??（注：從這章開始，9章之內有6章是講述技術發(fā)展，對于不喜閱讀技術發(fā)展的讀者說聲對不起。）

    大宋朝皇家實驗室的第一期工程已經(jīng)交工，皇莊外也已有了十多間房子，每間房子都是按著李不偉的要求所建造，而且預留了各種管線包括上下水管道、蒸汽管道、電線管道等等，更有些大型機械研究室還專門設計了進入房間的鐵軌線路，只是目前鐵軌尚且無法制造，而鐵軌的輪距也沒有確定下來，因此所謂的準備工作也不過是將地基夯實而已，盡管如此，現(xiàn)在的設計顯然已考慮到了五年內的發(fā)展計劃。

    李不偉此時正在機械實驗室內，這個實驗室是李不偉專門為機械加工所設計的，不僅承擔各種機械零件的設計，而且初期的機械加工也將在這里進行。機械實驗室占地約兩千平方米，能容納近二百人在此工作，其中又詳細劃分為軸承、齒輪、潤滑、工藝、公差等多個研究方向，而制造車間則分為車、銑、鉆、刨、磨等各類工種，當然還有鉗工這一最重要的工種了。話雖如此，可眼下實驗室空蕩蕩的沒有一臺設備，只有十幾張桌子擺在墻角，另外又有幾件簡單的木制品加工工具。

    李不偉此時已在機械實驗內，眾學者也站在一邊三三兩兩地說著話，神色間均頗為激動，這倒不是因為實驗室剛剛建成，而是因為今天有一批機械零件將要運到實驗室中，這批零件的到來，將是大宋發(fā)展機械工業(yè)的第一次嘗試，李不偉自然明白此次嘗試的意義，甚至可以說，以后制造出的每一臺機床，都將是直接或間接地被今天將要安裝的這臺車床所制造。

    眾人正在焦急等待間，忽然聽得門外傳來車馬之聲，李不偉心頭一喜，也顧不得許多，當下帶頭沖了出去，只見實驗室門外已停了四輛馬車，其中三輛車顯然是裝有車床的零件了，只不過眼下這些零件被稻草包裹得嚴嚴實實，一時也看不清到底是些什么。楊萬景與鐵廠的胡永謙相繼跳下車來，李不偉看這胡永謙四十多歲年紀，身材甚是高大威猛。見到李不偉，這胡永謙倒也不含糊，大大方方地與楊萬景一起行了官禮之后，便開始匯報起這些天的成果來。此時球墨鑄鐵的產(chǎn)量又有所提升，更為重要的是那批刀具的剛度已達到了李不偉的要求，已能夠切削銅鋅合金與灰鑄鐵了。李不偉聽得大喜，又有些等不及，便命眾人將馬車直接駛入了實驗室內，由于實驗室預留了鐵軌車道，因此馬車要進入也不困難，楊萬景帶來的十多人七手八腳地將這批零件搬了下來，又將馬車駛出了實驗室。

    此時，所有零件的包裝都已被拆去，李不偉忙上前查看了一番，不由得連聲稱贊。其實李不偉在設計這臺車床的時候，曾與范東來等人研究過多種方案，后來考慮到目前的加工工藝尚無法制造出高精度的零件，所以第一臺車床不應太過復雜，正因為如此，這臺車床的主變速箱看起來極為簡單，驅動軸經(jīng)由一級減速齒輪傳動到主軸，而主軸上又固定有五個大小不一的齒輪，用于控制自動走刀絲杠，通常情況下這五個齒輪都處于空轉狀態(tài)，如果想要實現(xiàn)自動走刀的話，再將另一個傳動齒輪壓下與主軸的某個齒輪嚙合，同時又與走刀控制齒輪相互嚙合，就可以控制五級不同的導程，而回轉體工件經(jīng)由前頂尖與后頂尖固定，便可實現(xiàn)螺紋的車制。其實整個車床由兩種主要的運動組成，主運動是利用卡盤或前后頂尖與撥盤及雞心夾將工件固定，并作旋轉運動，另一種是進給運動，也就是李不偉所說的自動走刀運動，這種自動走刀也是由主軸傳經(jīng)過掛輪機構、進給機構以及光桿傳到溜板箱及溜板，使其上面刀架與車刀作進給運動，如此一來，通過主運動和進給運動的合成，就可以加工出相應的工件表面，而螺紋加工也是利用這個原理，當工件每轉一轉時，車刀沿著形成螺紋的方向移動一個導程，從而車刀切削出相應的螺紋。

