數控機床起源與發(fā)展

關于數控機床起源與發(fā)展第一頁，共二十八頁，編輯于2023年，星期一什么是數控技術？

數控技術是采用數字控制的方法對某一工作過程實現自動控制的技術（即用數字的系統(tǒng)控制工作的機床）。它所控制的通常是位置、角度、速度等機械量和與機械能量流向有關的開關量。數控的產生依賴于數據載體和二進制形式數據運算的出現。

我們是制造人，我們的工作就是制造，是金屬切削制造。因此，我們的數控技術是采用數字控制的方法對某一零件的加工過程實現自動控制的技術。

1946年誕生了世界上第一臺電子計算機，這表明人類創(chuàng)造了可增強和部分代替腦力勞動的工具。它與人類在農業(yè)、工業(yè)社會中創(chuàng)造的那些只是增強體力勞動的工具相比，起了質的飛躍，為人類進入信息社會奠定了基礎。6年后，即在1952年，計算機技術應用到了機床上，在美國誕生了第一臺數控機床。從此，傳統(tǒng)機床產生了質的變化。人類社會也從此進入了數字控制時代。第二頁，共二十八頁，編輯于2023年，星期一數控系統(tǒng)：

數控系統(tǒng)是數字控制系統(tǒng)的簡稱，英文名稱為（NumericalControlSystem），根據計算機存儲器中存儲的控制程序，執(zhí)行部分或全部數值控制功能，并配有接口電路和伺服驅動裝置的專用計算機系統(tǒng)。通過利用數字、文字和符號組成的數字指令來實現一臺或多臺機械設備動作控制，它所控制的通常是位置、角度、速度等機械量和開關量。

