所為“旋作”,顧名思義就是“旋轉作業”,是中國古代進行金屬切削加工的一種機器。新中國早在七十年代初期,河北定縣博物館在該縣兩座宋代塔基中發現一批金屬器皿,其中一些銅件和銀件的表面十分光潔,從加工紋跡上看同心度很強,紋理細密,器皿公差配合做的非常嚴密,甚至在外部已經銅綠的情況下,而內腔依然保持著紫銅色澤,由此可見在宋朝年間金屬加工的精度配合已經非常之高了。因此可以初步斷定,北宋初年機金屬切削機械使用已經比較普遍。 【根據小作多年機械加工經驗來看,想要孔軸做到嚴密密封,公差一般需要控制在1絲之內,也就是孔比軸大0.01毫米以內,最好是控制在0.005mm以內這樣才能有效杜絕空氣,並有一定的脹緊度。而現代普通6140A型車床在使用百分表情況下可以保證0.01毫米左右的精度,而一般的數控機床也就控制在0.005mm。但如果是八九百年前的北宋朝,是如何達到這個精度(問題是如何檢測孔軸精度,拿什麽測量工具?尤其是孔的測量,這個問題在現代也是比較麻煩的!而古人是怎麽做到的呢?),而且還要保證形狀公差的呢?(即“圓”截面不變形,到達更加接近理論的圓度。因為一旦失圓,精度再好也無法達到密封效果。)這個恐怕就不得而知了!】
在坊監的帶領下,郭合龍一行人圍著一排至少十台,裸露著結構,型號規格各異的旋作來回看了遍。據坊監介紹,旋作機械最早始於唐朝中晚期,到了北宋年的官辦手工作坊已經作為一種必備機械,在宋庭開辦的“文思院”當中,除了專門製造金屬器皿的鍍金、銀泥作外,還專門成立了旋作,專門從事金屬的外圓內孔加工。
【文思院:文思院是唐後期設置的一個製作機構,並為五代兩宋時期所沿置。在長期的歷史演進中,文思院的性質、職能和職官設置都發生過很大的變化,但是由於文獻記載非常之少,其實主要是出於當時技術保密原因,所以很少有人對其進行過深入的研究。要知道文思院之所以能作為皇家禦用匠作坊,是有其獨特意義的。
文思院在宋代的職能,主要掌造金銀犀玉工巧之物(其實就是給皇帝專門做奢侈品的一個這麽機構。),金彩繪素裝鈿之飾(當然這只是其重要之能之一),以供輿輦、冊寶、法物及凡器服之用,所造器物主要是供宮廷及在京諸司之用。其所分的上、下兩界(院),實際上是一種製作分工,規定上界負責金銀珠玉等器物的製造,下界負責銅鐵竹木雜料等器物的製造。兩界(院)之所以有這樣的分工,主要是出於防弊之需要,使貴重物品不致於流失貪汙。所以在北宋時兩界(院)各自有獨立的場地,相距稍遠,並制定了嚴格檢查及登記制度。北宋亡國南渡以後,事出倉促,兩界(院)隻好暫時並為一院,一俟局勢穩定,南宋政府遂於紹興三年又恢復了上下兩界的舊製。為了防范監官貪贖,甚至有人提出:“請兩界監官廳廨舍,毋得與本院鄰牆,皆以防弊欺也。”盡管如此,仍不能杜絕貪贖虧損的發生(把官員養在金銀玉器堆裡天天摸,不貪汙才怪。),所謂“至淳熙虧陷官緡錢以萬計,銀兩以千計,監臨竊取工食緡錢,月以百計,事發因償,多不及五分之一。”
文思院在南宋初期,還是主要延續了北宋職能,為皇家製造精工器具供以把玩欣賞,所以為了能夠製造接近無瑕疵的“玩物”供皇室把玩,文思院實質就變成了當時全國加工能力和技術精度最高的一所工廠,包括“旋作”在內的各種機械得到了大量普及和設計改進設計。因此,這時候的文思院,性質就差不多類似於高精密的機械廠(當然有點誇張,不過在當時確實很了不起了。),而當時大量先進機械也就這麽成了皇家奢侈品的幫凶(真是罪過呀,阿彌陀佛……當時要是用來造槍、造炮,造原子彈該多好呀。)
兩宋文思院不同於唐代文思院的職能的重要區別就是,在早在北宋時期文思院所掌之職事便已逐漸開始膨脹了,宋神宗熙寧四年(1071),將原歸太府寺掌管的“度量衡製造”,並入了文思院。(這個很重要,因為度量衡器具並入文思院之後,由於文思院的當時精工機械普及,導致中國的測量水準有了質的飛躍,也許這就是為什麽當時金屬加工精度如此之高的原因。因為文思院變成了當時機械標準和各種尺規量具的權威制定者。)
