GERMANY 09德国的其他机床

钻床：摇臂钻床、多轴钻床、坐标镗床

钻床是把旋转的钻头从上往下进给来钻孔的机床，是最常见的机床。小零件可以移动工件对准孔位，但锅炉钢板、大型铸件这类重物就不行了。于是，把主轴头装在绕立柱旋转的长臂（摇臂）上，不移动工件，而把主轴移到孔的位置的摇臂钻床诞生了。Mannheim 的 TECHNOSEUM 介绍说，这种形式的机床约于 1840 年诞生于英国^[9]。

从天花板的皮带到每台一个电动机

TECHNOSEUM 收藏有 Berlin 的 Raboma（Maschinenfabrik Hermann Schoening）约 1901–1910 年制造的摇臂钻床。据博物馆的说明，这台机床采用了每台单独配电动机、用齿轮箱变换转速的新结构。不过，同一型号也有为尚未通电的工厂准备的版本，从天花板的长轴经皮带取得动力^[9]。20 世纪初，工厂的动力正处于从蒸汽机和皮带向电动机过渡的阶段，厂家两种方式都要兼顾。

电动机与高速钢刀具一结合，钻床的能力便一下子提高了。1919 年 Fr. W. Hülle 的教科书《Die Werkzeugmaschinen》（第 4 版）以 Siegen 的 H. A. Waldrich 的立式钻床为例，用图说明了用电动机齿轮箱使主轴 12 级变速、并能为攻丝切换正反转的结构。书中还写道，该公司新的高速钻床搭载了 100 PS 的电动机，配有显示当时切削速度的速度表、孔深显示和进给表，并与旧机床 3–5 PS 的动力相对比，说明了“钻床有了多么大的发展”^[11]。钻头刃口变得耐热，因此需要转得更快、压得更有力的机床——就是这样的发展脉络。同一本书还写道，高速钻孔时，用泵输送切削液冷却钻头也很重要^[11]。

战后的 Raboma 与 Kolb：液压与预选

第二次世界大战后，Raboma 直接受到了分裂的影响。1950 年美国 CIA 的报告称，被拆解的 Berlin-Oberschöneweide 的 Raboma 工厂的机床被运到苏联 Stry（今乌克兰）的拖拉机厂使用^[17]。尽管如此，Raboma 仍在西柏林的 Borsigwalde 延续下来，在 1951 年的 Hannover 博览会上展出了用液压操纵、大部分操作实现自动化的新型摇臂钻床。报告还提到，Raboma 在前一年迎来了创业 50 周年^[19]。次年法国的行业杂志介绍了 Raboma 的 12 Uh 型，列举了预先选定主轴转速和进给的装置、用电气和液压锁紧摇臂与立柱的装置、把操作部集中在主轴头下方的结构，并写道它能在钢上钻直径 90 mm 以内的孔^[20]。

同在 1951 年的博览会上引人注目的，是 Köln-Ehrenfeld 的 Hermann Kolb 的大型机床。Kolb 也是创业 50 周年，立柱和摇臂长近 6 m，钻孔半径 5,100 mm，从地面底座到主轴 4,800 mm。还展示了用电气和液压把摇臂锁紧在立柱上的装置^[19]。

为什么要“锁紧”和“预选”？摇臂钻床每次转动摇臂、移动主轴头时，如果不把摇臂牢牢锁紧在立柱上、把主轴头锁紧在摇臂上，摇臂就会在钻削力下变形，孔会钻歪或偏位。机床越大，锁紧就越是重体力活，也越费时间。如果用电气和液压瞬间完成锁紧，并在加工过程中预先选好下一个孔的转速和进给，操作者只需对准位置、扳动手柄即可。大件钻孔时，准备时间往往比切削时间还长，战后摇臂钻床的改进就是朝着缩短这段“准备时间”的方向进行的^[19][20]。

多轴钻床：一次钻出多个孔

在汽车这类大量生产同一零件的工厂里，一个一个地钻孔是来不及的。在 1951 年的博览会上，Reutlingen 的 Burkhardt & Weber 展出了一台专用机床，有钻孔用 16 根、攻丝用 4 根共 20 根主轴，以及 6 工位分度、直径 1,250 mm 的回转工作台。它负责加工乘用车柴油发动机缸盖上燃油喷嘴用的斜孔（倾斜 15°，每 2 个孔错开 3°），从钻底孔、精加工、铰孔到攻丝全部包办，工作台每分度一次就完成 2 个缸盖。主轴头的进给、回转工作台、夹紧全部采用液压^[19]。

