機(jī)床發(fā)展史完整版本

機(jī)床發(fā)展與創(chuàng)新設(shè)計(jì)匯報(bào)人：學(xué)號(hào)：目錄CONTENTS古代機(jī)床1第一次工業(yè)革命2第二次工業(yè)革命3數(shù)控機(jī)床的誕生4數(shù)控機(jī)床的發(fā)展趨勢(shì)5古代機(jī)床01PARTONE操作的時(shí)候用腳踩住繩子下方套圈，利用樹枝的韌性把工件帶動(dòng)旋轉(zhuǎn)，用石片或者貝殼等物作為刀具，將刀具沿著橫條對(duì)物品進(jìn)行切割的操作。二千年前樹木車床主軸動(dòng)力：將動(dòng)力提前存儲(chǔ)在樹枝上，利用樹枝彈性提供動(dòng)力進(jìn)給方式：手進(jìn)給動(dòng)力：手控制方式：手精度：不提了刀具：石頭，貝殼性能古代機(jī)床01隨著社會(huì)的進(jìn)步，機(jī)床從室外的樹上搬到了室內(nèi)，這時(shí)候就有用腳踏板旋轉(zhuǎn)曲軸并帶動(dòng)飛輪，再傳動(dòng)到主軸使其旋轉(zhuǎn)的“腳踏車床”，也稱之為彈性桿棒車床，不過(guò)除了刀具是真用金屬外，操作原理還是跟原先一模一樣的。13世紀(jì)腳踏車床主軸動(dòng)力：彈性棒進(jìn)給方式：手進(jìn)給動(dòng)力：手控制方式：手精度：不提了刀具：金屬性能古代機(jī)床01這本書里也記載了磨床的結(jié)構(gòu)，這里利用了類似歐洲中世紀(jì)腳踏機(jī)床的原理，用腳踏的方法使金屬盤旋轉(zhuǎn)，配合沙子和水來(lái)加工玉石。明代《天工開物》主軸動(dòng)力：彈性棒進(jìn)給方式：手進(jìn)給動(dòng)力：手控制方式：手精度：不提了刀具：磨石性能古代機(jī)床0116世紀(jì)中葉，法國(guó)有一個(gè)叫貝松的設(shè)計(jì)師設(shè)計(jì)了一種用螺絲杠使刀具滑動(dòng)的車螺絲用的車床，可惜的是，這種車床并沒有推廣使用。16世紀(jì)螺桿車床主軸動(dòng)力：腳踏進(jìn)給方式：螺桿進(jìn)給動(dòng)力：手控制方式：手精度：刀具：金屬發(fā)明原理：合并性能古代機(jī)床0101040302出于人們對(duì)與工具的需求產(chǎn)生兩千年前改進(jìn)到室內(nèi)，并且采用了金屬刀具13世紀(jì)螺桿出現(xiàn)首次出現(xiàn)在機(jī)床中，從此機(jī)床出現(xiàn)了精度的概念16世紀(jì)用于加工玉石首飾的磨床明代古代機(jī)床進(jìn)化過(guò)程01第一次工業(yè)個(gè)革命02PARTTWO威爾金森于1774年發(fā)明的鏜床起了很大的作用。這種鏜床利用水輪使材料圓筒旋轉(zhuǎn)，并使其對(duì)準(zhǔn)中心固定的刀具推進(jìn)，由于刀具與材料之間有相對(duì)運(yùn)動(dòng)，材料就被鏜出精確度很高的圓柱形孔洞。當(dāng)時(shí)、用鏜床做出直徑為72英寸的汽缸，誤差不超過(guò)六便士硬幣的厚度。用現(xiàn)代技術(shù)衡量，這是個(gè)很大的誤差，但在當(dāng)時(shí)的條件下，能達(dá)到這個(gè)水平，已經(jīng)是很不簡(jiǎn)單了。1774年炮筒鏜床主軸動(dòng)力：水輪進(jìn)給方式：螺桿進(jìn)給動(dòng)力：手控制方式：手精度：刀具：金屬性能第一次工業(yè)革命021775年，威爾金森用這臺(tái)炮筒鏜床鏜出的汽缸，重新制造了瓦特那漏洞百出的汽缸，滿足了瓦特蒸汽機(jī)的要求。當(dāng)然作為商人的威爾金森也獲得了瓦特蒸汽機(jī)汽缸的獨(dú)家供應(yīng)權(quán)。