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l1958年我国开始研制数控机床(原理能解决,但精度很低);
l111数控机床的产生与发展过程l1946年诞生了世界上第一台电子计算机,它为人类进入信息社会奠定了基础。
1952年,计算机技术应用到了机床上,在美国研制出第一台数控机床。
从此,传统机床产生了质的变化。
l数控机床发展至今,经历了两个阶段和六代的发展。
11数控机床的产生与发展l1、数控(NC)阶段l1952年1970年l硬件连接数控(HARD-WIREDNC),简称数控(NC):
用数字逻辑电路制成一台专用计算机作为数控系统。
lNC经历了三代:
l第一代:
电子管数控,1952-1959l第二代:
晶体管数控,1959-1965l第三代:
集成电路数控,1965-1970l2、计算机数控(CNC)阶段l从1970至今l发展到1970年,通用小型计算机已开始出现并成批量生产,其运算速度比20世纪五六十年代有了大幅度的提高,且其生产成本大幅降低,可靠性高,更新换代快。
l为将通用小型计算机运用于数控系统打下了基础:
运行速度已能满足数控系统、性能更强、价格低。
l特别是价格大大降低,使数控系统的成本大大下降,这使数控机床进入普通用户成为可能。
l于是,进入了计算机数控(CNC)阶段。
l随着计算机技术的发展与成熟,CNC也经历了三代:
l第四代:
小型计算机数控,1970-1974l第五代:
微型计算机数控,1974-1990l第六代:
基于PC的数控,1990至今112数控机床的发展趋势l为满足市埸和科学技术发展的需要,为达到现代制造技术对数控技术提出的更高要求,世界数控技术及装备正朝着下述方向发展:
l1高速、高效和高精度。
l2高可靠性。
l3模块化、智能化、柔性化和集成化。
l4开放性。
l5出现新一代数控加工工艺与设备。
l1高速、高效和高精度l高速、高效和高精度是机械加工的目标。
l
(1)高速l1)主轴转速:
机床采用电主轴,主轴最高转速达200000r/min。
l2)进给率:
在分辨率为0.01m时,最大进给率达到240m/min且可获得复杂型面的精确加工。
l3)运算速度:
微处理器的迅速发展为数控系统向高速、高精度方向发展提供了保障。
已开出CPU为32位及64位的数控系统,其频率提高到几百兆赫、上千兆赫。
l正由于数控系统运算速度的极大提高,使得当分辨率为0.1m、0.01m时仍能获得高达24240m/min进给速度。
l4)换刀速度:
目前国外先进加工中心的刀具换刀速度普遍已达到1s左右,高的已达到0.5s。
l德国Chiron公司将刀库设计成篮子样式,以主轴为轴心,刀具在圆周布置,其刀到刀的换刀时间仅为0.9s。
l新一代数控机床只有通过高速化大幅度缩短切削工时才可能进一步提高生产率。
l超高速加工特别是超高速铣削与新一代高速数控特别是高速加工中心的开发应用密切相关。
l随着超高速切削机理、超硬耐磨长寿命刀具材料和磨料磨具、大功率高速电主轴、高加/减速度直线电机驱动进给部件以及高性能控制系统(含监控系统)和防护装置等一系列技术领域中关键技术的解决,应不失时机地开发应用新一代高速数控机床。
l2)高效依靠快速、准确的数字量传递技术对高性能的机床执行部件进行高精密度、高响应速度的实时处理,现在数控机床自动换刀时间量短可达0.5s以内。
采用新的刀库和换刀机械手,使选刀动作更快速、可靠;
采用各种形式的交换工作台,使装卸工件的时间缩短;
采用快换刀具、夹具装置以及实现对工件原点快速确定等,缩短辅助时间。
l3)高精度l从精密加工发展到超精密加工(特高精度加工),是世界各国工业强国致力发展的方向。
其精度从微米级到亚微米级,乃至纳米级(10nm),其应用范围日趋广泛。
l超精密加工主要包括:
超精密切削(车、铣)、超精密磨削、超精密研磨抛光以及超精密特种加工(三束加工及微细电火花加工、微细电解加工和各种复合加工等)。
l随着现代科学技术的发展,对超精密加工技术不断提出了新的要求。
l新材料及新零件的出现,更高精度要求的提出等都需要超精密加工工艺、发展新型超精密加工机床、完善现代超精密加工技术,以适应现代科技的发展。
l随着高新技术的发展和数控机床性能与质量的提高,机床用户对数控机床加工精度的要求也越来越高。
l近十年来,数控机床的加工精度又有了较大的提高:
l普通级数控机床的加工精度已由10m提高到5ml精密级加工中心的加工精度由(35)m提高到(11.5)ml2、高可靠性l高可靠性是指:
数控系统的可靠性要高于被控设备的可靠性一个数量级以上。
l但也不是可靠性越高越好,应适度可靠。
l对于每天工作两班的无人工厂,要求16h内连续工作,无故障率P(t)=99%,则数控机床的平均无故障运行时间MTBF就必须大于3000h。
l3、模块化、智能化、柔性化和集成化l
(1)模块化、专门化与个性化为了适应数控机床多品种、小批量的特点,机床结构模块化,数控功能专门化,机床性能价格比显著提高并加快优化。
个性化是近几年来数控机床特别明显的发展趋势。
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(2)智能化l1)为追求加工效率和加工质量方面的智能化,如自适应控制、工艺参数自动生成。
l2)为提高驱动性能及使用连接方便方面的智能化,如前馈控制、电机参数的自适应运算、自动识别负载自动选定模型、自整定等。
l3)在简化编程、简化操作方面的智能化,如智能化的自动编程、智能化的人机界面等。
