數(shù)控技術(shù)的發(fā)展及歷史

1、數(shù)控機(jī)床的發(fā)展(fzhn)及歷史共三十三頁數(shù)控機(jī)床(sh kn j chun)的產(chǎn)生及發(fā)展 數(shù)字控制機(jī)床是用數(shù)字代碼形式的信息(程序指令)，控制刀具(doj)按給定的工作程序、運(yùn)動速度和軌跡進(jìn)行自動加工的機(jī)床，簡稱數(shù)控機(jī)床。 優(yōu)點：數(shù)控機(jī)床具有廣泛的適應(yīng)性，加工對象改變時只需要改變輸入的程序指令；加工性能比一般自動機(jī)床高，可以精確加工復(fù)雜型面，因而適合于加工中小批量、改型頻繁、精度要求高、形狀又較復(fù)雜的工件，并能獲得良好的經(jīng)濟(jì)效果。 隨著數(shù)控技術(shù)的發(fā)展，采用數(shù)控系統(tǒng)的機(jī)床品種日益增多，有車床、銑床、鏜床、鉆床、磨床、齒輪加工機(jī)床和電火花加工機(jī)床等。此外還有能自動換刀、一次裝卡進(jìn)行多工序加工的加

2、工中心、車削中心等。共三十三頁 1946年誕生了世界上第一臺電子計算機(jī)，這表明(biomng)人類創(chuàng)造了可增強(qiáng)和部分代替腦力勞動的工具。它與人類在農(nóng)業(yè)、工業(yè)社會中創(chuàng)造的那些只是增強(qiáng)體力勞動的工具相比，起了質(zhì)的飛躍，為人類進(jìn)入信息社會奠定了基礎(chǔ)。 6年后，即在1952年，計算機(jī)技術(shù)應(yīng)用到了機(jī)床上，在美國誕生了第一臺數(shù)控機(jī)床。從此，傳統(tǒng)機(jī)床產(chǎn)生了質(zhì)的變化。近半個世紀(jì)以來，數(shù)控系統(tǒng)經(jīng)歷了兩個階段和六代(li di)的發(fā)展。 共三十三頁兩個(lin )階段(jidun)共三十三頁第一個階段(jidun) 1、數(shù)控（NC）階段（19521970年） 早期計算機(jī)的運(yùn)算速度低，對當(dāng)時的科學(xué)計算和數(shù)據(jù)處理影響

3、還不大，但不能適應(yīng)機(jī)床實時控制的要求。人們不得不采用數(shù)字邏輯電路搭成一臺機(jī)床專用計算機(jī)作為數(shù)控系統(tǒng)，被稱為硬件(yn jin)連接數(shù)控（HARD-WIRED NC），簡稱為數(shù)控（NC）。共三十三頁2.計算機(jī)數(shù)控（CNC）階段（1970年現(xiàn)在） 由于計算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，在20世紀(jì)70年代采用計算機(jī)控制的計算機(jī)數(shù)控系統(tǒng)(簡稱CNC)產(chǎn)生,使數(shù)控裝置進(jìn)入了以計算機(jī)化為特征的第二階段。 計算機(jī)數(shù)控階段也經(jīng)歷了三代。即1970年的第四代-小型計算機(jī)；1974年的第五代-微處理器和1990年的第六代-基于PC（國外稱為PC-BASED）。 還要指出的是，雖然國外早已改稱為計算機(jī)數(shù)控（即CNC）了，而我國仍習(xí)

4、慣(xgun)稱數(shù)控（NC）。所以我們?nèi)粘Ｖv的數(shù)控，實質(zhì)上已是指計算機(jī)數(shù)控了。 第二個階段(jidun)共三十三頁六代(li di)的發(fā)展六代(li di)的發(fā)展共三十三頁1. 第一代數(shù)控機(jī)床(sh kn j chun)采用數(shù)字技術(shù)進(jìn)行機(jī)械加工，最早是在40年代初，由美國北密支安的一個小型飛機(jī)工業(yè)承包商派爾遜斯公司（ParsonsCorporation）實現(xiàn)的。他們在制造飛機(jī)的框架及直升飛機(jī)的轉(zhuǎn)動機(jī)翼時，利用全數(shù)字電子計算機(jī)對機(jī)翼加工路徑進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，并考慮(kol)到刀具直徑對加工路線的影響，使得加工精度達(dá)到0.0381mm達(dá)到了當(dāng)時的最高水平。1948年，美國帕森斯公司接受美國空軍委托，研