    眼前的這些車床零件雖然數(shù)量不多，但楊萬景等人顯然費了一番功夫。主軸的軸承是用銅合金鑄造而成的，里層表面已打磨得光滑錚亮，而且專門設計了潤滑油的加油孔，主軸看起來也是有模有樣，與軸承配合的地方鑄造了一個小凸臺，凸臺處也被磨得極為光滑，看樣子表面還專門涂了一層油保護起來，如果軸與軸承的圓度能夠保證的話，這種軸承轉動起來估計還算順暢，但能否形成環(huán)型油膜就不得而知了，而至于運轉公差的問題，李不偉已沒有時間做太多考慮，更何況以鑄造的方法也不可能獲得高精度的軸承。

    車床運轉起來還有一個問題需要注意，就是潤滑系統(tǒng)了。李不偉這次有兩種方法備選，一是采用植物油經(jīng)過硫化處理，這在當時的技術條件下是能制造出來的，況且車床轉速并不是很高，因此這種豆油制造的潤滑油是可以勝任的，而另一種就是用石油了，但此時所說的都是原油，當原油沒有經(jīng)過煉制時，如果溫度過高就會造成燃燒現(xiàn)象，但李不偉還是讓楊萬景想辦法弄來了一些原油進行試驗。其實，據(jù)歷史記載，唐朝以前有人采用石油進行車軸或水車的潤滑，但這種潤滑油容易燃燒，因此李不偉只是簡單看了一下，便確定原油不可以直接當作潤滑油。至于切削所用的潤滑液，也是使用普通的植物油，因為這種油完全可以滿足潤滑與散熱的功能，而且可以反復使用。

    另外，車床還有許多小配件如鑼栓、定位銷、傳動鍵，以及幾把簡易的扳手與鑼絲刀。由于目前尚無扳牙以制作鑼栓，因此這些鑼栓與鑼母都是采用澆鑄而成，但因為車床所需的鑼栓尺寸較大，因此鑄造起來也不費事，只是為了保證其強度，所有鑼栓都采用銅合金鑄造，而沒有采用硬度更大的鑄鐵。

    這臺車床還專門設計了絲杠，本來李不偉沒想著在第一臺車床中使用絲杠，因為絲杠的加工并非易事，但后來一想，絲杠的加工離不開車床，而現(xiàn)在這臺車床如果沒有絲杠的話又無法加工另一根絲杠，因此李不偉終于想了個辦法，他決定先做一個木質的絲杠，由于木質容易加工，因此采用手工的方法也可以完成。具體的做法是先做一段約十厘米的木質鑼桿，然后以此鑼桿為模具，做了一個套模，這個套模有五個螺距長度，然后以此套模具再加工出一定長度的木制絲杠，再以此木質絲杠作為模具做出一些蠟質模具，并采用失蠟法鑄造出銅質絲杠。另外，當初用于制造木質絲杠的那個套模，又可以用于修正銅質絲杠，至于最終的驗收標準，就是套模能夠在整個絲杠上平順運轉，并且不存在間隙。至于絲杠的精度，李不偉也只是采用簡單的方法進行了測量，因此一時也摸不準這種絲杠的是否能滿足要求，只有等安裝到車床之后才能得知，到時加工上一百根絲杠，總有兩三根的精度比現(xiàn)在的要高吧……

    這里需要說明的是鑄造時采用的失臘法。其實失蠟法也可以根據(jù)字面意思猜得出一二，大概原理就是先制造出一個蠟質原型，然后等模具做好之后再加熱使蠟熔化并從模具中流出，再將銅汁澆入，便完成了復雜零件的鑄造。

    此時，李不偉一刻也無法再等了，眾人七手八腳地又將銅制底座搬到早已準備好的木樁臺上，這些木樁均已埋入地下幾尺，穩(wěn)定性極高，等到底座固定好之后，又將變速箱、軸承、主軸、卡盤、光桿、跟刀架、后座均一一安裝上去。值得一提的是，此次的軸承采用可更換式分體軸承，因此軸承的安裝極為麻煩。其實后世的滑動軸承安裝也不是一件容易的事，沒有經(jīng)過訓練的普通人根本做不來，通常都是由高級鉗工進行安裝的，而眼下這些軸承雖然加工精度尚不到位，但安裝起來也花費了一番力氣。

