四、机床

及至 1700 年，同哈特曼·朔佩尔在 1568 年说明的状况相比，机械车间

的配置和设备已经稍见进步。莫兰的柱塞泵也许要求空心黄铜铸件长 10 英

尺、直径 10 英寸，并具有精确的圆柱形表面。车削这种柱塞，需要比以往使用的更为重型的车床。不过，床身仍是一对坚牢的板条。加工粗坯用的手工具也和木工凿不同，差别不是在使用方法上，而在于截面更坚牢以及对于

刀刃的刀面角不同。柱塞泵那时很少见，而且十分昂贵。这部分地是因为材料运往现场的运输费高昂。

纽可门引擎在原地建造。主要技工由最初从当木匠学会手艺的工匠担任。铁匠和管子工当助手。不过，指导操作的人是水车设计师，他们逐渐发展为工程师，在传统技艺上再增添使用冷錾和锉的技巧。机械仍主要用木材制造，用手锯，用斧修整。

英国最早的锯床是伦敦附近的一个荷兰人在 1663 年装配的。但是，由

于工匠深恶痛绝，它不久就被弃置。直到 1767 年，才有人重做了这种实验，那是一位伦敦木材商，他在工艺学会支持下，在莱姆豪斯附近安装了一座风车来驱动一组横割锯。这破坏了锯工的行业习惯和特权，结果引起了一场大骚乱，其间这座风车被捣毁。然而，当局这时说服人们相信，必须扩大应用机械。结果，骚乱者遭到惩罚，风车主得到赔偿，风车又重建起来，蒙准运行，不再受干扰（S.Smiles：Industrial Biography，1863，p.165）。

新的大型制造工业的早期先驱之一是约翰·罗巴克博士（1718—94）。罗巴克最早受的是医学和化学的训练（他于 1745 年在伯明翰行过医）。在

伯明翰期间，他发明了制造矾的铅室工艺。这导致他于 1749 年在普雷斯顿潘斯建立一座工厂。他还在这一地区开设了一家陶器厂。他同合伙人一起在1760 年又在卡伦创设了苏格兰第一座铁工厂。这些工厂的工作包括熔化矿石以及制造枪炮和其他铸件。在附近的金内尔豪斯，为了研制詹姆斯·瓦特的发明，最早尝试按照罗巴克和瓦特取得的专利建造实际大小蒸汽机。

如此扩大应用铸铁，要求设计和装配用于生产铸铁和加工铸

图 291──斯米顿为卡伦铁工厂建造的鼓风引擎(1)

上图中剖面的主动轴通过齿轮联接于一根带有两个外伸曲柄的轴，两曲柄操纵一对倾斜横杆。每根横杆的每一端操纵一个气缸的活塞。当两个曲柄相互垂直时，四个气缸轮

番工作，从而提供连续鼓风。件的强大机械。斯米顿应邀担任顾问。作为

给这个时期的鼓风炉供风所需要的那种机械的一个例子，图 291 和图 292

（采自斯米顿

图 292──斯米顿为卡伦铁工厂建造的鼓风引擎(2)

示出四个并排气缸，每一个都由一根公共四连曲轴通过它自己的横杆和连杆操纵。

的 Reports，Vol.Ⅰ，pp.364f.）示出 1769 年安装在卡伦铁工厂的鼓风引擎。机架和横杆仍是木质的。但是，汽缸和曲轴是铸铁的，因此，管件用得很多。

在镗缸过程中，铸件用链条拴在台车上，被链条和卷杨机拖拉而顶住一把刀具，其直径等于汽缸直径，安装在一根由水车驱动的轴上。另一方面，枪炮通常是旋转的，而不旋转的钻头尖则用一根手动螺杆进给。

镗床的重型镗刀盘倾向于从气缸的底部而不是顶部排除金属。因此，随着气缸转过一个直角，镗削重复三次。结果得到的不是精确圆柱形的表面，

而铸件本身起导承的作用。原始铸件的任何不精确性都会带到已加工的工件上。斯米顿用来把镗杆的导端安装于小台车上的装置，仍然使铸件本身导引刀具的纵向运动。这些缺陷在纽可门引擎汽缸中造成的后果很小。但是，它们却导致斯米顿认为，瓦特的改良不切实际，应予拒弃，因为这些改良要求一种他认为不可能获得的工艺精确度。如我们在后面将可看到的那样，瓦特的困难是由伯沙姆的约翰·威尔金森（1728—1808）解决的。威尔金森在 1775 年发明了一种空心圆筒形镗杆，两端都安装在轴承上。威尔金森的镗床和他的镗杆（后来的式样）示于图 294（采自 Trans.of the Newcomen Soc.， Vol.Ⅴ，E.A. 福沃德在那里讨论了镗杆的发展）。

