ARCHIVE 02铣床、加工中心的谱系

以进口机为样板：国产铣床（大正至1945 年）

比车床稍晚，铣床的国产化在大正末年正式开始。据后来的日立精机的社史，其源流之一——东京瓦斯电气工业（瓦斯电）的造机部在大正末期以美国 Cincinnati 公司的铣床（轻型）为样板开始制造。当时少量进口的 Cincinnati 公司和 Kearney & Trecker 公司的机床上清楚可见改良的痕迹，据说他们还收集了目录等文献加以研究^[1]。10 年后月产达 30 台，成为国内首屈一指的铣床量产工厂，1935 年以后的 M 型铣床成为首个成批（批量）生产的铣床机型^[1]。

以 1921 年的机床展览会为契机，机械学会于 1926 年制定了车床标准，1929 年制定了钻床标准，1931 年制定了铣床标准^[2]。1930 年代也出现了专业厂家。原本生产水泵和纺织机械的大阪的大阪机械工作所（1938 年改名为大阪机工）于 1934 年进入机床领域^[3]，1937 年 5 月，牧野常造创办了专门生产“1 号立式铣床”的牧野商店制作部（后来的牧野铣床制作所）^[4]。

战时统制与受命机

根据 1938 年的《工作机械制造事业法》，瓦斯电大森工厂造机部成为第 1 批许可工厂，次年 1939 年 5 月独立为日立制作所的子公司日立工作机^[1]。作为根据 1940 年《试验研究令》由国家下令试制的机床（受命机），大阪机工于 1941 年制造了以美国 Cincinnati 公司的 3 号铣床为准的升降台式铣床 MH-3V。该公司将其视为此后升降台式铣床的原型^[6]。1941 年 12 月，国产精机、日立工作机、筱原机械合并为日立精机^[1]。物资短缺后，车床和铣床制造了减少零件的“战时型”^[2]。

什么是升降台式铣床？承载工作台的升降台（knee）沿立柱上下移动的形式，是中小工厂通用铣床的基本形式。主轴为水平方向的是卧式铣床，垂直方向的是立式铣床。与此相对，量产工厂使用的是工作台下方为固定床身的“床身式”“生产型铣床”。

战后的通用铣床与生产型铣床（1945–1970 年）

战后的铣床制造沿着两个方向推进：能承受强力切削的通用机，以及面向汽车等量产的生产型铣床。日立精机于 1954 年完成强力型升降台式卧式铣床 MK 型的 1 号机，1955 年推出 ML 型，1958 年推出床身式 MP 型生产型铣床^[1]。新潟铁工所从战前起就在制造美国的 Cincinnati 型、Milwaukee 型铣床^[7]，1954 年 7 月与美国 Sundstrand 公司在生产型铣床方面开展技术合作，1955 年 3 月完成第 1 台 33SM 型 Rigidmil，到 1965 年底共制造了 803 台^[7]。

外观与易用性也在变化。远州制作于 1959 年在东京国际博览会上展出了引入工业设计的 VF 型立式铣床。同年的卧式铣床 HF 型带有消除工作台丝杠间隙（反向间隙）的装置，能够进行刀具旋转与进给方向相同的“顺铣”^[10][11]。大阪机工于 1964 年推出床身式 MH-2 1/2V，并将其作为量产型通用铣床的原型^[16]。牧野于 1958 年 3 月开发了后来成为畅销机型的 K 系列立式铣床^[4]。

在高速增长期，通用铣床也被大量制造。新潟铁工所的通用铣床 2UM 型的产量从 1966 年的 194 台增加到 1967 年 388 台、1968 年 505 台、1969 年 725 台，1970 年超过了 1,000 台^[7]。

数控铣床的诞生（1958–1967 年）

NC（数值控制）是用数字指令驱动刀具和工作台运动的机构。正如车床一章所述，在日本是大学和国家研究所率先开始试制，随后迅速扩展到厂家的机床上。

1958 年：牧野的数控铣床

1958 年，富士通信机制造（即今天的发那科）的数控装置商用 1 号机装在了牧野铣床制作所的数控铣床上^[8][9]。牧野称其为“日本第一台数控铣床”^[4]。次年 1959 年 5 月，通产省工业技术院机械试验所在东京国际博览会上展出了数控坐标镗床 JIDIC。这是从 1956 年起由 55 名研究人员用 3 年时间开展的“机床自动化”研究的成果，它演示了进给中的工作台停止时位置偏差控制在 ±0.5μm 以内，引起了很大反响^[12]。