    如此忙了約兩個時辰，一臺簡易車床便呈現(xiàn)在眾人眼前，這臺車床雖然看起來極為簡陋，但基本的功能都有，只是其精度是否能保證就不得而知了，李不偉最關心的是主軸與導軌的平等度，以及前后頂尖的同軸度問題，換句話說就是形位公差是否合乎要求。其實，楊萬景等人在鑄造之時就已經(jīng)過了上百次的測試，每當誤差超過李不偉的最低要求之時，便再次重新將模具修正，因為此時木尺的精度只標記到毫米級，所以李不偉特意又設計了一種卡尺，這種卡尺采用杠桿原理進行尺寸放大，實際尺寸為一毫米，在另一端就被放大到一厘米，因此這種卡尺已能測量0.1毫米的尺寸變化，另外楊萬景等人又采用了吊線法、光線找平法等多種方法進行了校正，使得最終制造出來的導軌、主軸、底座軸孔的形位精度達到了大宋歷史最高水平。

    此時車床的主體既然已安裝完畢，下來就要考慮如何使其運轉起來了。這臺車床的驅動軸伸出床體約有兩米，又在兩米外加裝了一個軸承用于固定，然后軸上設計了四個大直徑的槽輪，每個槽輪都用繩子纏上幾圈之后又向兩側延伸出去，分別繞過兩端的絞盤，再在絞盤上纏了幾圈防止打滑，最后將繩子做成閉環(huán)形狀。如此一來，驅動軸將由八個絞盤進行人工驅動。李不偉對這個設計極為滿意，只是他不知道這種驅動方式能否保證主軸的勻速轉動，也不知道車刀在切削時是否會產(chǎn)生太大的阻力而使得加工精度受到影響。

    眾人忙了一天，都是興奮異常，晚飯也只是隨便胡亂吃了些，此時天色已黑，但車床既然都已安裝完畢，眾人又哪能再等到第二天？當下幾人一商議，便準備連夜試車。李不偉決定先試車一段圓柱體的外圓面，此時早已有人準備好了一段四十厘米左右的圓柱型熟鐵鑄件，這個毛坯約成人胳膊般粗細，正好用于試驗，范東來親自上手，將工件緊緊地固定在卡鉗之內。

    這臺車床采用三爪卡盤，與后世的固定原理基本完全一樣，而且為了提高其定位精度，楊萬景等人幾乎花了二十多天時間進行試驗，因為在李不偉看來，目前對于提高精度最有效的辦法就是保證卡盤的定位性能。楊萬景自然明白李不偉的意思，到了試驗后期又專門抽出五六個技術最好的工匠進行卡盤的制作，目前的卡盤仍然采用銅合金鑄造，不過這種銅合金的質地堅硬，基本不會發(fā)生變形，至于找準定位精度是否滿足要求，就要經(jīng)過幾次車制后才能知道。

    等到工件固定好之后，李不偉又簡單地試了一下進退刀與走刀機構，竟然發(fā)現(xiàn)操作起來極為順暢，絲毫感覺不出傳動蝸桿是由鑄造而成，這顯然又要歸功于守朝的鑄造技術了。雖然蝸輪在制作時與直齒齒輪有些區(qū)別，但由于有了蠟質模具，楊萬景人采用范成法，沒費多大力氣便將蝸輪的模具也制作了出來。

    此時，楊萬景帶來的工匠中已有八人分別站在了八個絞盤跟前，李不偉略一點頭，那八名工匠便有開始慢慢地搖動絞盤，等到轉動起來之后，眾人又稍稍加快了些，最終穩(wěn)定在了一個固定轉速。此時驅動軸也早已跟著轉了起來，小齒輪帶動大齒輪經(jīng)過減速傳動后，主軸也緩緩地轉了起來，李不偉大概估計了一下，主軸每轉一圈大概需要五秒鐘，但此時眾工匠手中的絞盤已基本達到兩秒種三圈左右了。主軸的轉速雖然有些慢，但基本也能車制工件的外圓了，李不偉將車刀對準確鑄件的末端，又緩緩地向前旋進，只聽得“咝”一陣輕響，工件外層的灰色的表皮已被車刀削了下薄薄的一層，露出里面銀白色的鐵質，李不偉又慢慢往前推進，剛一用力不小心進刀量大了些，便聽到“咯”的一聲，工件竟然停止了轉動，顯然以人力驅動的力量極為有限，只能每次薄薄地車掉一層表皮。