坐标镗床：Lindner 与坐标的精度

把孔的“位置”做到极致的，是按坐标精确加工夹具、量规上孔的坐标镗床。Berlin 的 Herbert Lindner 于 1918 年创办公司，从铣床分度头等附件起步，1926 年推出螺纹磨床。1933 年在 Leipzig 博览会上展出第一台坐标镗床（Lehrenbohrwerk），1936–37 年申请了坐标镗床的专利。人物辞典《Neue Deutsche Biographie》写道，这种坐标镗床到 1968 年共制造了约 1,200 台^[10]。说到坐标镗床，瑞士的 SIP 最为有名，但德国也有从螺纹磨削的精度技术起步的专业厂家。

走向数控坐标钻床

到了 1960 年代，摇臂钻床的老字号也走向了数控。1960 年英国的技术杂志介绍说，Kolb 的坐标镗床配备了“程序控制”，用各轴的磁带和读取头使工作台停止^[24]。英国行业杂志《Machinery and Production Engineering》1969 年下半年卷的索引中，并列着Kolb 的坐标钻床 KBN E 30（配 Fanuc 开环数控）和 Raboma 的数控坐标钻床 Rabomat 的文章^[26]。用纸带给出图纸上的坐标，工作台就会自动移动到孔的位置，因此既不需要划线，也不需要钻模。这里用的是日本 Fanuc 的数控装置，这一点将在后面的“与日本的关联”中谈到。

卧式镗床、气缸镗床、立式车床

卧式镗床是用装在水平主轴上的镗杆，把大型工件上的孔加工到准确尺寸和位置的机床。像机床、发电机、泵的壳体和齿轮箱那样，要把多处轴承孔排成一条直线、保持正确间距的工作，车床和钻床是做不了的。主轴前后伸缩，主轴头沿立柱上下移动，再用工作台移动工件，一台机床就能完成钻孔、镗孔、端面切削直至铣削，这就是卧式镗铣床（德语 Bohr- und Fräswerk）。

Union：1852 年创业，成为卧式镗床专业工厂

说起德国的卧式镗床，首先要提的是 Chemnitz 的 Union。1910 年 Brüssel 世博会的德国官方目录，把 Werkzeugmaschinenfabrik „Union“（vormals Diehl）介绍为“德国历史第二悠久的机床工厂”，并写道它由 D. G. Diehl 于 1852 年创办，1872 年改为股份公司^[2]。在 1870 年代出口商的通讯录中，„Union“ 也以“1852 年创业”自称，推销车床、钻床、加工机车和货车车轮的车床，甚至木工机械^[3]。创业初期的 Union 是一家什么都做的机械工厂。

转折点在 1900 年。据官方目录，Union 从这一年起改为只生产卧式镗床（Horizontalbohrwerk）的工厂，常年同时制造约 150 台自行设计（部分有专利）的机床，供货给法国、比利时、英国、奥地利、意大利、俄国的一流公司。1910 年 2 月，还建了可以让成品机床运转演示的大型展厅^[2]。1919 年 Hülle 的教科书也用 6 幅图详细介绍了 Union 的卧式镗铣床^[11]。

“专攻一个机种”的意义。19 世纪的机械工厂，车床、龙门刨床、钻床什么都做是很普通的。Union 专攻卧式镗床，是为了成批制造同样形状的零件，把设计和装配的经验积累在一个机种上。大型机床每台的尺寸都随客户订单而变，但只要把主轴头和进给机构通用化，就能以短交期达到高精度。与美国机床业一样，德国也在这一时期开始了“专业厂家”的时代（见第 2 章）。

东西分裂后，Union 归属东德，作为人民所有制企业 VEB Werkzeugmaschinenfabrik Union Karl-Marx-Stadt 继续制造卧式镗床。Industriemuseum Chemnitz 保存着 1980 年代末供货给客户的带花盘的卧式镗铣床 BFT 90/3at（1985 年），以及具有托盘交换和 80 把刀具自动交换的卧式加工中心 CBFK 90/1（1988 年）的博览会用模型。无法把真正的大型机床运到博览会时，就使用这样的模型^[28][30]。卧式镗床公司加上自动换刀、走向加工中心，与西边是同样的潮流。

Schiess：Düsseldorf 的大型机床

在西边的 Rhein 地区，代表大型机床的是 Ernst Schiess。生于 Magdeburg、在 Hannover、Karlsruhe、Zürich 的工业学校和英国的工厂学习过的 Schiess，于 1866 年在 Düsseldorf 附近的 Oberbilk 与 6 名工匠一起，在租来的厂房里开业。从修理和蒸汽机起步，1869 年有了机械工厂，1872 年有了铸造厂，后来切削机床成为主业。1891 年有 440 人，约 1900 年约有 1,000 人工作，据说到那时已在全世界卖出约 7,000 台机床^[6]。1898 年，Schiess 成为创建机床厂家团体（即现在的 VDW）的核心人物，并一直担任会长直至去世^[6]。

