19世紀下半葉，新的工具材料和新的動力源也推動了機床的不斷發展。1836年，史密斯制造了壹臺刨床。這臺刨床已經具備了現代牛頭刨床的基本結構。1842年，他還設計制造了單作用和雙作用蒸汽錘，如圖2-88所示，擴大了鍛件的尺寸。在1830-1850期間，惠特沃斯制造的基於螺紋微調原理的測量裝置進壹步提高了機械產品的質量，為後續的互換生產創造了條件。1850的碳鋼刀具只能在12m/min左右以下的切削速度下工作。1868年，穆發明了含鎢、釩的錳鋼(合金工具鋼)，使切削速度提高到18.3m/min。1898年泰勒等人用含鉻高速鋼將切削速度提高到36.6m/min。切削速度的提高又反過來促進機床各部分的強度、承載和變速機構的提高。
圖2-86懷特沃斯設計的機床內燃機，大約有壹個半世紀的歷史。和其他科學壹樣，內燃機的每壹次進步都是人類生產實踐經驗的總結和概括。內燃機的發明是從活塞式蒸汽機的研究和改進開始的。在其發展史上，應該特別提到德國的奧托和迪塞爾。正是他們在總結前人無數實踐經驗的基礎上，為內燃機的工作循環提出了完善的奧托循環和狄塞爾循環，使數十年來無數人的實踐和創造活動得到了科學的總結，有了質的飛躍。他們繼承、發展、總結和提高了前人膚淺的、純經驗的、無序的經驗。
圖2-87機床滑臺和鉆床
圖2-88勒克魯索施耐德公司的蒸汽錘最早的內燃機是以氣體為燃料的氣體發動機。1860年，法國發明家萊昂內爾制造出第壹臺實用的內燃機(單缸、二沖程、非壓縮、電點火燃氣發動機，輸出功率0.74 ~ 1.47 kW，轉速100r/min，熱效率4%)。法國工程師德羅查認識到，為了盡可能地提高內燃機的熱效率，需要盡可能地減少每缸容積的冷卻面積，活塞膨脹時的速度要盡可能快，膨脹範圍(沖程)要盡可能長。在此基礎上，他在1862提出了著名的定容燃燒四沖程循環:進氣、壓縮、燃燒膨脹、排氣。
1876年，德國人奧托制造了第壹臺四沖程往復活塞式內燃機，如圖2-89所示，單缸，臥式，以氣體為燃料，功率約為2.21kW，180r/min。在這臺發動機上，奧托增加了飛輪使其運轉平穩，加長了進氣口，改進了氣缸蓋使混合氣充分形成。這是壹臺非常成功的發動機，熱效率是當時蒸汽機的兩倍。奧托集成了內燃、壓縮氣體、四沖程三大關鍵技術思想，使這款內燃機具備了高效率、體積小、重量輕、功率大等壹系列優勢。在1878巴黎世博會上，被譽為“自瓦特以來動力機最偉大的成就”。定容燃燒的四沖程循環是由奧托循環實現的，也稱奧托循環。
圖2-89第壹臺四沖程往復活塞式內燃機燃氣發動機雖然比蒸汽機有很大優勢，但在社會化大生產的情況下，仍然不能滿足高速和輕便的要求。因為它使用氣體作為燃料，所以需要壹個巨大的氣體發生器和管道系統。而且燃氣熱值低(約1.75×107 ~ 2.09×107J/m3)，所以燃氣機轉速慢，比功率小。到19世紀下半葉，隨著石油工業的興起，用石油產品代替天然氣作為燃料已經成為必然趨勢。
1680年，荷蘭物理學家惠更斯開始研究內燃機。1833年，英國的萊特提出了原動機的概念。1838年，巴尼專門做了第壹臺帶點火裝置的內燃機。1897年，魯道夫·迪塞爾發明了著名的柴油內燃機。從此，汽車、輪船等許多機器的動力源問題都得到了解決。機械工業的發展進入了壹個新階段。1880年，21歲的迪塞爾以優異的成績畢業於慕尼黑工業大學。經過17年堅持不懈的研究，他終於在1897年研制成功了柴油內燃機，如圖2-90所示，為機械文明的發展做出了巨大貢獻。
圖2-90柴油機和他的內燃機。
圖2-91四沖程內燃機最早的自行車是源於法國的“玩具馬”，如圖2-92所示。騎車人用腳推動汽車前進，奠定了自行車的基本原理。1860左右，出現了如圖2-93所示的雜耍自行車。它有壹大壹小兩個輪子，大輪子直接用踏板驅動。之所以用大驅動輪，是為了保證車有足夠的速度，保持平衡。這種雜耍車騎起來很危險，需要非常敏捷熟練的技巧。在設計上，汽車的形式直接體現了機械功能，但由於座椅較高，使用受到限制。
鏈傳動自行車出現在1870之後，如圖2-94所示，提高了自行車的安全性。經過壹段時間的改進，英國考文垂的約翰·肯普·斯塔利於1888年生產出了第壹輛現代自行車——“安全”自行車。如圖2-95所示，這種自行車的基本形式至今仍然流行。
