数控技术的发展和历史省公共课一等奖全国赛课获奖课件.pptx
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1、无无忧忧PPTPPT整理整理发发布布数控机床发展数控机床发展及历史及历史第1页无无忧忧PPTPPT整理整理发发布布数控机床产生及发展数控机床产生及发展 数字控制机床是用数字代码形式信息数字控制机床是用数字代码形式信息(程序指令程序指令),控制刀具,控制刀具按给定工作程序、运动速度和轨迹进行自动加工机床,简称按给定工作程序、运动速度和轨迹进行自动加工机床,简称数控机床数控机床。优点优点:数控机床含有广泛适应性,加工对象改变时只需要改:数控机床含有广泛适应性,加工对象改变时只需要改变输入程序指令;加工性能比普通自动机床高,能够准确加变输入程序指令;加工性能比普通自动机床高,能够准确加工复杂型面,因
2、而适合于加工中小批量、改型频繁、精度要工复杂型面,因而适合于加工中小批量、改型频繁、精度要求高、形状又较复杂工件,并能取得良好经济效果。求高、形状又较复杂工件,并能取得良好经济效果。伴随数控技术发展,采取数控系统机床伴随数控技术发展,采取数控系统机床品种品种日益增多,有日益增多,有车车床、铣床、镗床、钻床、磨床、齿轮加工机床和电火花加工床、铣床、镗床、钻床、磨床、齿轮加工机床和电火花加工机床机床等。另外还有能自动换刀、一次装卡进行多工序加工等。另外还有能自动换刀、一次装卡进行多工序加工加加工中心、车削中心工中心、车削中心等。等。第2页无无忧忧PPTPPT整理整理发发布布 1946 1946年诞
3、生了世界上第一台电子计算机,年诞生了世界上第一台电子计算机,这表明人类创造了这表明人类创造了可增强和部分代替脑可增强和部分代替脑力劳动工具力劳动工具。它与人类在农业、工业社。它与人类在农业、工业社会中创造那些只是增强体力劳动工具相会中创造那些只是增强体力劳动工具相比,起了质飞跃,为人类进入信息社会比,起了质飞跃,为人类进入信息社会奠定了基础。奠定了基础。6 6年后,即在年后,即在19521952年,年,计算机技术应用到了计算机技术应用到了机床上,在美国诞生机床上,在美国诞生了第一台数控机床。了第一台数控机床。从此,传统机床产生从此,传统机床产生了质改变。近半个世了质改变。近半个世纪以来,数控系
4、统经纪以来,数控系统经历了历了两个阶段两个阶段和和六代六代发展发展。第3页无无忧忧PPTPPT整理整理发发布布第4页无无忧忧PPTPPT整理整理发发布布第一个阶段第一个阶段 1、数控(NC)阶段(19521970年)早期计算机运算速度低,对当初科学计算和数早期计算机运算速度低,对当初科学计算和数据处理影响还不大,但不能适应机床实时控制据处理影响还不大,但不能适应机床实时控制要求。人们不得不采取数字逻辑电路要求。人们不得不采取数字逻辑电路 搭搭 成一台成一台机床专用计算机作为数控系统,被称为硬件连机床专用计算机作为数控系统,被称为硬件连接数控(接数控(HARD-WIRED NCHARD-WIRE
5、D NC),简称为数控),简称为数控(NCNC)。)。第5页无无忧忧PPTPPT整理整理发发布布2.计算机数控(CNC)阶段(1970年现在)因为计算机技术发展,在因为计算机技术发展,在2020世纪世纪7070年代采取计算机年代采取计算机控制计算机数控系统控制计算机数控系统(简称简称CNC)CNC)产生产生,使数控装置进入了使数控装置进入了以计算机化为特征第二阶段。以计算机化为特征第二阶段。计算机数控阶段也经历了三代。即计算机数控阶段也经历了三代。即19701970年第四代年第四代-小型计算机;小型计算机;19741974年第五代年第五代-微处理器和微处理器和19901990年第六代年第六代-
6、基于基于PCPC(国外称为(国外称为PC-BASEDPC-BASED)。)。还要指出是,即使国外早已改称为计算机数控(即还要指出是,即使国外早已改称为计算机数控(即CNCCNC)了,而我国仍习惯称数控()了,而我国仍习惯称数控(NCNC)。所以我们日)。所以我们日常讲常讲 数控数控,实质上已是指,实质上已是指 计算机数控计算机数控 了。了。第二个阶段第二个阶段第6页无无忧忧PPTPPT整理整理发发布布第7页无无忧忧PPTPPT整理整理发发布布1.1.第一代数控机床第一代数控机床采取数字技术进行机械加工采取数字技术进行机械加工,最早是在,最早是在4040年代初,由美国年代初,由美国北密支安一个小