1775年瓦特與威爾金森主軸動(dòng)力：蒸汽機(jī)進(jìn)給方式：螺桿進(jìn)給動(dòng)力：手控制方式：手精度：不提了刀具：金屬性能第一次工業(yè)革命021797年機(jī)床工業(yè)之父制成了第一臺(tái)螺紋切削車床，它帶有絲桿和光桿，采用滑動(dòng)刀架——莫氏刀架和導(dǎo)軌，可車削不同螺距的螺紋。1797年莫茲利車床主軸動(dòng)力：手進(jìn)給方式：絲桿與光桿進(jìn)給動(dòng)力：手控制方式：手刀具：金屬性能第一次工業(yè)革命02用堅(jiān)實(shí)的鑄鐵床身代替了三角鐵棒機(jī)架，用惰輪配合交換齒輪對(duì)，代替了更換不同螺距的絲杠來(lái)車削不同螺距的螺紋。這是現(xiàn)代車床的原型，對(duì)英國(guó)工業(yè)革命具有重要意義。1800年莫茲利改進(jìn)車床主軸動(dòng)力：手進(jìn)給方式：絲桿與光桿進(jìn)給動(dòng)力：手控制方式：手刀具：金屬發(fā)明原理：多用性性能第一次工業(yè)革命021783年，法國(guó)的勒內(nèi)首先制出銑刀。1792年，英國(guó)的莫厘子制出絲錐和板牙，有關(guān)麻花鉆的發(fā)明最早的文獻(xiàn)記載是在1822年，但是到1864年才作為商品生產(chǎn)1783年勒內(nèi)銑刀第一次工業(yè)革命02美國(guó)的惠特尼制造出了臥式銑床，這兩種機(jī)床刻意分別應(yīng)用于不同行業(yè)的零件制造需求，隨著工業(yè)革命的發(fā)展機(jī)床也在不斷發(fā)展中。但是之后的銑床發(fā)展速度較慢，直到數(shù)控技術(shù)的出現(xiàn)以后銑床才得到了長(zhǎng)足的發(fā)展1818年惠特尼臥式銑床主軸動(dòng)力：進(jìn)給方式：絲桿與光桿進(jìn)給動(dòng)力：手控制方式：手刀具：金屬性能第一次工業(yè)革命0201040302蒸汽機(jī)驅(qū)動(dòng)的車床，主軸采用蒸汽機(jī)驅(qū)動(dòng)1775年有了光桿與絲桿的概念，絲桿負(fù)責(zé)推進(jìn)，光桿保證剛度與直線度1797年發(fā)明了第一臺(tái)銑床，但是沒有推廣1818年發(fā)明了銑刀1783年第一次工業(yè)革命機(jī)床進(jìn)化過(guò)程02第二次工業(yè)個(gè)革命03PARTTWO1862年，他制成萬(wàn)能銑床，代替手工銼制加工麻花鉆。這種銑床具有可垂直升降的工作臺(tái)和與進(jìn)刀機(jī)構(gòu)相連接的螺旋頭，可以進(jìn)行分度和銑削螺紋，還可銑出左螺旋和錐形螺旋槽，已具備現(xiàn)代銑床的基本特點(diǎn)，布朗并于1864年獲得加工齒輪用的一種成形銑刀的專利。（圖片是現(xiàn)代機(jī)床）1862年布朗，J.R.萬(wàn)能銑床主軸動(dòng)力：電動(dòng)機(jī)進(jìn)給方式：絲桿與光桿進(jìn)給動(dòng)力：手控制方式：手刀具：金屬發(fā)明原理：性能第二次工業(yè)革命031862年，他制成萬(wàn)能銑床，代替手工銼制加工麻花鉆。這種銑床具有可垂直升降的工作臺(tái)和與進(jìn)刀機(jī)構(gòu)相連接的螺旋頭，可以進(jìn)行分度和銑削螺紋，還可銑出左螺旋和錐形螺旋槽，已具備現(xiàn)代銑床的基本特點(diǎn)，布朗并于1864年獲得加工齒輪用的一種成形銑刀的專利。