机床发展史

机床发展史

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机床发展史

世界上最早出现的机床是在公元二千多年时的树木车床。在工作时用脚踏绳索下端的套圈，利用树枝的弹性通过绳索带动工件旋转，用石片或其他东西作为刀具，对工件进行切削。这便是机床最早的雏形。

到了十五世纪，由于制造钟表和武器的需要，出现了加工螺纹的齿轮的机床。还有用于加工炮筒的镗床，十七世纪，由于军事上的需要，大炮制造业迅速发展，镗床得到了进一步的发展。

中世纪时期，有人设计出了利用脚踏板通过曲轴带动飞轮旋转，再由飞轮带动主轴旋转的“脚踏车床”，到十六世纪中叶，法国一个叫贝松的设计师设计出了一种用使用螺丝杠使刀具移动来车螺纹的车床，不过这种车床在当时并没有得到推广。

十八世纪的工业革命进一步推动了机床技术的发展。1775年，威尔金森发明了世界上第一台能够进行精密加工的镗床。这种镗床用的是空心圆筒形镗杆，两端都安装在轴承上[1]。镗床为蒸汽机的发展做出了重要的贡献，从此，机床逐渐用蒸汽机作为动力。而在机床上，人们已经开始设计出床头箱、卡盘，从原来的旋转工件发展到旋转床头箱[2]。1797年，英国的莫利兹设计出了一种用丝杠传动刀架的车床，这种车床能够实现自动进给和加工螺纹，被视为划时代的机床结构。莫利兹也因此被称为“英国机床工业之父”。

十九世纪，由于纺织业，交通运输机械和武器制造业的大力发展，各种各样的机床开始广泛出现。1800年，莫利兹改进了原来的刀架车床，采用更换齿轮的方法使得进给速度的加工螺纹的螺距可以改变。

1817年，一位英国人罗伯茨设计出了可以通过四级带轮的背轮机构来改变主轴转速的车床。此后，更大型的车床出现了。同时，工业的发展对于机械化自动化的要求越来越高，在这种需求下，美国的菲奇在1845年设计出了转塔车床，三年后，美国又出现了回轮车床[5]。到了1873年，美国的斯潘塞相继研制出了单轴自动车床和三轴自动车床。到了二十世纪初出现了有单独电机驱动的带有齿轮变速箱的车床。

十九世纪人们对于镗床的改进也在不断进行。1885年，在对威尔金森的镗床做了许多改进之后，英国的赫顿发明了工作台升降式镗床，并成为了现代镗床的雏形。

由于发展蒸汽机的需求，很多技术人员也开始着手刨床的研究。从1814年到1839年前，人们先后设计制造出多种龙门刨床，但是这些刨床都没有送刀装置[6]，直到1839年，英国一个叫做博德默的设计师终于设计出了带有送刀装置的龙门刨床。而从1831年起以后的40年间，用于加工小平面的牛头刨床也开始被制造出来。

就在英国为了应对工业革命的需求设计制造刨床、镗床的时候，美国为了生产武器装备，则将精力放在了铣床的研制上。1818年，惠特尼研制出了世界上第一台普通铣床，但是由于当时的铣床造价过高，因此并没有得到广泛发展，虽然当时关注铣床的人不多，但是惠特尼的铣床为以后铣床的发明应用奠定了基础。1862年，美国工程师约瑟夫·布朗设计制造出了世界上第一台万能铣床，这种铣床配备了万有分度盘和综合铣刀[7]，成为了一次划时代的设计。万能铣床的工作台可以在水平方向旋转一定的角度并有立铣头等附件。布朗设计的铣床在1867年的巴黎博

览会上获得了极大的成功，随后，他又设计出了经过研磨也不会发生变形的成型铣刀和用于磨铣刀的研磨机，布朗的设计使铣床的发展达到了一个更高的水平。

在19世纪五六十年代，钻床和磨床也相继出现。1850年前后，德国的马蒂格诺最先制成了用于在金属上钻孔的麻花钻，1862年，英国的惠特沃斯在伦敦的国际博览会上展出了由动力驱动的钻床，这也是近代钻床的雏形。以后，各种各样的钻穿开始出现，后来电动机的发明和在钻床上的使用，使大型高性能的钻床也最终被研制出来。1864年，美国制造出来世界上第一台磨床，当时的磨床是在车床的溜板刀架上装上砂轮，并使它能够自动传送的装置[3]。12年后，美国的布朗研制出了与近代磨床比较接近的万能磨床。后来，由于轴承、导轨的不断改进，磨床的精度也越来越高，并且开始向专业化方向发展。

到了20世纪，电子技术开始得到快速发展，自动信息处理、数据处理以及计算机技术在机床上的应用，给自动化技术带来了新的概念。于是人们开始研究用数字信号代替机械结构对机床的运动和加工的过程进行控制的新一代的机床。1952年，美国帕森斯公司与麻省理工学院合作研制成功了世界上第一台数控升降铣床[4]，四年后，德国、日本、苏联也分别研制出本国的第一台数控机床，紧接着我国又于1958年制造出了我国的第一台数控机床。1959年，美国可耐·杜列克公司成功研制出了世界首台加工中心，加工中心配备有刀库、用于换刀的装置和回转工作台以满足在一次装夹中进行不同类型的加工[8]，如车削、铣削和钻孔等，这是数控机床的新一代类型。然而由于当时的数控系统还处于电子管、晶

体管和集成电路初期，设备的体积较大，价格昂贵且工作可靠性差，因此数控机床大多都是比较简单的钻床，数控机床技术并没有得到推广，发展也比较缓慢。

60年代，比较简单、经济的点位控制数控钻床和直线控制数控铣床得到了较快发展，数控机床开始在机械制造业各部门逐步推广。60年代末，又出现了由一台计算机直接控制多台机床的直接控制系统（DNC）和用小型计算机控制的计算机数控系统（CNC）。

70年代，大规模集成电路、小型计算机和微处理器开始出现，数控的体积、运算速度、价格、可靠性方面都得到了很大的改善。1974年，人们成功研制出使用微处理器和半导体存储器的微型计算机数控系统（MNC），这种数控系统的功能比三代数控系统的大了一倍，体积减少到了二十分之一，价格也降低了四分之三，可靠性也有很大的提高[9]。同时，数控机床的基础理论也在逐步积累，关键技术得到了新的突破，从而使数控机床的发展开始得到重视，世界发达国家的数控机床产业也开始进入发展阶段。

80年代，数控系统微处理器的运算速度又有了较大的提高，监控、检测、换刀、外围设备开始应用，数控机床的功能不断完善，可靠性进一步提高，数控机床得到了全面发展，发达国家的数控机床产业进入了发展应用阶段。

90年代，数控机床在工业生产中得到了普遍应用，数控机床技术不断发展，柔性单元、柔性系统、自动化工厂开始应用，数控机床产业开始进入成熟阶段。