69.莫兹利1797车床
“姐夫,听说你又发明了新机器,快带我去看看嘛!”孙皓跑进姜明的书房,问道。
经过上次“见血封喉”事件,孙皓老实了许多,不乱到山上跑了,鬼知道会不会再冒出一种箭毒木来。前段时间与巨象军交战,孙皓除了偶尔在学校上课外,还经常帮助姐姐治疗伤员,小皓虽然不喜欢学医,但毕竟是神医世家,医术还是很精湛的,救治了不少伤员。
姜明放下手中的铅笔,向他招招手,指着桌上的图纸,说道:“过来,你想看的机器都画在这纸上。”
孙皓走到姜明身边,瞧了一眼图纸,道:“这些图好难懂哦,还是带我看实物吧?”
额。。。这好像后世的工程制图,上面画着各种零件,孙皓确实看不懂。姜明只好站起身来,道:“好吧,我带你去看。”
两人来到寨子最里面的兵工厂,只见一位工人正在一架机器前忙碌着,工人用脚踩着踏板,踏板上的连杆推动大齿轮旋转,大齿轮带动小齿轮旋转,主轴也跟着旋转起来。
孙皓指着机器的动力系统道:“这好像跟打谷机的结构是一样的。”
姜明竖起大拇指,赞道:“聪明,这是脚踏式车床,也是最简单的车床,它的动力系统跟打谷机一样,脚踏板提供动力,通过一大一小两个齿轮,带动主轴旋转。”
“这车床的作用是什么呢?”
“这是第一代产品,现在没什么用了。”姜明指着桌上的几根螺丝,笑道:“之前是用来加工螺丝的,现在已经有了更好用的车床。”
这第一代机床相当于十五世纪脚踏式车床的变种,古代车床利用麻绳带动主轴旋转,这种车床利用连杆驱动齿轮旋转,从而带动主轴旋转。
“车床是怎么加工出螺丝的呢?”孙皓继续问道。
姜明示意工人开动车床,给孙皓示范一下。当工人踩动踏板时,在连杆的驱动下,主轴旋转起来。待加工的螺丝固定在主轴上,随着主轴转动,主轴旁边的导轨上固定着刀架,工人缓慢推动刀架做进给运动。螺丝旋转时,叠加横向的进给运动,螺纹便车削出来。
孙皓随手拿起一个螺丝放在手上观察,惊讶道:“这个螺丝是废品啊,螺纹都是乱的。”
“所以我说这是第一代车床,因为车刀的进给运动要靠人力,很难做到速度均匀,而且一个螺丝要车削多次,每次的速度也有差别,所以能否车削出合格的螺丝全靠工人的经验。这种车床加工出的螺丝合格率只有2成,还要是经验丰富的工人才行。”
“那姐夫还制造这种机器干嘛?都没有用。”
姜明轻拍了一下他的脑袋,认真道:“任何的技术进步都是需要积累的,没有第一代车床的经验及车削出的螺丝,如何制造第二代车床呢?”
姜明制造的第一代车床底座是木质的,车床利用铁钉固定在木质底座上,零件都是铸造出来后,利用钻床钻出孔,利用铆钉连接的。
“而且这种车床在主轴装上钻头后,还能当作钻床用,虽然没有水力钻床那么稳定,但给零件钻孔还是可以的。”
现在姜明开始制造各种机器,不同的零件需要螺丝、铆钉和孔洞连接,所以钻床的需求很大。城外的兵工厂已经拆了,寨内的水车主要用来冶炼钢铁和紫铜,现在只有一台水力钻床在运转,人力钻床恰好弥补了空白。
看了第一代车床的操作后,孙皓提议道:“这里都看的差不多了,姐夫还是带我去看最新的车床吧!”
“走吧,机灵鬼!”
