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制造纪元 1个月前 (11-22) 阅读数 10 #科技

在提及工业时代那些最为重要的发明家时,有一个名字是无论如何都无法被忽视的,那便是亨利・莫兹利Henry Maudslay。

或许你对他的名字稍感陌生,因为人们更倾向于称他为 “现代车床之父”。

亨利・莫兹利Henry Maudslay

亨利・莫兹利出生于1771 年 8 月 22 日是老亨利・莫兹利(皇家工兵部队的一名车匠)和玛格丽特(原姓惠特克)七个孩子中的老五。12 岁时,亨利・莫兹利 开始工作,在兵工厂担任 “火药小厮”,也就是负责装填弹药筒的童工之一。

在兵工厂工作期间,亨利・莫兹利还在皇家铸造厂工作过(1772 年扬・费布鲁根Jan Verbruggen 曾在那里安装了一台创新型卧式镗床)。

扬・费布鲁根 Jan Verbruggen与新型卧式镗床

两年后,他被调到一家木匠铺,随后又进入一家铁匠铺。15 岁时开始在那里接受铁匠培训,擅长较为轻巧、复杂的锻造工作。

当时,正是英国工业技术井喷的年代,人们的生活水平也持续提升,家庭与工厂为防范盗窃,个人为保障自身安全,对锁具的需求日益增长。此外,由于生活条件的不断改善,许多人拥有了曾经只有上层社会人士才持有的钟表等物品。因此,大规模生产锁具、钟表等民用小百货成为当务之急。

十八世纪刚过,欧洲各地涌现出众多锁匠与钟表匠。这些人在推动机械技术发展进程中发挥了极为关键的作用。在英国亦是如此,锁匠和钟表匠均为优秀的机械工匠。当时,英国著名的安全锁制造商约瑟夫・布拉马Joseph Bramah,乃是机械制造技术领域的权威人物,他的工厂是每一位渴望成为真正机械工之人梦寐以求的地方。

约瑟夫・布拉马Joseph Bramah

莫兹利18岁时,英国政府规定的七年学徒期尚未届满,不能独立做工,又恰逢布拉马欲招聘一名助手。听闻此事后,莫兹利急切盼望能早日进入布拉马的工厂学习深造,以提升自身技术水平。但约瑟夫・布拉马要求颇高,经人引荐,布拉马对亨利・莫兹利进行了严格考核。

起始,布拉马非常惊讶,毕竟当时年仅18 岁的亨利・莫兹利,却展示出了极为高超的技术。其中,使用锉刀的技艺堪称一绝,无人能出其右。最终,亨利・莫兹利如愿以偿地成为约瑟夫・布拉马的弟子,并开始在圣贾尔斯区丹麦街布拉马的作坊工作。

约瑟夫・布拉马技艺精湛、要求严苛且言传身教,亨利・莫兹利也展现出了极高的天赋,迅速成长为一名优秀的技师。

一年后,年仅 19 岁的他就被任命为约瑟夫・布拉马作坊的经理。并于1791 年,他与布拉马的女仆萨拉・廷德尔结婚,两人育有一女伊莎贝尔・莫兹利以及四个儿子:长子托马斯・亨利和幼子约瑟夫后来都加入了父亲的生意。次子威廉成为了一名土木工程师,还是土木工程师学会的创始人之一。

当然这是后话。

工作期间,约瑟夫・布拉马基于弹子锁原理设计并申请了一种改良型锁的专利,还设计并制造了一套特殊工具和机器,使得该锁能够以经济的成本进行制造。

他还贴出告示,悬赏 200 几尼(合210英镑)给任何能撬开此锁的人。而在 47 年里抵御住了所有开锁尝试。

此外,约瑟夫・布拉马设计了一台水压机,但在密封活塞以及活塞与气缸连接处的活塞杆时遇到了问题。通常的做法是用麻填料进行密封,但此处压力过高,这种方法行不通。这却没有难倒亨利・莫兹利,他想出了用皮碗垫圈的主意,能实现完美密封,而且在压力释放时不会阻碍部件移动。

此后,这台新水压机就能完美运行了。

然而,分明做出如此之多的重大贡献,亨利・莫兹利却几乎没得到什么赞誉。

1797 年,在为约瑟夫・布拉马工作了八年之后,亨利・莫兹利要求将周薪涨到 30 先令,但遭到拒绝,于是他决定自己创业。

1798 年,亨利・莫兹利在牛津街附近的韦尔斯街租了一间小店和一个铁匠铺。并于1800 年,搬到了卡文迪什广场玛格丽特街更大的场地,并研发出了第一台具有工业实用性的螺丝切削车床,首次实现了螺丝螺纹尺寸的标准化。

这使得可互换零件的概念(当时已经逐渐兴起)能够实际应用到螺母和螺栓上。

实际上,在亨利・莫兹利出生之前,车床就已存在,却尚不完善。

其发明原理源于人们削水果的方式:当人们削苹果、梨等水果时,一手转动水果,另一手将水果刀插入果皮,缓缓转动,果皮便会均匀削下,一个苹果可削出一整条长皮。

锁匠和钟表匠为制作小型机械零件,需自行组装小型车床进行加工。彼时的车床仅适用于木料加工。木匠用双脚踩踏踏板,使车床转动,手持削刀接触木棒,木屑随即削落,如此加工出的木棒较为光滑。

