GERMANY 05德国车床的谱系

从英国样板到 Chemnitz 的车床（约 1826—1890 年）

德国的车床，并不是作为商品，而是作为机械工厂在自家工厂中使用的工具起步的。在萨克森的 Chemnitz，纺纱机械厂 Haubold 于 1826 年为自家工厂制造了机床，以机车和纺纱机械闻名的 Richard Hartmann 也于 1842 年开始了同样的做法^[1]。由此诞生了专门把机床作为商品制造的工厂。出生于匈牙利的锁匠 Johann Zimmermann，1848 年独自接手了 1844 年与人合办的工厂，开始陆续制造牛头刨床、龙门刨床、钻床和车床。他后来被称为“德国机床制造之父”^[1][2]。

36 台带刀架的车床

1856 年的《Album der Sächsischen Industrie》把 Zimmermann 的新工厂作为“模范工厂”加以介绍。1 台 30 马力的蒸汽机带动天花板上的传动轴，下面除了 20 台龙门刨床、插床、钻床、齿轮分度机之外，还有 36 台铁制带刀架车床（Supportdrehbank）。据说其中 1 台能车削长 47 英尺（约 14m）的丝杠。书中写道，有 250 人在此工作，过去从英国购买机床的技术人员，正开始改用这家工厂的机床^[3]。

这一时代车床的结构，1906 年百科全书的插图表现得很清楚。主轴由天花板的传动轴通过塔轮（阶梯状的皮带轮）带动，换挂皮带来改变速度，低速则靠主轴箱的齿轮减速（背轮）获得。刀具不是用手握持，而是夹在有 2 层滑板的刀架（Support）上；长工件用丝杠（Leitspindel）和挂轮带动刀架进给，也用来车螺纹。挂轮多的备有 60 个之多^[15]。把依靠手艺的切削交给机械进给——这就是从英国车床继承下来的核心。

成为产地的 Chemnitz

Zimmermann 的机床在 1862 年 London 世博会上获得金奖，1867 年 Paris 世博会上与 Hartmann 一同获得金奖。1868 年工厂规模约 1,000 人，自家工厂里排列着 160 台车床，所造机床的四分之三出口到俄国、奥地利、英国、南美^[1]。1860 年前后，Hartmann、Zimmermann、Diehl、Sondermann & Stier、Reinecker 的工厂林立，Chemnitz 成为德国机床的中心。Sondermann & Stier 在 1880 年制造 89 种机床，年产约 4,000 台^[1]。

在车床家族中，Reinecker 的铲齿车床（Hinterdrehbank）独具特色。它是把铣刀刀齿的齿背按刃口形状一点点铲低（形成后角）的车床，这样做出的铣刀重磨后形状也不变。Reinecker 在 1873 年 Wien 世博会上展出了铲齿铣刀，1882 年起还销售铲齿车床本身。这是以美国机床为样板的工作^[1][7]。大型车床方面，Zimmermann 到 1910 年已制造出顶尖距 24m 的车床^[1]。

转塔车床、自动车床与高速钢（1869—1914 年）

普通车床是一边逐把更换夹紧刀具一边切削的。若要把同一零件做成几百、几千个，只要事先把刀具全部排好，依次转过来使用就行了——这就是转塔车床（德语为 Revolverdrehbank）。将插有刀具的刀头（转塔）分度转动，用挡块进给到规定尺寸，即使不是熟练工也能做出尺寸一致的零件。把这一构想带进德国的，是 Berlin 和 Leipzig 的两个人。

Loewe：美式工厂

Ludwig Loewe 既不是工匠也不是技术人员，而是一名商人，1869—70 年在 Berlin 创办公司，1870 年考察美国。他学习了美国工厂专注于一种产品、用专用机床和可互换零件大量生产的做法，1873 年起开始把机床也卖给其他工厂^[4][5]。1896—98 年在 Berlin-Moabit 新建机床工厂，聘请 3 名美国技术人员，把它建成互换生产的工厂。1897 年入职的年轻的 Georg Schlesinger，从给美国技术人员当翻译开始，后来负责统筹夹具、量规以及车床、转塔车床、铣床等标准机型的准备工作。把少数机型按预测大量生产的做法，被评价为比第一次世界大战后的“合理化”早了 20 年^[5][13]。Schlesinger 后来成为 TH Berlin 的教授，把机床的精度检验变成了一门学问（第 2 章）。