    掌握了進刀量之后，李不偉將車刀對準工件的外層約一毫米處，再將車刀從工件末端緩緩移到卡盤方向，只見在刀架在移動的過程中，車刀與工件的距離始終保持著誤差在一毫米的范圍之內，偶爾有些稍大的變化也只是很短的一段長度，此時李不偉終于放心，這主軸與導軌的平行度看來還能說得過去。接下來，李不偉又將車刀移到工件末端位置，然后緩緩進刀，由于這臺車床并未設計刻度，因此李不偉只能憑著感覺，慢慢地進車刀直到剛好削去工件表皮的位置時便停止，又將進刀器鎖止，再將車刀慢慢地向卡盤處移去，而史可在一旁端著油壺時刻準備滴上切削液。

    因為主軸的轉速有限，因此李不偉走刀的速度極慢，而且又不敢過量切削，過了約十分鐘，這段四十厘米的工件才被車過一遍，此時再看工件，卻見其表面花花點點，顯然是因為鑄件的圓度得不到保證，因此李不偉這一次切削過去之后，只是大概將一些突起表面車削掉了一部分，大約占總表面積的一半多點。第二次李不偉稍稍增加了進刀量，直到將工件的外層表皮全部削掉，這才改為水平走刀，史可仍是在一旁不斷地滴上植物油進行潤滑冷卻，又過了約十分鐘，剛才還是灰黑色的鐵棒已變?yōu)殂y白色，此時車床也停止了轉動。石促秋看這工件表面已被車得光亮，忍不住上前伸手出去摸了一把，忽又閃電般地縮了回去，臉上神情甚是痛楚，李不偉哈哈笑道：“石大人，這剛加工好的工件還在發(fā)燙呢。”眾人又是一陣善意的笑聲。

    此時，李不偉又將工件卸了下來掉了個頭，將已經(jīng)車好的那端裝入卡盤，又改為切斷車刀，準備將尚未加工的那段工件切掉。由于切斷車刀的刀口極窄，又是連續(xù)進刀切削，因此潤滑冷卻就顯得極為重要，李不偉有些擔心刀具能否承受得住連續(xù)高溫切削，于是在進刀是放緩了速度，又過了約五分鐘之后，這一段工件才被切掉，再看車刀時，竟然看不出有磨鈍現(xiàn)象，顯然是由于車刀的材質經(jīng)過了一些調質處理，從而使得高溫性能也大為改善。

    經(jīng)過剛才的一系列操作，李不偉知道這車床已經(jīng)基本能夠工作，此時他的胳膊已有些酸困，再看旁邊眾人躍躍欲試的情形，便將下次的試車交給了范東來。雖然李不偉此時得以休息片刻，但他知道接下來的操作至關重要，因為剛才工件已換了方向，所以這次的車制便能看出夾具的找準能力與定位精度了。

    范東來操作起來也毫不含糊，他原本就為大宋朝司天監(jiān)一職，平日里就制作了不少機械裝置，如今又看得李不偉操作了一會兒，這一上手竟然熟練之極，李不偉看得不禁暗自佩服。其實李不偉在大學期間只進行了一個月的金工實習，雖然也在車床上操作了近一個星期，但那時多為四人一組，自己真正動手的時間并不多，而宋朝時工匠的手藝極佳，論起動手能力來，又哪是后世的學生可比，況且范東來比起普通的工匠又要強上許多，他這一輪操作下來，竟然將車床開得有模有樣。由于此次的進刀量極少，所以車制出來的工件表面又光亮了許多，眾人方才早已看得驚呆了，此時又紛紛湊上前來觀察，只見工件表面被車得光滑之至，比鑄出來的不知道要強上多少倍，而且其圓度與表面光潔度顯然也是無話可說，一時眾人激動不已，你一言我一語地議論起來。但李不偉卻已看出來些問題，這工件經(jīng)過頭尾互換之后，已出現(xiàn)了定位不準的情況，如果再經(jīng)過一次調換后這種情況還繼續(xù)發(fā)生，則說明夾具的定位性能有些問題了，但又看到眾人如此神情，李不偉也不想再挑些缺陷出來，便笑道：“眾位莫急，這才只是粗車呢，范大人請再來一次精車?！狈稏|來笑著點點頭，又換上了另一把車刀，這把車刀的刀口較寬，但也薄了許多，因為是精車，因此范東來在進刀時特別小心，不一會又將整個工件又車了一遍，此時這根鐵棒和剛才大不一樣。經(jīng)過前幾次加工之后，眾人只覺得這鐵棒表面已是極為光滑，但經(jīng)過范東來剛才的那次精車，此時的工件表面有如鏡子一般，竟然能將旁邊的影像幾乎完全地反射出來。李不偉這才感滿意，笑問道：“這次的加工還算合格，眾位以為如何？”眾人此時更為吃驚，一時間整個實驗室內贊嘆之聲不絕于耳，都驚異于這種加工方法，又有誰還記得此時已是深夜，平時早已是睡得正酣了。

