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2.31 第二代车床(1 / 2)

南宋之工业革命 逃飞客 更新时间 2021-08-31

 机械实验室所处的位置正好在整个皇家实验室的西边,距离海边尚有近三十里路程。由于制作新车床所需要的铁锭与毛坯件都需要直接从铁厂与铜厂运送过来,因此早在实验室修建之时,李不伟就让人修了一条简易的小路。这条小路从机械实验室一直通向海边的一个简易码头。李不伟在规划这条小路的时候也曾费了一番脑筋。因为随着日后的发展,货物运送的问题必须要解决,这不仅仅是皇家实验室与外界的物资运送,而且实验室内部的物流也需要加以考虑,当然李不伟早已有了全面的计划了。

李不伟原以为车床最关键的零件是变速箱与丝杠,因此在新车床的制造过程中对这二者都极为重视,后来等他对宋朝的加工技术了解得更多一些,才知道凡是容易铸造出来的零件,工匠都有办法将其修正到基本正确的尺寸要求,当然最终也能达到自己所要求的形位公差。如此看来,倒是跟刀与进刀系统需要多做些改进,而且一些装夹工具也要重新设计才行。不过好在有了范东来等人的协助,这些改进计划没几天就变成了设计图纸,到了今日已有成品的零件加工出来。

在此之前,李不伟已让人在临安最好的烧瓷厂中订做了一批砂轮,这批砂轮的纵截面是渐开线型的,正好与齿轮的齿面相吻合,而且材质是从浙江运过来的石英砂,自然可以满足铸铁件的磨制。不过这种砂轮的修正极为费时,石英砂的硬度已达到莫氏硬度值7,因此一时难以找到形状合适的修正工具,只能用天然宝石进行砂轮圆周面的修正了。砂轮机仍然是手工驱动,只不过已不再使用齿轮传动,而直接用皮带将驱动轮与砂轮的传动轮连接起来。砂轮机还设计了精确的木制定位装置,以手工画出来的渐开线作为基准,每磨制好一个齿形之后,再将工件转动一定角度,继续下一个齿的加工。以这种加工方法所制作出来的齿轮,其精度要比直接铸造所得的高出许多,而且其表面刚度也大为提高,与上次的那批铸造齿轮比起来不知要好上多少倍。

最近一段时间以来,李不伟的心情好了许多,甚至可以说近一年来他也从未像现在这般轻松,一是因为周依依既然已经知道了自己的身世,却始终与往常一样对自己关怀备至,甚至还较往日更为温柔体贴。二是因为新车床的制作极为顺利,而且蒸汽机的设计又经过几次改进,几乎可以说是完美。李不伟眼看着诸事都向着自己事先设想的方向发展,又怎能不欣喜若狂?

这一日清早,所有车床零件都已制作完毕,李不伟终于忍不住兴奋,笑道:“不容易啊,一个多月了,终于能开始组装第二批车床了。”说着,便马上就要带着众人前去安装。范东来一旁笑道:“李大人,为了尽可能地提高第二代车床的精度,我们按您所说的办法,将一些重要的零件都制作了几十套,更有些如丝杠等已加工了近百件。另外,大人在这几日忙着编写车工手册的时候,我们已将这批零件进行了侧试。而侧试的方法就是实地组装,到了今天早晨已有一台已基本装配完成,估计现在正调试进刀与退刀部分呢,这次的三台车床总共准备了近三十套进刀装置,此时正在找出配合精度最高的一套。”由于范东来与史可等人也参与了新车床的设计,自然知道其组装方法,因此众学者每制作出一个零件之后,都要现场组装一番进行侧试。

李不伟听说此时已有一台车床组装完毕,更是等不及了,马上带了众人直奔机械实验室而去。刚一进入实验室的大门,就见靠近墙边的地方已有摆放了一台车床,与第一代的车床大有不同,不仅加上了齿轮箱的保护外壳,更在齿轮箱上设计了自动加油润滑的功能。虽然齿轮箱现在仍不是油浸式的冷却润滑,但也有了基本的滴油润滑功能。这台新车床已初具模样,六根粗壮的木桩被深深地埋在地下,上面固定了铸铁基座与车床的主平台,平台上面又是各种极为复杂的机构。此时已有两名学者正拿着新制造出来的卡尺测量进(电脑小说站)刀架的精度,显然已是最后的调试阶段了。