Pittler：16 孔的转塔

Leipzig 的 Wilhelm von Pittler 是缝纫机和刺绣机的发明家。1888 年制成可作 6 种用途的金属加工万能机，1889 年创办 Maschinenfabrik „Invention“，1890 年制造装有转塔的车床。刀具孔起初为 6 个，1894 年起增至 16 个^[9]。1893 年 2 月 24 日，他申请了“带转塔的金属加工机”德国专利 74951^[11]。第一个大客户是 Schweinfurt 制造自行车花鼓的 Ernst Sachs，买了 100 多台机床。自行车是最早用可互换零件进行批量生产的产业之一^[9]。

1919 年 Hülle 的教科书介绍了 Pittler 的“多孔转塔车床”，称它有坚固的箱形床身和 16 孔的转塔，刀具可以有多种组合^[14]。Pittler 公司于 1895 年改为股份公司，1899 年迁入 Leipzig-Wahren 的新工厂，1901 年起还制造以美国机床为样板的半自动、自动车床（单轴和多轴自动车床）。这些机床让 1 名工人同时看管多台车床^[10]。

自动车床：让凸轮记住工序

即使是转塔车床，转动转塔并进给的也是人手。连这些也交给机器来做的，就是自动车床。1919 年的教科书把 Loewe 的自动转塔车床说明为“装在 1 根控制轴上的凸轮鼓和凸轮盘，依次驱动转塔的进给与退回、分度、刀架的进出”的机床^[14]。凸轮的形状就是加工工序本身，零件一变就要重做凸轮。准备工作费时，但一旦转起来，每转一周出 1 个，即使无人看管也会出来同样的零件。

更进一步，同时切削多根棒料的是多轴自动车床。Bielefeld 的 Gildemeister（1870 年创业）从 1906 年起在 Wilhelm Berg 领导下，把产品集中到多轴自动车床和鼓形转塔车床^[6]。1919 年的教科书中载有用 4 根主轴同时切削 4 根棒料的 Gildemeister 4 轴自动车床^[14]。然后在 1914 年，Hermann Hahn 在 Esslingen 创办了 Index，制造凸轮驱动的自动车床“Index I”。公司名取自转塔的分度（Indexieren）一词^[18][19]。

高速钢与电动机：主轴箱的变化

1900 年 Paris 世博会上美国的 Taylor 和 White 展示的高速钢，从根本上改变了德国车床的构造。1914 年 Lueger 的技术辞典写道，车床的进步是由高速钢牵引的。要快速切削，就必须增加主轴转速的级数，并使各部分坚固。塔轮要加宽，避免小的级，齿轮减速从 1 级增加到 2 级以上。新机床大多变成了用 1 根皮带或电动机驱动，在主轴箱内的齿轮变速箱中变速的形式——辞典这样写道^[17]。作为例子举出的，是在主轴箱上装电动机的 Göppingen 的 Boehringer 精密高速车床。Boehringer 称在 1896 年制造了首台电动机驱动的车床，1905 年起专注于车床^[12]。高速钢对德国车床的冲击有多大，从美国车床一章中介绍的 Loewe 的试用故事也能看出来。

大型车床也因电动机而改变。1906 年的百科全书用图示介绍了 Düsseldorf 的 Schiess 立式车床（直径可达 9.5m）：用约 25 马力的电动机把转台转速在每分钟 0.09～4 转之间分 20 级变换。书中写道，为了在夜间也几乎无人看管地运转，采用单独的电动机驱动^[15]。1914 年 Lueger 的辞典中，载有花盘直径 11m、重 300t 的 Schiess 立式车床^[17]。

车间里发生了什么变化？有了转塔车床和自动车床，车床的工作从“技术好的车工逐个对尺寸”，分化为“调整人员对好刀具和凸轮，其余交给机器”。今天的 CNC 车床也以考虑刀具的排列和工序顺序为准备工作的核心，这正是从这个时代延续下来的。

