原爆级历史续集——也看当年工业制表技术的王牌们

不管工业化制表的产品多么美丽而且值得收藏, 它们并非最能代表美国制表工业对人类制表史的贡献. 美国式工业化制表的厉害之处在与设备，设计和标准化生产设备，正是这些技术使得大规模生产高质素时计成为现实. 工厂式大批量生产技术的发展是从提升已有的简单制表工具开始的，改善已有工具后接着就是史上第一套自动化设备的问世. 最终，半自动设备技术演化成全自动化设备，而且是可以把粗糙的原材料变成精细部件的设备.

除了设备技术, 质量标准的提升则是为了把自动化设备的误差控制在适当而准确的范围内. 这些质量标准被应用到了包括制作和维修钟表产品的专用工具以及生产制造设备必备的材料.


要完全介绍和解释这些设备技术和运作原理比很多人想象中要难得多, 不过，挑选一些极其重要的工具和设备来展示过去的工业化制表技术还是可以的.


王牌1：拆分圆锥轴承；这种设备是华生公司的一位名为Ambrose Webster的技术员在1850年代发明的，这种设备允许沉孔工艺（在夹板上打孔以装嵌宝石轴承以及边缘打磨）,而比起相对原始的曲线圏型轴承要先进得太多，值得一提的是，这款技术设备直到今天还被使用。

王牌2：标准尺寸化制表仪器；以美国表业公司（即后来的华生）为例，就用上了四种不同标准尺寸的车床和夹头，分别是Nashua #1 (4.5 mm), Nashua #2 (8.25 mm), Nashua #3 (11.25 mm) 和 Nashua #4 (20.03 mm). 下图为四种不同尺寸的华生的标准尺寸化车床和夹头，还有主计仪器：角度计，体直径测量计，螺母测量仪以及公差测量仪.

第二幅图中的仪器是用来检查Nashua #1, #2 and #3夹头中车床主轴的角度.

第三副图中的测量工具是用来测量螺丝的几何曲线（这些螺丝都是用在制表机器和产品上的）.

这些黄铜做的量度器具都是试制品，用于展示7种代表不同零件的尺寸和字符. 这些比较基本都是视觉的，因为这些量度器具都不是非常精准.

王牌3：精密钻孔量度工具；这种测量工具有锥形棒和刻度条组成. 这种工具通常是用在小尺寸珠宝镶嵌时进行量度工作用的. 当然，这种工具也有用来测量大型零件的尺寸，最大的甚至能精确到四分之一英寸.

王牌4：主夹板冲床（模具？）；主冲床用于主夹板的铸模以便切出划一而互换性强的主夹板. 这种冲床只在需要新的主夹板铸模的时候使用，因此这种设备的使用可以比传统的手工制表省两道工序.

一块工业化制作的机心很多零件都是从一块金属模版上用冲床上冲压下来的，往往一次冲压后零件就基本成型了，有些主夹板冲床本身就是铸模. 下图中包括18寸的1859型机心的3/4夹板模具，还有一款10寸机心的摆轮夹板及上夹板模具.





王牌5：所有的工业化表款都有一个或以上与之相对应的钻孔模版；这些标准化的模版上的所有孔洞都是对应某一款特定机心. 这些极其重要的模具通常都被保存在纱袋里，然后用皮盒密封，再放在重重封锁的保险柜里. 它们抛头露面的唯一机会就是开始/重开一条生产线的时候.


上图中的这些模具都是1930年代的一场地库水灾中的幸存者.
王牌6：主体成型车刀；这种工具主要用于塑造主夹板压模和冲床. 图中的这几种适用于早期型号的华生1857的夹板及摆轮塑造.



王牌7：圆体成形车刀；成形车刀是加工回转体成形表面的专用工具，它的切削刃形状是根据工件的轮廓设计的。用成形车刀加工，只要一次切削行程就能切出成形表面，操作简单，生产效率高，成形表面的精度与工人操作水平无关，主要取决于刀具切削刃的制造精度。它好似由长长的棱体车刀包在一个圆柱面上而形成。它允许重磨的次数最多，制造也比棱体成形车刀容易，且可加工零件上的内、外成形表面。圆体成形车刀以圆柱孔作为定位基准，套装在刀夹的螺杆上。成形车刀借助于销子与端面齿块相连，端面齿块与扇形齿相啮合，以防止成形车刀工作时受力面转动，同时可以粗调圆体成形车刀基准点的高低位置。用扇形齿块与蜗杆来微调基准点的高度。调整好后，旋紧螺母，即可将成形车刀夹固在刀夹中。当刀刃磨损时, 可以通过研磨切削槽来达到保养的效果. 这项技术概念由当年华生一位不知名的工程师研发而成.

王牌8：主线程标准；螺丝都是从一个统一的标准化丝锥那里制作出来的.  这种标准化设备也可以用来生产衍生型模具.