7、型飞机工业承包商派尔逊斯企业北密支安一个小型飞机工业承包商派尔逊斯企业(ParsonsCorporationParsonsCorporation)实现。他们在制造飞机框架及直)实现。他们在制造飞机框架及直升飞机转动机翼时,利用全数字电子计算机对机翼加工路升飞机转动机翼时,利用全数字电子计算机对机翼加工路径进行数据处理,并考虑到刀具直径对加工路线影响,使径进行数据处理,并考虑到刀具直径对加工路线影响,使得加工精度到达得加工精度到达0.0381mm0.0381mm到达了当初最高水平。到达了当初最高水平。19481948年,美国帕森斯企业接收美国空军委托,研制飞机螺年,美国帕森斯企业接收美国空军委托
8、,研制飞机螺旋桨叶片轮廓样板加工设备。因为样板形状复杂多样,精旋桨叶片轮廓样板加工设备。因为样板形状复杂多样,精度要求高,普通加工设备难以适应,于是提出计算机控制度要求高,普通加工设备难以适应,于是提出计算机控制机床构想。机床构想。第8页无无忧忧PPTPPT整理整理发发布布19491949年,该企业在美国麻省理工学院(年,该企业在美国麻省理工学院(MITMIT)伺服机构)伺服机构研究室帮助下,开始数控机床研究,并于研究室帮助下,开始数控机床研究,并于19521952年试制成年试制成功第一台由大型立式仿形铣床改装而成三坐标数控铣床,功第一台由大型立式仿形铣床改装而成三坐标数控铣床,很快即开始正式
9、生产,于很快即开始正式生产,于19571957年正式投入使用。这是制年正式投入使用。这是制造技术发展过程中一个重大突破,造技术发展过程中一个重大突破,标志着制造领域中数标志着制造领域中数控加工时代开始。控加工时代开始。数控加工是当代制造技术基础,这一数控加工是当代制造技术基础,这一创造对于制造行业而言,含有划时代意义和深远影响。创造对于制造行业而言,含有划时代意义和深远影响。世界上主要工业发达国家都十分重视数控加工技术研究世界上主要工业发达国家都十分重视数控加工技术研究和发展。当初数控装置采取是电子管,体积庞大,功耗和发展。当初数控装置采取是电子管,体积庞大,功耗高,所以除了在军事部门使用外,
10、在其它行业没有得到高,所以除了在军事部门使用外,在其它行业没有得到推广使用。推广使用。第9页无无忧忧PPTPPT整理整理发发布布2.2.第二代数控机床第二代数控机床19591959年,制成了晶体管元件和印刷电路板,使数控装置进入了第二代年,制成了晶体管元件和印刷电路板,使数控装置进入了第二代,体,体积缩小,成本有所下降;积缩小,成本有所下降;到了到了19601960年以后,年以后,点位控制数控机床得到了快速点位控制数控机床得到了快速发展。发展。因为点位控制数控系统比起轮廓控制数控系统要简单得多。所以,因为点位控制数控系统比起轮廓控制数控系统要简单得多。所以,数控铣床、冲床、坐标镗床大量发展,据
11、统计资料表明,到数控铣床、冲床、坐标镗床大量发展,据统计资料表明,到19661966年实际使年实际使用约用约60006000台数控机床中,台数控机床中,85%85%是点位控制机床。是点位控制机床。在此期间,在此期间,数控机床发展中产生了加工中心。数控机床发展中产生了加工中心。加工中心是一个含有自动换加工中心是一个含有自动换刀装置数控机床,它能实现工件一次装卡而进行多工序加工。这种产品最刀装置数控机床,它能实现工件一次装卡而进行多工序加工。这种产品最初是在初是在19591959年年3 3月,由美国卡耐月,由美国卡耐;特雷克企业(特雷克企业(Keaney&TreckerCorp.Keaney&Tr
12、eckerCorp.)开)开发出来。这种机床在刀库中装有丝锥、钻头、铰刀、铣刀等刀具,依据穿发出来。这种机床在刀库中装有丝锥、钻头、铰刀、铣刀等刀具,依据穿孔带指令自动选择刀具,并经过机械手将刀具装在主轴上,对工件进行加孔带指令自动选择刀具,并经过机械手将刀具装在主轴上,对工件进行加工。它可缩短机床上零件装卸时间和更换刀具时间。工。它可缩短机床上零件装卸时间和更换刀具时间。加工中心加工中心现在已经成现在已经成为数控机床中一个非常主要品种,不但有立式、卧式等用于箱体零件加工为数控机床中一个非常主要品种,不但有立式、卧式等用于箱体零件加工镗铣类加工中心,还有用于回转整体零件加工车削中心、磨削中心等