（圖片是現(xiàn)代機(jī)床）1873年斯潘塞車床主軸動(dòng)力：電動(dòng)機(jī)進(jìn)給方式：絲桿與光桿進(jìn)給動(dòng)力：手動(dòng)+自動(dòng)控制方式：手動(dòng)刀具：金屬性能第二次工業(yè)革命031884年又出現(xiàn)了龍門銑床1884年龍門銑主軸動(dòng)力：電動(dòng)機(jī)進(jìn)給方式：絲桿與光桿進(jìn)給動(dòng)力：手控制方式：手刀具：金屬發(fā)明原理：性能第二次工業(yè)革命03福特曾經(jīng)提出：汽車應(yīng)該是“輕巧的、結(jié)實(shí)的、可靠的和便宜的”。為了實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)，必須研制高效率的磨床，為此，美國(guó)人諾頓于1900年用金剛砂和剛玉石制成直徑大而寬的砂輪，以及剛度大而牢固的重型磨床。磨床的發(fā)展，使機(jī)械制造技術(shù)進(jìn)入了精密化的新階段1900年諾頓磨床主軸動(dòng)力：電動(dòng)機(jī)進(jìn)給方式：絲桿與光桿進(jìn)給動(dòng)力：手動(dòng)+自動(dòng)控制方式：手動(dòng)刀具：精密砂輪性能第二次工業(yè)革命03二十世紀(jì)20年代出現(xiàn)了半自動(dòng)銑床，工作臺(tái)利用擋塊可完成“進(jìn)給-快速”或“快速-進(jìn)給”的自動(dòng)轉(zhuǎn)換，持續(xù)多年的二戰(zhàn)結(jié)束后，制造業(yè)還是維持了戰(zhàn)前的發(fā)展水平。操作人員通過(guò)手工操作電動(dòng)機(jī)床，將加工零件按照設(shè)計(jì)圖紙的要求制作出來(lái)。這樣的生產(chǎn)方式雖然比起蒸汽時(shí)代效率高，但是人心永遠(yuǎn)是滿足不了的。二戰(zhàn)時(shí)期車床主軸動(dòng)力：電動(dòng)機(jī)進(jìn)給方式：絲桿與光桿進(jìn)給動(dòng)力：手控制方式：手刀具：金屬發(fā)明原理：性能第二次工業(yè)革命0301040302萬(wàn)能銑床，銑床功能逐漸強(qiáng)大，主軸改為電機(jī)驅(qū)動(dòng)1862年出現(xiàn)龍門銑床，可加工零件尺寸逐漸變大1884年出現(xiàn)半自動(dòng)機(jī)床，手動(dòng)機(jī)床已經(jīng)無(wú)法滿足高精度，大批量的生產(chǎn)。20世紀(jì)20年代發(fā)明重型磨床，從此零件加工的越來(lái)越精密1900年第二次工業(yè)革命機(jī)床進(jìn)化過(guò)程03數(shù)控機(jī)床的誕生04PARTTWO美國(guó)的帕森斯在研制檢查飛機(jī)螺旋槳葉剖面輪廓的板葉加工機(jī)時(shí)向美國(guó)空軍提出的，在麻省理工學(xué)院的參加和協(xié)助下，終于在1949年取得了成功。1948年帕森斯提出插補(bǔ)概念主軸動(dòng)力：進(jìn)給方式：絲桿與光桿進(jìn)給動(dòng)力：手控制方式：手刀具：金屬發(fā)明原理：性能數(shù)控機(jī)床的誕生041951年，MIT正式制成了第一臺(tái)電子管數(shù)控機(jī)床樣機(jī)，成功地解決了多品種小批量的復(fù)雜零件加工的自動(dòng)化問(wèn)題。由于大量采用電子管元件，控制裝置比機(jī)床本體還要大。1951年第一臺(tái)數(shù)控機(jī)床主軸動(dòng)力：進(jìn)給方式：絲桿與光桿進(jìn)給動(dòng)力：手控制方式：手刀具：金屬發(fā)明原理：性能數(shù)控機(jī)床的誕生041958年。美國(guó)研制成能自動(dòng)更換刀具，以進(jìn)行多工序加工的加工中心。