公司于 1906 年改为 Ernst Schieß AG，1925 年与 Düsseldorf 的 Defrieswerke 合并，成为 Schieß-Defries AG。第二次世界大战后工厂被全部拆除，1951 年以 Schieß AG 的名义恢复生产^[6]。在同为 1951 年的 Hannover 博览会上，主轴直径 160 mm 的卧式镗铣床 WBF 16 参展^[19]。

Scharmann、Dörries、Droop+Rein

卧式镗床的大厂还有其他几家：1885 年在 Rheydt（今 Mönchengladbach）创办的 Scharmann，以及 1890 年在 Bielefeld 创办的 Droop+Rein ^[7]。1951 年的博览会上，Scharmann 展出了主轴直径 120 mm 的工作台式和落地式（工件放在地面平台上、立柱移动的形式），Droop & Rein 展出了主轴直径 150 mm 的机床^[19]。1884 年，Eifel 地区的 Vussem 创办了 Dörries。Dörries 和 Scharmann 于 1988 年在 Voith 集团旗下合并，1993 年 Dörries Scharmann 接手了陷入经营危机的 Schieß AG^[7][6]。2011 年，这个集团被瑞士的 StarragHeckert 收购^[7]。

气缸镗床与“把机床搬过去”的机床

加工蒸汽机和燃气机的长气缸，使用专用的气缸镗床。Hülle 的教科书介绍了 Rheydt 的 Otto Froriep 的机床（镗头进给可变 4 级，双向均可快速进给），以及 Offenbach 的 Collet & Engelhard（1862 年创立，擅长铁路工厂用机床）的机床^[5]。Collet & Engelhard 的机床由电动机经皮带、齿轮和大蜗杆带动镗杆旋转，并让镗杆本身进给；它把进给丝杠放在镗杆外侧，以免镗杆变细^[11]。该公司还制造了把大型工件放在平台上，把机床搬过去进行钻孔或刨削的移动式机床。Hülle 写道，孔和支承面众多的汽轮机壳体的加工，促进了这类机床的发展^[11]。

立式车床：让沉重的圆盘水平旋转

加工直径大的圆盘和圆环，适合用把工件放在水平花盘上旋转的立式车床（Karusselldrehmaschine）。因为工件不会因自重下垂，只要放上去就容易找正中心。在 1951 年的博览会上，Schiess 展出了花盘直径 1,000 mm、约 30 kW、16 级、最高每分钟 310 转的高速单柱立式车床 EK 100，以及最大车削直径 4,000 mm、切削力 8 t 的双柱立式车床。大型机床的转速通过远处的操作台用电气选择，齿轮切换则用液压完成^[19]。车床的历史见第 5 章“德国车床的谱系”。

龙门刨床、牛头刨床、插床与龙门机床

龙门刨床（planer）是让放着工件的长工作台往复运动、用固定的刨刀切削平面的机床。像机床床身的导轨面那样又长又平又准确的面，离不开它。让装刀的滑枕往复运动、切削小件的是牛头刨床（shaper）；让滑枕上下运动、切削键槽和内形的是插床（slotter）。它们都是“往复运动、用一把刀切削”，所以回程的时间是浪费。这类机床的历史，也是加快回程、使换向可靠的创新史。

Billeter & Klunz：单柱龙门刨床与换向的创新

1919 年 Hülle 的教科书写道，在用 1 根立柱支承横梁的单柱（Einständer）龙门刨床领域领先的，是 Aschersleben 的 Billeter & Klunz。由于立柱只在一侧，比工作台还宽的工件也能在另一侧放上辅助台来加工。该公司还制造有 4 个刀架的重切削机床，以及加工大型飞轮的特殊机型^[11]。该公司创立于 1857 年，1910 年是只制造龙门刨床和空气锤的约 300 人的公司，1930 年与美国的 Giddings & Lewis 签订了划分生产分工和销售地区的协定^[2][4]。

据同一本书，使用高速钢刀具的龙门刨床，粗加工时每分钟 12–20 m，精加工 8–12 m，回程 18–30 m 以上^[11]。要让沉重的工作台每次停下再反向运行，需要强力的离合器。Billeter & Klunz 很早就采用了用电磁铁切换皮带轮来改变方向的机构，Hülle 一方面写道“这在当时是可喜的进步”，同时也记述了由于磨损大，另一种方式的离合器后来普及开来^[11]。该公司还拥有一项专利（DRP 146 076）：让刀具和工作台同时反向运动，使切削速度与回程速度相加^[11]。