5、制飛機(jī)螺旋槳葉片輪廓樣板的加工設(shè)備。由于樣板形狀復(fù)雜多樣，精度要求高，一般加工設(shè)備難以適應(yīng)，于是提出計算機(jī)控制機(jī)床的設(shè)想。共三十三頁1949年，該公司在美國麻省理工學(xué)院（MIT）伺服機(jī)構(gòu)研究室的協(xié)助下，開始數(shù)控機(jī)床研究，并于1952年試制成功第一臺由大型立式仿形銑床改裝而成的三坐標(biāo)數(shù)控銑床，不久即開始正式生產(chǎn)，于1957年正式投入使用。這是制造技術(shù)發(fā)展過程中的一個重大突破，標(biāo)志著制造領(lǐng)域中數(shù)控加工時代的開始。數(shù)控加工是現(xiàn)代制造技術(shù)的基礎(chǔ)，這一發(fā)明對于制造行業(yè)而言，具有劃時代的意義和深遠(yuǎn)的影響(yngxing)。世界上主要工業(yè)發(fā)達(dá)國家都十分重視數(shù)控加工技術(shù)的研究和發(fā)展。當(dāng)時的數(shù)控裝置采用的是電子

6、管，體積龐大，功耗高，因此除了在軍事部門使用外，在其他行業(yè)沒有得到推廣使用。共三十三頁2.第二代數(shù)控機(jī)床(sh kn j chun)1959年，制成了晶體管元件和印刷電路板，使數(shù)控裝置進(jìn)入了第二代，體積縮小，成本有所下降； 到了1960年以后，點位控制的數(shù)控機(jī)床得到了迅速的發(fā)展。因為點位控制的數(shù)控系統(tǒng)比起輪廓控制的數(shù)控系統(tǒng)要簡單得多。因此，數(shù)控銑床、沖床、坐標(biāo)鏜床大量發(fā)展，據(jù)統(tǒng)計資料表明(biomng)，到1966年實際使用的約6000臺數(shù)控機(jī)床中，85%是點位控制的機(jī)床。在此期間，數(shù)控機(jī)床的發(fā)展中產(chǎn)生了加工中心。加工中心是一種具有自動換刀裝置的數(shù)控機(jī)床，它能實現(xiàn)工件一次裝卡而進(jìn)行多工序的加工

7、。這種產(chǎn)品最初是在1959年3月，由美國卡耐;特雷克公司（Keaney&TreckerCorp.）開發(fā)出來的。這種機(jī)床在刀庫中裝有絲錐、鉆頭、鉸刀、銑刀等刀具，根據(jù)穿孔帶的指令自動選擇刀具，并通過機(jī)械手將刀具裝在主軸上，對工件進(jìn)行加工。它可縮短機(jī)床上零件的裝卸時間和更換刀具的時間。加工中心現(xiàn)在已經(jīng)成為數(shù)控機(jī)床中一種非常重要的品種，不僅有立式、臥式等用于箱體零件加工的鏜銑類加工中心，還有用于回轉(zhuǎn)整體零件加工的車削中心、磨削中心等。共三十三頁3.第三代數(shù)控機(jī)床(sh kn j chun)1965年，出現(xiàn)了第三代的集成電路數(shù)控裝置，不僅體積小，功率消耗少，且可靠性提高，價格進(jìn)一步下降，促進(jìn)了數(shù)控機(jī)床

8、品種和產(chǎn)量的發(fā)展。1967年，英國首先把幾臺數(shù)控機(jī)床連接成具有柔性的加工系統(tǒng)，這就是所謂的柔性制造系統(tǒng)（FlexibleManufacturingSystemFMS）之后，美、歐、日等也相繼進(jìn)行開發(fā)及應(yīng)用。 柔性的加工系統(tǒng)出現(xiàn)后使數(shù)控機(jī)床的加工能力和運(yùn)用范圍更加廣泛。第一代數(shù)控機(jī)床、第二代數(shù)控機(jī)床、第三代數(shù)控機(jī)床的數(shù)控系統(tǒng)是硬件數(shù)控（NC），是數(shù)控機(jī)床發(fā)展的第一階段。由于計算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，在20世紀(jì)70年代采用計算機(jī)控制的計算機(jī)數(shù)控系統(tǒng)(簡稱CNC)產(chǎn)生,使數(shù)控裝置進(jìn)入了以計算機(jī)化為特征的第二階段。計算機(jī)數(shù)控系統(tǒng)是用一臺計算機(jī)代替先前硬件（邏輯電路）數(shù)控所完成的功能，所以，他是一種以計算機(jī)運(yùn)行