自1952年計算機技術應用到了機床上到現在近半個世紀以來，數控系統(tǒng)經歷了兩個階段和六代的發(fā)展。第三頁，共二十八頁，編輯于2023年，星期一

數控（NC）階段（1952～1970年）

早期計算機的運算速度低，對當時的科學計算和數據處理影響還不大，但不能適應機床實時控制的要求。人們不得不采用數字邏輯電路“搭”成一臺機床專用計算機作為數控系統(tǒng)，被稱為硬件連接數控（HARD-WIREDNC），簡稱為數控（NC）。隨著元器件的發(fā)展，這個階段歷經了三代，即1952年的第一代--電子管；1959年的第二代--晶體管；1965年的第三代--小規(guī)模集成電路。計算機數控（CNC）階段（1970年～現在）到1970年，通用小型計算機業(yè)已出現并成批生產。于是將它移植過來作為數控系統(tǒng)的核心部件，從此進入了計算機數控（CNC）階段。這也是數控系統(tǒng)的第四代。到1971年，美國INTEL公司在世界上第一次將計算機的兩個最核心的部件--運算器和控制器，采用大規(guī)模集成電路技術集成在一塊芯片上，稱之為微處理器（MICROPROCESSOR），又可稱為中央處理單元（簡稱CPU）。到1974年微處理器被應用于數控系統(tǒng)。這是因為小型計算機功能太強，控制一臺機床能力有富裕（故當時曾用于控制多臺機床，稱之為群控），不如采用微處理器經濟合理。而且當時的小型機可靠性也不理想。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構來解決。由于微處理器是通用計算機的核心部件，故仍稱為計算機數控，即第五代數控系統(tǒng)。到了1990年，PC機（個人計算機，國內習慣稱微機）的性能已發(fā)展到很高的階段，可以滿足作為數控系統(tǒng)核心部件的要求。數控系統(tǒng)從此進入了基于PC的階段，也就是進入了數控系統(tǒng)的第六代。。第四頁，共二十八頁，編輯于2023年，星期一分類：按運動軌跡分：1、點位控制數控系統(tǒng);2、直線控制數控系統(tǒng);3、輪廓控制數控系統(tǒng)。按伺服系統(tǒng)分：1、開環(huán)控制數控系統(tǒng);2、半閉環(huán)控制數控系統(tǒng);3、全閉環(huán)控制數控系統(tǒng)。按功能水平分：1、經濟型數控系統(tǒng);2、普及型數控系統(tǒng);3高檔型數控系統(tǒng)。常用的一些數控系統(tǒng)：發(fā)那科（FAUNC）數控系統(tǒng)、西門子（SINUMERIK）數控系統(tǒng)、三菱（MITSUBISHI）數控系統(tǒng)、廣州數控（GSK）數控系統(tǒng)、華中數控系統(tǒng)。NC與CNC:NC(NumericalControl)指用離散的數字信息控制機械等裝置的運行，只能由操作者自己編程.CNC是計算機數字控制機床(Computernumbercontrol)的簡稱，是一種裝有程序控制系統(tǒng)的自動化機床。該控制系統(tǒng)能夠邏輯地處理具有控制編碼或其他符號指令規(guī)定的程序，并將其譯碼，從而使機床動作并加工零件。第五頁，共二十八頁，編輯于2023年，星期一什么是數控機床？數控機床是數字控制機床（Computernumericalcontrolmachinetools）的簡稱，是一種裝有程序控制系統(tǒng)部的自動化機床。該控制系統(tǒng)能夠邏輯地處理具有控制編碼或其他符號指令規(guī)定的程序，并將其譯碼，從而使機床動作數控折彎機并加工零件。第六頁，共二十八頁，編輯于2023年，星期一71952年麻省理工學院在一臺立式銑床上，裝上了一套采用電子管元件的數控裝置，成功地實現了同時控制三軸的運動。這臺數控機床被大家稱為世界上第一臺數控機床。也即是第一代數控機床。1952年第一臺數控機床第七頁，共二十八頁，編輯于2023年，星期一到了1960年以后，點位控制的數控機床得到了迅速的發(fā)展。因為點位控制的數控系統(tǒng)比起輪廓控制的數控系統(tǒng)要簡單得多。因此，數控銑床、沖床、坐標鏜床大量發(fā)展，據統(tǒng)計資料表明，到1966年實際使用的約6000臺數控機床中，85%是點位控制的機床。1960第八頁，共二十八頁，編輯于2023年，星期一點位控制數控機床

這類數控機床僅能控制在加工平面內的兩個坐標軸帶動刀具與工件相對運動，從一個坐標位置快速移動到下一個坐標位置，然后控制第三個坐標軸進行鉆鏜切削加工。在整個移動過程中不進行切削加工，因此對運動軌跡沒有任何要求，但要求坐標位置有較高的定位精度。點位控制的數控機床用于加工平面內的孔系，這類機床主要有數控鉆床、印刷電路板鉆孔機、數控鏜床、數控沖床、三坐標測量機等。第九頁，共二十八頁，編輯于2023年，星期一點位控制系統(tǒng)只控制刀具對工件的定位，有某一定點向下定位運動時不進行切削，對運動路徑沒有嚴格要求。直線切削控制系統(tǒng)是控制刀具沿坐標軸方向運動，并對工件進行切削加工。在加工過程中，不但要控制切削進給的速度，還要控制運動按規(guī)定點路徑到達終點，所以直線切削控制系統(tǒng)又稱點位/直線切削控制系統(tǒng)第十頁，共二十八頁，編輯于2023年，星期一立式數控鉆床數控鏜床多工位數控沖床三坐標測量機第十一頁，共二十八頁，編輯于2023年，星期一輪廓控制數控機床輪廓控制數控機床

