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2.28 第一台车床(1 / 2)

 (注:从这章开始,9章之内有6章是讲述技术发展,对于不喜阅读技术发展的读者说声对不起。)

李不伟此时正在机械实验室内,这个实验室是李不伟专门为机械加工所设计的,不仅承担各种机械零件的设计,而且初期的机械加工也将在这里进行。机械实验室占地约两千平方米,能容纳近二百人在此工作,其中又详细划分为轴承、齿轮、润滑、工艺、公差等多个研究方向,而制造车间则分为车、铣、钻、刨、磨等各类工种,当然还有钳工这一最重要的工种了。话虽如此,可眼下实验室空荡荡的没有一台设备,只有十几张桌子摆在墙角,另外又有几件简单的木制品加工工具。

众人正在焦急等待间,忽然听得门外传来车马之声,李不伟心头一喜,也顾不得许多,当下带头冲了出去,只见实验室门外已停了四辆马车,其中三辆车显然是装有车床的零件了,只不过眼下这些零件被稻草包裹得严严实实,一时也看不清到底是些什么。杨万景与铁厂的胡永谦相继跳下车来,李不伟看这胡永谦四十多岁年纪,身材甚是高大威猛。见到李不伟,这胡永谦倒也不含糊,大大方方地与杨万景一起行了官礼之后,便开始汇报起这些天的成果来。此时球墨铸铁的产量又有所提升,更为重要的是那批刀具的刚度已达到了李不伟的要求,已能够切削铜锌合金与灰铸铁了。李不伟听得大喜,又有些等不及,便命众人将马车直接驶入了实验室内,由于实验室预留了铁轨车道,因此马车要进入也不困难,杨万景带来的十多人七手八脚地将这批零件搬了下来,又将马车驶出了实验室。

此时,所有零件的包装都已被拆去,李不伟忙上前查看了一番,不由得连声称赞。其实李不伟在设计这台车床的时候,曾与范东来等人研究过多种方案,后来考虑到目前的加工工艺尚无法制造出高精度的零件,所以第一台车床不应太过复杂,正因为如此,这台车床的主变速箱看起来极为简单,驱动轴经由一级减速齿轮传动到主轴,而主轴上又固定有五个大小不一的齿轮,用于控制自动走刀丝杠,通常情况下这五个齿轮都处于空转状态,如果想要实现自动走刀的话,再将另一个传动齿轮压下与主轴的某个齿轮啮合,同时又与走刀控制齿轮相互啮合,就可以控制五级不同的导程,而回转体工件经由前顶尖与后顶尖固定,便可实现螺纹的车制。其实整个车床由两种主要的运动组成,主运动是利用卡盘或前后顶尖与拨盘及鸡心夹将工件固定,并作旋转运动,另一种是进给运动,也就是李不伟所说的自动走刀运动,这种自动走刀也是由主轴传经过挂轮机构、进给机构以及光杆传到溜板箱及溜板,使其上面刀架与车刀作进给运动,如此一来,通过主运动和进给运动的合成,就可以加工出相应的工件表面,而螺纹加工也是利用这个原理,当工件每转一转时,车刀沿着形成螺纹的方向移动一个导程,从而车刀切削出相应的螺纹。

眼前的这些车床零件虽然数量不多,但杨万景等人显然费了一番功夫。主轴的轴承是用铜合金铸造而成的,里层表面已打磨得光滑铮亮,而且专门设计了润滑油的加油孔,主轴看起来也是有模有样,与轴承配合的地方铸造了一个小凸台,凸台处也被磨得极为光滑,看样子表面还专门涂了一层油保护起来,如果轴与轴承的圆度能够保证的话,这种轴承转动起来估计还算顺畅,但能否形成环型油膜就不得而知了,而至于运转公差的问题,李不伟已没有时间做太多考虑,更何况以铸造的方法也不可能获得高精度的轴承。

车床运转起来还有一个问题需要注意,就是润滑系统了。李不伟这次有两种方法备选,一是采用植物油经过硫化处理,这在当时的技术条件下是能制造出来的,况且车床转速并不是很高,因此这种豆油制造的润滑油是可以胜任的,而另一种就是用石油了,但此时所说的都是原油,当原油没有经过炼制时,如果温度过高就会造成燃烧现象,但李不伟还是让杨万景想办法弄来了一些原油进行试验。其实,据历史记载,唐朝以前有人采用石油进行车轴或水车的润滑,但这种润滑油容易燃烧,因此李不伟只是简单看了一下,便确定原油不可以直接当作润滑油。至于切削所用的润滑液,也是使用普通的植物油,因为这种油完全可以满足润滑与散热的功能,而且可以反复使用。

另外,车床还有许多小配件如锣栓、定位销、传动键,以及几把简易的扳手与锣丝刀。由于目前尚无扳牙以制作锣栓,因此这些锣栓与锣母都是采用浇铸而成,但因为车床所需的锣栓尺寸较大,因此铸造起来也不费事,只是为了保证其强度,所有锣栓都采用铜合金铸造,而没有采用硬度更大的铸铁。

