淺談金屬切削機(jī)床的起源及我國機(jī)床的發(fā)展過程

張良嘯　苗琪　董加明

摘 要：十八世紀(jì)英國興起的工業(yè)革命，加速了早期各種金屬切削機(jī)床的發(fā)明與機(jī)械技術(shù)的發(fā)展，英國早期的機(jī)械師為此也立下了汗馬功勞，為后人研究高精度數(shù)控機(jī)床和多功能型加工中心奠定了基礎(chǔ)。但是中國機(jī)床產(chǎn)業(yè)并不是與其一同起步。而且在中國機(jī)床產(chǎn)業(yè)發(fā)展的過程中，其技術(shù)一直與世界先進(jìn)水平保持著差距。下面就金屬切削機(jī)床的起源及我國機(jī)床的發(fā)展過程進(jìn)行簡單討論分析。

關(guān)鍵詞：金屬切削機(jī)床；中國；發(fā)展過程

1.現(xiàn)代機(jī)床的起源和早期發(fā)展

機(jī)床的歷史要追溯到50000年以前的石器時(shí)代，人們用木材，骨頭作為手工工具。在公元前4500—前4000年的青銅時(shí)代，人們開始學(xué)會(huì)冶煉礦石，從而用青銅制品取代自然的原始工具。在公元前1000年前后，人類進(jìn)入鐵器時(shí)代，在當(dāng)時(shí)人們主要的日用品依然是工匠們用手工制造出來的。十八世紀(jì)六十年代，英國興起了第一次工業(yè)革命，英國涌現(xiàn)了一大批優(yōu)秀的機(jī)械技師與機(jī)床設(shè)計(jì)者。伴隨著新機(jī)床的發(fā)明與應(yīng)用也推動(dòng)了英國的工業(yè)革命的進(jìn)程與歐洲工業(yè)化的發(fā)展。

英國早期著名的安全鎖制造業(yè)者約瑟夫·布拉馬（Joseph Bramah），為了提高他的制鎖工廠加工小型零件的效率與精度，布拉馬廣泛應(yīng)用機(jī)床。也為弟子亨利·莫茲利（Henry Maudslay）改進(jìn)機(jī)床提供了先天條件。亨利·莫茲利被稱為“車床之父”，因?yàn)樗谠袡C(jī)床的基礎(chǔ)上增添了進(jìn)給箱，并在十八世紀(jì)末成功地改進(jìn)了能準(zhǔn)確切削螺紋的車床，這標(biāo)志著一個(gè)新的全金屬切削機(jī)床的時(shí)代即將到來。在當(dāng)時(shí)還有許多機(jī)械技師為機(jī)床的發(fā)展做了貢獻(xiàn)，例如：莫茲利的弟子理查德·羅伯茨（Richard Roberts）不斷改進(jìn)之前的機(jī)床：將刨床配備了手動(dòng)的進(jìn)給箱，將莫茲利的車床進(jìn)一步完善，從而完全確定了早期車床的雛形，為后來的現(xiàn)代車床打下了良好的基石。詹姆斯·納思密斯（James Nasmyth）還在十九世紀(jì)六七十年代制造出了銼床，后人也因此發(fā)明了銼刀快速回轉(zhuǎn)裝置。不能不提的是，約瑟夫·惠特沃斯（Joseph Whitworth）建議統(tǒng)一螺紋標(biāo)準(zhǔn)，直到現(xiàn)在螺紋標(biāo)準(zhǔn)一直被國際所通用。到十九世紀(jì)末，車床、鉆床、鏜床、刨床、拉床、銑床、磨床、齒輪加工機(jī)床等基本類型的機(jī)床已先后形成。

