第十一章工业母机放光彩
近代机床的发明
“机床”，是制造机器的机器，是制造业最核心的手段，也是机械—电力时代整个工业的物
质基础。它源源不断地制造出为人类社会生产和生活所必需的数量众多规格各异的机器
、工具、机械、车辆和日常用品。
手工机场催生机床
机床的发展历史，可以追溯到五六千年以前。在原始社会，人们已经学会了打制石器，制作
陶器，但有时候，他们希望能在这些石器陶器上钻个孔、打个洞什么的，这可难住了他们。
质硬性脆的石器陶器一敲即碎，一碰则破，硬敲显然行不通。经过成千上万次的实践，人们
渐懂得了可以用弓钻来钻孔，这实际上和我们今天看到的木工手工钻子已经很像了。其实这
简单的弓钻就是我们今天所说的“机床”的祖宗!
这样简单而又原始的机床，当然不能满足制造精密的、大型的物件加工的需要。我国人民在
战国时期对“机床”的作用已有了深刻理解。到了17世纪中叶，我国人民已经用畜力来代替
人力作为机床的动力。据说，在加工天文仪器上的大铜环时，就是用直径2丈的镶刀片，以
牲畜驱动使之旋转，来铣切铜片，并进行磨削加工的。
当然，真正的机床诞生于18世纪60年代的工场手工业向大机器生产的转变时期。
18世纪纺织工作机的发明揭开了工业革命的序幕，瓦特蒸汽
机的出现和应用把工业革命推向高潮。
在这连锁反应过程中，最首要的一环是机械制造的技术革新，因为就技术实
质而言，这场技术革命的真正意义在于开创了一个用机器生产机器的时代。
17世纪初期，由于军事上的需要，大炮制造业的发展十分迅速，如何制造出大炮的炮筒成了
人们亟待解决的一大难题。
1775年威尔金森发明了世界上第一台真正的镗床。其实，确切地说，威尔金森的镗床是一种
能够精密地加工大炮的钻孔机，它是一种空心圆筒形镗杆，两端都安装在轴承上。
1728年，威尔金森出生在美国，在他20岁时，迁到了斯塔福德郡，建造了比尔斯顿的第一座
炼铁炉，因此，人称威尔金森为“斯塔福德郡的铁匠大师”。1775年，47岁的威尔金森在他
父亲的工厂里经过不断努力，终于制造出了这种能以罕见的精度钻大炮炮筒的新机器。
在以后的几十年间，人们对威尔金森的镗床做了许多改进。1885年，英国的赫顿制造了工作
台升降式镗床，这已成了现代镗床的雏形。
时代呼唤机床问世
在社会生产的推动下，从1775年起，工业中使用的机床超过中世纪的水平。在英、法两国的
钟表作坊内，出现了丝杆、导轨、前后顶尖等机床零部件，也有人制成原始形式的刀夹，使
得金属加工的效率和精度有所提高。可是它们都出现在各台机床上，单独发挥局部的作用。
这些机床又有共同的弱点：以生物力作为动力，功率很小；主要是木结构，间或采用铁木混
合结构，因而强度低、刚性差；机床高度专用，只用来生产钟表零件或切割装饰花纹，而无
助于使整个工业生产改观。
虽然威尔金森在1776年发明了水力驱动的镗床为瓦特蒸汽机加工出质量较好的汽缸，伏卡逊
在此以前还制成一台有铜质刀夹和坚固床身的车床，但它们的结构决定了它们所能完成的加
工任务是极其有限的。显然，这些局部性的改良还不可能引起机床制造技术的根本性变革，
这时的机械制造业也正面临着重大的技术突破：发明工业上通用的工作母机，使机床成为可
以制造各种机器的工作机。这不仅仅是机床工业本身的要求，也是机器大工业时代的呼唤!
领受这项历史使命并出色完成了这项使命的，就是英国发明家莫兹莱。
1797年，莫兹莱制成了第一台螺纹车床，这是一台全金属的车床，能够
沿着2根平行导轨移动刀具座和尾座。导轨的导向面是三角形的，在主轴旋转时带动丝杠使
刀具架横向移动。这是近代车床所具有的主要机构，用这种车床可以车制任意节距的精密金
属螺丝。
3年以后，莫兹莱在他自己的车间里制造了一台更加完善的车床，上面的齿轮可以互相更换
。不久，更大型的车床也问世了，为发明蒸汽机和其他机械立下了汗马功劳。
19世纪，由于高速工具钢的发明和电动机的应用，车床不断完善，终于达到了高速度和高精
度的现代水平。
莫兹莱是怎样把自己思想转化为高效精密的实际成果的呢?
