在莫茲利之前，人們已有了幾種機床的發明。瓦特製造蒸汽機時，就曾用鏜床來加工汽缸。簡易的車床在古代就已發明了，如弓形車床，它是用來加工圓柱麵的。床身是木製的，用來固定被加工的工件。車床是用人作動力，即把一個弓固定在人的頭頂上，在弓弦中間拴上一條繩子，這條繩子繞過被加工的工件，底端固定在腳踏板上。當踏動腳踏板時，靠繩子的摩擦力帶動工件往複旋轉，這時人手拿著工具就可以對工件進行加工了。到了15～16世紀的時候，又開始大量使用曲軸機構。人踏動踏板，通過曲軸轉動，就可以獲得連續的旋轉運動。莫茲利當時所能見到的車床仍然是這種木製車床。他經過對已有的車床觀察認為，現有的車床有三大缺點需要改進：一是支持工件的床身是用木頭做的，容易變形，因而常使工作件在定中心和校直時受到破壞；二是用腳踏板驅動太費力，無法加工大件金屬材料；三是手持刀具難以做到精密、穩定的加工，特別是要加工那些尺寸要求較嚴格的部件時，不經過長期訓練的人是加工不出來的。當莫茲利考慮改進車床的時候，一場轟轟烈烈的工業革命正在歐洲大地展開，由瓦特發明的蒸汽機已進入實用階段，阿克萊特等人建立的紡紗廠已經使用蒸汽作動力。莫茲利很自然地想到，可以用瓦特蒸汽機代替人力來為機床旋轉提供動力。這樣，第二個缺點即可得到克服。第一個缺點可用鐵來代替木料，也不難解決。惟一困難的是想個什麼辦法能不用手來實現刀具和工件的接觸呢?為此，莫茲利開始了艱苦的攻關。他按自己的設想製作了模型，開始整天埋頭於構想和實驗之中，簡直到了廢寢忘食的程度。他的行動，使布拉馬大為感動，於是，也加入了莫茲利的攻關行列，幫他出主意，想辦法，並允許他自主地調動工廠裏的人、財、物，供研究之用。他們曾提出過很多設想來實現非人力的刀具和工件的接觸，最終確定，必須用一個鐵架來把刀具固定在床身上。但隨之而來的問題是，如何才能實現刀架沿工件徑向的進刀和軸向的移動，從而保證加工出一個完整的圓柱形表麵。經過苦思冥想和反複試驗，徑向的進刀問題被攻克了，即在刀架上安裝一個手柄，搖動手柄，帶動一組螺旋機構，進而帶動刀具前後移動。最後隻剩下刀架的軸向移動尚未解決。一個偶然的機會，為這個問題的解決帶來了轉機。一天，莫茲利車床模型用的蒸汽機壞了，他為了查找病因便將蒸汽機拆開了，當他擺弄蒸汽機中可以來回移動的滑閥時，突覺眼前一亮：為什麼不可以用滑動的辦法來實現軸向移動呢!
