切削加工与刀具技术的历史

切削加工与刀具技术的历史

介绍了中国远古时期石器时代铁器时代的切削加工与刀具技术中国领先于全世界从第一次工业革命以后阐述了欧美各国和俄罗斯在切削加工技术解放后工件与刀具双方交替发展

关键词

它在国民经济中占有重要地位

刀具用坚硬的材料制成切削加工的任务是利用刀具切除被加工对象毛

坯上的多余材料精度和表面质量都符合预定要求的表面

是由古代切削加工本文将阐述古代

1 古代的切削加工和刀具

在切削加工方面旧石器时代

距今约50~60万年的北京猿人制造和使用了各种带刃的石器刮削器和尖状器(图1)¿³ÔÒÆ÷ÓÒ²¿Ô²Íº×ó²¿ÓзæÈйÎÏ÷Æ÷ºÍ¼â×´Æ÷ÉÏÔò¾ù¾ßÓÐÃ÷ÏԵķæÀûÈв¿µ«ËüÊÇÒ»ÇÐÈËΪ¼Ó¹¤µÄ¿ªÊ¼

到了新石器时代石刀石锛

刀体比较匀称有凸刃圆刃等

这是钻孔技术的开端制作形状和用途各异的切削工具新石器时代的人类曾把坚硬的石片镶嵌在骨把上

石器时代的切削工具加工对象也多为非金属材料(如石材兽骨等)

ÒѾ-¾ß±¸ÁËÈý¸ö»ù±¾ÒªËص¶¾ß(带刃部的工具)被加工对象(生产或生活用品)切削运动(人用手握持住刀具与被加工对象　刀具的发明和切削加工的应用历史学家认为

它是人类登上历史舞台的重要标志

(1) 砍砸器(约为原大的1/2) (2) 刮削器(约为原大的2倍) (3) 尖状器(约为原大的2倍)

图1 砍砸器

图2 新石器时代的石刀

图3 新石器时代的石刃骨刀(甘肃永昌鸳鸯池出土)

从青铜器时代开始早在齐家文化时期已用天然铜制造器具已经有了相当发达的青铜冶铸业图4所示为商代的青铜钻锯这些刀锉的结构和形状

似于现代的切削工具而包括了金铜等金属材料当时这些切削工具发挥了多么大的作用

图4 商代的青铜钻(郑州二里冈出土)

图5 春秋时代的青铜刀锉(河南汲县山彪镇出土)

商代还会制作过铁刃铜钺(图6)ÏâǶÔÚÍ-ÖÊîáÌåÉÏ

ÈпڵĻùÌåΪÌú含镍1.76%ÎýîܹèËùÒÔÈв¿²ÄÁÏʵ¼ÊÉÏÊÇÒ»ÖÖº¬ÓжàÖֺϽðÔªËصĸֲÄ

图6 商代的铁刃铜钺(河北藁城出土)

石刃骨刀和铁刃铜钺说明当时已经认识到刀具刃部的重要作用

刀刃取稀缺刀体取价值较低但韧性较好的材料

青铜器时代的大量出土文物表明生产工具和生活用品

磨削加工或研磨实质上也是一种切削加工

我国发明了生铁冶铸技术渗碳

为制造坚硬锋利的工具提供了有利的条件使切削加工进入了一个新阶段

分工比较细致出现了用金属刀具刻镂的纹饰和钻孔的痕迹

有一部手工艺专著上

面记载了各种兵器介绍了关于战车的制造工艺

金工等30个专业的技术知识材美工巧所谓

指采用优良的材质工巧是指采取合理由此可见

包括一部分切削加工

当时的实战兵器很多矛钺镞制作十分精致光亮无锈经化验

含锡21.38%锌0.041%º¬Îý11.10%

锌0.098%

解放后在河北满城一号汉墓(中山靖王之墓)中出土的五铢钱(图7)