单皮带主轴箱、硬质合金刀具、VDF、战争（1914—1945 年）

第一次世界大战中，车床成了切削炮弹和炮管的机器。Boehringer 制造了切削炮弹的机床和炮管镗削车床^[12]。Pittler 早在 1920 年以前就在信笺上宣称自己是“欧洲大陆首屈一指的转塔车床与自动车床专业工厂”^[10]。

1919 年教科书描绘的车床

Hülle 教科书的第 4 版（1919 年）详细介绍了这一时代车床的结构。主轴的速度是这样改变的：从天花板传动轴或电动机，通过无需换挂的单根皮带（Einscheibenantrieb）带动齿轮变速箱，再更换齿轮的组合^[14]。在 Boehringer 的高速车床上，20 马力的多速电动机（可分级改变转速的电动机）把 400～1,400 转分为 5 级，再用齿轮进一步扩大范围^[14]。Loewe 的普通车床、粗车车床和 Boehringer 的重型转塔车床也有附图说明。用手换挂皮带的塔轮车床，正逐渐被用手柄切换齿轮的车床取代。

硬质合金刀具所要求的刚性

1920 年代后半，刀具方面再次发生了巨大变化。这就是 Krupp 的硬质合金刀具“Widia”。名称来自“wie Diamant（像金刚石一样）”，商标于 1925 年 12 月申请，1926 年 5 月注册，在 1927 年的 Leipzig 博览会上公开亮相^[20][21]。硬质合金刀具的切削速度远高于高速钢，但刃口容易崩，怕振动。车床被要求具备转得更快的主轴，以及更粗更重的床身和主轴箱（硬质合金刀具的历史见第 2 章）。

VDF：按规格分工制造

1928 年，Göppingen 的 Boehringer、Hannover 的 Wohlenberg、Hamburg 的 Heidenreich & Harbeck、Zerbst 的 Franz Braun 4 家公司组建了生产与销售的联合体 VDF（Vereinigte Drehbank-Fabriken，联合车床厂）。各公司分担车床的不同规格，统一销售设计思路相同的车床。在世界经济危机之中，VDF 出口的一半以上销往苏联^[12]。1934 年，莫斯科的工厂展出了以 VDF 齿轮式主轴箱车床为样板的机床^[24]。日本国立科学博物馆的资料把 VDF 的车床说明为基于 Schlesinger 研究的机床^[25]。

在自动车床方面，Index 在 1934 年的专利中自称“Index Werke Hahn & Kolb”，在 1937 年自动车床凸轮的专利中自称“Index Werke”^[58][59]，可见它一直在改进凸轮式单轴自动车床。约 1938 年，Hermann Traub 的公司在 Reichenbach an der Fils 起步^[28]，同在 1938 年，后来以教学用、工具车间用车床闻名的 Weiler 也创业了^[26]。Chemnitz 的 Escher 于 1930 年被卖给 Berlin 的 Deutsche Niles-Werke，作为 Niles 的 Siegmar 工厂制造车床、立式车床和卧式镗铣床^[8]。

第二次战争

1939 年庆祝创业 50 年的 Pittler，在这一年是欧洲大陆最大的转塔车床厂家^[30][10]。到 1934 年，它还取得了 Magdeburg 一家机床公司 75% 的股份^[23]。切削枪械和炮弹零件的车床订单使销售额增长，工厂开始对妇女进行再培训，并使用了大量外国人和强制劳工^[10]。1945 年 3 月的空袭几乎摧毁了 Chemnitz 的机床厂，但 Niles 的车床厂幸存下来，战后在苏联管理下制造赔偿用的车床^[1][8]。Leipzig 的 Pittler 总厂被接收、拆除，Bielefeld 的 Gildemeister 工厂也在空袭中被毁^[10][6]。战争与分裂的全貌见第 3 章。