牛头刨床与插床

Hülle 以 Leipzig 的 Wotanwerke 的机床作为牛头刨床的例子。行程最大 600–800 mm，用于小件，工作台可上下、左右移动，还能倾斜旋转到 90°。在用齿条和小齿轮驱动滑枕的形式中，在滑枕两端切换离合器以加快回程^[11]。重型插床的例子则举了 Düsseldorf 的 Schiess 的机床，说明了从同一根轴分出工作台纵向、横向和回转进给的结构^[11]。1951 年的博览会上，Maschinenfabrik Ravensburg 用组合发电机与电动机的 Leonard 方式驱动外部行程 1,000 mm 的大型插床 SL 500。切削和回程的速度可在每分钟 4–27 m 之间无级变化，报告评价说，它具有与液压同样的易用性，即使出了故障，工厂的人也容易修理^[19]。

牛头刨床如今几乎已从工厂中消失。Hückeswagen 的 3-Städte-Depot 有一台 Solingen 的 Klopp 约 1950 年制造的牛头刨床，2021 年水灾后也修好了，并运转演示^[18]。

Waldrich Coburg：从龙门刨床到龙门机床

龙门刨床的公司是如何变成今天的大型龙门机床公司的？最能说明这一点的是 Waldrich Coburg。1920 年 2 月，Adolf Waldrich 和 Emil Hardt 在 Coburg 创办 Globuswerke，从机床修理起步。1926 年迁到现址，成为 Maschinenfabrik Adolf Waldrich，1936 年在 Leipzig 博览会上展示了液压驱动。1950 年儿子 Otto Waldrich 接班后开始批量生产龙门刨床，还制造兼具磨削和铣削的机床，从 1955 年起导轨磨床和平面磨床成为主力^[13]。1951 年博览会的报告，也以 Waldrich 的重型龙门刨床和 VDF 展台上的双柱标准龙门刨床（Boehringer 和 Billeter）作为龙门刨床的例子^[19]。

1971 年交付第一台数控机床的 Waldrich Coburg，于 1973 年把连立柱一起移动的龙门（gantry）式龙门铣床的 1 号机交付给制造发电设备的 Kraftwerk Union（Mülheim）。1975 年制造了工作台宽 5,000 mm、装夹长度 18,000 mm 的龙门铣床^[13]。

从刨削到“龙门铣削”。龙门刨床用一把刀往复切削，回程时间和刀尖磨损始终是问题。若用硬质合金面铣刀旋转切削，同样的平面就能没有回程、快好几倍地加工出来。在龙门刨床沉重的龙门框架（2 根立柱和横梁）上装上旋转铣刀的主轴头，就是龙门铣床（plano-miller）；再装上数控和精加工导轨面的磨削主轴头，就是今天的大型龙门机床。Waldrich Coburg 从龙门刨床 → 导轨磨床 → 数控 → 龙门铣床一路走来，正是这一潮流本身^[13]。龙门加工中心在第 6 章“铣床、加工中心的谱系”中也有介绍。

此后，Otto Waldrich 于 1986 年把公司卖给美国的 Ingersoll 集团；Ingersoll 破产后，2004 年 Herkules 集团通过拍卖、2005 年中国的 Beijing No.1（北京第一机床厂）先后接手^[13]。

拉床

拉床是把排列着许多逐渐增大的刀齿的长刀具（拉刀）在工件的孔内或外侧通过一次，就能加工出键槽、花键、方孔等的机床。从粗加工到精加工的刀齿都排在一把刀具上，因此一次行程就能成形，在大量生产同形零件的汽车和机械工厂里不可或缺。但刀具是按形状定制的专用品，所需拉力也大。

1951 年 Hannover 博览会的报告集中介绍了拉床的展品。Pforzheim 的 Kurt Hoffmann 展出了用液压驱动拉刀溜板的立式内拉床。拉力 12 t，行程 1,200 mm，可使用全长 1,750 mm 以内的拉刀，回程时刀具自动从工件上退开。会场上还有拉力 3 t 的双柱机、10 t 工件台回转的机床、5 t 和 10 t 的卧式机，以及 Forst 的立式和卧式拉床，拉力 2 t、行程 800 mm 的小型外拉、内拉床也首次亮相。报告写道，其中一部分采用焊接结构^[19]。

为什么用液压？拉削时许多刀齿同时切入工件，因此在整个行程中都必须以恒定速度持续输出很大的力。用丝杠或齿条拉动的机械式也能做到，但液压可以无级调节力和速度，过载时停机也很简单。工件台回转的形式、刀具回程时退开的机构，都是为了在装卸工件时也不让机床闲着而下的功夫^[19]。