l4)智能诊断、智能临控方面的内容,方便系统的诊断与维修等。
l(3)柔性化和集成化l数控机床向柔性自动化系统发展的趋势是:
从点(数控单机、加工中心和数控复合加工机床)、线(FMC、FMS、FTL、FML)向面(工段车间独立制造岛、FA)、体(CIMS、分布式网络集成制造系统)的方向发展,另一方面向注重应用性和经济性方向发展。
l柔性自动化技术是制造业适应市埸需求及产品迅速更新的主要手段,是各国制造成业发展的主流趋势,是先进制造领域的基础技术。
l其重点是以提高系统的可靠性、实用化为前提,以易于联网和集成为目标;
注重加强单元技术的开拓、完善;
lCNC单机向高精度、高速度和高柔性方向发展;
l数控机床及其构成柔性制造系统能方便地与CAD、CAM、CAPP、MTS联结,向信息集成方向发展;
l网络系统向开放、集成和智能化方向发展。
l4、开放性l为适应数控进线、联网、普及型个性化、多品种、小批量、柔性化及数控迅速发展的要求,最重要的发展趋势是体系结构的开放性,设计生产开放式的数控系统。
l开放式的数控系统具有标准化的人机界面和编程语言,软、硬件兼容,维修方便。
l如美国在20世纪90年代初提出了开发下一代控制器的计划NGC(NextGenerationController),以后又提出了OMAC(OpenModularArchitectureCotrol)l欧州在20世纪90年代初开始OSACA(OpenSystemArchitectureforControlwithinAutomationsystem)计划。
l目前正在发展基于PC的开放式数控系统结构(PC嵌入CNC型、CNC嵌入PC型、全软件CNC型)。
l5、出现新一代数控加工工艺与装备l为适应制造自动化的发展,向FMC、FMS和CIMS提供的基础设备,要求数字控制制造系统不仅能完成通常的加工功能,而且还要具备自动测量、自动上下料、自动换刀、自动更换主轴头(有时带坐标变换)、自动误差补偿、自动诊断、进线和联网等功能,以广泛应用于机器人和物流系统。
l数控技术、制造过程技术在快速成型、并联机构机床、机器人化机床、多功能机床等到整机方面已有所突破。
同时高速电主轴、直线电机、软件补偿精度等单元技术方面也有所突破。
l并联体系结构的新型机床已实用化。
这种虚拟轴数控机床用软件的复杂性代替传统机床结构的复杂性,开拓了数控机床发展的新领域。
l以计算机辅助管理和工程数据库、因特网等为主体的制造信息支持技术和智能化决策系统,对机械加工中海量信息进行存储和实时处理。
应用数字化网络技术,使机械加工整个系统趋于资源合理支配并高效地应用。
l由于采用了神经网络控制技术、模糊控制技术、数字化网络技术,机械加工向虚拟制造的方向发展。
l总之,新一代数控系统技术水平的大大提高,促进了数控机床性能水平向高精度、高速度、高柔性化方向发展,使柔性自动化加工技术水平不断提高。
113我国数控机床的发展现况l我国的数控机床及数控技术起步于1958年,一直到20世纪60年代中期还处在研制、开发时期。
l1965年,国内开始研制晶体管数控系统。
l20世纪60年代末至70年代初研制成功X53K-1G立式数控铣床、CJK-18数控系统和数控非圆齿轮插齿机。
l从20世纪70年代开始,由于打破国外技术封锁和我国的基础条件不断改善,数控技术在车、铣、钻、镗、磨、齿轮加工、电加工领域全面展开,数控加工中心在北京、上海研制成功。
l但当时各种机、电、液、气配套基础元件、数控系统不过关,工作不可靠,故障频繁,稳定性未得到解决,因此没有得到广泛推广。
l在这一时期,数控线切割机床由于结构简单、使用方便、价格低廉,在模具数控加工中得到了应用与推广。
l20世纪80年代我国从日本FANUC公司引进了部分数控系统和直流伺服电动机、直流主轴电机技术,从美国、欧州等发达国家引进一些新的技术,并进行了国产商品化生产。
l这些数控系统可靠性高、性能稳定,功能齐全,推动了我国数控机床的稳定发展,使我l国的数控机床在性能和质量上产生了一个质的飞跃。
l1995年以后,我国国产数控装备的产业化取得了实质性的进步。
数控机床在品种上不断增多、规格齐全。
许多在技术上复杂的大型数控机床和重型数控机床相继研制出来,如北京机床研究所研制出JCS-FMS-1.2型的柔性制造系统。
这个时期,我国在引进和消化国外数控技术的基础上,进行了大量的研究开发工作。
一些较高档的数控系统(如五轴联动)、分辨率为0.002m的高精度数控系统、数控仿形系统相继出现,推进了数控装备的专业化生产和使用。
l现在,我国已建立了以中、低档数控机床为主的产业体系。
l20世纪90年代开始了高档数控机床的研发与生产。
l1995年,我国机床拥有量383万台,其中数控机床为7.28万台。
l1999年,我国数控机床产量为9007台。
l2000年,我国数控机床拥有量14万台。
l未来几十年,我国将成为数控机床生产和使用大国。
12机床中有关数控的基本概念l1、数字控制(NumericalControl)l2、数控系统(NumericalControlSystem)l3、计算机数控系统(ComputerNumericalControlSystem-CNC)l4、数控机床(NumericalControlMachineTools)l5、数控技术(NumericalControlTechnology)l6、数控加工技术l7、计算机辅助设计和制造(ComouterAidedDesignandManufaca
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