µ¶»¨¾ùÔÈÍÖÔ²¶ÈºÜСȻºó×°¼ÐÔÚľÖƵijµ´²ÉÏÐýתͬĹ³öÍÁµÄÆ÷ÎïÖÐÌúÔä¾-¹ýÉø̼´¦ÀíµÄÌú½£ºÍÊ鵶ÆäÖÐ

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图7 西汉时代的五铁钱(河北满城一号汉墓出土)

(1)青铜弩机(2)青铜箭头

图8 西汉时代的青铜弩机和箭头(河北满城一号汉墓出土)

在西安出土的唐代文物中银制造的盘在这些器具上有明显的车削痕迹

刀痕细密体现出当时较高的加工精度

我国最晚在8世纪时已有原始的切削车床

北宋在一百年内先后制造了五座浑仪

分度读数能精确到四分之一度明制造精度进一步提高

仪器上直径达两米多的大铜环内孔

上刻度的加工精度和表面质量都已达到了相当高的水平大铜环的端面是用图9和图10所示的方法[1,9]½øÐÐϳÏ÷ºÍÄ¥Ï÷¶øÖƳɵÄ图12为大铜环制造过程中划线

在长期的实践中明代张自烈著[2] (图13)中对刃挤都写出了明确的含义刃为用古谓之芒又说刃从坚则钝

古人十分强调刃部的重要性利坚对切削原理已有了一些朴素的唯物辩证的认识

图9 清代天文仪器上大铜环的加工(铣削)

图10 清代天文仪器上大铜环的加工(磨制)

图11 清代铣刀的刃磨

图12 清代天文仪器上大铜环的加工(划线和检测)

图13 明代上有关刀及刃的论述

从以上资料可以看出有着光辉的成就特别是铁器时代

2 近代的切削加工

机械工程迅猛发展成为一个独立的工程和学科1847年

而美国则到1880年才成立了机械工程师协会

是和从英国开始的工业革命密切相关的蒸汽机的出现和纺织工业军事工业的兴起每一种新产品的发明和设计才能付诸实现推动着机械制造(包括切削加工)技术迅速提高

最早的蒸汽机在很大的程度上是用手工方法加工出来的英国有一位叫理查德它的

内孔直径为28

È»ºóÇëÀ´Ò»Î»Ç¦½³ËûÓÃľ°åºÍÄàÉ°µ²×¡Æû¸×µÄÁ½¶ËÕâÑù¾Í¼Ó¿ìÁËÄ¥¹âÆû¸×µÄ¹¤×÷

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Èçͼ14所示

图14 1760年英国加工汽缸内孔的情形

由此可知铸铁但由于缺少先进的机床和工具因而工作效率很低

1776年詹姆斯遇到的最大困难是由于镗孔加工方法落后漏汽严重皮革或油脂也无济于事

威尔金森(John Wilkinson)帮助瓦特解决了汽缸加工的问题

可以加工直径达1.8 m的内孔它的刀杆有4.5 m长

可以加工蒸汽机的汽缸并满足精度要求瓦特的蒸汽机才得以顺利制成他为瓦特铸造和加工汽缸达20年之久

提高工艺水平和加工技术

在18世纪中叶以前当时切削加工所用的机床多数是木制的由于工业革命的推动大约经过一百年的努力

解决了各种各样加工问题

西奥(Antoine Thiout)在车床上装了一个刀架比过去用手握持车刀进给前进了一大步英国工程师杰西

1818年用单齿铣刀进行工作苏格兰詹姆斯1836年1835年

）设计了第一次由丝杠同时驱动纵向和横向进给的车床

美国的罗宾斯和劳伦斯(Robbins & Lawrence)公司制造出转塔车床轮流进行8道工序的加工在巴黎举行的国际博览会上标志着机床和切削加工已经发展到一个崭新的历史阶段

1892年美国诺顿(Norton W. P.)发明了用手柄换档的变速箱

这种变速机构很快被应用到各种机床上1887年美国格兰特(Grant G)发明滚齿机1895年发明伞齿刨床泰勒(Taylor F)发明齿轮磨床万能铣床已经基本完善制成座标镗床世界上各主要工业国家的机床工业已具有相当规模工作母机又被称为