东西方的车床：仿形、穿孔卡、大型车床（1945—1970 年）

战后，德国的车床分成了东西两方。Pittler 的董事和管理人员于 1948 年在西部的 Langen（Hessen）创办 Pittler Maschinenfabrik AG，在新工厂重新制造转塔车床^[10][9]。在东部的 Leipzig，用接收的 Pittler 财产组建了国营的 VEB Drehmaschinenwerk Leipzig（DREMA）^[33]。原在 Bautzen 的铸造与机械厂，于 1952 年在西部的 Eislingen 以 EMAG 之名重新出发，开始制造车床和专用机床^[37][38]。

仿形车床：描摹样板切削

车削几百根多台阶轴时，每个台阶都测量尺寸后停下很费工夫。于是普及开来的是仿形车床。用触针描摹与工件形状相同的样板（或 1 根样件），用液压放大其动作使刀架随动，刀具就会描出与样板相同的轮廓。Boehringer 于 1951 年 12 月申请了“带仿形刀架（Nachformsupport）的车床”^[36]，同一年还申请了车削曲轴曲柄销（偏离中心的轴部）的车床^[35]。汽车零件的批量生产，要求车床“一次装夹就车出形状”。EMAG 也于 1975 年申请了用凸轮和样板连螺纹都能车削的液压仿形车床^[46]。

VDF 在战后也延续了下来。1949 年 Boehringer 申请的车床专利中，除了 Göppingen 的技术人员，Hannover 和 Hamburg 的技术人员也列名为发明人，可见 VDF 的伙伴工厂在共同设计^[32]。

用穿孔卡驱动的转塔车床

约 1950 年代末 VDF 转塔车床 RS 50～RS 100 的英文版产品目录，很好地反映了这一时代的结构。转塔车床的工人在 8 小时内要完成 6,000～10,000 次操作，疲劳后不良品增多。于是 VDF 用打了孔的卡片自动切换主轴的转速、旋转方向和进给。卡片由工厂的计划人员事先制作，手工操作减少了约三成——目录中这样写道。变速由主轴箱的电磁离合器完成，手柄只剩 1 根，用于与高速区皮带驱动之间的切换。床身宽大，有 2 条淬火并磨削的 V 形导轨，切屑从床身之间向下落。主轴端符合 DIN 的短锥标准^[22]。在 NC 之前，车床已经朝着“机器读取写在纸上的工序”的方向发展了。

Gildemeister 于 1950 年推出转塔车床 RV 50，1951 年增加了棒料用和卡盘用的多轴自动车床^[6]。1950 年申请了随转塔分度用电气和液压切换主轴变速的机构^[34]，1966 年申请了把凸轮控制轴移到纵向滑板上的多轴自动车床^[41]。1970 年收购了 VDF 成员之一、Hamburg 的 Heidenreich & Harbeck^[6]。

东德的大型车床：“8. Mai”与 DREMA

在东德，原 Escher、Niles 在 Chemnitz 的工厂于 1953 年 5 月 8 日更名为“VEB Großdrehmaschinenbau „8. Mai“”（大型车床厂“5 月 8 日”）。这家制造车床、立式车床和卧式镗铣床的工厂，在 1950 年被视为东方经济圈最大的车床厂家^[8][1]，1978 年七成以上的产品出口^[1]。1969—70 年，切削回转零件的机床工厂被归并到 Berlin 的“7. Oktober”联合企业，“8. Mai”和 Leipzig 的 DREMA 也加入其中。机床出口以国营 WMW 的名义进行，州档案馆中保存着“WMW”的宣传照片^[8][33][1]。东德从 1963 年起制造数控车床，1967 年起制造数控斜床身车床，1971 年的 Leipzig 春季博览会上展出了 NC 回转零件加工系统 ROTA F 125 NC^[1][8]。

从 NC 到 CNC、车削中心（1955—1990 年）

NC（数控）的故事始于美国的 MIT，但德国也很早就开始追赶。Aachen 的 WZL 的 Herwart Opitz 于 1952 年派部下到 MIT，1955 年在 Aachen 的研讨会上展示了自制 NC 机床的模型。1960 年的 Hannover Messe 上，德国厂家展出了一排 NC 机床^[39]。Siemens 在同一 1960 年推出可在工厂使用的 NC 装置，1964 年命名为 SINUMERIK^[40]。NC 的整体脉络见第 4 章。

