数控机床发展史 4页

数控机床发展史摘要：自1952年设计出第一台试验性数控机床开始至今，数控机床已发展至第五代。现如今机床俨然成为了衡量一个国家工业技术发展水平的重要标志。本文将要进行探讨的是数控机床的发展及其未来发展的方向。关键字：数控机床自动化发展智能柔性Abstract:since1952thefirsttestdesignofNCmachinetooltothepresent,theNCmachinetoolhasbeendevelopedtothefifthgeneration.Nowadays,machinetoolhasbecomethemeasureofacountrytheimportantsignofthelevelofindustrialtechnologydevelopment.ThispaperintendstodiscussthedevelopmentofNCmachinetoolandthedirectionoffuturedevelopment.Keywords:CNCMachineToolAutomationDevelopmentIntelligenceFlexibility数控技术也叫计算机数控技术，目前它是采用计算机实现数字程序控制的技术。这种技术是计算机按事先存储的控制程序来执行对设备的控制功能。随着科学技术的发展，机械产品结构越来越合理，其性能、精度和效率日趋提高更新换代频繁，生产类型由大批大量生产向多品种小批量生产转化。因此，对机械产品的加工相应得提出了高精度、高柔性与高度自动化的要求。数字控制机床就是为了解决单件、小批量、特别是复杂型面零件加工的自动化并保证质量要求而产生的。数控机床发展的几个阶段第一代数控机床是由美国帕森斯公司和美国麻省理工学院于1952年试制成功的三坐标数控铣床，它是由电子管作为数控装置。这是一台试验性数控机床，真正意义上的第一台工业用数控机床是美国本迪克斯公司在派尔逊斯专利的基础上于1954年正式生产出来的。第二代是1959年由美国卡耐·特雷克公司开发出来的带自动换刀装置基于晶体管元件和印刷电路板数控机床，称为加工中心(MCMachiningCenter)。这是一种具有自动换刀装置的数控机床，它能实现工件一次装卡而进行多工序的加工，缩短了机床上零件的装卸时间和更换刀具的时间。早期的数控机床由于体积庞大，功耗高，因此除了在军事部门使用外，在其他行业没有得到推广使用。自1960年以后，点位控制的数控机床得到了迅速的发展。原因在于点位控制的数控系统比起轮廓控制的数控系统要简单得多。到1965年，出现了以小规模集成电路为数控装置数控机床，这便是第三代数控机床。第三代数控机床不仅体积小，功率消耗少，且可靠性提高，价格进一步下降，促使数控机床品种和产量得以进一步发展。1967年，英国首先把几台数控机床连接到一起由一台计算机直接控制的数控系统(简称DNC)，又称群控系统。之后开发出的采用小型计算机控制的计算机数控系统(简称CNC)，使数控装置进入了以小型计算机化为特征的第四代：柔性制造系统。随着微电子技术的迅速发展，1970年，美国英特尔开发使用了微处理器。1974年，研制成功并使用微处理器和半导体存贮器的微型计算机数控装置(简称MNC)，这是第五代数控系统。20世纪80年代初，随着计算机软、硬件技术的发展，出现了能进行人机对话式自动编制程序的数控装置；数控装置愈趋小型化，可以直接安装在机床上；数控机床的自动化程度进一步提高，具有自动监控刀具破损和自动检测工件等功能。第4页 20世纪90年代后期，出现了PC+CNC智能数控系统，即以PC机为控制系统的硬件部分，在PC机上安装NC软件系统，此种方式系统维护方便，易于实现网络化制造。数控机床的发展趋势随着计算机技术的发展，很多曾经在数控机床上难以实现的功能变得越来越简单，特别是电火花技术、激光技术、纳米技术的应用更是加速了数控技术的发展。现如今，数控加工正在向高速化、高精度化、柔性化、网络化和智能化等方向发展。1高可靠性：数控机床由于增加了数控装置和伺服系统，使用了较大数量的液压、气动、电气元件，出现故障的几率比较高，因此数控机床的可靠性已成为用户最为关心的一个问题，可靠性的提高已成为数控机床产业迫切需要解决的问题。提高数控机床的可靠性，一般是通过提高数控系统的硬件质量，采用模块化、标准化和通用化来提高其可靠性。2高适应性及高稳定性：市场对产品的需求逐渐趋向于多样化，同时还需要实现单件、小批量产品的生产自动化制造，另外，由于产品的更新换代快，机械产品的生产准备周期非常短，为了给多种小批量生产和新产品的研制提供便利，利于企业快速占领市场，数控机床需要很高的适应性和稳定性。