9、控制程序，執(zhí)行(zhxng)對機(jī)床運(yùn)動的數(shù)字控制功能。共三十三頁4.第四代數(shù)控機(jī)床(sh kn j chun)1970年，通用小型(xioxng)計算機(jī)業(yè)已出現(xiàn)并成批生產(chǎn)。于是將它移植過來作為數(shù)控系統(tǒng)的核心部件，從此進(jìn)入了計算機(jī)數(shù)控（CNC）階段。但此時的數(shù)控裝置內(nèi)裝的是小型計算機(jī)，中規(guī)模集成電路，當(dāng)時的小型機(jī)可靠性不是很理想。共三十三頁5.第五代數(shù)控機(jī)床(sh kn j chun)1971年，美國INTEL公司在世界上第一次將計算機(jī)的兩個最核心的部件-運(yùn)算器和控制器，采用大規(guī)模集成電路技術(shù)集成在一塊芯片上，稱之為微處理器（MICROPROCESSOR），又可稱為中央處理單元（簡稱CPU）。

10、到1974年，研制成功使用微處理器和半導(dǎo)體存貯器的微型計算機(jī)數(shù)控裝置(簡稱MNC)，這是第五代數(shù)控系統(tǒng)。第五代與第三代相比，數(shù)控裝置的功能擴(kuò)大了一倍，而體積則縮小為原來的1/20，價格降低了3/4，可靠性也得到(d do)極大的提高。到微處理器被應(yīng)用于數(shù)控系統(tǒng)是因為小型計算機(jī)功能太強(qiáng)，控制一臺機(jī)床能力有富裕（故當(dāng)時曾用于控制多臺機(jī)床，稱之為群控），不如采用微處理器經(jīng)濟(jì)合理。不過早期的微處理器速度和功能雖還不夠高，但可以通過多處理器結(jié)構(gòu)來解決。共三十三頁80年代初，隨著計算機(jī)軟、硬件技術(shù)的發(fā)展，出現(xiàn)了能進(jìn)行人機(jī)對話式自動編制程序的數(shù)控裝置；數(shù)控裝置愈趨小型化，可以直接安裝在機(jī)床上；數(shù)控機(jī)床的自動

11、化程度進(jìn)一步提高，具有自動監(jiān)控刀具破損和自動檢測工件等功能。隨著數(shù)控機(jī)床的發(fā)展，現(xiàn)在以出現(xiàn)五軸聯(lián)動的數(shù)控機(jī)床，可以加工更加復(fù)雜的工件，并且加工精度也越來越高。并且在80年代，國際上出現(xiàn)了14臺加工中心或車削中心為主體，再配上工件自動裝卸和監(jiān)控檢驗裝置的柔性制造(zhzo)單元（FlexibleManufacturingCellFMC）。這種單元投資少，見效快，既可單獨長時間少人看管運(yùn)行，也可集成到FMS或更高級的集成制造系統(tǒng)中使用，使數(shù)控機(jī)床的運(yùn)用更加廣泛。共三十三頁6.第六代數(shù)控機(jī)床(sh kn j chun)到了1990 年，PC 機(jī)( 個人計算機(jī), 國內(nèi)習(xí)慣稱微機(jī)) 的性能已發(fā)展到很高的

12、階段, 可以滿足作為數(shù)控系統(tǒng)核心部件的要求，故第6代數(shù)控系統(tǒng)組要是基于個人基于PC（國外稱為PC-BASED機(jī)。其優(yōu)點主要有：（1） 元器件集成度高，可靠性好，性能高，可靠性已可達(dá)到5萬小時以上；（2） 基于PC平臺(pngti)，技術(shù)進(jìn)步快，升級換代容易；（3） 提供了開放式基礎(chǔ)，可供利用的軟、硬件資源豐富，使數(shù)控功能擴(kuò)展到很寬的領(lǐng)域（如CAD、CAM、CAPP，連接網(wǎng)卡、聲卡、打印機(jī)、攝影機(jī)等）；（4） 對數(shù)控系統(tǒng)生產(chǎn)廠來說，提供了優(yōu)良的開發(fā)環(huán)境，簡化了硬件。共三十三頁數(shù)控機(jī)床(sh kn j chun)的變化如下共三十三頁從第四代數(shù)控系統(tǒng)到第六代數(shù)控系統(tǒng)，系統(tǒng)元件及電路構(gòu)成的主要變化有以