由于新车床的主轴与轴承均已采用车床加工,因此其动转精度自然要比第一代产品好上许多。李不伟并不担心这些,他最关心的还是整个车床主体的形位公差,也就是说主轴与导轨的平等度、主轴与尾顶尖的同轴度、跟刀架移动时的平顺性、以及刀具与工件的夹装机构是否定位准确。李不伟主要看了一下导轨平台,只见这平台极为光整,比上次的不知道要好多少倍,他着实吃了一惊。因为上次的平台导轨是铸造出来,然后众工匠又用刮刀进行手工修正,虽然也使用了一些平面修正工具,但又怎能及得上眼前这台车床的导轨这般光滑平顺。范东来在一旁道:“大人有所不知,我们先是按着预先设计的方案制作导轨,后来等到加工齿轮的时候,突然又想到一种更好的办法,因此又专门制作了一个手工磨床。”李不伟奇道:“手工磨床?难道这平台是用磨床修正而成?”范东来笑道:“正是,不过这也是最近日的事情。当初我们与大人所设计的手推式磨制工具虽然也能进行平面的磨制,但后来在制作齿轮之时,石大人又有了新的想法,因此才临时制作了一台磨床。眼前这台车床的导轨正是采用砂轮磨制,经过多次定位找平之后,又用刮刀反复修正,其表面粗糙度与平面度已完全满足要求。”

说到此时,李不伟忽又想起在十多日之前,范东来的确曾经提起过磨床之事。李不伟当时因为忙着研究笔记本电脑的充电一事,对此也没多加留意,只是以为范东来等人要为推进式磨制器做一个支持架而已,谁知道这几人竟然做了一个真正的磨床出来,而且看眼前这零件的情况,那磨床必然设计得极为精妙。范东来又道:“其实在烧制最后一批渐开线砂轮之时,我们又另外制作了一种较大型的砂轮,这种砂轮正是用于加工导轨的。”李不伟自然知道砂轮磨制出来的金属面,其表面光洁度已比玻璃高出许多,只是要达到这种要求,对于砂轮的转速、磨床的精度、以及砂轮本身的精度都有极高的要求。也不知道范东来等人是采用了何种方法磨制的,不过看这磨制质量,虽然距后世的磨床还差得很远,但比起上次的手工刨磨已好上许多了。他一时想不明白,又道:“用砂轮磨制自然是最好的办法,只是你们如何控制砂轮的运行轨迹呢?如果砂轮本身不是以平面为其准进行移动,这磨制出来的工件自然也不是平面了。”范东来笑道:“这还是石大人想出来的办法。”说着,又看着石仲秋笑而不语。

石仲秋看到众人一时都望向自己,忙站了出来道:“下官想出的办法原本也不难,仍然是先用硬木条制作出平面,又用多个木条制作出一个滑动的架子,最后再以木架为基准进行定位磨制。只是宽大的砂轮转动起来摇晃剧烈,显然是大人所说的动平衡问题了。后来我们又经过多次修正,这才终于稍有缓解,但因为砂轮是由人工驱动,因此转速却又上不去,大约每分钟只有一千多转,也就是每秒种约二十转,但好在磨制出来的工件还算不错。”李不伟听得讶然,这种设计与后世的磨床的原理基本差不多,只是众学者又参考了木制铣床的设计,竟然做出了简易的手动磨床,他忽又想起第一台车床的丝杠也是先以木头为原始模具,然后才改为金属制造,便笑道:“看来要制作一件新工具,这木工是必不可少的了。只是诸位能够在短短几日间就将这磨床制造出来,也着实不容易。”石仲秋忙道:“其实这木制磨床是由郑大人帮着做出来的。”李不伟听得一怔,过了一会儿这才想起石仲秋所说的郑大人正是郑永江。郑永江此时已加入了皇家实验室,专门负责机械模型的制作,李不伟也曾奏请理宗给他封了一个模具设计总管的官职,虽然这官职并不在大宋的正式编制之内,但已能每月领响,众人间自然也以大人相称了。