各公司的数控铣床

• 大阪机工（1960 年）：完成数控铣床，交付重工企业^[3]
• 日立精机（1961 年 4 月）：在东京国际博览会上展出 2MC 型三维数控铣床^[1]
• 新潟铁工所（1961 年 9 月）：第一台数控铣床。用磁带控制床身式生产型铣床的 3 个轴。1964 年发展为在转塔（刀架）上排列刀具、内置计算机进行三维控制的 2DIMT 型^[7]（社史中的年份在 1961–63 年之间不一致）
• 大隈铁工所（1963 年）：在 JV 型精密立式镗床上加装富士通信机制造的自动定位装置的机床，刊登在富士通的技术报告上^[15]

在数控之前的“程序控制”方面也有创新。松浦机械制作所的 Microman SB-1（1960 年，该公司称 1961 年上市）是一台用程序切换主轴转速和进给速度、在前后、左右、上下方向都能停在 0.02mm 以内的自动立式铣床，据说把少量精密零件的生产率提高到手动机床的 3–5 倍^[13][14]。数控机床统计开始的 1967 年，数控铣床产量为 52 台，多于数控车床（8 台）^[20]。

①国产加工中心的诞生（1960–1972 年）

加工中心（MC）是在数控铣床上加装了自动换刀装置（ATC）的机床。工件一次装夹后，即可一边换刀一边连续进行铣削、钻孔、镗孔、攻丝。被视为世界上第一台加工中心的，是美国 Kearney & Trecker 公司在 1950 年代后半期制造的 Milwaukee-Matic^[2]（《日本的技术100年》写作 1957 年）。

1960 年：日立制作所集团的 NC 万能机床

《日本的技术100年》把日本加工中心时代的开端定为日立制作所集团在 1960 年开发的 NC 万能机床。它带有用两只手臂交换刀具的 ATC，可容纳 8 把刀具，书中称之为“国产第 1 台加工中心”。该机于次年 1961 年在东京国际博览会上展出，采用了自制的数控装置 HIDAM-43、可能是国产数控机床中首次使用的滚珠丝杠、由磁带驱动的数控等，即使从世界范围看在当时也是很新的设计。该书特别指出，在被认为大大落后于美国的时期，日本的技术人员几乎在同一时期构想并实现了加工中心^[2]。日立制作所在 1963 年也开发了加工中心^[2]。

1966 年：加工中心齐聚展会

在 1966 年的日本国际机床展览会上，池贝铁工、日立精机、牧野铣床制作所、安田工业等展出了加工中心。严格来说其中也有不带 ATC 的，但这标志着日本加工中心时代的到来^[2]。牧野把同年 10 月的加工中心称为“国产第一号机”^[4]。池贝铁工发布了包括加工中心在内的 3 种数控机床^[18]，拥有坐标镗床技术的安田工业继 1964 年的卧式精密铣镗床“Jig Master”之后，开发了加工中心“Precision Center”^[17]。大阪机工的 Turret Miller TM-3NC（1966 年）是通过旋转排列 6 根主轴的转塔主轴头来换刀的数控铣床，作为加工中心的先驱十分畅销^[19]（该公司的沿革写的是 1967 年作为“加工中心”上市^[3]）。

“国产第 1 台加工中心”有两个。1989 年的《日本的技术100年》把 1960 年日立制作所集团的机床称为“国产第一号”，而牧野铣床制作所的沿革则把 1966 年自家的机床称为“国产第一号”。两份资料都没有写明以什么作为“第 1 号”的标准（试制还是产品、有无 ATC 等），因此本页注明出处，将两者都予以收录。

1968 年目录中的加工中心

日本工作机械工业会在 1968 年汇编的数控机床目录中，“加工中心”一栏列有远州制作 MB、牧野铣床制作所 MCP-70、MCP-78、MCP-100、日立精机 BD、日立制作所 HTN-10P、新潟铁工所 50DIU、新日本工机的龙门式 TM-2H-NC-ATC 等。数控装置多为富士通的 FANUC，也有使用日本电气的 NEDAC、日立的 HIDAM、三菱电机的 MELDAS、大隈的 OSP^[22]。安田工业的 YBM-50N-2、YBM-80NR-3 也作为“加工中心”收录其中^[22]。

同在 1968 年，大隈铁工所开始制造 MCD 型龙门加工中心^[21]，新潟铁工所于 9 月完成了 50DIU。主轴头可回转并停在立、卧 2 个位置，工作台每 90 度分度，因此 1 台即可完成立式和卧式两种工作。该机在研究了当时备受关注的美国 Sundstrand 公司的加工中心“Omnimil”的信息之后自主开发，与其他 7 家公司一起在秋季的展会上展出^[7]。山崎铁工所的第 1 台加工中心 BTC No.5 诞生于 1970 年 4 月^[23]，新潟铁工所推出装有 20 把刀具 ATC 的立式加工中心 3MN-ATC 是在 1972 年^[7]。