专用机床、加工生产线、FMS

如果同一零件要做几十万个，与其排列通用机床由人搬运，不如按工序排列专用机床、自动输送工件，更快也更便宜。这就是自动生产线（transfer machine，transfer line）的思路。在 1951 年的博览会上，Reutlingen 的 Burkhardt & Weber 展示了加工生产线的一部分：用工件的自动交接把 3 台单向专用机床连接起来。这是加工汽车缸盖 4 个面和倾斜火花塞孔的生产线，工件在淬硬的导轨上滑动，用液压抬起导轨，每次送进 900 mm。输送速度也可调节，报告写道，这类设备特别需要注意切屑的处理^[19]。把刀架和主轴头做成“标准单元”加以组合的方法，也作为该公司的特点得到介绍^[19]。

专用生产线擅长大量生产一种零件，但零件一变就要重建。于是，用计算机统筹数控机床和自动输送、能让多种零件流过的系统应运而生，这就是 FMS（柔性制造系统）。据瑞士 Starrag 的沿革，东德的 Heckert（VEB Werkzeugmaschinenkombinat „Fritz Heckert“）于 1971 年在 Chemnitz 让第一个 FMS PRISMA 2 投入运行^[7]。Heckert 于 1990 年在托管局的管理下成为 Heckert Chemnitzer Werkzeugmaschinen GmbH，1998 年被 Starrag 接手^[7]。关于东德的机床联合企业，第 3 章“战争与东西分裂”中有详细介绍。

电火花加工机

电火花加工是在工具电极与工件之间，在油或水中产生数万次小火花（放电），一点点熔化去除工件的加工。由于不用刀具切削，即使是淬火钢、硬质合金这样的硬材料，也能加工出细槽和复杂的模具。据国立科学博物馆的《电火花加工机技术的系统化调查》，苏联的 Lazarenko 夫妇于 1943 年发表论文提出这种加工方法并申请了专利，研究从受苏联影响的东欧扩展到英国、瑞士、德国等西欧国家^[15]。

AEG-Elotherm：电源与电解加工

在西德致力于电火花加工机的公司中，有 Remscheid 的 AEG-Elotherm。用 DEPATISnet（德国专利商标局的检索系统）核实可知，该公司于 1965 年 1 月在德国申请的电火花加工机电源电路，在英国也取得了专利（GB 1 096 119，1967 年公开）^[25]。电火花加工的速度和加工表面，很大程度上取决于决定每次火花能量和间隔的电源，因此各公司在电源电路上展开竞争。AEG-Elotherm 还为利用电解溶出金属的电解加工（ECM）装置申请了专利（GB 1 280 496，1969 年申请）^[27]。两者都是“用电切削”的加工，用于刀具够不到的形状和硬材料。

瑞士的 Agie、Charmilles 与日本的追赶

在德语圈的电火花加工机中领先世界的，是瑞士的 Agie 和 Charmilles。据同一调查，Agie 于 1969 年完成数控线切割机 DEM-15 并在 Paris 的展会上展出，当时世界上具有代表性的厂家是欧洲的 Agie、Charmilles 和美国的 Elox^[15]。据说从 1970 年代末起，日本厂家在性能上赶了上来，在价格上占了优势，因此也曾遭到欧洲厂家发起的专利纠纷^[15]。

德国的电机厂家 Siemens 也在电火花加工的历史上留下了名字。关于电极丝断开时机床自己重新穿丝的自动穿丝装置，同一调查写道，据说日本最早的装置是发那科从 Siemens 引进技术完成的，当时除 Siemens 外还没有实用化的例子^[15]。要通宵无人运转，电极丝断了也不停机是必不可少的。

此后，欧美的电火花加工机厂家大多从市场上消失了。调查总结说，现在瓜分世界市场的是瑞士的 GF Machining Solutions（原 Agie 和原 Charmilles）、西班牙的 ONA、德国的 EXERON，以及日本的 5 家公司^[15]。现在电火花加工机的点检和加工液管理，见电火花加工机的保养。

压力机、钣金机械、激光加工机

与切削成形的机床相对，通过冲裁、折弯、拉深板材来成形的是压力机和钣金机械。汽车车身、家电外壳、机床护罩几乎都是用钣金做的。德国有压力机的 Schuler 和钣金机械与激光的 Trumpf 这两家具有世界代表性的公司。本章对成形机械只简单提及，重点放在 Trumpf 的激光上。