早期数控车床的进给：脉冲与液压

据汇编公司史的辞典，Gildemeister 于 1965 年展示了首台数控车床 RSA，1967 年开始销售^[6]。这一时期数控车床的进给机构，在 Gildemeister 1969 年的申请中表现得很清楚。题目是“具有由 NC 驱动的电动步进电机和液压放大器的进给驱动”。靠 NC 装置发出的脉冲一点点转动的步进电机力量弱，因此用液压放大其动作来驱动丝杠和滑板^[42]。1971 年还申请了“具有十字滑板的数控车床”^[60]。

分度主轴：C 轴的萌芽

车削中心（除车削外，还用旋转刀具进行钻孔、铣削的车床）不可或缺的，是能使主轴停在任意角度的 C 轴。Index 于 1972 年 12 月申请了把主轴旋转接入 NC、能按规定角度分度停止的数控车床（美国专利 3,878,742）^[45]。另一方面，同一家 Index 的凸轮式单轴自动车床在 1971 年达到第 4 万台，仍在申请凸轮驱动刀架的改进专利^[18][44]。凸轮式便宜又快，在要做几万个的零件上仍是主角。

1977 年 Gildemeister 推出自家的 CNC 装置 Elektropilot，制造了用微处理器控制的多轴自动车床。EMAG 也大约从这时起开始向全世界销售能自动装卸工件的 CNC 车床单元^[6][37]。Traub 于 1979 年申请了在数控车床上相对于刀架测量并确定刀尖位置的方法。这是减少每次换刀都要试切对尺寸的麻烦、通向今天刀具补偿和对刀预调的技术^[47]。Index 于 1983 年推出 CNC 车铣加工机床，1985 年推出 CNC 多轴自动车床（该公司均称为世界首创）^[18]。

1988 年，西德所产车床的产值中 74.6% 是数控车床。同年日本为 89.5%，约占全球数控车床产量的一半，西德和意大利紧随其后^[48]。1980 年代的西德车床厂家，开始与日本的数控车床正面竞争。

拾取车床与重组（1990 年起）

立式拾取车床：主轴自己去取

1992 年，EMAG 把车床的形态颠倒了过来。把主轴朝下吊起，让主轴整体沿 X、Z 方向移动。主轴自己用卡盘抓起输送带上的毛坯（拾取），运到下方排列的固定刀具上方进行切削，加工完成后放下再去取下一个。EMAG 称这是世界上首台主轴沿主要轴向移动的立式车床^[51][38]。1992 年 4 月，申请了把内装电机的主轴装在十字滑板上，并集成切屑与切削液的接收装置和测量装置的机床专利（也向日本等申请）^[52]。构思者是 1969 年出任技术负责人、1975 年买下公司的 Norbert Heßbrüggen^[43]。

这种形式有多项现场优势。机器自己装卸工件，因此不必另配上下料装置，1 台就直接成为自动加工单元。刀具位于工件的下方，切屑可以不受阻碍地落下。工件的流向左右均可组织，机床排成的生产线也能缩短^[51]。床身不是铸铁，而是浇注反应树脂混凝土（聚合物混凝土）而成，EMAG 于 1991 年也申请了这种整体床身的车床^[50][51]。到 2017 年创业 150 年前后，全世界使用中的拾取车床已超过 12,500 台^[37][43]。让主轴立起来的构想并非 EMAG 独有，Gildemeister 也于 1990 年在欧洲申请了最多 4 根工件主轴在各自导轨上移动的立式车床^[49]。

重组：Index 与 Traub、Pittler 与 EMAG

1990 年代是车床厂家走向整合的时代。1997 年，Index 收购邻镇 Reichenbach 的 Traub，保留 Index 和 Traub 两个品牌组成集团^[19][18]。在东部，Leipzig 的 DREMA 于 1990 年私有化，1991 年成为 Pittler-TORNOS^[33]，但 1997 年破产，1999 年 9 月由 EMAG 接手，成为 EMAG Leipzig^[53][37]。Chemnitz 的“8. Mai”于 1993 年由 NILES Drehmaschinenbau 继承^[8]。Gildemeister 于 1994 年取得 Deckel Maho 的大部分，成为同时拥有车床和加工中心的集团^[6]。曾是 VDF 核心的 Boehringer，所有者几经更替：Oerlikon-Bührle（1973 年）、IWKA（1987 年）、MAG（2006 年），2013 年加入台湾的友嘉集团（Fair Friend Group）^[12]。