两人又来到另一个车间,这个车间比较开阔,里面摆放了三四台车床。
“这些车床和刚才见到的完全不一样呢!”刚走进车间,孙皓便忍不住的叫道。
这个车间机床是最新式的,框架、底座和零件全是用金属制造,大大加强了机床的刚性和精度。动力装置是手柄,而非脚踏板。
“当然不一样,这些车床可以加工多种规格的螺丝,效率和合格率也都很高。”姜明点点头,笑道:“我们已经可以利用石膏模具,铸造出直径8毫米以上的铜螺丝,但实际上那种大号螺丝用到的地方不多,用处最广泛的还是直径5毫米的小号螺丝,这只能用车床加工出来。”
实际上,这些便是莫兹利1797车床,由“车床之父”莫兹利在1797年发明,相比于老式车床,莫兹利车床增加了车刀的自动进给装置。
姜明是机械专业出身,在工厂实习过一段时间,见过各种老式车床,对莫兹利发明的车床一点也不陌生。姜明了解莫兹利车床的结构,可想在古代制造出车床却不容易。
想制造出莫兹利车床,需要几个关键零部件:丝杆、齿轮、蜗轮、车刀、滚动轴承,这些都需要逐一突破。
丝杆跟蜗杆结构很像,只是上面的螺纹更多。第一根共析钢丝杆是姜明用失蜡法铸造的,有了车床后,就可以车削出中碳钢丝杆。
齿轮和蜗轮可以直接用铸造,利用型砂做模具。
车刀是用含碳量0.9%的高碳钢铸造,再用磨床磨出刀刃。
滚动轴承是用石膏作模具铸造的,姜明之前已经尝试了,行得通。纯铜的熔点是1000多度,而石膏可以承受这点高温,后世也常用石膏作为黄铜的模具,姜明只是误打误撞成功罢了。通过和卢家的生意往来,姜明买到不少锡器和铅器,全都用来制造铜铅或铜锡合金,即青铜,青铜的硬度比纯铜强不少,可以用来铸造滚动轴承。
炼铜厂的工人经过摸索,不断改进滚动轴承的铸造方法,保持架已经跟后世比较像了;滚珠也是用青铜铸造,模具是生铁,两块铁模各有半球,合上后,从小孔注入融化的铜,滚珠便铸成了。钢铁滚珠的模具实在不好找,姜明只能暂时放弃了。
用了这些零件后,姜明便能组装莫兹利车床的核心部件:滑动刀架、变速齿轮。
“我想试一下怎么车削出螺丝,可以吗?”孙皓摸着莫兹利车床,跃跃欲试,问道。
十几岁的青少年,对新鲜事物总是很感兴趣,姜明鼓励道:“可以,你把待车的铜质螺丝固定在主轴上,将车刀对着螺丝,摇动手柄。”
在姜明的指导下,孙皓摇动手柄,转轮带动主轴和螺丝旋转,转轮上的齿轮与丝杆上的齿轮耦合,因此丝杆也开始旋转。装着车刀的滑动刀架通过蜗轮蜗杆结构与丝杆啮合,丝杆旋转时,带动蜗轮旋转,刀架跟着做进给运动。主轴做旋转运动,车刀做进给运动,在两者的合力下,铜质螺丝便车好了。
“这车床也厉害了,我只需要摇动手柄,螺丝就造好了,真是神奇!”看到自己亲手车出的螺丝,孙皓忍不住赞道。
“有了这种车床,即使不是熟练工人也能车出螺丝。但要车削出合格的螺丝,调节刀架、控制进给速度都需要经验积累,还是要靠熟练工人才行。”
忽然,孙皓走到姜明身边,围着转了一圈,嘴里念念有词道:“姐夫的脑袋好像也没什么不同啊?怎么什么都会呢?”
没想到这小子突然来这么一出,姜明也甚感惊讶,心道:“莫兹利车床是18世纪末的产物,我现在可以炼出钢铁,铸出青铜轴承,钻床也有了,要是再制造不出车床,那大学的机械课程就白学了!”
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