立式、卧式的普及与 FMS、出口（1971–1987 年）

早期的加工中心以可以旋转工件加工 4 个面的卧式为主。1970 年代，价格较低的立式得到普及。松浦机械制作所于 1974 年推出立式加工中心 MC-750V，凭借比卧式更便宜的价格，开拓了飞机、电子零件、模具等适合立式的工作，1975 年开始向美国出口^[25][14]。大阪机工于 1974 年推出卧式 MCH-500（不使用机械手的换刀），1977 年推出低价位的立式 MCV-500，MCV-500 大量出口到加工中心的诞生地美国以及欧洲^[26][28]。牧野于 1976 年推出立式加工中心 FNC-A 系列^[4]，大隈铁工所于 1980 年推出卧式加工中心 MC-H^[21]。

铣床也以填补数控与手工作业之间空白的形式不断进化。大阪机工于 1971 年推出国内第一台电子仿形铣床 MH-5TCV，支撑了塑料模具的制造。1975 年的“Auto Miller”MHA-400 在 1 台机床上兼具由技工手摇的手轮和数控自动运转，大受欢迎^[24][27]。

无人运转与 FMS

把多台加工中心连接起来、连工件搬运也实现自动化的 FMS（柔性制造系统）也很早就开始尝试。牧野于 1972 年 8 月开发了由自适应控制加工中心组成的自动线^[4]，山崎铁工所于 1983 年 12 月完成了以长时间无人运转为目标的“MAZATROL FMS”^[23]。远州制作的卧式加工中心 HMC500（1982 年），以及面向量产线、把快速移动、换刀、分度速度提高到 2 倍以上的生产线型加工中心 HMC-S（1983 年），成为替代专用机床和组合机床自动线的加工中心的原型^[30]。

小型立式加工中心与出口、贸易摩擦

1980 年代，小巧而价格适中的立式加工中心得到普及。森精机制作所于 1981 年发布立式加工中心，1984 年的 MV junior 在 8 年间售出 4,700 台，使小型、价格适中的立式加工中心成为行业标准^[29]。日本的加工中心在出口方面也有增长，1986 年出口额占产值的比例达到 52%，超过半数^[31]。在美国，1982 年 5 月，机床厂家提起申诉，要求把日本制造的加工中心和数控冲床排除在投资税收抵免的对象之外，这最终促成了从 1987 年 1 月起为期 5 年的数控车床、加工中心等对美出口自主限制（VRA）^[31]。加之日元升值，加工中心的出口比率在 1989 年以后降到了 30% 多^[31]。技术的流向也不再是单向的，安田工业于 1983 年和 1986 年向英国的机床厂家提供了加工中心的制造技术^[17]。

★迈向高速化、五轴、五面（1985 年起）

从 1980 年代后期开始，竞争的焦点转向“速度”。大阪机工的高速立式加工中心 PCV-40（1985 年）在国内量产机中首次采用凸轮驱动的 ATC，快速而稳定的换刀此后成为标准^[32]。松浦机械制作所的 FX-5（1988 年）采用把电机装入主轴的内置电机，达到每分钟 2 万转（选配 3 万、4 万转），实现了铝的超高速加工和淬火钢的切削^[33]。山崎马扎克于 1996 年完成了快移加速度超过 1G 的卧式加工中心 FF-510^[23]。

由机床改变工件方向的五轴加工，也在 1990 年代成为实用的机床。松浦机械制作所于 1991 年推出可连续无人运转 72 小时的五轴加工中心^[14]，山崎马扎克于 1999 年完成了多面、五轴加工机 VARIAXIS 200^[23]。大型龙门机床通过改变主轴方向加工 5 个面也已成为常态，2020 年大隈推出 MCR-BⅤ、山崎马扎克推出 FJW-100/160 等五面加工龙门加工中心^[21][23]。牧野于 2021 年开发了五轴控制卧式加工中心 a800Z^[4]。厂家的阵容也发生了变化，曾是铣床老字号的日立精机于 2002 年把部分业务转让给了森精机制作所^[34]。

在现场有什么用？如今加工中心理所当然的配置（滚珠丝杠、ATC、刀库、分度工作台、凸轮式换刀、内置电机的高速主轴、五轴），是在这里列举的 1960–90 年代的机床中逐一加入的。1982 年以后日本工作机械工业会制定或修订的行业标准（MAS）中，包括了加工中心的主轴端部形状和工具系统 BT50、BT40^[31]。阅读老加工中心的规格书时，如果知道“这项功能是从什么时候开始有的”，读法就会不同。