1794年，莫茲利終於製造出第一台車床。這台車床便是現代車床的鼻祖，它比以往的車床有三點重大的改進：一是車床的全部零部件由鐵製成；二是采取了蒸汽驅動；但主要的改進還是采用了滑動刀架。有了它，刀具不再拿在工人手中，而是固定在刀架上。刀具用兩根絲杆送向工作件，還可以沿工件的旋轉軸平行移動，車工隻須操作手柄就可以了，這樣就使車工省去了為按壓和操縱刀具付出艱苦的體力勞動。更重要的是，有了滑動刀架，可以大大提高加工的精密度，車刀可以以百分之一英寸的精度移動，不會再因為車工的無意動作或肌肉收縮而產生顫抖和衝擊。另一個優越之處是，滑動刀架和蒸汽機的結合不但大大提高了加工速度，而且極大地拓展了加工範圍。有了這種發明之後，機器各部分所必要的幾何學形狀，就能容易地、準確地、迅速地生產出來，即使最熟練的工人積累的經驗，也不能做到這樣。的確，在此以前要加工平滑如鏡，沒有坑坑窪窪的表麵很少獲得成功，而現在每個車工都能做到。
人們也許以為，有了車床就可以向紡織機製造、蒸汽機製造等行業提供迫切需要的精密零件了。但在1794年莫茲利發明第一台車床時，其直接目的還是著眼於提高布拉馬工廠的生產效率和產品質量，所以此後莫茲利又造了幾台這樣的車床，都是作為秘密武器在工廠內部自用。布拉馬為了保持自己在本行業的競爭優勢，也不希望把車床在社會上普遍推廣。1849年，布拉馬的一位朋友約翰·費亞利在回憶中記敘了當年的情景：“在布拉馬的秘密工廠裏，有幾台新奇的機器，這是當時其他同類工廠中所沒有的，這些機器都是由莫茲利製造的。”由於這個原因，這項偉大發明的巨大社會效益，在他最初發明的幾年中被壓抑住了。恰在此時，莫茲利的命運中出現了第二次重要的轉折，從而也為這一問題的解決帶來了轉機。
發明家兼企業家
1793年，莫茲利與布拉馬家中的女傭人薩拉·台茵達爾結了婚。1797年，由於家庭人口增多，莫茲利要求增加工錢，但是遭到了布拉馬的拒絕。於是，在工作了八年之後，他離開了布拉馬工廠，並在牛津附近的威爾士大街建立了自己的新工廠，開始獨立經營。當時莫茲利隻有26歲。自立後的第一批主顧是前來定做新式鐵畫架的藝術家。他帶領工人們小心謹慎地製了尺寸正確的優質產品，由此取得了信譽，訂貨便接踵而來。莫茲利的名聲逐漸傳開了，這使他在1800年贏得了第一項大宗訂貨——為海軍部製作大批的船用索具的標準滑輪。他於1801年畫出了圖紙。但要完成這樣大規模的生產任務，工廠現有的場地和人手都顯得力不從心。為此，莫茲利於1802年把工廠搬到珍珠大街，將工廠規模擴大，雇用了80個工匠，並在同一年自製了製作滑輪的全部機械設備，僅製作的機床就有44台。經過莫茲利的努力，終於順利地完成了海軍部的這批訂貨。這批滑輪製成後被海軍部安裝在普茨茅斯港，成為該港長期使用的重要設施。這使得莫茲利的名聲更高了，生意也更興隆了。
盡管生意興旺，可是莫茲利還是沒有忘記自己心愛的車床。就在他獨立辦廠的第一年，即1797年，他對車床又作了一個重要改進。在此之前，他的車床刀架在工件軸向的移動仍需靠手動，這一次他在車床的床身中又設置一旋轉的絲杠與驅動輪連接，使絲杠的旋轉帶動滑動刀架均勻地沿著工件的軸向移動，使刀架在工件的軸向進給實現了自動化。這樣一來，車床上轉動的任何材料都能夠自動地加工成為一隻精密的圓柱體。它的大小取決於工件的最初表置，而且隻要裝置好了，車床就能生產出任何數量的同樣的圓柱體。由於這樣的改進，就使車床在社會上普遍推廣的條件更為成熟了。
事實上，莫茲利不僅是一個高明的技術權威，而且還是一個有遠見卓識的企業家。這時，他已經開始考慮要把他的發明實現產業化，要把車床作為商品到市場上去銷售。當時雖然已經有了以紡紗機、機械織布機和蒸汽機為產品的機械製造廠，但幾乎都是一些以手工技術為基礎的小作坊和製造所。由於缺乏機械化工具，這些機器全是工匠用手工工具，通過砍、鑿、鏟、削等方式一台一台單獨製造出來的，不但成本高、產量低，更為嚴重的是，機械零件缺乏必要的精度，很難令顧客滿意。如齒輪常常不能完全咬合，絲杠和螺母互相撞擊，蒸汽機的活塞同缸壁間的間隙甚至能容下兩個手指，為了不漏氣、能動作常常不得不用破布填塞。因此，在機械製造業中采用機器生產，不但是機械行業自身的迫切需要和當務之急，而且關係到工業革命能否最終得以完成的大局。莫茲利看到了這一前景，也看好了這塊大市場。作為一個發明家，也許他首先想到的是發明的完善化；但作為一個企業家，首先想到的就是市場，因此就要把發明的成果商品化。