车床也朝着一台机床完成全部加工的方向发展。EMAG 于 1998 年推出在一台机床上完成车削和磨削的 VSC 250 DDS^[37]，Index 于 2002 年推出 CNC 车磨加工机床（该公司称为世界首创）^[18]。车铣复合加工机的整体脉络见国产档案的第 7 章“车铣复合加工机、五轴的谱系”。

现在的阵容

现在德国车床的主要厂家有：Bielefeld 的 DMG MORI（原 Gildemeister），Esslingen 和 Reichenbach 的 Index、Traub，Salach 的 EMAG，Chemnitz 的 Niles 一脉，以及教学用和工具车间用车床的 Weiler（总部于 1990 年代从 Herzogenaurach 迁至 Emskirchen）等^[27]。2014 年迎来 100 周年的 Index，是一家全球约 2,200 人、销售额约 4.5 亿欧元的公司^[19]。

与日本的关联

日本的车床在战前从 VDF 学到了很多。池贝铁工所于 1935—56 年以 VDF 的车床为样板，制造了主轴箱和进给箱单元化的普通车床。国立科学博物馆的资料写道，为适应军方的多样订单，它能以相同单元的组合批量生产标准车床、单能车床、端面车床、转塔车床，在精度、重切削、耐久性各方面都是当时划时代的。1937 年制的 1 台保存在日本工业大学^[25]。大隈铁工所也于 1939 年设计超高速车床 LT 型时，与美国的车床一起参考了 VDF 的车床^[31]。这两件也收录在国产档案第 1 章的年表中。

战后，两国成为竞争与合作的对象。1988 年在数控车床的生产上，日本约占世界一半，西德居第 2 位^[48]。2009 年，Gildemeister 与日本的森精机制作所缔结业务和资本合作，2013 年两公司更名为 DMG MORI，2015 年 5 月日方持有德方 52.54% 的股份^[54][55]。从多轴自动车床和转塔车床起家的 Bielefeld 的公司，与从纺织机械转向车床的奈良的公司，就这样成为了一个集团。EMAG 拾取车床的基本专利也向日本提出了申请^[52]。

常见问题

转塔车床和自动车床有什么不同？

转塔车床是转动装有多把刀具的刀头（转塔）、依次使用刀具的车床，转塔的进给和转位靠人手操作。自动车床则把这些操作也交给凸轮（后来是数控），从送进棒料到切削完毕、切断，无需人看守即可反复进行。在德国，Pittler 和 Loewe 推广了转塔车床，Pittler、Gildemeister、Index、Traub 推广了自动车床。

VDF 的车床对日本的车床有什么影响？

VDF 是 1928 年由 Boehringer 等 4 家公司组成的车床联合体，按规格大小分工，制造设计思路统一的车床。池贝铁工所从 1935 年起以 VDF 的车床为范本，制造了主轴箱和进给箱单元化的普通车床，用同样单元的组合就能批量生产多种车床。大隈铁工所 1939 年 LT 型的设计也参考了 VDF。

EMAG 的倒立式车床与普通车床有什么不同？

普通车床夹持工件旋转的主轴不动，靠进给刀具来切削。EMAG 于 1992 年制造的立式倒立车床（pick-up），连同朝下的主轴一起移动，自己去抓取毛坯，在下方排列的固定刀具上方切削。不另配上下料装置，一台机床就能完成工件的装卸；刀具在下方，切屑容易落下，这也是它的优点。

德国第一台数控车床是哪一台？

尚未找到能断言“这一台就是最早”的资料。据记载，1955 年 Aachen 的 WZL 展示了数控机床的模型，1960 年的 Hannover Messe 上德国厂家展出了数控机床，Gildemeister 于 1965 年展出数控车床 RSA，1967 年开始销售。东德从 1963 年开始制造数控车床。本章按各资料所写的范围分别收录。