1958年加工中心主軸動(dòng)力：電主軸進(jìn)給方式：絲杠導(dǎo)軌進(jìn)給動(dòng)力：私服電機(jī)控制方式：數(shù)控系統(tǒng)刀具：可換刀具的刀庫(kù)性能數(shù)控機(jī)床的誕生04最早的CAM系統(tǒng)，由“CAD/CAM之父”PatrickJ.Hanratty于1957年在GE工作時(shí)開發(fā)，現(xiàn)今所有可用的3D機(jī)械CAD/CAM系統(tǒng)中有70％的歷史可以追溯到Hanratty的原始代碼。1957年P(guān)RONTO-APT語(yǔ)言CAM數(shù)控機(jī)床的誕生04CAD行業(yè)大多認(rèn)為這是第一個(gè)用于工程設(shè)計(jì)和繪圖的交互式圖形系統(tǒng)1963年SketchpadCAD數(shù)控機(jī)床的誕生04成立于1969年，目前模具行業(yè)應(yīng)用最多UG成立于1982年，PC端工業(yè)軟件開拓者AUTOCAD創(chuàng)立于1993年，致力于中端產(chǎn)品SOLIDWORKS創(chuàng)立于1987年，改變世界的實(shí)體建模軟件PRO/E數(shù)控機(jī)床的誕生04數(shù)控機(jī)床的發(fā)展趨勢(shì)05PARTTWO主軸：高速電主軸結(jié)構(gòu)：搖籃式全閉環(huán)五軸聯(lián)動(dòng)數(shù)控系統(tǒng)：高速高精加工+在機(jī)測(cè)量驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)：直線電機(jī)進(jìn)給精度：0.1μCAD/CAM:智能化視頻：精雕視頻.mp4現(xiàn)代數(shù)控機(jī)床介紹數(shù)控機(jī)床的發(fā)展趨勢(shì)05如圖所示，機(jī)床廠商在中國(guó)申請(qǐng)的專利數(shù)量最多，其次是美國(guó)與日本。可見機(jī)床工業(yè)4.0相關(guān)專利案的布局主要還是集中在世界前三大經(jīng)濟(jì)體（分別為中國(guó)、美國(guó)、日本）。專利情況數(shù)控機(jī)床的發(fā)展趨勢(shì)05圖為機(jī)床工業(yè)4.0相關(guān)專利案有關(guān)申請(qǐng)年份的趨勢(shì)分析，自2012年開始全球每年機(jī)床工業(yè)4.0相關(guān)的專利申請(qǐng)案量穩(wěn)定增長(zhǎng)，2015年時(shí)申請(qǐng)案已超過(guò)200筆，其中，中國(guó)專利申請(qǐng)案數(shù)量，從2015年開始超過(guò)全球申請(qǐng)案量的一半，可見我國(guó)政府在2015年3月提及的“中國(guó)制造2025”計(jì)劃，影響了各機(jī)床廠商在世界的專利布局；韓國(guó)、日本政府雖也有推出工業(yè)4.0相關(guān)政策，但相對(duì)2013年，2014～2015年申請(qǐng)數(shù)量反而逐年減少，可能與制造工廠外移、研發(fā)期程等因素有關(guān)，另2016年的專利申請(qǐng)案因有部分案件仍未早期公開，無(wú)法進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，但以目前所呈現(xiàn)的數(shù)據(jù)觀之，2016年的整體專利申請(qǐng)案量還是持續(xù)增長(zhǎng)中，顯示機(jī)床相關(guān)技術(shù)仍然持續(xù)受到關(guān)注與重視。