    下一輪該是史可與石仲秋上場了，眾人又是一通商議，決定在工件上車制幾個槽與臺階，然后再車制倒角，最后才是螺紋的加工。此時驅動絞盤的八個人已疲憊之極，馬上又上來八人替換，又經(jīng)過一番試車，這段工件已被車制得面目全非，但李不偉對螺紋的車制情況極為滿意，他萬萬沒有想到一根鑄造而成的絲杠竟然也能實現(xiàn)自動跟刀，而車出來的螺紋雖然精度有些問題，不時有側切現(xiàn)象發(fā)生，但畢竟已大大超出自己的預料了，況且這種誤差也不一定全部是由絲杠所帶來，齒輪的嚙合情況、夾具的定位性能也極大地影響著工件的精度。

    此時已近凌晨，但眾人均無倦色，又開始議論紛紛，有的說可以先將這臺車床的主軸與軸承徹底更換，有的說先要換掉絲杠，更有的說目前這臺車床已經(jīng)足夠了，不需要更換任何零件，眾人一時爭論不下，又齊齊看著李不偉，看他有如何說法。李不偉笑道：“這臺車床雖然算是造好了，但其只是制造下臺個車床的必要工具，除了用于制造第二臺車床所必須的零件之外，這臺本床本身并無其它用處，等到第二代的車床制造出來之后，它也該壽終正寢了。至于車床的操作，估計現(xiàn)在大家都是初級水平，包括我也是一樣，但由于目前只有一臺車床，因此也無法召集人員前來培訓，這第二臺車床的零件，就要幾位親自上手制作了，新的車床不僅要加上刻度，而且精度也要大為提高，雖然眼下這臺車床的精度尚存在一些問題，但制作出一百件，總能挑到一兩件滿足要求吧。如此一來，只要有了第一臺，就會有第二臺，第三臺，而且一臺比一臺更為精準。”

    眾人聽得一陣點頭，又聽李不偉道：“等到新車床的精度達到要求后，還要制造鉆床、銑床、刨床與鏜床，這些機床的設計圖紙已由范大人修改了多遍，基本上能夠滿足日后的加工要求，只是由于車床也能代替其它機床的一些功能，因此車床的制作最為優(yōu)先?！逼鋵崳畈粋ピ谠O計鉆床、鏜床等加工機械時，也只是提了些建議，又對范東來等人不斷加以指點，如此看起來便顯得其它種類的機床都是出自于范東來、史可、石仲秋等人的創(chuàng)意，這也是李不偉為了盡量避免其它人懷疑到自己的知識來源而采取的一些措施。

    范東來忽問道：“李大人，這些機床如采用水力驅動，效率應該能提高不少吧？只是附近瀑布太遠，想要水力驅動卻也不太可能?！崩畈粋バΦ溃骸胺洞笕瞬槐靥^心急，關于機床的動力問題，我前日忽然靈機一動，又想出一個解決辦法，只是要完成此事，卻須先將更高精度的車床制造出來才行，我這兩天會先做出一個模型，眾位大人到時又有得忙了?！闭f到這里，李不偉忽又想起一事，轉向范東來問道：“范大人，上次的那批木頭齒輪是否已開始制作？”范東來道：“那批刀具前日已送到鄭師傅手中，我們當時便裝到了銑床上又經(jīng)過了簡單的調整，試制了兩個齒輪之后，發(fā)現(xiàn)其配合精度還算不錯，估計再經(jīng)過幾次調整，便能批量生產(chǎn)了?！崩畈粋ハ驳溃骸叭绱松鹾?，我最近還要再去打擾他一次，如果此事能夠成功，眾位就等著再次大吃一驚吧?！?br/>
    此時天色已亮，李不偉將零件加工之事交與范東來后便離開了，心想這一晚沒休息，一會兒到家之后首先是要睡上一大覺，只是依依與香兒定然已準備好了早飯，我還是先得吃了早飯才能睡覺。

    （注：文中所講的車床，絲桿的制作在宋朝應該不難，關鍵是夾具不易制作，但文中將難點設為絲桿與導軌。多少有些YY，但作者認為，能制造出渾依這種極為復雜的天文儀器，宋朝的金屬加工業(yè)也差不到哪，而且車床必須要制造出來，因此速成法起了作用）;