2.我國機(jī)床的發(fā)展過程

我國的機(jī)床工業(yè)的發(fā)展相對(duì)于歐洲的具有豐富歷史的機(jī)床產(chǎn)業(yè)相比，則遜色不少，因?yàn)樵诘谝淮喂I(yè)革命期間，商品經(jīng)濟(jì)非常發(fā)達(dá)的中國還并沒有意識(shí)到制造工業(yè)對(duì)于大國的重要性，沒有積極吸取國外的優(yōu)秀機(jī)械產(chǎn)品經(jīng)驗(yàn)，而是依然自負(fù)的“閉關(guān)鎖國”。在長期的封建統(tǒng)治和19世紀(jì)中葉以后的帝國瘋狂的侵略之后，我國傳統(tǒng)的工農(nóng)業(yè)早已被西方的先進(jìn)工業(yè)大國拉開了差距，但是機(jī)床制造業(yè)差距相對(duì)于此只是冰山一角。我國的機(jī)床產(chǎn)業(yè)正式的發(fā)展便是在新中國成立之后，國家十分注重機(jī)床產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，政府積極改建機(jī)床廠，國家一批早期的科學(xué)家刻苦研究機(jī)床，將機(jī)床的性能不斷提高，并把中國機(jī)床與世界先進(jìn)水平的距離拉近。截止至20世紀(jì)末，全球的機(jī)床產(chǎn)值達(dá)到50億美元左右，當(dāng)時(shí)日本是機(jī)床第一生產(chǎn)國，總額的22%，其它依次為德國21%，美國13%，意大利11%，瑞士6%，中國臺(tái)灣7%，中國3%，西班牙2.8%，英國2.7%。又根據(jù)《機(jī)床快報(bào)》資料顯示：美國：普通車床只占9%，自動(dòng)化機(jī)床占20%，數(shù)控占5.5%，精加工磨床占22%；而我國：普通車床占43.2%，自動(dòng)化機(jī)床4%，數(shù)控占0.24%，精加工磨床占10%。從以上數(shù)據(jù)看出，當(dāng)時(shí)中國的機(jī)床產(chǎn)業(yè)已初見起色，但是想追上世界先進(jìn)國家，依然要有很長的路要走。因?yàn)楫?dāng)時(shí)中國的機(jī)床絕大多數(shù)都是生產(chǎn)于20世紀(jì)七、八十年代的傳統(tǒng)控制的通用機(jī)床。國內(nèi)的一些數(shù)控機(jī)床主要有技術(shù)引進(jìn)和仿制產(chǎn)品兩個(gè)方面。技術(shù)引進(jìn)產(chǎn)品是指那些多數(shù)采用了國外的數(shù)控系統(tǒng)及其他的重要零部件；仿制機(jī)床是指機(jī)械原理結(jié)構(gòu)與國外機(jī)床的相似而只是在局部功能與外形尺寸上有一些變動(dòng)的機(jī)床。而此時(shí)的美國，已經(jīng)將成熟的高速、高效、高精度的機(jī)床技術(shù)應(yīng)用于航天、航海、建筑、電子電氣等諸多領(lǐng)域中。經(jīng)過近十幾年的發(fā)展，中國政府已將金屬切削機(jī)床行業(yè)提高到了戰(zhàn)略性位置，把發(fā)展大型、精密、高速數(shù)控設(shè)備和功能部件列為國家重要的振興目標(biāo)之一，這也將大大促進(jìn)行業(yè)的快速發(fā)展。因此中國的制造工業(yè)實(shí)力大為增強(qiáng)，成為世界上為數(shù)不多的制造大國。并且中國目前是世界第一大機(jī)床消費(fèi)國，其中數(shù)控機(jī)床逐漸成為機(jī)床消費(fèi)的主流。截止至2012年，中國的切削機(jī)床產(chǎn)值為98億歐元，占比為20.3%，僅次于位于第一的日本的124億歐元的產(chǎn)值和25.7%的占比。同時(shí)據(jù)中國國家統(tǒng)計(jì)局統(tǒng)計(jì)，2013年5月，中國金屬切削機(jī)床產(chǎn)量為6.8萬臺(tái)，環(huán)比增長4.6%。有關(guān)專家預(yù)計(jì)，2015年中國金屬切削機(jī)床行業(yè)工業(yè)總產(chǎn)值將超過2000億元，成為全球第一大金屬切削機(jī)床生產(chǎn)基地。

3.我國機(jī)床技術(shù)的發(fā)展趨勢

當(dāng)代中國的機(jī)床技術(shù)仍然有很大的上升空間，我們?nèi)粝胍汾s上國際的先進(jìn)水平，必須提高機(jī)床的如下幾個(gè)方面的性能。

首先是金屬切屑機(jī)床的轉(zhuǎn)速、效率、精度。畢竟所有機(jī)器的發(fā)明的最初目的就是為了使人們工作時(shí)更加方便、省力從而提高工作效率。所以說效率對(duì)于機(jī)器是一個(gè)永恒不變的話題。當(dāng)然“工作母機(jī)”也不例外。正因?yàn)闄C(jī)床是制造機(jī)器的機(jī)器，為了使機(jī)床制造出來的機(jī)械零件達(dá)到加工精度要求，所以其精度也是限制自身發(fā)展的一個(gè)障礙。精度越高，控制機(jī)床的參數(shù)也越來越多，要求人們考慮的問題也就越多。其次，多軸聯(lián)動(dòng)機(jī)床也是未來機(jī)床發(fā)展的一個(gè)主要方向，因?yàn)樵擃悪C(jī)床的加工精度高，加工效率很高（五軸聯(lián)動(dòng)數(shù)控機(jī)床其加工效率相當(dāng)于兩臺(tái)三軸機(jī)床），而且加工范圍較廣，主要用于加工復(fù)雜曲面，這對(duì)于一個(gè)國家的精密器械、高精醫(yī)療、航空、航天、軍事等國防工業(yè)有著舉足輕重的作用。同時(shí)對(duì)于現(xiàn)在的自然環(huán)境，有一個(gè)不得不提的問題，那就是環(huán)保問題。機(jī)床行業(yè)以后也要注意發(fā)展節(jié)能和環(huán)保技術(shù)。如何能減少機(jī)床潤滑油的使用量實(shí)現(xiàn)“干切削”、怎樣減少切屑粉末在空氣中的排放等實(shí)際問題均是未來機(jī)床技術(shù)發(fā)展的主要問題。

4.結(jié)束語

截止到現(xiàn)在，我國的機(jī)床技術(shù)已取得了很大的成就，但并不是代表我們已經(jīng)位列世界前列，我們應(yīng)該清楚的認(rèn)識(shí)到我們國家現(xiàn)在是一個(gè)“制造大國”，并非是一個(gè)“制造強(qiáng)國”，我們和世界先進(jìn)水平還有很大的差距。我國機(jī)床產(chǎn)業(yè)的發(fā)展還應(yīng)該繼續(xù)探索和創(chuàng)新，提高機(jī)床技術(shù)水平，使中國成為一個(gè)真正的“制造強(qiáng)國”。