Schuler：从手动到动力，再到液压压力机

Göppingen 的 Schuler 起源于 1839 年 Louis Schuler（父亲）开设的锁具作坊，1852 年起也制造钣金机械。儿子 Louis Schuler 曾在 Chemnitz 的 Zimmermann 机床工厂工作、在 Chemnitz 的工业学校学习，1863 年回来后把作坊改为机械工厂，1875 年把动力驱动的偏心压力机、拉深压力机和剪板机送到 Nürnberg 的钣金展会上展出。1895 年取得了用 2 个液压缸驱动的液压拉深压力机的专利（DE 84410），由于滑块不是用机械而是用液压推动，力量施加均匀，深拉深的成品质量变好了。1920 年代起，向欧洲和美国的主要汽车厂家交付车身用压力机^[1]。现在压力机的点检，见压力机的保养。

Trumpf：从软轴到步冲机

Trumpf 起源于 1923 年：Christian Trumpf 买下 Stuttgart 的 Julius Geiger 的工厂，制造软轴（用可弯曲的轴带动工具旋转的工具）。1934 年推出第一款切割钣金的电动手持剪 HSP 201，1937 年改名为 TRUMPF & Co.。公司自己的资料写道，1939 年作为分包商制造航空器零件，员工的三分之一是从法国带来的强制劳工^[14]。战后的 1947 年，制造了落地式曲线剪（把板材切成曲线的机床）TAS，Trumpf 由此成为钣金机械公司^[14]。

这时登场的，是 1950 年作为学徒入职的 Berthold Leibinger。以改进曲线剪的切割为毕业研究课题的 Leibinger，在 1957 年参与了按坐标引导板材的机构的专利（公司称之为“数控的起点”）和步冲装置专利的申请^[14][21][22]。步冲（nibbling）是用小圆冲头一点点错开位置冲切板材、不做模具就能切出任意形状孔或轮廓的方法。借助在空心冲头中装入导正销（引导用的销）的创新和坐标引导，1958 年诞生了第一台落地式仿形、坐标步冲机^[22][23]。Leibinger 在这一年转到美国的 Cincinnati Milling Machine Co. 工作，1961 年作为设计部长回到公司^[16][14]（Cincinnati 是美国铣床一章中出现的公司）。

钣金与数控很合得来。步冲和冲孔只要把板材沿 X、Y 移动、在规定位置冲压即可，所需的控制比切削机床简单得多。把数值指令接到按坐标移动工作台的机构上，就直接成了数控机床。1967 年，Trumpf 的第一台具有数控连续轨迹控制的钣金加工机 TRUMATIC 20 问世^[14][22]。在日本，1956 年富士通信机制造（后来的发那科）开发的第一台民用数控装置，最初的对象也是转塔冲床^[37][38]。

冲压与激光复合机，以及自制的振荡器

1978 年，出任社长的 Leibinger 从美国考察带回了 CO2 激光。次年 1979 年，Trumpf 推出冲压与激光复合机 TRUMATIC 180 LASERPRESS，进入激光领域。光束源是美国制造的 500 W 和 700 W CO2 激光器^[14][22]。圆孔、方孔这类固定形状用冲头快速冲出，冲头难以加工的曲线轮廓用激光切割。一台机床两者都能做，因此成了不做模具就能生产小批量零件的机床。1981 年 TRUMATIC 卖出了第 1,000 台^[22]。

Leibinger 坚持自己制造激光振荡器。1985 年，Trumpf 展出自行开发、制造的第一台 CO2 激光器 TLF 1000（1 kW），也成了激光振荡器厂家^[14][22]。1987 年推出重板材不动、让反射镜（光学系统）移动的“飞行光路”平面激光加工机 TRUMATIC L 3000；在 1989 年的 EMO（Hannover）上，又推出搭载把光路折叠起来、做得更小的“折返式”激光器的 TRUMATIC 240 LASERPRESS^[14]。2003 年展出输出功率 4 kW 的碟片激光器样机，2015 年还设立了增材制造部门^[14]。关于 Trumpf 的激光与数控时代的发展，第 4 章中也有提及。

三坐标测量机

确认加工好的零件是否符合图纸的测量，也与机床的历史密不可分。三坐标测量机（CMM）是让接触式测头沿 X、Y、Z 三个方向移动，采集零件表面各点的坐标，计算孔的位置、面的倾斜等的机器。与用游标卡尺、千分尺一处一处地测量不同，它能按固定的步骤，对复杂零件的许多尺寸进行任意多次同样的测量。