威尔金森的镗杆空心、带槽，直径为 10 或 12 英寸。一根实心杆沿管的中部向下行。这实心杆不旋转，但通过那驱动刀具旋转的外杆中的槽控制镗刀盘的纵向运动。一根加重杠杆和一个棘轮操纵一根带小齿轮的轴，它们借助实心杆未端固定于其上的一个滑动齿轮拖拉这实心杆，从而把回转刀具向固定的汽缸铸件进给。下部图中所示的螺杆据认为是后来改进的结果。

图 293──斯米顿的带支承的镗杆(采自 Farey：Steam-Engine)

威尔金森的空心镗杆发明没有专利权保护。因此，达比于 1780 年在科尔布鲁克代尔仿造和安装了它。此后的不多几年里，又有三、四个引擎制造家这样做过。另外，1795 年在博尔顿和瓦特的索霍铁工厂也仿制过。威廉·默多克于 1799 年引入了一种蜗杆—蜗轮传动机构。螺杆进给据认为是利兹的

马修·默里引入的。年轻的詹姆斯·瓦特于 1802 年在默里的著作里读到了它，于是，索霍厂便进行仿制。这种进给机构在许多年里一直被该厂奉为标准做法。

这些长螺杆的切削提出了一个难题。如果用锤和凿切削，再用锉刀抛光，那么，就要花费大量劳力，而且还要极其细心。然而，福沃德在上引的论文中，从 T. 吉尔的《工艺和显微术之库》（ Tech-nological and Microscopical Repository）（1830 年）中引用了一段论述，它说明了一个名叫安东尼·鲁宾逊的锻工约在 1790 年给马

图 294──(a)伯沙姆镗床，1775 年。(b)科学博物馆中的伯沙姆镗杆修·博尔顿解释的一种方法。一台冲床需要一根直径 6 英寸、长 7 英尺的铁螺杆。鲁宾逊在划分螺纹时，在一张纸上画一些直线，纸的宽度恰好等于被车削的杆的圆周长。把这张纸围绕这根杆粘住，用针孔冲冲出这些线，再用一把锉刀把这些冲出的标记连接起来形成螺旋线，这时便可用手切割出最初几圈螺纹。然后，在一个放在这个带螺纹部分之上的铁盒内铸造一个模板金属螺母。配以刀具，它便用作为给这杆其余部分切削螺纹的板牙。六个人用绞盘手柄提供动力。

机械的推广应用，成为十八世纪末年的一个标志。这种推广在很大程度上有赖于培训新型的机工，他们能够以必要的精确度加工金属。在这种培训

中，约瑟夫·布拉默（1748—1814）和亨利·莫兹利（1771—1831）建立的工厂起着表率作用。（参见 S.Smi-es：Industrial Biography，pp.183f.；以及 J.W.Roe：Englishand American Tool Builders，Yale，1916，Chs. Ⅰ—Ⅳ。）

约瑟夫·布拉默（1748—1814）原先一直干农活，直到十六岁那年因一次事故致使右踝伤残，遂不得不改行从事机动性不强的木工业。作为一个富有创造力的发明家，他不久便运用自己的技艺来研制许多有用的器械以及从机械上使它们臻于完善。他的第一项重要专利是 1778 年他那著名的抽水马桶，并于 1783 年作了改进。1784 年，他获得了一种制栓锁

图 295──莫兹利

的专利。他为此得到了一笔可观报酬，但这专利直到 1851 年才被一个名叫艾尔弗雷德·霍布斯的机工选中。在这过程中，这位极其有才干的机工为了制作一些灵巧的工具，不得不花费了不下 51 个工作小时。然而，这些带可互换零件的锁的制造，要求当时工匠还不具备的高度技能，也要求应用具有当时不可能达到的高精确度的机械器具。布拉默致力于发明和制造这种机械时，亨利·莫兹利是他的得力助手，当时莫兹利还是个 18 岁的小伙子。莫

兹利在 19 岁时当上了布拉默的领班，帮助他设计水压机和其他机械。莫兹

利只是到了 1797 年才离开布拉默，因为后者粗暴地拒绝他提出把工资增加

到每周 30 先令以上的请求。

水压机的困难在于，如果衬垫非常密实，足以抵挡工作冲程中所使用的巨大压力，那么，当这压力释放之后，压头就不会返回。莫兹利建议利用皮杯，它仅当施加压力时紧紧地压住压头，而当压力释放时，便松掉。结果就解决了这个问题。这使这项发明获得了生利的成功。

布拉默后来的发明包括现在习见的啤酒机（1797 年）、木刨床（1802 年），在后一种机床中，几把刀具固定在一个水平圆盘上，就象端面铣床那样，而圆盘在一根垂直轴上旋转；以及英格兰银行长期用来印钞票号码的那种机器（1806 年）。然而，他的久远影响与其说来源于他自己的大量卓越发明，还不如说来源于他在自己在皮姆利科的工厂里培养了一整代机工，他们的进一步发明把工程生产确立为这个国家的主要工业之一。