首先，莫兹莱对螺纹实行局部标准化生产。虽然在17世纪的武器生产中，有的工匠已开始运
用互换性原理制作枪支子弹，但因各种零件标准化程度尚低，加工也较粗劣，所以标准化并
未作为一种生产制度确定下来。到19世纪初，实施生产标准化的条件已渐成熟。莫兹莱既然
以创造螺纹车床作为自己工作的起点，他也就选定从螺纹标准化开始建立新的互换性生产。
他认为只要能使螺纹件的生产规格化，那么当他们被损坏时，修配工作就可以变得简单易行
了。于是，他在自己的工厂里制作了成套的标准丝锥与扳手用以加工小直径工件；又通过变
速齿轮固定组合制作规格标准的大直径工件。这种方法使螺纹生产达到了局部标准化，并使
他的企业获得巨大成功，也为他的学生维特沃斯后来实现英国螺纹全盘标准化奠定了基础。
其次，莫兹莱把精确测量技术引入了机床制造业。机床加工的工件精度直接决定一切机械的
工作可靠性和使用寿命，所以加工产品的精度测度是极为重要的。莫兹莱和他的学生们经过
反复努力，在19世纪初创造了千分卡尺。他把千分卡尺称为精度测量的“大法官”，以显示
其权威性。由于采用千分卡尺，莫兹莱厂的产品圆柱体内外表面几何精度远远高于同类企业
。后来维特沃斯又发明了一台可使被加工平面的测量精度可达百分之一毫米级的仪器，称为
量规测量仪。
莫兹莱厂是近代第一座工厂化生产的制造企业，基于上述两个方面的进展，该厂在19世纪上
半叶驰名于整个英国，而莫兹莱本人亦被当之无愧地誉为“机床工业之父”。
适时发展续写新篇
19世纪末到20世纪初，单一的车床已逐渐演化出了铣床、刨床、磨床、钻床等，这些主要
机床已经基本定型，这样就为后来的精密机床和生产机械化和半自动化创造了条件。
在20世纪的前20年内，人们主要是围绕铣床、磨床和流水装配线进行工业操作的。由于汽车
、飞机及其发动机生产的要求，在大批加工形状复杂、高精度及高光洁度的零件时，迫切需
要精密的、自动的铣床和磨床。多螺旋线刀刃铣刀的问世，基本上解决了单刃铣刀所产生的
振动和光洁度不高而使铣床得不到发展的困难，因而铣床成为加工复杂零件的重要设备。
被世人誉为“汽车之父”的福特曾提出：汽车应该是“轻巧的、结实的、可靠的和便宜的”
。为实现这一目标，必须研制高效率的磨床，为此，美国人诺顿于1900年用金刚砂和刚玉石
制成直径大而宽的砂轮，以及刚度大而牢固的重型磨床。磨床的发展，使机械制造技术向精
密化更进了一步。
在1920年以后的30年中，液压和电器元件在机床和其他机械上逐渐得到了应用，机械制造技
术进入了半自动化时期。1938年，液压系统和电磁控制不但促进了新型铣床的发明，而且在
龙门刨床等机床上也推广使用。20世纪30年代以后，各种机床的自动控制上几乎都用到了行
程开关——电磁阀系统。
第二次世界大战以后，机床的发展随着数控和群控机床和自动线的出现而开始进入了自动化
时期。
数控机床是在电子计算机发明之后，运用数字控制原理，将加工程序、要求和更换刀具的操
作以数码和文字码作为信息进行存储，并按其发出的指令控制机床，按既定的要求进行加工
的新式机床。
美国的帕森斯在研制检查飞机螺旋桨叶剖面轮廓的板叶加工机床时向美国空军提出了数控
机床的方案，麻省理工学院极力参加和协助，终于在1949年取得了成功。1951年，他们正式
制成了第一台电子管数控机床样机，成功地解决了多品种小批量的复杂零件加工的自动化问
题。以后，一方面数控原理从铣床扩展到铣镗床、钻床和车床，另一方面，电子管
也逐渐向晶体管、集成电路方向过渡。
1968年，英国的毛林斯机械公司研制成了第一条数控机床组成的自动线，不久，美国通用电
气公司提出了“工厂自动化的先决条件是零件加工过程的数控和生产过程的程控”，于是，
到20世纪70年代中期，出现了自动化车间，自动化工厂也已开始建造。
1970年至1974年，由于小型计算机广泛应用于机床控制，出现了3次技术突破。第一次是直
接数字控制器，使一台小型电子计算机同时控制多台机床，出现了“群控”；第二次是计算
机辅助设计，用一支光笔进行设计和修改设计及计算程序；第三次是按加工的实际情况及意
外变化反馈并自动改变加工用量和切削速度，出现了自适控制系统的机床。
经过一个世纪的沧海桑田，机床家族也日渐成熟，真正成为了机械领域的“工作母机”。