亨利・莫兹利刚开始为约瑟夫・布拉马工作时,车床是靠脚踏板驱动,工人手持切削刀具对着工件操作。这种方式无法保证精度,尤其是在切削铁器时,所以螺丝螺纹通常是通过錾削和锉削(也就是工匠凭精湛技艺徒手使用凿子和锉刀)的方式制作。

亨利・莫兹利设计了一个刀架,切削刀具可以固定在刀架上,刀架能在精确刨平的表面上滑动,使得切削刀具可以双向移动。滑座由丝杠定位,动力通过一对可更换的齿轮传递给丝杠,这样滑座就能根据工件的转动按比例移动,这使得螺丝螺纹能够被精确切削、更换齿轮可以改变螺距。

滑座式车床生产精密零件的能力使机器零部件的生产发生了革命性变化。

亨利・莫兹利对自己车间使用的螺丝螺纹进行了标准化,并生产出成套的丝锥和板牙,能按照这些标准稳定地制造螺母和螺栓。

这样,任何尺寸合适的螺栓都能与相同尺寸的螺母相匹配,这是车间技术的一项重大进步。

亨利・莫兹利并非滑座的发明者,也不是第一个将丝杠、滑座和变速齿轮组组合在一台车床上的人(杰西・拉姆斯登Jesse Ramsden可能在 1775 年就做到了,不过证据不足),但他确实引入了丝杠、滑座和变速齿轮这三者的组合,推动了机床以及螺丝螺纹在工程应用方面的巨大进步。

目前,莫兹利制造的第一台螺丝切削车床现存于伦敦科学博物馆。

到了 1810 年,亨利・莫兹利雇佣了80名工人,他的车间空间不够用了,于是搬到了兰贝斯区威斯敏斯特桥路更大的场地。

亨利・莫兹利还招募了一位很有前途的年轻海军部绘图员约书亚・菲尔德,事实证明他才华横溢,莫兹利便与他成为合伙人。

后来,当莫兹利的儿子们也成为合伙人后,公司更名为莫兹利父子与菲尔德公司。

继塞缪尔・边沁先前的工作之后,莫兹利接到的第一项重大委托是为海军制造 42 台木工机器,用于在马克・伊桑巴德・布鲁内尔爵士的指导下生产木质索具滑轮(每艘船需要数千个)。

这些机器被安装在专门建造的朴茨茅斯滑轮厂,该厂至今仍留存,其中还包括一些原始机械设备。

这些机器每年能够制造 13 万个船用滑轮,只需要10名非熟练工人操作,而在安装这些机器之前,需要110名熟练工人来完成此项工作。这是在装配线式工厂中使用专用机械进行机械加工的首个著名实例。

亨利・莫兹利发明了第一台能够精确测量到万分之一英寸(0.0001 英寸≈3微米)的台式千分尺。他将其称为 “大法官”,因为它可用于解决任何有关工艺精度的争议。

亨利・莫兹利位于兰贝斯的工厂开始专门生产船用蒸汽发动机,为船舶使用的发动机是一种侧杆式设计,即在气缸旁边安装一根横杆。这种设计降低了蒸汽船狭窄机舱内的高度。他制造的第一台船用发动机于 1815 年完工,功率为 17 马力,安装在一艘名为 “里士满号” 的泰晤士河蒸汽船上。

1823 年,一台亨利・莫兹利制造的发动机为“闪电号”提供动力,这是皇家海军委托制造的第一艘蒸汽动力船。1829 年,亨利・莫兹利为皇家海军 “迪伊号” 制造的一台功率为 400 马力的侧杆式发动机是当时现存最大的船用发动机。

1825 年,马克・伊桑巴德・布鲁内尔开始着手修建泰晤士隧道,旨在连接罗瑟希特和沃平两地。 历经诸多艰难后,这条泰晤士河下的第一条隧道于 1826 年完工。如果没有马克・布鲁内尔设计、莫兹利与菲尔德公司在其兰贝斯工厂制造的创新型盾构机,这条隧道是不可能建成的。

此外,亨利・莫兹利还提供了对保持隧道施工干燥至关重要的蒸汽驱动水泵。

到了晚年莫兹利又对天文学产生了兴趣,并开始建造望远镜。他原本打算在诺伍德买一栋房子,并在那里建造一座私人天文台,但还没来得及实现这个计划就去世了。

1831 年 1 月,他在去法国看望一位朋友后横渡英吉利海峡时着凉了。亨利・莫兹利病了四个星期,最终于1831年 2 月 14 日去世,被安葬在伍尔维奇圣玛丽抹大拉教堂St Mary Magdalene Woolwich的墓地。

亨利・莫兹利凭借其机床技术为工业革命奠定了重要基础。其中,最具影响力的,就是他发明的螺丝切削车床。这台机器实现了螺丝的标准化,并使可互换零件的应用成为可能(这是大规模生产的先决条件),是工业革命所必需的一项革命性发展成果。

其实,亨利・莫兹利的贡献远不止于此——许多杰出的工程师都在他的车间接受过培训。

比如,理查德・罗伯茨(顶级机床工程师)、大卫・内皮尔(Napier & Son创始人)、约瑟夫・克莱门特(卡盘之父)、约瑟夫・惠特沃斯爵士(测长机之父)、詹姆斯・内史密斯(蒸汽锤的发明者)、约书亚・菲尔德(著名土木工程师)……

在机械工程尚处于起步阶段时,亨利・莫兹利就在其发展过程中发挥了自己的作用,尤其在开发供全球工程车间使用的机床方面更是具有开创性意义。

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