代表德国测量的，是光学企业 Carl Zeiss。1846 年诞生于 Jena 的 Zeiss（现总部在 Oberkochen），1919 年在 Leipzig 春季博览会上首次展出测量仪器，并把 2019 年定为“工业测量 100 年”^[12]。其基础是 1890 年 Ernst Abbe 在厚度计上提出的比较仪原理（阿贝原理），即把被测物与刻度排在一条直线上、误差就会变小的法则。1926 年又推出了第一台无需重新装夹就能测量螺纹 5 个要素的万能测量显微镜^[8][12]。

1973 年，Zeiss 推出了UMM 500。这是把接触式测头、HP 9810 台式计算机和自家测量软件组合在一起的 CNC 三坐标测量机，即使不事先把工件精确重新摆放，也能以 0.5 µm 的精度测量。Zeiss 称之为“第一台 CNC 三坐标测量机”。在其成功的基础上，1977 年精密测量部门改为 Industrielle Messtechnik（工业测量），1978 年推出在车间现场使用的 WMM 550/850 系列^[8][12]。

测量机修正加工。带计算机的测量机不只是测量，还能根据测量结果计算加工设定的修正量。1987 年 NASA 的报告写道，美国直升机厂家 Sikorsky 用 Zeiss UMM 500 测量航空器弧齿锥齿轮齿面上约 45 个点，根据与基准齿轮的差异，用 Gleason 的软件计算磨齿机设定的修正量，建立了这样一种方法^[29]。这是从依赖工匠直觉调整齿面接触，转向用数字决定的做法。齿轮的测量与磨削见第 8 章“齿轮加工机床的谱系”，现在测量工具的用法见检测器具、测量工具数据库。

增材制造（金属 3D 打印）

增材制造是把薄层一层层叠起来造形的方法。切削加工是“从块料中去除不需要的部分”，而增材制造是“只在需要的地方放置材料”，因此像内部有冷却通道的模具、为减重而采用的点阵结构那样，切削做不出的形状也能做出来。金属增材制造的主流，是对薄薄铺开的金属粉末照射激光使其烧结或熔化，在这项技术上德国是世界中心之一。

EOS：从 BMW 的光固化到粉末烧结

1989 年 4 月，Hans J. Langer 在 München 附近的 Gräfelfing 创办了 EOS。目标是由 CAD 数据用激光直接制造物体。1990 年 BMW 成为第一个客户，订购了用光固化树脂的光固化成形机 STEREOS 400^[31][32]。1994 年，EOS 推出为 BMW 开发的第一台粉末烧结机（用激光烧结树脂粉末）P 350。EOS 称这是欧洲第一台树脂粉末烧结机^[32][31]。与在欧洲第一个购买光固化成形机的 Electrolux 合作，共同开发了用激光直接烧结金属粉末的 DMLS 机床，后来这成了 EOS 最大的市场^[32]。EOS 到 1997 年取得了粉末烧结专利在全球的权利，成为粉末烧结的专业厂家^[31]。

Fraunhofer ILT 的基本专利：让粉末“完全熔化”

要以可直接使用的强度制造金属零件，不仅要把粉末烧结，还必须完全熔化，成为没有空隙的金属。1996 年 12 月，Aachen 的 Fraunhofer ILT（激光技术研究所）的 Wilhelm Meiners、Konrad Wissenbach、Andres Gasser 申请了一种方法：把金属粉末逐层铺开，用激光熔化规定范围，按 CAD 数据制造零件（DE 196 49 865，1998 年公开）^[33]。这就是现在金属 3D 打印主流“激光粉末床熔融（LPBF，也称 SLM）”的基本专利。据 ILT 2021 年的发布，刚开始时只分配到 1 名研究人员一半的时间，最初瞄准的是牙科植入物用钴铬合金这样用途明确的材料。2019 年金属增材制造的世界市场约 20 亿欧元，其中八成以上是 LPBF^[34]。

Concept Laser 与 GE、Trumpf 的加入

2000 年，Frank Herzog 等人在 Lichtenfels 创办了 Concept Laser，2001 年推出第一台金属增材制造机，方式名为 LaserCUSING。2016 年 10 月，美国 GE 同意以 5 亿 9,900 万美元收购该公司 75% 的股份^[35]。钣金与激光的 Trumpf 也于 2015 年设立了增材制造部门^[14]，ILT 基本专利的发明人之一 Meiners，2021 年时在 Trumpf 工作^[34]。EOS 工业 3D 打印机的装机量在 2025 年达到 5,000 台^[31]。

现场的加工有了什么变化？增材制造的零件原样表面粗糙，尺寸也不如切削零件准确。安装面和孔至今仍用加工中心或车床精加工。因此，也出现了把增材与切削合为一台的机床（日本的例子见下面的“与日本的关联”）。增材制造并没有取代切削机床，而是产生了制造切削做不出的形状，再用切削精加工这样一种新的分工。

