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）。