13、下幾方面： 1. 1970年，內(nèi)裝小型計算機(jī)，中規(guī)模集成電路； 2. 1974年，內(nèi)裝微處理器的NC 字符顯示，故障自診斷； 3. 1979年，超大規(guī)模集成電路，大容量儲存器，可編程接口，遙控接口； 4. 1981年，人機(jī)對話，動態(tài)圖形顯示，實時軟件精度補(bǔ)償，適 應(yīng)機(jī)床無人化運(yùn)轉(zhuǎn)要求。 5. 1987年，32位CPU，可控15軸，設(shè)定0.0001mm進(jìn)給速度 24m/min，帶前饋控制的交流數(shù)字伺服、自能化系統(tǒng)。 6. 利用(lyng)RISC技術(shù)64位系統(tǒng) 7. 微機(jī)開放式CNC系統(tǒng) 共三十三頁我國的現(xiàn)狀(xinzhung) 共三十三頁數(shù)控機(jī)床(sh kn j chun)的現(xiàn)狀 目前，中國(

14、zhn u)機(jī)床工業(yè)廠多人眾。2000年，金切機(jī)床制造廠約358家(20.6萬人)，成形機(jī)床制造廠191家(約6.5萬人)，共計549家(27.1萬人)。其中生產(chǎn)數(shù)控金切機(jī)床的約150家，生產(chǎn)數(shù)控成形機(jī)床的約30家，共計約180家，占廠家總數(shù)的1/3。2001年金切機(jī)床產(chǎn)量19.2萬臺，內(nèi)數(shù)控金切機(jī)床17,521臺，約占9%。 總的來說：數(shù)控機(jī)床產(chǎn)量不斷增長，2001年為1991年的3.6倍；進(jìn)口量增長較快，達(dá)29倍，出口量有所增加，但數(shù)目較小，為4.8倍；數(shù)控機(jī)床消費量增加較快，達(dá)7.9倍。產(chǎn)量滿足不了社會發(fā)展的需求。 從金額上看，2001年數(shù)控機(jī)床進(jìn)口17,679臺，計14.1億美元，出口

15、2,509臺，計0.44億美元，進(jìn)口額為出口額之32倍。進(jìn)口大、出口小。 共三十三頁中國發(fā)展數(shù)控機(jī)床存在的主要(zhyo)問題 中國于1958年研制出第一臺數(shù)控機(jī)床，發(fā)展過程大致可分為兩大階段。在19581979年間為第一階段，從1979年至今為第二階段。第一階段中對數(shù)控機(jī)床特點、發(fā)展條件缺乏認(rèn)識，在人員素質(zhì)差、基礎(chǔ)薄弱、配套件不過關(guān)的情況下，一哄而上又一哄而下，曾三起三落、終因表現(xiàn)欠佳，無法用于生產(chǎn)(shngchn)而停頓。主要存在的問題是盲目性大，缺乏實事求是的科學(xué)精神。在第二階段從日、德、美、西班牙先后引進(jìn)數(shù)控系統(tǒng)技術(shù)，從日、美、德、意、英、法、瑞士、匈、奧、韓國、臺灣省共11國(地區(qū))

16、引進(jìn)數(shù)控機(jī)床先進(jìn)技術(shù)和合作、合資生產(chǎn)，解決了可靠性、穩(wěn)定性問題，數(shù)控機(jī)床開始正式生產(chǎn)和使用，并逐步向前發(fā)展。共三十三頁 在20余年間，數(shù)控機(jī)床的設(shè)計和制造技術(shù)有較大提高，主要 表現(xiàn)在三大方面：培訓(xùn)一批設(shè)計、制造、使用和維護(hù)的人才； 通過合作生產(chǎn)先進(jìn)數(shù)控機(jī)床，使設(shè)計、制造、使用水平大大提高，縮小了與世界先進(jìn)技術(shù)的差距；通過利用國外先進(jìn)元部件(bjin)、數(shù)控系統(tǒng)配套，開始能自行設(shè)計及制造高速、高性能、五面或五軸聯(lián)動加工的數(shù)控機(jī)床，供應(yīng)國內(nèi)市場的需求，但對關(guān)鍵技術(shù)的試驗、消化、掌握及創(chuàng)新卻較差。至今許多重要功能部件、自動化刀具、數(shù)控系統(tǒng)依靠國外技術(shù)支撐，不能獨立發(fā)展，基本上處于從仿制走向自行開發(fā)階

