[镗床]镗床镗孔…

什么是镗床？镗床主要是用镗刀在工件上镗孔的机床。如下图所示。通常镗刀旋转为主运动，镗刀或工件的移动为进给运动。它的加工精度和表面质量要高于钻床，镗床是大型箱体零件加工的主要设备。

那么镗床的前生今世的故事金粉们了解多少呢？今天小编就来带您看看世界上第一台真正的镗床是怎样诞生的。

镗床

在看第一台镗床之前，我们先来看看镗床主要加工哪些零件呢？镗床的主要功能是镗削工件上各种孔和孔系，特别适合于多孔的箱体类零件（见下图）的加工。此外，还能加工平面、沟槽等。

箱体

人类在漫长的历史发展中，经过坚持不懈的努力，得到了一次次创新和进步。让我们一起寻找世界上第一台真正的镗床发明者吧！

最早的镗床

列奥纳多·迪·皮耶罗·达·芬奇（1452—1519年）是意大利文艺复兴时期画家、科学家、人类智慧的象征，是意大利文艺复兴时期最负盛名的艺术大师。他不但是个大画家，同样还是一位未来学家、建筑师、数学家、音乐家、发明家、解剖学家、雕塑家、物理学家和机械工程师。他因自己高超的绘画技巧而闻名于世。同时，他还设计了许多在当时无法实现，但是却现身于现代科学技术的发明。

15世纪，由于制造钟表和武器的需要，出现了钟表匠用的螺纹车床和齿轮加工机床，以及水驱动的炮筒镗床。1501年，达·芬奇曾绘制过车床、镗床、螺纹加工机床和内圆磨床的构想草图，里面已有了曲柄、飞轮、顶尖和轴承等机构。

镗床被称为“机械之母”。说起镗床，还得先说说达·芬奇。这位传奇式的人物，可能就是最早用于金属加工的镗床的设计者。他设计的镗床是以水力或脚踏板作为动力，镗削的工具紧贴着工件旋转，工件则固定在用起重机带动的移动台上。1540年，中国一位画家画了一幅名为《火工术》的画，也有同样的镗床图， 如图所示， 这个类似于现代加工的镗削，用特别的砣（刀具）一点一点地把内部的玉石磨掉。那时的镗床专门用来对中空铸件进行精加工。

《火工术》中的镗削

约翰·斯密顿设计制作了切削汽缸内圆用的特殊机床

斯密顿是18世纪最优秀的机械技师，小时候的斯密顿就对机械十分感兴趣。到上学时，他更加热心于车床、蒸汽机等机械，并自己制作、组装了这些机械的模型等，很早就显露出机械技师的素质。从学校毕业以后，约翰·斯密顿决定到一位律师那里工作。在当了3年左右的律师后，他由于对当时逐渐发展起来的机械技术非常感兴趣，所以放弃了律师的工作。

约翰·斯密顿想成为一名真正的精密机械工，于是去了科学器械、数学器具制造厂工作。当时，英国正处于突飞猛进的发展阶段，工业发展一日千里，交通、开采煤矿、建设港湾等项目都在顺利进行。生产建设所需要的各种机械也被陆续制造出来。

以前，约翰·斯密顿在约克郡的自家住宅附近的煤矿看到了使用纽科门式气压蒸汽机驱动排水泵时，就对这种大型装置产生了极大的兴趣，这也是他后来制作蒸汽机的起因。

在气压蒸汽机的制作者纽科门去世后的相当长的一段时间里，“理论家”们没有注意到这种机械。纽科门的气压蒸汽机的发展，就得靠实干家了。对蒸汽动力表示出极大的关注，并着手进行改进的最早的机械技师就是斯密顿。

在制作蒸汽机时，斯密顿最感到棘手的是加工汽缸。要想将一个大型的汽缸内圆加工成圆形是相当困难的。为此，斯密顿在卡伦铁工厂制作了一台切削汽缸内圆用的特殊机床。这种镗床用水车作为动力驱动，在其长轴的前端安装上刀具，刀具可以在汽缸内转动，以此就可以加工其内圆。由于刀具安装在长轴的前端，就会出现轴的挠度等问题，所以要想加工出真正圆形的汽缸十分困难。为此，斯密顿使用多次改变汽缸位置的方式进行加工。后来，维尔金森改进了这种镗床，准确地加工内圆，通过改进加工精度，斯密顿使纽科门式气压蒸汽机的效率提高了一倍以上。