從此以後,各地官府所需度量衡器皆由文思院製造,或者以文思院頒給的度量衡標準樣品尺寸由各地製造。通常是文思院製造度量衡標準樣品後,校定明用火印,工部頒降諸路,諸路轉運司依省降樣製造。當然,在京諸司所用的度量衡則必須是文思院所製。同時禁止私造私賣度量衡,違者抵罪,民間所需鬥秤升尺令文思院製造並出賣。
所以別看“文思院”這名字很斯文,但其實乾的都是當時高精尖的活兒,絕對算得上是科研單位,不過研究的不是原子彈,而是如何把藝術品做的完美無瑕天衣無縫。真是作孽!】
在坊監帶領下,眾人最後駐足旋作旁竊竊而談,似乎所有人都產生了一種錯覺:
“曉飛,大家在討論什麽呢?”趙紫川問道身旁何曉飛。
“趙連長你不知道吧,按照‘大英百科全書’中記載,車床是1797年,由英國機械發明家莫茲利創製了用絲杠傳動刀架的現代車床,並於1800年采用交換齒輪,可改變進給速度和被加工螺紋的螺距。1817年,另一位英國人羅伯茨采用了四級帶輪和背輪機構來改變主軸轉速。”何曉飛明確說道。
“扯淡,那這是什麽東西!難道是咱們偷的,這不是胡說嗎!”趙紫川一臉不屑。
“我也不知道,這東西我從來就沒見過,居然還有皮帶和齒輪傳動,這年頭還沒發明‘絲杆’可宋朝人竟然想到竟然用鏈輪傳動進給刀架切削,簡直瘋掉了。我估計是咱們穿越後時空錯亂了!”吞著唾沫星,何曉飛一再露出了震驚和詫異。
趙紫川他們所看的“旋作”機械,雖然被稱之為車床,但卻與現代車床有著本質的區別,首先是動力源不同。因為南宋還沒有“蒸汽革命”所以動力很多時候還是采用的自然力或者人、畜力提供動力,而非氣動、液動或者電動,因此他們眼前所看到的旋作車床也是非常各異的。
既有人腳踩踏通過皮帶傳輸動力的旋作車床,也有使用驢馬拉動大型齒輪盤傳動的畜力旋作。當然也有水力旋作,不過這種旋作車床,由於傳動水輪機構很大,輸出力量大,所以車床整體尺寸也很大,一般都是用來加工大型金屬零件。不過呢,以上這些機械都是”裸機”,所有的傳動結構都暴露在外,並沒有專門的齒輪箱或者動力傳動艙室,所以看著挺嚇人的,要是在現代社會,準得被安檢勒令停產整頓。
至於結構材料,腳踩皮帶輪旋作車床一般都是木質結構,因為輸出力小但速度客觀,所以主要車削木質工件,而非金屬。而畜力旋作是木質、金屬混合結構,整體床身大多是金屬一次性鑄造完成,然後有工匠經過銼削和研磨加工達到要求,然後在配以各種傳動部件。這種旋作車床可以加工長度不長,直徑中等的金屬棒料,不過因為是畜力,在經過齒輪、皮帶輪傳動機構之後轉速會很慢,因此隻適合慢速的金屬切削。
不過隻得注意的是, 以上這三種旋作車床,速度受製於傳動機構簡單的緣故,所以檔位只有高、低兩檔,而且即便是“高速”情況下,也是非常慢的。至於車床走刀架,除了腳踩皮帶輪旋車床采用手持刀具加工外,畜力旋作車床和水輪旋作車床竟然奇跡般使用的是鏈輪結構,這樣幾乎就實現了現代意義上的自動走刀切削金屬。但可惜的是,走刀沒有速度檔位選擇,完全有主軸轉傳動遞減速決定,因此走刀異常的緩慢。不過對於當前南宋所處的世界而言,這幾乎是開天辟地的創舉。
【皮帶輪:十一世紀北宋已經普遍使用皮帶輪,而歐洲直到十七、十八世紀才“被”發明出來(這一點很值得懷疑),至於最先出現的領域眾說紛紜,常見說法是出現在腳踏紡織車領域。不過呢,根據現代經驗來看,還是能最先出現在官辦的作坊機構當中,然後才在民間普及。因為旋作是出現在唐朝中晚期的產物,而這說明皮帶傳動或者齒輪、皮帶輪混合傳動結構應該已經出現了,否則怎樣實現動力輸出呢。】
【鏈輪:鏈式傳動裝置,即鏈條與鏈輪組合,最常見的就是咱們自行車上的鏈輪結構。北宋時期的中國人於976年發明了鏈式傳動裝置,鏈式傳動帶,而歐洲人直到1770年才開始使用鏈式傳動帶,比中國晚了八百年左右。(真不知道他們的這項技術是哪兒來的?看來發明家並不重要,在中國的西方傳教士才是重點。)】
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