钟表件的加工离不开钟表机,钟表机的发展与钟表业有着密切的关系,其产品种类繁多,专业化程度很高,世界上钟表机发展较早的国家有瑞士、德国、美国、英国等,其中瑞士被称为“钟表王国”,生产钟表机已有一百多年的历史,积累了丰富的经验,德、美、英等国的钟表机产业至今仍是世界之最。
从17000年代开始,国内钟表车的发展就一直落后于国外,国内由于产业和历史的原因,国内钟表车的发展基本上都是在新中国成立后50年代中期才开始起步。
时钟车床,业内人士称之为“摆动车床”,想必对于独立的时钟修理工或修理工来说,是一种必不可少的工具。尽管国内外各厂家生产的钟表车床各有特色,各不相同,但基本上沿用了欧美历史上的经典标准型号。同轴包括:多数车床主体采用WW或Geneva标准,车头轴径主要分为6mm、8mm、10mm和12mm等几个规格,目前国内机床企业生产的时钟车床基本都采用这类标准;不同点包括:车头轴径尺寸及形状不同,如:床身导轨有上三角下圆、圆及上平面下圆等,支承方式有单脚支承、双脚支承等。
虽然时过境迁,用于加工钟表类零件的专用数控机床发展迅速,但钟表车床体积小、重量轻(重量只有3~10公斤)、价格低而为钟表业企业和独立钟表厂所青睐。直到现在,在国内企业还是经常见到的。简要介绍了钟表车床的国内外发展历史及现状。
简述时钟车床。
该车床的主体结构比较简单,大致分为四个部分,即车床导轨、车头、刀架和顶针座,见图1。它的结构小巧,使用方便,能完成各种车削加工,如钻孔、扩孔、铰孔,螺纹的切削,丝锥及板牙的切削。带铣削及磨削附件的机床,可完成铣平面、铣槽、分度铣削或刻线,用成型刀加工钟表齿轮,磨削内外圆、平面和小刀具刃磨等,因此,在出厂时,机床将有一个大的木箱,内装相关的附件,而且机床的规格不同,箱体的大小不同,所装的附件也不同,由于其万能性强,所以特别适合于钟表试制车间、修理部、工具部、独立制表厂等使用。
整台机器除具有主机车削,钻削,攻丝等加工功能外,还具有研磨加工功能(可研磨外圆,内孔)和铣齿等功能,在这里以简图形式展示。
装入铣头即可铣削加工,并借助皮带轮60个等分孔,可完成多面铣削和铣齿加工。
图2带磨头时钟车床。
图3带铣头时钟机床。
外国时钟机床的历史
至于时钟车床的历史,最早出现在瑞士,德国,美国,英国等国家,主要制造厂家有德国Boley,Andr?Zwingenberger,WolfJahn,瑞士的Aero,Bergeon,美国的Derby,Craftsman,英国的T.C.M,Lanco,等等,最早出现的钟表机床都是纯粹的机械式结构,机械零件的加工完全依靠钟表师的手工操作。
图四德国古董钟车床;图五瑞士古董钟车床。
德国独立钟表商使用的手工制钟机床,其使用已有百年历史,重约4.5公斤,由纯铜制成。机器安装在木箱上,木箱抽屉内装满了各种不同规格的机床配件,包括夹头,铣刀等,使用时需要用钢丝系住,用手摇动,完成主轴转动。现在看来,这是一个低效的做法,但是在那个年代却是一个巨大的进步。
图片5是两台古董级瑞士钟表机床,国际拍卖价格为5~10万美元。
图片6瑞士拉夏德芳国际钟表博物馆古董钟表车床。
十九世纪末,普通车床制造厂生产的大多数车床都是按照WW标准制造的,WW标准是由A.Webster公司设计,第一个由美国制表厂生产。自“WW”型标准车床问世以来,经采用者使用后一致认为满意,故多数制造厂都相继按此规格生产,而其它部件仍按本厂规格生产。著名的国外钟表车床制造商包括:瑞士Bergeon公司、Aéro钟表公司、德国Boley公司,它们相继设计制造了许多规格的钟表,Bergeon公司也是在瑞士本土坚持到21世纪的制造商。鉴于篇幅问题,故下面仅简单介绍一、两家知名公司的钟表车的部分型号。
图7:18世纪中期,瑞士Bergeon公司的钟表制造车间。
1791年,Bergeon公司在瑞士“LeLocle”镇成立,这是一个以精密机械加工而闻名的城市。从一开始,Bergeon公司就一直遵循“Geneva”模式,尽管后来转向生产更大的Model50车床,但是8mm的“Geneva”车床直到21世纪才开始生产。贝格恩公司的“Geneva”车床具有三种典型的结构形式:
C型:275mm长的床身,一个“右手”主轴箱,简单的“推式圆筒形”尾座,以及复合可滑动拖板和刀架。
D型:275mm长的床身,一个“右手”主轴箱,“推圆筒”式尾座,可移动的手扶式T型刀架。
(3)E型:两个固定尾座作为床头,另一个可滑动且有扶手,可简单地模仿早期精密钟表车床的结构。
图8Bergeon公司的C型汽车时钟;图9Bergeon公司的D型汽车时钟;图10Bergeon公司的E型汽车时钟。