王牌9：主要校正性计量装置套装；这些计量装置在当年通常由一个部门的工具主管来保管. 下图中的小柜只是一个大工具箱中的一小部分而已.


王牌10：面盘测量仪；钳口型测量仪（即游标规）是用于在生产过程期间便利地检测零件的尺寸（特别是体积）. 站立式的那种测量仪发明于1868年，而钳口型的测量仪发明年份则是介乎于1860-70年代. 所有的这些测量仪的读数都是公制的. 美国表业公司在1860年代后期开始全面应用公制读数法.

王牌11：机心托盘；在那个年代，机心都是以十只为一个单位从工厂出厂的. 这种托盘可以承载足够组装成十只机心的零件. 尺寸较大的孔洞用来承载夹板，中型尺寸的孔洞用来承载齿轮，小孔则用于承载宝石轴承.

王牌12：纳沙3号车床；

这一款车床带有一个弹簧筒夹，用于固定线状零件（盘条？），这个筒夹通过用脚控制的滑动式纺锤。 这个筒夹是固定的，且用脚启动时筒夹和纺锤一同移开，同时开动筒夹.（姑且勉强意译，请技术派看官看看车床结构如何运作） 这款三轴承滑动式纺锤是被一位名为Charles S. Moseley的机械工程师在1850年代的华生工厂发明. 这种设计消除了一般纺锤在工作过程中出现的位置和尺寸偏差问题. 事实上，这种设计尽管没有完全脱离传统设计，只是在原有的设计基础上进行修改，但却被一直沿用到了今天. 注意：另一种通过凸轮启动的滑动式纺锤是Charles Vander Woerd发明的自动式车床. 剩下的原理太复杂，省去500字，请其他前辈给大家讲解一下这种车床的运作原理。

王牌13：自动化螺丝拧紧机

Charles Vander Woerd, 美国表业公司的时任机械部门经理（所长？）, 在1871年发明了史上第一款自动化螺丝拧紧机. 最先制造出来的几只同种设计的机器是较小版本的宝石轴承固定螺丝生产设备. 然而，这款设备其实可以通过改变其设定去生产不同尺寸的螺丝, 从微型的宝石轴承螺丝到机心和表壳专用的螺丝无所不包.

从1871年到1876年，大约有45只此类设备被生产出来，单价2000美金左右，大多被华生公司用于专门生产螺丝. 在当年被生产出来的第三十只自动化螺丝拧紧机当时被收藏展览在1876年费城世博的机械设备展览厅（世博百年庆典）用来彰显美国工业的发达. 那一场世博会同时也是史上第一次大规模集中地曝光美国制表工业的设备和生产方法.

这种设备的工作效率在当时是非常高的：一个熟练工只要严格按照程序，就可以同时操作六架甚至更多的自动螺丝拧紧机，在一个工作日内生产五万到六万螺丝！反观传统工法，同一个熟练工可能只生产到1200到1500个螺丝，而且还要一个童工的帮助！这款设备的基础设计之后被其他工厂（或品牌）复制和运用. 在华生公司的广告里，这款机器一直在宣传画上，直到1919年. 这款设备充分地彰显了Charles Vander Woerd作为一个机械工程师的才干.

王牌14：高精度高标准工作图；


王牌15：大马士革纹车花机！
大马士革纹车花机本质上是一种夹板玫瑰车花机，因此其工作原理与一般的用于装饰珠宝的设备相类似（直到美国大规模生产珠宝的设备出现前）. 车床的头部用于制造特定的花纹套装，在转动头部的时候，不同的旋转频率和不同的旋转模式可以制造出截然不同的图案.

上图中的车床很可能是当年合众国钟表公司（注意：此公司英文名为United States Watch Co., 切勿与美国表业公司混淆！）混饭吃的行当，也有可能是后来转手到了罗福表业公司（Rockford Watch Co.）。这款设备带有可以和进行周期转动的花环形凸轮一起运动的锁轴式主轴箱. 这款车床被用于装饰大钢轮和机心主夹板；这种大马士革纹的制造方法在美国被创造并最早被华生大规模应用在1860年代生产的款式上(包括1868 和 镍合金夹板款式的钥匙上条的16寸机心).

上图的这台设备是由John Stark于1870年代制作并售往罗福表业公司. 这台设备可以机心的夹板上做出直线型，圆环形和波浪形的大马士革纹，也可以按照不同的客户需要做出其他类型的纹路组合. 为了做出不同类型的纹路组合或者样式，使用者需要根据实际需要更换刀头.

王牌16：自动化插齿刀：
这款设备的设定工作完成后可以在生产过程中把半成品齿轮在生产线中挑出来并且进行齿形加工.下图中显示的都是自动化插齿刀，这些设备可以根据实际需要（即加工不同的零件）而改变自身的程序设定，而且可以承载一定数量的零件并作为零件的分配器使用.



