在他的工厂里不断进行新的发明。他对自己研制的车床不断进行改进,这使得刀架在工件的轴向方向的改进实行了机械化。在机床的床身中有一旋转的丝杠与驱动轮联接,丝杠可使刀架非常均匀地沿着工作的轴向移动。

莫兹利1797车床

1810年,莫兹利的工厂迁移到兰帕森,并进行了扩建。同时,吸收了一个共同的投资者,成立了莫兹利·菲尔德商会,一下子发展成为机床生产厂家。莫兹利不但拓展自己的厂家,而且十分注意发明创造。他新设计了锅炉钢板的打刻机等,使过去的手工打刻加工改用机械进行。莫兹利更重要的改进则是他的车床能加工螺纹。

早在1800年左右,莫兹利就造出了小型的切削螺纹的车来,用车床切削好的几根螺栓再用锉刀仔细地加工,把其中最精确的作为车床的丝杠,来制造新的车床。这样反复若干次,终于造出了长度2米左右的非常精确的黄铜螺栓。由于偏差在1.6毫米以下,所以精确度比当时最精确的镗床还要高。那时,莫兹利的朋友巴顿为制作微型仪表也在研制螺栓。莫兹利决定去和他比较一下谁的螺栓更精确。然而,比较之后发现莫兹利做的螺栓还有很多缺点。尽管尺寸准确。但螺栓的角度既不规则又有微小的弯曲。然而,莫兹利不甘落后,又耐心地、一遍遍地改革,终于成功地制造出精密的丝杠。1810年左右,莫利兹终于制造出了杰出的车床。然而,他并不以此为满足。直到1831年他去世之前,一直在对车床进行改革。为了这项研究,他几乎花光了制造蒸汽机汽缸等挣得的所有的钱。

1830年,莫兹利远程到法国去看望患重病的一位朋友,在归途中他患了恶性感冒,回到兰帕斯作了短期疗养。然而,也许是由于这次感冒的缘故吧,1831年2月14日,59岁的莫兹利离开了人间。

由于莫兹利在车床的研制方面对人类做出了巨大的贡献,因此,不仅车床,其它机床也能够制造得很精确了。进入19世纪以后,机床工业迅猛地发展起来,从而也推动了机器制造业和批量生产的发展。由于莫兹利的重大贡献,他被后人称为“车床之父”或“机床之父”。

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