13、。镗铣类加工中心,还有用于回转整体零件加工车削中心、磨削中心等。第10页无无忧忧PPTPPT整理整理发发布布3.3.第三代数控机床第三代数控机床19651965年,年,出现了第三代集成电路数控装置出现了第三代集成电路数控装置,不但体积小,功率消耗少,不但体积小,功率消耗少,且可靠性提升,价格深入下降,促进了数控机床品种和产量发展。且可靠性提升,价格深入下降,促进了数控机床品种和产量发展。19671967年,英国首先把几台数控机床连接成含有柔性加工系统年,英国首先把几台数控机床连接成含有柔性加工系统,这就是,这就是所谓柔性制造系统(所谓柔性制造系统(FlexibleManufacturingSy
14、stemFMSFlexibleManufacturingSystemFMS)之后,美、)之后,美、欧、日等也相继进行开发及应用。欧、日等也相继进行开发及应用。柔性加工系统出现后使数控机床加柔性加工系统出现后使数控机床加工能力和利用范围愈加广泛。工能力和利用范围愈加广泛。第一代数控机床、第二代数控机床、第三代数控机床数控系统是硬件第一代数控机床、第二代数控机床、第三代数控机床数控系统是硬件数控(数控(NCNC),是数控机床发展第一阶段),是数控机床发展第一阶段。因为计算机技术发展,。因为计算机技术发展,在在2020世纪世纪7070年代采取计算机控制计算机数控系统年代采取计算机控制计算机数控系统(
15、简称简称CNC)CNC)产生产生,使数控装使数控装置进入了以计算机化为特征第二阶段置进入了以计算机化为特征第二阶段。计算机数控系统是用一台计算。计算机数控系统是用一台计算机代替先前硬件(逻辑电路)数控所完成功效,所以,他是一个以计机代替先前硬件(逻辑电路)数控所完成功效,所以,他是一个以计算机运行控制程序,执行对机床运动数字控制功效。算机运行控制程序,执行对机床运动数字控制功效。第11页无无忧忧PPTPPT整理整理发发布布4.4.第四代数控机床第四代数控机床1970年,通用小型计算机业已出现并成批生产。于是将它移植过来作为数控系统关键部件,从此进入了计算机数控(CNC)阶段。但此时数控装置内装
16、是小型计算机,中规模集成电路,当初小型机可靠性不是很理想。第12页无无忧忧PPTPPT整理整理发发布布5 5 5 5.第五代数控机床第五代数控机床19711971年,美国年,美国INTELINTEL企业在世界上第一次将计算机两个最关键企业在世界上第一次将计算机两个最关键部件部件-运算器和控制器,采取大规模集成电路技术集成在一块运算器和控制器,采取大规模集成电路技术集成在一块芯片上,称之为微处理器(芯片上,称之为微处理器(MICROPROCESSORMICROPROCESSOR),又可称为),又可称为中央处理单元(简称中央处理单元(简称CPUCPU)。)。到到19741974年,研制成功使用微处
17、年,研制成功使用微处理器和半导体存贮器微型计算机数控装置理器和半导体存贮器微型计算机数控装置(简称简称MNC)MNC),这是,这是第五代数控系统。第五代数控系统。第五代与第三代相比,数控装置功效扩大了第五代与第三代相比,数控装置功效扩大了一倍,而体积则缩小为原来一倍,而体积则缩小为原来1/201/20,价格降低了,价格降低了3/43/4,可靠性也,可靠性也得到极大提升。到微处理器被应用于数控系统是因为小型计算得到极大提升。到微处理器被应用于数控系统是因为小型计算机功效太强,控制一台机床能力有富裕(故当初曾用于控制多机功效太强,控制一台机床能力有富裕(故当初曾用于控制多台机床,称之为群控),不如
18、采取微处理器经济合理。台机床,称之为群控),不如采取微处理器经济合理。不过早不过早期微处理器速度和功效虽还不够高,但能够经过多处理器结构期微处理器速度和功效虽还不够高,但能够经过多处理器结构来处理来处理。第13页无无忧忧PPTPPT整理整理发发布布8080年代初,伴随计算机软、硬件技术发展,出现了能进行年代初,伴随计算机软、硬件技术发展,出现了能进行人机对话式自动编制程序数控装置;数控装置愈趋小型化,人机对话式自动编制程序数控装置;数控装置愈趋小型化,能够直接安装在机床上;能够直接安装在机床上;数控机床自动化程度深入提升,数控机床自动化程度深入提升,含有自动监控刀具破损和自动检测工件等功效含有
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