纳沙泰尔是典型的6mm“Geneva”型时钟车床的制造商,由于它的产品特点与德国LorchandWolf公司的产品非常相似,所以它的生产流程几乎完全照搬了德国LorchandWolf公司的生产线和生产流程。
1870Boley(正式名称为G.Boley)成立于德国(见图12),并在当时已经成为世界著名的精密机械和设备制造商,制造出了”WW”、”Geneva”(除三角床身外,其他设计精巧)和”中等尺寸”高精度(包括一些复杂昂贵的型号,如令人不齿的5LZ和普通车床4BK)微型钟表车床。另外,制造商还生产各种铣床、钟表等制造工具和附件,这些机械设备在1960至1879年间甚至保持着最高的质量,其中包括许多引人注目的、先进的设计。在G.Boley中,有些设计模型是由英国SmartandBrown公司在WW2上模仿而成,目前最常见的是Mk.1和Mk.2,其中最经典的Mk.2模型包括:
F1型精密钟表车床(见图13),加工需要在与刀架平行且光线充足的上层平台上进行,主轴的旋转不再是传统的手工操作,而是由尾座末端完成,在机床上特别精细的工作往往需要放大目镜。
2)1a、1b、2a等型号精密车床
图14 Boley公司1a型车床。Boley公司1a型车床为典型的WW型钟表车床,中心高为50mm,中心和单脚中间的距离为110mm,主轴旋转更加稳定,径向跳动更小,其安装了精密轴承和环形转位孔的同步带轮,主轴箱左手边的撞针杆可以起到定位的作用。
Boley公司1b型钟表车床是比1a更长的一个版本,中心距为230mm,车床配备了旋转进给复合滑动刀架并且作为两脚支撑的标准。
Boley公司2a型车床(3a和4a型中心高更高)仍然较重,中心高65mm,2a型根据轴反向移动使用时经常会见到很多很多版本,Boley 2型车床配备了旋转进给复合拖板刀架并且作为标准。
进入钟表车床发展历史长河中,简单回顾钟表机床的发展,我们难免有这样的感受,即钟表的发展史就是钟表车床的发展史,尤其是钟表车床经历了从完全手动操作完成到采用手脚并用,再到简单电气化驱动主轴旋转的发展过程。许多钟表车床到现在已成为钟表师和收藏家的珍宝。
国内钟表车床历史
在上世纪50年代初,国内钟表车床方面关于使用方法和相关知识还很少有人知晓,钟表车床的来源完全是依靠国外进口。从五十年代中期开始,钟表零件制造以及其他仪表制造的迅速发展,它才被人所注意,懂得使用此种车床的人也慢慢增多,同时国内部分厂家也出现自制的钟表车床,虽然精度和国外还有很大差距,但基本可以满足一般使用要求。国内在当时研制生产的厂家主要有,上海钟表工具模具厂和北京仪表机床厂,其生产的钟表车床分别如图17和图18,均是以测绘、仿制为主,所生产的机床功能尺寸、重量、使用方法及车头轴内圆直径均接近或相同,主要是细节上有些不同,比如支撑脚结构、尾座的外形及车头锥座孔圆锥角,北京产为41°,而上海产为40°,从设计参数看所加棒料均在Φ6以下,但在一定精度要求下,两个厂家的钟表车床夹持又不同,上海产钟表车床夹持范围要更宽等。到目前为止,在国内许多老的钟表企业依然可以看见它们的身影。
进入七、八十年代后,原本不多的几家公司已经相继转制或者倒闭,加之国内钟表行业受当时日本石英钟表的冲击而一蹶不振,直至上世纪九十年代后,许多钟表厂家相继倒闭,钟表行业的萧条导致需要相关行业人员流失、转行,钟表车床发展一度处于停滞状态。
轻工业钟表研究所作为国内钟表行业唯一一家科研机构,承担着国内钟表行业标准的推广及相关检测仪器、制造工艺装备的研制责任和义务。近年来,在所领导的关心和支持下,相继承担了陕西省科技厅的钟表用微型精密机床的研制工作,第一代已完成。近两年来,又相继承担了国家科技部关于钟表用多功能微型数控机床的研制任务,以改零件加工生产靠人工完成、效率低等缺点,以实现数控化、高性价比为目标,相信在不久的将来,国内钟表机床行业又会增加一大批新宠儿。
小知识:
“Geneva”标准,1859年由Charles S. Moseley在美国创立。
(1) 车台从尾座至车头均为的上表面是平面的圆柱;
(2) 车头轴内圆直径6mm、8mm;
(3) 单脚支撑;
(4) 重量较重。
“WW”即(Webster-Whitcombe)标准,约1889年起源于美国,由Webster和Whitcombe二人创立,此标准传播更广。
(1) 车头中心高50mm;
(2) 车台上表面宽为37mm;车台边斜度为60°;
(3) 车头轴内圆直径8mm、10mm、12mm,车头轴头部锥座孔斜度为40°。
(4) 重量较轻。