17、段，與日本數(shù)控機(jī)床的水平差距很大。存在的主要問題包括：缺乏象日本“機(jī)電法”、“機(jī)信法”那樣的指引；嚴(yán)重缺乏各方面專家人才和熟練技術(shù)工人；缺少深入系統(tǒng)的科研工作；元部件和數(shù)控系統(tǒng)不配套；企業(yè)和專業(yè)間缺乏合作，基本上孤軍作戰(zhàn)，雖然廠多人眾，但形成不了合力。共三十三頁中國加速數(shù)控機(jī)床(sh kn j chun)產(chǎn)業(yè)發(fā)展之路 中國今后要加速發(fā)展數(shù)控機(jī)床產(chǎn)業(yè)，既要深入總結(jié)過往的經(jīng)驗教訓(xùn)，切實改善存在的問題，又要認(rèn)真學(xué)習(xí)國外的先進(jìn)經(jīng)驗，沿正確(zhngqu)的道路前進(jìn)。建議切實做好以下幾點： 中國廠多人眾，極需正確的方針、政策對數(shù)控機(jī)床的發(fā)展進(jìn)行有力的指引。應(yīng)學(xué)習(xí)美、德、日經(jīng)驗，政府高度重視、正確決策、大

18、力扶植。在方針政策上，應(yīng)講究科學(xué)精神、經(jīng)濟(jì)實效，以切實提高生產(chǎn)率、勞動生產(chǎn)率為原則。在方法上，深入用戶，精通工藝，低中高檔并舉，學(xué)習(xí)日本，首先解決量大而廣的中檔數(shù)控機(jī)床，批量生產(chǎn)，占領(lǐng)市場，減少進(jìn)口，擴(kuò)大出口。在步驟措施上，必須使國產(chǎn)數(shù)控系統(tǒng)先進(jìn)、可靠，狠抓產(chǎn)品質(zhì)量與配套件過關(guān)，打好技術(shù)基礎(chǔ)。近期重在打基礎(chǔ)，建立信譽(yù)，擴(kuò)大國產(chǎn)數(shù)控機(jī)床的國內(nèi)市場份額，遠(yuǎn)期謀求趕超世界先進(jìn)水平，大步走向世界市場； 共三十三頁 必須狠抓根本(gnbn)，堅持“以人為本”，加速提高人員素質(zhì)、培養(yǎng)各種專家人才，從根本上改變目前低效、落后的狀態(tài)。人是一切事業(yè)成敗的根本，層層都要重視“培才、選才、用才”，建立學(xué)習(xí)型企業(yè)，樹

19、立企業(yè)文化，加速培育新人，培訓(xùn)在職人員，建立師徒相傳制度，舉辦各種技術(shù)講座、訓(xùn)練班和專題討論會，甚至聘請外國專家、顧問等，盡力提高數(shù)控。共三十三頁今天主要(zhyo)數(shù)控機(jī)床共三十三頁數(shù)控機(jī)床(sh kn j chun)的分類 按工業(yè)用途分類(fn li)（1）數(shù)控車床（ NC Lathe） （2）數(shù)控銑床(NC Milling Machine)（3）數(shù)控鉆床(NC Drilling Machine) (4)數(shù)控鏜床(NC Boring Machine)（5）數(shù)控齒輪加工機(jī)床(NC Gearing Holding Machine)（6）數(shù)控平面磨床(NC Surface Grinding Ma

20、chine)（7）數(shù)控外圓磨床(NC External Cylindrical Grinding Machine)（8）數(shù)控輪廓磨床(NC Contour Grinding Machine)共三十三頁數(shù)控機(jī)床(sh kn j chun)的分類（9）數(shù)控工具磨床(NC Tool Grinding Machine)（10）數(shù)控坐標(biāo)磨床(NC Jig Grinding Machine)（11）數(shù)控電火花加工機(jī)床(NC Dieseling Electric Discharge Machine)（12）數(shù)控線切割機(jī)床(NC Wire Discharge Machine)（13）數(shù)控激光加工機(jī)床(NC Laser Beam Machine) （14）數(shù)控沖床(NC Punching Press) （15）加工中心(zhngxn)(Machine Center)（16）數(shù)控超聲波加工機(jī)床NC Ultrasonic Machine) （17）其他（如三坐標(biāo)測量機(jī)等）共三十三頁數(shù)控機(jī)床(sh kn j chun)圖片Computer Numerical Control (CNC) Lathe數(shù)控車床 Computer Numerical Control (CNC) Mill 數(shù)控銑床共三十三頁XK714數(shù)控銑床法國(f u)SM