用机械大批生产工程产品方面的第一个重大步骤，是在塞缪尔·边沁爵士（1767—1831）的鼓动下作出的。他是更有名的杰里米·边沁的弟弟。受以海军部名义视察欧洲各港口的豪伯爵的委派，边沁假扮“效率工程师”掌管波将金在南俄罗斯的一家很大的但管理极不善的工厂。劳力十分充裕，但毫无技能。边沁认识到，只有在机械加工过程中养成技能，才能从这支劳力取得效益。他于 1791 年被封为爵士，在一次同土耳其人的海战以后就任准

将，在那次战争中发生军舰史上第一次壳板起火。他于 1791 年返回英国，替木工机械申获专利权。他竭力把这种机械引入军舰修造所。

他的专利设计在 1793 年大大扩充。船舶部件的制造（海军部要求每年不少于 100，000 个），更不用说易损零件的更换，令人赞赏地按他的目标进行。在自 1794 到 1812 年当海军监察长期间，他制订了一项使船舶部件的生产完全机械化的计划。

图 296──塞·边沁爵士

1800 年，边沁遇到了马克·伊桑巴尔·布律内尔（1769—1849）。布律内尔是法国流亡者，前海军军官。那时，边沁刚从美国回来，在美国时曾当过枪炮监制人。布律内尔也正在制定一项船舶部件制造计划，同边沁的相似。边沁目光敏锐，而且气度恢宏。因此，他看出并承认，布律内尔的计划比自己好。于是，他立即就采纳了它。亨利·莫兹利这时已经独立，应布律内尔的聘请建造了第一批样机。从 1800 到 1808 年，他一直忙于这项工作。

他无疑致力于使具体设计臻于完善。总共包括 44 台机器，种类齐全；这些机床略经修改后，在木块用于给帆船装配帆的时期里一直被奉为标准。

1810 年，莫兹利同乔舒亚·菲尔德合伙，后者是海军部的制图员，曾在塞缪尔·边沁的部下服役。这家商号把机构开设在兰贝思，后来以“莫兹利

—菲尔德公司”驰名世界。

亨利·莫兹利（1771—1831）的声誉主要来源于他划时代地发明了刀架车床，它带有精密的导螺杆和可互换的齿轮。

“极杠车床”是一种远古的器具。刀架在先前已有其他人提出过，在《科学辞典》（Dictionaire des Sciences）（1772 年）里载有详细图示说明。贝松（1579 年）和其他人说明了，如何用一根螺杆导引其他螺杆的切削。列奥那多·达·芬奇描绘过几种类似装置。霍尔茨阿普费尔在他的《车削和机械操作》（Turning and MechanicalManipulation）（1847 年）中引述了一系列给人深刻印象的机构，它们都是十八世纪里制造或描述的，用于在各种材料上机械制造圆柱面、螺纹以及复杂几何形状。不过，把装饰性车削装置转变成工程车间的工具，能够以前所未有的精确度车削重型机器零件，以致从此成为一切工程车间的主角，这业绩应当归功于亨利·莫兹利。

莫兹利第一台螺纹车床是在 1797 年制成的，其时他尚受雇于布拉默。首要的当务之急是获得一种精密导螺丝杆（图 297）。莫

图 297──莫兹利的原始螺纹车床

兹利使用一种大致适配于汽缸的新月状刀具。精确的螺距角用大的带刻度齿轮和切线螺杆定位。一个切螺纹工具跟刀具安装在同一个可调刀架上，它切割业已用导缺刻标定的螺纹。

莫兹利采取这种方法用木材和软金属制造了大量螺杆。他发现，用这种方法比用别的方法能够达到更高精确度。因此，他就选用了其中最佳者来生产他第一台刀架车床的导螺丝杆。

在 1797 年的车床里，刀架（带有一个同导螺丝杠啮合的螺母）在两根

约 3 英尺长的平行三角形导杆上运行。导螺丝杆由固定的（右手）床头的心轴通过齿轮驱动，它使承载切螺纹工具的刀架的纵向移动同工件被心轴驱动时的转动同步。导杆确保，无论随转尾座可能在哪里夹紧，工具的路线总是和工件对准。

三年以后，莫兹利在他自己的车间里制造了图 298 所示那种

图 298──莫兹利后来的螺纹车床

远为发达的机型。借助可互换的齿轮，一根导螺丝杆能够做到给出宽广范围螺距。不久就发明了更大型的机床，车床也已能车削蒸汽机和其他机械所需要的重型零件。十九世纪初年，对这些机械的需求正与日俱增。一整系列机床——刨床、铣床和牛头刨床——也都由于复制平面和运用莫兹利的强力精密车床而成为可能。不过，这发展已属于十九世纪的历史。