:輪廓控制數控機床能夠對兩個或兩個以上運動的位移及速度進行連續(xù)相關的控制，使合成的平面或空間的運動軌跡能滿足零件輪廓的要求。它不僅能控制機床移動部件的起點與終點坐標，而且能控制整個加工輪廓每一點的速度和位移，將工件加工成要求的輪廓形狀。常用的數控車床、數控銑床、數控磨床就是典型的輪廓控制數控機床。數控火焰切割機、電火花加工機床以及數控繪圖機等也采用了輪廓控制系統(tǒng)。輪廓控制系統(tǒng)的結構要比點位直線控系統(tǒng)更為復雜，在加工過程中需要不斷進行插補運算，然后進行相應的速度與位移控制?，F在計算機數控裝置的控制功能均由軟件實現，增加輪廓控制功能不會帶來成本的增加。因此，除少數專用控制系統(tǒng)外，現代計算機數控裝置都具有輪廓控制功能。第十二頁，共二十八頁，編輯于2023年，星期一臥式數控車床數控銑床數控磨床數控電火花線切割機床第十三頁，共二十八頁，編輯于2023年，星期一數控機床的發(fā)展中，值得一提的是加工中心。這是一種采用了晶體管元件和印刷電路板數控裝置的具有自動換刀裝置的數控機床，也是第二代數控機床的代表。它能實現工件一次裝卡而進行多工序的加工。這種產品最初是在1959年3月，由美國卡耐·特雷克公司（Keaney&TreckerCorp.）開發(fā)出來的。這種機床在刀庫中裝有絲錐、鉆頭、鉸刀、銑刀等刀具，根據穿孔帶的指令自動選擇刀具，并通過機械手將刀具裝在主軸上，對工件進行加工。它可縮短機床上零件的裝卸時間和更換刀具的時間。加工中心現在已經成為數控機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，還有用于回轉整體零件加工的車削中心、磨削中心等。加工中心第十四頁，共二十八頁，編輯于2023年，星期一車削中心磨削中心第十五頁，共二十八頁，編輯于2023年，星期一臥式數控機床立式數控機床刀庫第十六頁，共二十八頁，編輯于2023年，星期一1965年，在出現了第三代的集成電路數控裝置后兩年。即1967年，英國莫林斯公司首次提出的FMS基本概念。同年，美國的懷特·森斯特蘭公司建成OmnilineI系統(tǒng)，它由八臺加工中心和兩臺多軸鉆床組成，工件被裝在托盤上的夾具中，按固定順序以一定節(jié)拍在各機床間傳送和進行加工。這種柔性自動化設備適于少品種、大批量生產中使用，在形式上與傳統(tǒng)的自動生產線相似，所以也叫柔性自動生產線。到1976年，日本發(fā)那科公司展出了由加工中心和工業(yè)機器人組成的柔性制造單元(簡稱FMC)，為發(fā)展FMS提供了重要的設備形式。柔性制造單元(FMC)一般由12臺數控機床與物料傳送裝置組成，有獨立的工件儲存站和單元控制系統(tǒng)，能在機床上自動裝卸工件，甚至自動檢測工件，可實現有限工序的連續(xù)生產，適于多品種小批量生產應用。1967柔性制造系統(tǒng)FMS隨著時間的推移，FMS在技術上和數量上都有較大發(fā)展，實用階段，以由3－5臺設備組成的FMS為最多，但也有規(guī)模更龐大的系統(tǒng)投入使用。到1982年，日本發(fā)那科公司建成自動化電機加工車間，由60個柔性制造單元（包括50個工業(yè)機器人）和一個立體倉庫組成，另有兩臺自動引導臺車傳送毛坯和工件，此外還有一個無人化電機裝配車間，它們都能連續(xù)24小時運轉。第十七頁，共二十八頁，編輯于2023年，星期一