3高速化：受高效、高生产率的要求，高速化已是现代机床技术发展的重要方向之一。高速切削可通过高速运算技术、快速插补运算技术、超高速通信技术和高速主轴等技术来实现。采用高速的32位以上的微处理器，可提高数控系统的分辨率及实现连续小程序段的高速、高精加工。4高精度化：随着科学技术的发展，对机械产品精度要求将会越来越高。因此，机床的加工精度将会向更高的精度发展，机床的高精度化已成为机床业发展的一个重要部分。提高机床的加工精度，一般是通过减少数控系统误差，提高数控机床基础大件结构特性和热稳定性，采用补偿技术和辅助措施来达到的。5智能化：未来的数控系统将是一个高度智能化的系统。具体是指系统应在局部或全部实现加工过程的自适应、自诊断和自调整，最大限度的减少人为的干预；另外，人机接口的使用使用户操作更简单，智能编程使编程更加直观，可使用自然语言编程，无需要什么专业人员，工人可以进行现场语音或其他简单的方式进行指令输入，系统根据指令自动完成加工程序的编写或直接进行加工，加工数据的自生成及智能数据库；智能监控，采用专家系统以降低对操作者的要求等。引进了自适应控制技术自适应控制（AdaptiveControl，简称AC）技术是能调节在加工过程中所测得的工作状态特性，且能使切削过程达到并维持最佳状态的技术。6网络化：与当今飞速发展的信息技术相融合的网络化通信和网络化技术发展同样也是数控机床行业发展的一个重要方向。实现多种通讯协议，既满足单机需要，又能满足FMS(柔性制造系统)、CIMS(计算机集成制造系统)对基层设备的要求。配置网络接口，通过Internet可实现远程监视和控制加工，进行远程检测和诊断，使维修变得简单。另外，在必要的时候可以进行远程计算机控制，加强数控机床的网络化控制也有利于生产管理的现代化。7复合化及数字化：数控机床的复合化是指在同一机床上实现从毛坯到产品的全部机械加工。这种加工方法不但能提高产品的生产效率，同时还有利于零件精度的提高。机床数字化的实现增强了机床的信息处理能力，从而实现机床的数字化控制。除此之外，还有柔性化，光、机、电、液和声能等一体化。实现数控系统与加工过程作为一个整体，实现机电光声综合控制，测量造型、加工一体化，加工、实时检测与修正一体化，机床主机设计与数控系统设计一体化。美、德、日是当今世上在数控机床科研、设计、制造和使用上，技术最先进、经验最多的国家，但不同时期他们所处地位不同。世界第一台数控机床是由美国设计生产的，早期美国的第4页 高性能数控机床技术在世界也一直领先。但到数控机床发展的后期，其偏重于基础科研，忽视应用技术，且在上世纪80代政府一度放松了引导，致使数控机床产量增加缓慢，渐渐被日本所替代。虽然从90年代起，美国纠正了过去的偏向，数控机床技术上转向实用，产量又逐渐上升。但就销量来说在数控机床这一行业日本还处于第一位。即使是现在德国才是世界公认的数控机床行业的霸主，从质量及性能上来看德国才是第一。带由于德国的产品价格比较昂贵，而日本的机床也比较先进，也能满足企业的要求，因此，人们还是比较愿意购买日本的产品。下图（文中所涉及图表都来自百度文库）为我国数控机床市场规模的增长情况。由图可知近年来我国的数控机床消费情况一直都在增长，而从我国数控机床的进口情况看我国的数控机床的进口量同样也处于增长趋势。图1.我国数控机床市场规模的增长情况第4页 图2.我国数控机床的进口情况从图3各国数控机床的生产情况看，日本的产量位居第一，紧随其后的事德国，我国的数控机床的产量虽然比较大，但相对于日本和德国来说还存在一定的差距。另外，我国的数控机床主要是以低端产品为主，高端产品主要还是靠进口。由此可以看出国产数控机床特别是中高档数控机床仍然缺乏市场竞争力，究其原因主要在于国产数控机床的研究开发深度不够、制造水平依然落后、服务意识与能力欠缺、数控,系统生产应用推广不力及数控人才缺乏等。因此，我们必须充分认识到国产数控机床的不足，努力发展先进技术，加大技术创新与培训服务力度，以缩短与发达国家之问的差距。从世界数控机床的发展情况来说，未来中国的数控机床发展将会超越德国和日本，成为世界机床行业的霸主。原因在于，目前中国的机床消费情况居世界第一位，而且还成上升趋势，而机床是一个国家的国防基础工业，这是必须发展的。同时，进口机床价格比较昂贵，国内机床产品要想和其他发达国家展开竞争就必须不断创新，生产出与之相当或更好的产品。图3.各国的数控机床生产情况参考文献：1.《机床数控系统的发展趋势》黄勇陈子辰浙江大学2.《机床数控技术》胡占齐杨莉编著3.《机床数控系统的发展趋势》黄勇陈子辰浙江大学4.《数控机床及应用》作者：李佳5.《机电新产品导报》  2005年第12期第4页