電的發現給人類帶來了光明。電動機的發明引起了壹場新的動力革命。1879年，美國發明家托馬斯·阿爾瓦·愛迪生發明了電燈。英國的邁克爾·法拉第闡述了發電機和電動機的原理。比利時的格拉姆制造了第壹臺實用的發電機(圖2-96)，由蒸汽機驅動，主要用於照明和電鍍。馬達是偶然發明的。1873年，世界博覽會在維也納舉行。發電機實驗過程中，由於操作失誤，外部電流流向發電機，但發電機突然轉動。這個意外的發現觸動了科學家的靈感。很快，實用電機誕生了(圖2-97)。最初，電機安裝在機床外部壹定距離處，由皮帶驅動。後來電機直接放在機床裏面。19年底，少數機床采用兩個或兩個以上電機分別驅動主軸和進給機構。至此，被譽為“機械工業心臟”的機床工業初具規模。
圖2-92“玩具馬”最早出現在法國。
圖2-93 1860附近出現的雜技自行車
圖2-94第壹輛鏈傳動自行車
圖2-95“安全”的自行車在19世紀的大部分時間裏，機床的動力源主要是蒸汽動力，車間天花板上布滿了縱橫交錯的軸和傳動帶。1873年，電機成為機床的動力，電力取代蒸汽動力的時代開始了。1879年，Erust Werner VonSiemens成功研制出第壹臺電力機車。四年後，英國開通了世界上第壹條電氣化鐵路。
在19世紀的所有重要發明中，汽車是最晚的壹項。原因之壹是人們對道路運輸的觀念牢牢鎖定在馬拉車的模式上，另壹個原因是內燃機和蒸汽機的競爭，這種競爭從20世紀初就為人們所熟悉。蒸汽機車不僅在鐵路軌道上運行，人們還試圖讓它在公路上大顯身手。1871年，壹輛蒸汽牽引車拖著壹輛包車，進行利用鐵路機車直接上路的原始試驗。同時，雙座單馬力公路蒸汽機車也脫胎於鐵路機車，如圖2-98所示。
圖2-96第壹臺實用發電機
圖2-97 20年後，第壹臺電動機的設計者采用了不同的方法。比如1891錫普拉特蒸汽馬車就是沒有馬牽引的馬車。如圖2-99所示，鍋爐隱藏在司機使用的後座下面，幾乎任何受過訓練的汽車制造商都能建造這樣的底座。同時，這項技術也被用在了類似的車輛上，只不過是用汽油發動機代替了蒸汽機。這是汽車的原型。
之後內燃機占了上風，自動駕駛的車輛逐漸有了自己的形態。從邏輯上講，這種形式壹方面來自於機械的要求，另壹方面來自於消費者對舒適性和便利性的要求越來越高。從馬車到汽車的轉變是緩慢的，不僅因為人們習慣了馬拉的交通工具，還因為很難想象出新的更先進的形式。也因為馬車在某些方面完美而經濟地解決了問題，建造者不願意輕易放棄。即使在汽車的設計上，馬車的影響也是顯而易見的。1910生產的百嘉提13車，不僅有馬車的篷布，車頭還有壹個馬車夫的雕像。
圖2-98 1869雙座單馬力公路蒸汽機
圖2-99: Siplatte蒸汽四輪馬車1885，卡爾·本茨發明了如圖2-100所示的汽車，它實際上是壹輛由內燃機驅動的三輪車，發動機安裝在汽車尾部的座椅下面。1886年，戈特利布·戴姆勒做了壹輛四輪車，看起來像是兩輪馬車的變種。然而，它們並不是最早的“無馬汽車”，因為蒸汽動力汽車已經存在了壹段時間。
19世紀，機械制造業的巨大技術進步是發展了零件的互換性，提高了生產的經濟性，使機械工業進入大規模生產階段。戰爭的爆發和持續加速了槍支和其他武器的發展和生產。圖2-101是1916年設計的英國坦克。歐洲的戰爭，英美戰爭，美墨戰爭，第壹次世界大戰等。接著，對武器附件的需求導致了互換性的發明。良好的互換性必須由高精度的量具和加工工具來保證，機床和量具的發明創新進步很快。
圖2-100本茨發明的汽車西方國家的機械發明歷史主要集中在文藝復興後的工業革命時期，歷史短暫但發展迅速，為現代工業奠定了基礎。綜上所述，其快速發展的原因之壹是對科技的重視。那個時期建立了很多著名的實驗室和大學，如圖2-102，圖2-103，圖2-104。
圖2-1011965438+2006年設計的英國坦克
圖2-102 20世紀初的工場
圖2-柏林西門子實驗室和Halske設計工作室103 1910前後。
圖2-104 1912克虜伯實驗室將中國歷史上的發明與西方國家的發明進行對比，可以看出，在14世紀之前，中國的發明在數量、質量和時間上都是領先的，中國曾經是世界強國。但14世紀後，逐漸落後於西方列強。但是，我們應該為古代中國人民為世界科技發展做出的貢獻感到驕傲，日益強大的中國將在未來為世界的發展做出更大的貢獻。