第一台车床是什么时候制造的?

莫斯利是一个从不满足于自己的成功的人。他没有就此止步。这件事启发了他,使他进一步考虑是否有可能制造普通机床来生产各种类型的高精零件。通过进一步分析,他发现,无论多么复杂的机械装置,其金属部件的所有部分都是由特殊的几何形状或圆形、方形或圆柱形等组合形状组成的。真正精密的转轴应该是一个完美的圆柱体,理想的螺杆应该在圆柱体表面有一个完美的螺旋线。如果有机床,可以在金属上加工出真正的圆柱面或平面,在金属零件上切出圆形或方形的孔,这样就可以快速、大批量地生产出高精度的零件。考虑到这一点,Maudslay首先仔细研究了现有的机械工具。

在莫德斯利之前,人们已经发明了几种机床。瓦特制造蒸汽机时,用的是镗床加工气缸。古代已经发明了简易车床,如弓车床,用于加工圆柱面。车床床身由木头制成,用来固定被加工的工件。车床是靠人提供动力的,就是在人的头顶上固定一把弓,在弓弦中间系一根绳子。这根绳子绕过正在加工的工件,底端固定在踏板上。踩在踏板上,通过绳索的摩擦力带动工件来回旋转,然后就可以用手中的刀具对工件进行加工了。15 ~ 16世纪,曲轴机构开始广泛应用。人踩下踏板,转动曲轴,就可以获得连续的旋转运动。Maudslay当时能看到的车床还是这种木制车床。在观察了现有车床后,他认为现有车床有三个缺点需要改进:一是支撑工件的床身是木头做的,容易变形,因此工件在定心和调直时经常被损坏;二是用脚蹬开太费力,无法加工大型金属材料;第三,手持工具很难实现精确稳定的加工,尤其是加工尺寸要求严格的零件时,没有经过长期训练的人是无法加工的。当Maudslay考虑改进车床时,一场轰轰烈烈的工业革命正在欧洲展开,瓦特发明的蒸汽机已经进入实用阶段,阿基莱特等人建立的纺纱厂已经使用蒸汽作为动力。Maudslay自然想到可以用瓦特蒸汽机代替人力为机床转动提供动力。这样就可以克服第二个缺点。第一个缺点可以用铁来代替,并不难解决。唯一的困难是找到一种不用手就能实现工具和工件接触的方法。为此,Maudslay开始着手解决难题。他按照自己的想法做了一个模型,开始整天沉浸在想法和实验中,到了废寝忘食的地步。布拉玛对他的行为大为感动,于是和莫德莱一起攻关,帮他出谋划策,想办法,并允许他独立调动建设厂的人、财、物进行研究。他们提出了许多想法来实现非人类工具与工件的接触,并最终确定工具必须用铁架固定在床上。但随之而来的问题是如何实现刀架沿工件的径向进给和轴向移动,从而保证能够加工出完整的圆柱面。经过苦思冥想和反复实验,径向进给的问题已经解决,即在刀架上安装一个手柄,摇动手柄带动一组丝杠机构,进而带动刀具来回运动。最后,只有刀架的轴向移动没有解决。一个偶然的机会为这个问题的解决带来了转机。有一天,Maudslay的车床模型用的蒸汽机坏了。为了找出原因,他把它拆开了。他在摆弄蒸汽机里可以来回移动的滑阀时,突然眼前一亮:为什么滑动不能实现轴向移动?

1794年,Maudslay终于生产出了第一台车床。这台车床是现代车床的鼻祖,它比以前的车床有三大改进:第一,车床的所有零件都是铁做的;二是由蒸汽驱动;但主要改进是使用了滑动刀架。有了它,工具不再在工人手中,而是固定在刀架上。刀具由两个螺杆送至工件,也可沿工件旋转轴平行移动。车床操作者只需操作手柄,将车床操作者从按压和操纵刀具的繁重体力劳动中解放出来。更重要的是,有了滑动刀架,可以大大提高加工精度,车刀可以以百分之一英寸的精度移动,不会因为车工的无意动作或肌肉收缩而产生抖动和冲击。另一个优点是滑动刀架和蒸汽机的结合不仅大大提高了加工速度,而且大大扩展了加工范围。利用本发明,即使最熟练的工人积累了经验,也可以容易、准确和快速地生产机器的各种部件的必要几何形状。的确,在此之前,很少能成功加工出像镜子一样光滑而没有坑洞的表面,但现在每个车床工人都能做到。

人们可能会认为,有了车床,我们就可以向纺机制造、蒸汽机制造等行业提供急需的精密零件。但是,当莫兹莱在1794年发明第一台车床时,其直接目的是为了提高布拉玛工厂的生产效率和产品质量,所以莫德莱后来又制造了几台这样的车床,全部作为工厂的秘密武器,供个人使用。布拉玛不想在社会上普及车床,以保持自己在这个行业的竞争优势。1849年,布拉玛的一位朋友约翰·菲亚利回忆起当年的情景:“在布拉玛的秘密工厂里,有几台当时其他类似工厂没有的新奇机器。这些机器都是在莫德斯利制造的。”正因如此,这项伟大发明的巨大社会效益在他发明的最初几年被压制了。恰在此时,Maudslay的命运出现了第二次重要转折,也为这个问题的解决带来了转机。