王牌17：四转轴立式钻床（下图）
在当年的华生, 女员工们通常都是用这种钻床在机心夹板上钻出指定的孔洞（夹板被固定在夹具里）. 每当一系列指定的孔洞都打好以后, 夹板就会被传送到下一位操作员，再由下一位操作员用这类设备打出下一列指定的孔洞. 这套系统对工作中出现的误差容纳率很高，允许把工序中出现的错误留在下一个环节被修正. 这种设备在1897年由工程师D. H. Church创制 ； 有了这套设备，人手操作的夹件，钻模和其他与之相关的人手操作工序都被省略了.

王牌18：自动化夹板钻孔及切割设备（下图）
下面这幅图纸是Church这位工程师的又一杰作，这是一款同时支持10个工作点为一个单位的工作小组（应该是组装人员）以及同时有顺序地处理10件夹板. 当在这条流水线上的每一道工序完成后，设备会把加工后的材料传送到下一个工作点，最后加工完成的零件会被传送到一个个接收盒里.

王牌19：美国表业公司螺纹铣床
这款设备在当年是被华生的机械部门用于轧制铁鳞. 在当年的世博会（1876年）中，表厂展出的这种设备带有镍镀层. 估计这种设备可能还在20世纪到来之前的几届世博会中露过面.

20：自动化设备图一览

21：工厂设计图一览

上图为1902年某厂加建楼层空间规划图

典型美国制表厂部门分工规划图（上图）

1879年某厂升降梯规划图

22：生产工作图一览


















参考资料来源：美国表业公司网站/citation: awco.org/2002seminar
链接/link:http://www.awco.org/seminar2002/Machinery/precisionholegauges.htm

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多谢多谢，很重要而且实用的资料，应该又有动手能力强的蠢蠢欲动了..........

收藏了，学习。

老兄又为论坛贡献资料了。
兄台有动手操作么？

suwenyu 发表于 2013-6-5 17:55
老兄又为论坛贡献资料了。
兄台有动手操作么？

正在纠结应该买设备亲自动手玩流水线还是买两个有互换性的产品实验互换性

思考阶段中。。。

怎么？您鄙视资料考据流么？

nomorewatch 发表于 2013-6-6 09:57
正在纠结应该买设备亲自动手玩流水线还是买两个有互换性的产品实验互换性

思考阶段中。。。

尊重资料流。
玩钟表，玩资料懂历史，玩手艺，再摆弄艺术。

suwenyu 发表于 2013-6-5 18:05
尊重资料流。
玩钟表，玩资料懂历史，玩手艺，再摆弄艺术。

志同道合啊
@五里河 @烟不离手  

gaoyingjie 发表于 2013-6-5 17:53
多谢多谢，很重要而且实用的资料，应该又有动手能力强的蠢蠢欲动了..........

真要把实物设备和资料图片全搞到手，估计比收藏整套欧米茄古董极品星座更棘手也更耗时。
@64gt @iwc3706 @hxc161 @xufeng @ybyu8185 @chousirbuy @yasaka @brotherQ @shenzhen2020

大部分工具都是首见，打开眼界。

老兄添置一套微型流水线吧，玩玩就多一位独立制表人了。

没有CAD的年代图纸德味十足。

这里好像也有一些资料：http://www.awco.org/

yasaka 发表于 2013-6-5 20:28
老兄添置一套微型流水线吧，玩玩就多一位独立制表人了。

没有CAD的年代图纸德味十足。

我连工作都没有，上哪去添置这么昂贵的生产线？

说句心里话，有钱的话，甭说流水线，图书馆资料库外加人力资源部我都想买下来。

您推荐的这个资料库我收藏着呢，的确很难再找到这么系统的资料库了，不过有些细节还是差强人意，包括某些历史意义非凡的实验表。
@2524 @amu475 @wangmao @rocksuo @haru  

小闹辛苦

机械米 发表于 2013-6-5 21:20
小闹辛苦

还有两篇草稿，发完以后就该挂托管了。

强！
学习中。

非常好的资料文章！

白金沙 发表于 2013-6-5 23:48
非常好的资料文章！

算是对我这几天不懈工作的最大回报吧

nomorewatch 发表于 2013-6-6 15:49
算是对我这几天不懈工作的最大回报吧

兄的贡献很大啊，刚仔细看了全文，有些工具，也是第一次见，也能我涨了见识！

白金沙 发表于 2013-6-5 23:52
兄的贡献很大啊，刚仔细看了全文，有些工具，也是第一次见，也能我涨了见识！

在我眼里还算不了什么，毕竟我真正入门的时间不长，只学了些皮毛。

nomorewatch 发表于 2013-6-6 15:53
在我眼里还算不了什么，毕竟我真正入门的时间不长，只学了些皮毛。

已经很强了，至少愿意去学、去发掘！去研究！