專利情況數(shù)控機(jī)床的發(fā)展趨勢(shì)05圖為G05B19/00之技術(shù)重點(diǎn)對(duì)各國(guó)專利申請(qǐng)數(shù)量的分析，由圖10所示，中國(guó)在各個(gè)技術(shù)重點(diǎn)都有申請(qǐng)專利，可見中國(guó)在G05B19/00的技術(shù)重點(diǎn)技術(shù)申請(qǐng)較為全面，且各專利申請(qǐng)人把中國(guó)當(dāng)作世界工廠以及看好其市場(chǎng)前景，大量申請(qǐng)各式各樣的相關(guān)專利，如故障診斷（FaultDiagnosis）與機(jī)床數(shù)值控制狀態(tài)等。而日本、美國(guó)與德國(guó)在三個(gè)技術(shù)WorkPiece、NumericalControlDevices、RealTime申請(qǐng)的數(shù)量比較平均，皆為三國(guó)專利申請(qǐng)的重點(diǎn)，如果新進(jìn)廠商現(xiàn)在想要切入此三個(gè)技術(shù)重點(diǎn)的市場(chǎng)，競(jìng)爭(zhēng)性相對(duì)較高，將面臨相似產(chǎn)品品牌、價(jià)格與專利技術(shù)的挑戰(zhàn)。專利情況數(shù)控機(jī)床的發(fā)展趨勢(shì)05機(jī)床向高速化方向發(fā)展，可充分發(fā)揮現(xiàn)代刀具材料的性能，可大幅度提高加工效率、降低加工成本，提高零件的表面加工質(zhì)量和精度。

上世紀(jì)90年代以來(lái)，高速主軸單元（電主軸，轉(zhuǎn)速15000－100000r/min）、高速且高加/減速度的進(jìn)給運(yùn)動(dòng)部件（快移速度60~120m/min，切削進(jìn)給速度高達(dá)60m/min）、高性能伺服系統(tǒng)以及工具系統(tǒng)都出現(xiàn)了新的突破。高速高精度數(shù)控機(jī)床的發(fā)展趨勢(shì)051931年德國(guó)切削物理學(xué)家薩洛蒙(Salomon)提出高速切削理論。在常規(guī)的切削速度范圍內(nèi)，切削溫度隨著切削速度的增大而提高。對(duì)于每一種工件材料，存在一個(gè)速度范圍，在這個(gè)范圍內(nèi)，由于切削速度太高，任何刀具都無(wú)法承受，切削加工不可能進(jìn)行。但是，當(dāng)切削速度進(jìn)一步提高，超過(guò)這個(gè)范圍后，切削溫度反而降低。同時(shí)切削力也會(huì)大幅度下降。通常把切削速度比常規(guī)切削速度高出5~10倍以上的切削叫做高速切削。車削:700~7000m/min;

銑削：300~6000m/min;與傳統(tǒng)切削加工相比，高速切削加工發(fā)生了本質(zhì)性的飛躍，其單位功率的金屬切除率提高了30%～40%，切削力降低了30%，刀具的切削壽命提高了70%，留于工件的切削熱大幅度降低，低階切削振動(dòng)幾乎消失。高速高精度數(shù)控機(jī)床的發(fā)展趨勢(shì)05智能化適應(yīng)控制技術(shù)（隨加工過(guò)程切削條件的變化，自動(dòng)地調(diào)整切削用量，實(shí)現(xiàn)加工過(guò)程最佳化）智能加工數(shù)控機(jī)床的發(fā)展趨勢(shì)05自動(dòng)故障診斷斷刀檢測(cè)主軸負(fù)載檢測(cè)非接觸對(duì)刀儀在機(jī)檢測(cè)智能加工數(shù)控機(jī)床的發(fā)展趨勢(shì)05編程自動(dòng)化，大數(shù)據(jù)加工參數(shù)定制，編程人員參與的越來(lái)越少，以加工工藝參數(shù)數(shù)據(jù)庫(kù)為支撐，建立專家系統(tǒng)，通過(guò)它提供優(yōu)化的切削參數(shù)，使加工系統(tǒng)始終處于最優(yōu)和最經(jīng)濟(jì)的工作狀態(tài)，達(dá)到提高編程效率和加工工藝技術(shù)水平。智能制造技術(shù)包括專家系統(tǒng)