与日本的关联

德国的坐标钻床用上了日本的数控

1969 年英国行业杂志的索引中，Köln 的 Kolb 的坐标钻床 KBN E 30 被标为“配 Fanuc 开环数控”^[26]。所谓开环，是让电机按指令的数量转动、但不测量工作台位置并反馈的数控方式。这意味着德国摇臂钻床的老字号在 1960 年代末推出了搭载日本数控装置的坐标钻床。国产摇臂钻床和坐标镗床的历史见钻床、镗床的谱系。日本最早的坐标镗床以瑞士 SIP 的机床为范本，而在德国，Lindner 独立制造了坐标镗床（见上一节）。

线切割机：从 Siemens 到发那科，再到日本领先

在电火花加工领域，日本与德语圈的关系更加深厚。国立科学博物馆的调查写道，日本第一台线切割自动穿丝装置，是发那科从德国 Siemens 引进技术完成的^[15]（电火花加工机的谱系的 1979 年）。另一方面，从 1970 年代末起，日本厂家赶上了瑞士的 Agie、Charmilles，也出现过遭到欧洲厂家发起专利纠纷的局面^[15]。调查总结说，约 1990 年，日本的电火花加工电源专利也在德国、瑞士、美国、意大利获得注册，“从饱受欧美在先专利之苦的时代，变成了日本站在开发前列的时代”^[15]。

Trumpf 的横滨子公司与钣金数控

1978 年，也就是 Leibinger 从美国带回 CO2 激光的同一年，Trumpf 在横滨设立了子公司^[14]。这是继瑞士（1963 年）、美国（1969 年）之后的海外据点，也是在亚洲的第一个子公司^[14][22]。钣金机械成为数控最初的舞台，日本也是一样：1956 年富士通信机制造（后来的发那科）开发的第一台民用数控装置，最初的对象就是转塔冲床^[37][38]（国产车床的谱系的 1956 年）。

金属增材与切削的复合机

从 Fraunhofer ILT 1996 年的专利开始的金属粉末床熔融，日本厂家朝着与切削相结合的方向发展。2002 年，松浦机械制作所开发了把用激光固化金属粉末的金属光造形与加工中心的切削合为一台的机床^[39]（车铣复合加工机、五轴的谱系）。日本试图在一台机床之中，实现“用增材制造切削做不出的形状，再用切削精加工”的分工。

常见问题

德国摇臂钻床的代表厂家有哪些？

本章核实的是 Berlin 的 Raboma（Hermann Schoening）和 Köln-Ehrenfeld 的 Hermann Kolb。两家都在 1950–51 年迎来创业 50 周年，在 1951 年的汉诺威博览会上展出了液压操作的摇臂钻床，以及钻孔半径 5,100 mm 的大型机。到 1960 年代末，两家都发展到了数控坐标钻床（Kolb KBN E 30、Raboma Rabomat）。Mannheim 的 TECHNOSEUM 收藏有约 1901–1910 年的 Raboma 机床。

卧式镗床的老牌厂家 Union 是一家怎样的公司？

这是 1852 年 D. G. Diehl 在 Chemnitz 创办的机床工厂，1910 年布鲁塞尔世博会的官方目录称其为“德国第二古老的机床工厂”。1900 年起专做卧式镗床，常年约有 150 台在制，交付欧洲各国。东西分裂后，它成为东德的 VEB Werkzeugmaschinenfabrik Union Karl-Marx-Stadt，1980 年代制造卧式铣镗床 BFT 90/3at 和加工中心 CBFK 90/1。

Trumpf 为什么成了激光加工机厂家？

它原本是制造剪切钣金的手持电剪和曲线剪切机，以及用小冲头一点点冲切的步冲机的公司。1957 年取得按坐标引导板材的专利，1967 年推出数控钣金加工机 TRUMATIC 20。为了切出冲头难以加工的曲线轮廓，1979 年推出搭载美国制 CO2 激光器的冲压与激光复合机 TRUMATIC 180 LASERPRESS，1985 年又制造了自产的 CO2 激光器 TLF 1000，也成为激光发生器厂家。

金属 3D 打印机（激光粉末床熔融）诞生于德国吗？

当今主流的“用激光将金属粉末逐层完全熔化”方法的基本专利，是 1996 年 12 月由 Aachen 的 Fraunhofer ILT 申请的（DE 196 49 865）。在粉末烧结方面，EOS（1989 年创立）于 1990 年代推出了树脂和金属的设备，2000 年 Concept Laser 也已起步。不过，EOS 最早制造的也是树脂光固化成型机，逐层叠加成形的方法本身在此之前就已存在，并不是“只在德国诞生”的。