几人谈论了一会儿,又说及工件的定位问题。史可道:“其实李大人上次设计的卡盘已是最为合理的方式,所以此次对于抓夹装置没有太大的变化,只是将加工工艺与加工流程改进了一下,如果毛坯件能满足基本的精度要求,再由多次砂轮磨制较正之后,已完全可以准确定位与抓紧。至于尾座、鸡心夹与顶尖等极为重要的零件,也重新进行工艺设计。目前整个车床的位置公差基本可以控制在1毫米之内。”他说这话时神色间颇为得意。李不伟听了更为吃惊,心想以宋朝的技术竟然能够达到这种精度,简直不可思议,会不会是他们的测量方法有问题呢?不管如何,等到零件加工出来之后就知道了。

此时,车床的主体部分已安装完毕,众人又开始安装外置的驱动机构了。这次的车床仍然是采用人力驱动,由于使用了车床加工而成的轴与轴承,车床主轴的驱动已不像上次那般费力。正因为如此,新的绞盘已将直径增大了一些,又将绞盘数量减少为四个,改手摇式为脚踏式。当然,这种外置驱动机构也只做了一台,按李不伟与众学者的计划,蒸汽机的制作将由这台车床完成。倘若蒸汽机可以正常运转,并且能够输出足够的转矩,便可以将车床改为蒸汽机驱动。目前已安装好的这台车床虽然仍是采用人力驱动,但动力输入轴已采用双键连接,随时可以将蒸汽机的输出轴接上。眼看着这台车床马上就要全部安装完毕,范东来忍不住问道:“李大人,新车床的安装就要完成了,不知道接下来要怎样试车?是不是要先制造出铣床、镗床、钻床等其它机床?”李不伟略为思索,点头道:“应该是这样,虽说蒸汽机可以为车床提供动力,但是没有镗床等设备,要制造出蒸汽机也是不易,不过等到蒸汽机制作出来之后,各种机床的生产能力与加工精度必然大为提高,又可以制造出更为高效的动力机械,这样的话,不一定采用蒸汽机进行机床的驱动了。”李不伟所说的那种更为高效的动力机械,自然是指电动机与汽轮机了。但他也知道汽轮机的制造极为不易,再说汽轮机也不能直接用于驱动车床。不过水轮机的制作倒不是难事,到时可以用水轮机来驱动发电机,然后将机床改为的交流电动机进行驱动。但李不伟也知道这个目标要实现起来并非易事,与电动机相比较而言,发电机所用的铜线要求更高,而且要有较好的绝缘性能,另外,永磁体也必须能够批量制造,这样铜线才能做切割磁力线运动,才会有感生电动势产生。但其中最为关键的问题是,以目前的情况是无法制造高速轴承的。没有合适的材质与加工工艺,普通轴承根本无法满足高速转动,更别说还要带负载了。其实,李不伟还有另一个想法,就是直接使用车床来制作蒸汽机的缸套与活塞,虽说这样制作出来的零件相互配合时会存在一些误差,但也是一种可行的办法。李不伟正如此想着,忽听史可在一旁说道:“李大人,虽说目前没有镗床,但蒸汽机的缸体如果不是很长,而口径又比较大的话,可以用内圆车刀临时代替镗刀进行加工,这样制作出来的缸体内表面虽然存在些精度问题,但又可以将现有的砂轮机改装为内圆磨床,从而实现缸体的高精度磨制。”李不伟听得一怔,心想果然英雄所见略同,自己刚刚有了这个念头,就有人在一旁讲了出来,便笑道:“史大人说得也有一些道理,其实蒸汽机对于精度的要求并没有车床高,再说了,即使这次制作失败也没关系,大不了等镗床制造出来之后重新开始便是。如果众位能够找出制作缸体的办法,不妨先试试吧。”

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