这台车床还专门设计了丝杠,本来李不伟没想着在第一台车床中使用丝杠,因为丝杠的加工并非易事,但后来一想,丝杠的加工离不开车床,而现在这台车床如果没有丝杠的话又无法加工另一根丝杠,因此李不伟终于想了个办法,他决定先做一个木质的丝杠,由于木质容易加工,因此采用手工的方法也可以完成。具体的做法是先做一段约十厘米的木质锣杆,然后以此锣杆为模具,做了一个套模,这个套模有五个螺距长度,然后以此套模具再加工出一定长度的木制丝杠,再以此木质丝杠作为模具做出一些蜡质模具,并采用失蜡法铸造出铜质丝杠。另外,当初用于制造木质丝杠的那个套模,又可以用于修正铜质丝杠,至于最终的验收标准,就是套模能够在整个丝杠上平顺运转,并且不存在间隙。至于丝杠的精度,李不伟也只是采用简单的方法进行了测量,因此一时也摸不准这种丝杠的是否能满足要求,只有等安装到车床之后才能得知,到时加工上一百根丝杠,总有两三根的精度比现在的要高吧……

这里需要说明的是铸造时采用的失腊法。其实失蜡法也可以根据字面意思猜得出一二,大概原理就是先制造出一个蜡质原型,然后等模具做好之后再加热使蜡熔化并从模具中流出,再将铜汁浇入,便完成了复杂零件的铸造。

此时,李不伟一刻也无法再等了,众人七手八脚地又将铜制底座搬到早已准备好的木桩台上,这些木桩均已埋入地下几尺,稳定性极高,等到底座固定好之后,又将变速箱、轴承、主轴、卡盘、光杆、跟刀架、后座均一一安装上去。值得一提的是,此次的轴承采用可更换式分体轴承,因此轴承的安装极为麻烦。其实后世的滑动轴承安装也不是一件容易的事,没有经过训练的普通人根本做不来,通常都是由高级钳工进行安装的,而眼下这些轴承虽然加工精度尚不到位,但安装起来也花费了一番力气。

如此忙了约两个时辰,一台简易车床便呈现在众人眼前,这台车床虽然看起来极为简陋,但基本的功能都有,只是其精度是否能保证就不得而知了,李不伟最关心的是主轴与导轨的平等度,以及前后顶尖的同轴度问题,换句话说就是形位公差是否合乎要求。其实,杨万景等人在铸造之时就已经过了上百次的侧试,每当误差超过李不伟的最低要求之时,便再次重新将模具修正,因为此时木尺的精度只标记到毫米级,所以李不伟特意又设计了一种卡尺,这种卡尺采用杠杆原理进行尺寸放大,实际尺寸为一毫米,在另一端就被放大到一厘米,因此这种卡尺已能测量0.1毫米的尺寸变化,另外杨万景等人又采用了吊线法、光线找平法等多种方法进行了校正,使得最终制造出来的导轨、主轴、底座轴孔的形位精度达到了大宋历史最高水平。

此时车床的主体既然已安装完毕,下来就要考虑如何使其运转起来了。这台车床的驱动轴伸出床体约有两米,又在两米外加装了一个轴承用于固定,然后轴上设计了四个大直径的槽轮,每个槽轮都用绳子缠上几圈之后又向两侧延伸出去,分别绕过两端的绞盘,再在绞盘上缠了几圈防止打滑,最后将绳子做成闭环形状。如此一来,驱动轴将由八个绞盘进行人工驱动。李不伟对这个设计极为满意,只是他不知道这种驱动方式能否保证主轴的匀速转动,也不知道车刀在切削时是否会产生太大的阻力而使得加工精度受到影响。

众人忙了一天,都是兴奋异常,晚饭也只是随便胡乱吃了些,此时天色已黑,但车床既然都已安装完毕,众人又哪能再等到第二天?当下几人一商议,便准备连夜试车。李不伟决定先试车一段圆柱体的外圆面,此时早已有人准备好了一段四十厘米左右的圆柱型熟铁铸件,这个毛坯约成人胳膊般粗细,正好用于试验,范东来亲自上手,将工件紧紧地固定在卡钳之内。

这台车床采用三爪卡盘,与后世的固定原理基本完全一样,而且为了提高其定位精度,杨万景等人几乎花了二十多天时间进行试验,因为在李不伟看来,目前对于提高精度最有效的办法就是保证卡盘的定位性能。杨万景自然明白李不伟的意思,到了试验后期又专门抽出五六个技术最好的工匠进行卡盘的制作,目前的卡盘仍然采用铜合金铸造,不过这种铜合金的质地坚硬,基本不会发生变形,至于找准定位精度是否满足要求,就要经过几次车制后才能知道。

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