柔性制造系統(tǒng)是在成組技術的基礎上，以多臺(種)數控機床或數組柔性制造單元為核心，通過自動化物流系統(tǒng)將其聯(lián)接，統(tǒng)一由主控計算機和相關軟件進行控制和管理，組成多品種變批量和混流方式生產的自動化制造系統(tǒng)。柔性制造系統(tǒng)有以下三種類型：1、柔性制造單元：由一臺或數臺數控機床或加工中心構成的加工單元。該單元根據需要可以自動更換刀具和夾具，加工不同的工件。柔性制造單元適合加工形狀復雜，加工工序簡單，加工工時較長，批量小的零件。它有較大的設備柔性，但人員和加工柔性低。2、柔性制造系統(tǒng)：是以數控機床或加工中心為基礎，配以物料傳送裝置組成的生產系統(tǒng)。該系統(tǒng)由電子計算機實現自動控制，能在不停機的情況下，滿足多品種的加工。柔性制造系統(tǒng)適合加工形狀復雜，加工工序多，批量大的零件。其加工和物料傳送柔性大，但人員柔性仍然較低。3、柔性自動生產線：是把多臺可以調整的機床(多為專用機床)聯(lián)結起來，配以自動運送裝置組成的生產線。該生產線可以加工批量較大的不同規(guī)格零件。柔性程度低的柔性自動生產線，在性能上接近大批量生產用的自動生產線；柔性程度高的柔性自動生產線，則接近于小批量、多品種生產用的柔性制造系統(tǒng)。第十八頁，共二十八頁，編輯于2023年，星期一

1設備利用率高。一組機床編入柔性制造系統(tǒng)后，產量比這組機床在分散單機作業(yè)時的產量提高數倍。2

在制品減少80%左右。3

生產能力相對穩(wěn)定。自動加工系統(tǒng)由一或多臺機床組成，發(fā)生故障時，有降級運轉的能力，物料傳送系統(tǒng)也有自行繞過故障機床的能力。4

產品質量高。零件在加工過程中，裝卸一次完成，加工精度嵩，加工形式穩(wěn)定。5

運行靈活。有些柔性制造系統(tǒng)的檢驗、裝卡和維護工作可在第一班完成，第二、第三班可在無人照看下正常生產。在理想的柔性制造系統(tǒng)中，其監(jiān)控系統(tǒng)還能處理諸如刀具的磨損調換、物流的堵塞疏通等運行過程中不可預料的問題。柔性制造系統(tǒng)的特點：第十九頁，共二十八頁，編輯于2023年，星期一6

產品應變能力大。刀具、夾具及物料運輸裝置具有可調性，且系統(tǒng)平面布置合理，便于增減設備，滿足市場需要。7

經濟效果顯著。采用FMS的主要技術經濟效果是：能按裝配作業(yè)配套需要，及時安排所需零件的加工，實現及時生產，從而減少毛坯和在制品的庫存量，及相應的流動資金占用量，縮短生產周期；提高設備的利用率，減少設備數量和廠房面積；減少直接勞動力，在少人看管條件下可實現晝夜24小時的連續(xù)“無人化生產”；提高產品質量的一致性第二十頁，共二十八頁，編輯于2023年，星期一柔性制造系統(tǒng)柔性制造單元第二十一頁，共二十八頁，編輯于2023年，星期一20世紀90年代后期，出現了PC+CNC智能數控系統(tǒng)，即以PC機為控制系統(tǒng)的硬件部分，在PC機上安裝NC軟件系統(tǒng)，此種方式系統(tǒng)維護方便，易于實現網絡化制造?，F在，數控技術也叫計算機數控技術（ComputerizedNumericalControl簡稱：CNC），目前它是采用計算機實現數字程序控制的技術。這種技術用計算機按事先存貯的控制程序來執(zhí)行對設備的控制功能。由于采用計算機替代原先用硬件邏輯電路組成的數控裝置，使輸入數據的存貯、處理、運算、邏輯判斷等各種控制機能的實現，均可以通過計算機軟件來完成。數控技術是制造業(yè)信息化的重要組成部分。第二十二頁，共二十八頁，編輯于2023年，星期一數控機床的特點：

1：加工零件改變時，一般只需要更改數控程序，可節(jié)省生產準備時間；

2：可進行多坐標的聯(lián)動，能加工形狀復雜的零件；

3：群基機床加工精度高，具有穩(wěn)定的加工質量；

4：對操作人員的素質要求較高，對維修人員的技術要求更高；

5：群基機床自動化程度高，可以減輕勞動強度；

6：群基機床本身的精度高、剛性大,可選擇有利的加工用量，生產率高。第二十三頁，共二十八頁，編輯于2023年，星期一中國于1958年研制出第一臺數控機床。發(fā)展過程