世界上第一台真正的镗床诞生了

约翰·威尔金森，英国人、发明家，世界上第一台真正的镗床（即炮筒镗床）的发明者（见图）。

约翰·威尔金森

在威尔金森20岁时，他家迁到斯塔福德郡。他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”。1774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。有意思的是，1808年，威尔金森去世以后，就葬在自己设计的铸铁棺内。到了17世纪，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需解决的一大难题。1769年，瓦特取得实用蒸汽机专利后，汽缸的加工精度就成了蒸汽机的关键问题。

对于这些难题，威尔金森于1774年发明的镗床起了很大的作用。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，如图所示。他用这台炮筒镗床镗出的汽缸也满足了瓦特蒸汽机的要求。1775年，世界上第一台真正的镗床诞生了。

炮筒镗床图

威尔金森在1776年制造了一台较为精确的水轮驱动的汽缸镗床，如下图所示。这种镗床利用水轮使材料圆筒旋转，并使其对准中心固定的刀具推进，由于刀具与材料之间有相对运动，材料就被镗出精确度很高的圆柱形孔洞。镗床的发明促进了蒸汽机的发展，从此，机床开始用蒸汽机通过曲轴驱动。

汽缸镗床

但是，威尔金森的这项发明没有申请专利保护，人们纷纷仿造并安装它。1802年，瓦特在书中谈到了威尔金森的这项发明，并在他的索霍铁工厂里进行仿制。以后，瓦特在制造蒸汽机的汽缸和活塞时，也应用了威尔金森这架神奇的机器。原来，对活塞来说，可以在外面一边量着尺寸，一边进行切削，但对汽缸就不那么简单了，非用镗床不可。当时，瓦特就是利用水轮使金属圆筒旋转，让中心固定的刀具向前推进，用以切削圆筒内部，结果，直径75英寸（1英寸=2.54厘米）的汽缸，误差还不到一个硬币的厚度，这在当时是很先进的了。

镗床为瓦特的蒸汽机作出了重要贡献

如果说没有蒸汽机的话，当时就不可能出现第一次工业革命的浪潮。而蒸汽机自身的发展和应用，除了必要的社会机遇之外，技术上的一些前提条件也是不可忽视的，因为制造蒸汽机的零部件，远不像木匠削木头那么容易，要把金属制成一些特殊形状，而且加工的精度要求又高，没有相应的技术设备是做不到的。

1764年，格拉斯哥大学收到一台要求修理的纽科门蒸汽机，任务交给了瓦特。瓦特将它修好后，看它工作那么吃力，就像一个老人在喘气，颠颠颤颤地运行，觉得实在应该将它改进一下。他注意到毛病主要是缸体随着蒸汽每次热了又冷，冷了又热，白白浪费了许多热量。能不能让它一直保持不冷而活塞又照常工作呢？于是他自己出钱租了一个地窖，收集了几台报废的蒸汽机，决心要造出一台新式机器来。

从此，瓦特整日摆弄这些机器，两年后，总算弄出个新机样子。可是点火一试，那汽缸到处漏气，瓦特想尽办法，用毡子包，用油布裹，几个月过去了，还是治不了这个毛病。瓦特没有放弃，经过不懈的努力，他终于设计了一个和汽缸分开的冷凝器，这下热效率提高了3倍，用的煤只有原来的1/4。这关键的地方一突破，瓦特顿时觉得前程光明。他又到大学里向布莱克教授请教了一些理论问题，教授又介绍他认识了发明镗床的威尔金森，他们用镗炮筒的方法制造出了汽缸和活塞，解决了那个最头疼的漏气问题。

1784年，瓦特的蒸汽机已装上曲轴、飞轮，活塞可以靠从两边进来的蒸汽连续推动，再不用人力去调节活门，世界上第一台真正的蒸汽机诞生了。

1880年，在德国开始生产带前后立柱和工作台的卧式镗床。为适应特大、特重工件的加工，20世纪30年代发展了落地镗床。随着铣削工作量的增加，50年代出现了落地镗铣床。由于钟表仪器制造业的发展，需要加工孔距误差较小的设备，在瑞士出现了坐标镗床。现在，为了提高镗床的定位精度，已广泛采用光学读数头或数字显示装置。有些镗床还采用数字控制系统实现坐标定位和加工过程自动化。

数控镗床

本文内容摘自化学工业出版社图书《机械发明的故事 》，由金属加工整理，如需转载请联系金属加工微信公众号（ID：mw1950pub）。