数控机床起源与发展 PPT课件

数控机床的起源与发展 组长林艳组员杨驰张泰军岳相敏王敏杨晓川楚川莹 2020 4 5 0 什么是数控技术 数控技术是采用数字控制的方法对某一工作过程实现自动控制的技术 即用数字的系统控制工作的机床 它所控制的通常是位置 角度 速度等机械量和与机械能量流向有关的开关量 数控的产生依赖于数据载体和二进制形式数据运算的出现 我们是制造人 我们的工作就是制造 是金属切削制造 因此 我们的数控技术是采用数字控制的方法对某一零件的加工过程实现自动控制的技术 1946年诞生了世界上第一台电子计算机 这表明人类创造了可增强和部分代替脑力劳动的工具 它与人类在农业 工业社会中创造的那些只是增强体力劳动的工具相比 起了质的飞跃 为人类进入信息社会奠定了基础 6年后 即在1952年 计算机技术应用到了机床上 在美国诞生了第一台数控机床 从此 传统机床产生了质的变化 人类社会也从此进入了数字控制时代 2020 4 5 小田 www iloveppt org 1 数控系统 数控系统是数字控制系统的简称 英文名称为 NumericalControlSystem 根据计算机存储器中存储的控制程序 执行部分或全部数值控制功能 并配有接口电路和伺服驱动装置的专用计算机系统 通过利用数字 文字和符号组成的数字指令来实现一台或多台机械设备动作控制 它所控制的通常是位置 角度 速度等机械量和开关量 自1952年计算机技术应用到了机床上到现在近半个世纪以来 数控系统经历了两个阶段和六代的发展 2020 4 5 小田 www iloveppt org 2 数控 NC 阶段 1952 1970年 早期计算机的运算速度低 对当时的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的要求 人们不得不采用数字逻辑电路 搭 成一台机床专用计算机作为数控系统 被称为硬件连接数控 HARD WIREDNC 简称为数控 NC 随着元器件的发展 这个阶段历经了三代 即1952年的第一代 电子管 1959年的第二代 晶体管 1965年的第三代 小规模集成电路 计算机数控 CNC 阶段 1970年 现在 到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的核心部件 从此进入了计算机数控 CNC 阶段 这也是数控系统的第四代 到1971年 美国INTEL公司在世界上第一次将计算机的两个最核心的部件 运算器和控制器 采用大规模集成电路技术集成在一块芯片上 称之为微处理器 MICROPROCESSOR 又可称为中央处理单元 简称CPU 到1974年微处理器被应用于数控系统 这是因为小型计算机功能太强 控制一台机床能力有富裕 故当时曾用于控制多台机床 称之为群控 不如采用微处理器经济合理 而且当时的小型机可靠性也不理想 早期的微处理器速度和功能虽还不够高 但可以通过多处理器结构来解决 由于微处理器是通用计算机的核心部件 故仍称为计算机数控 即第五代数控系统 到了1990年 PC机 个人计算机 国内习惯称微机 的性能已发展到很高的阶段 可以满足作为数控系统核心部件的要求 数控系统从此进入了基于PC的阶段 也就是进入了数控系统的第六代 2020 4 5 小田 www iloveppt org 3 分类 按运动轨迹分 1 点位控制数控系统 2 直线控制数控系统 3 轮廓控制数控系统 按伺服系统分 1 开环控制数控系统 2 半闭环控制数控系统 3 全闭环控制数控系统 按功能水平分 1 经济型数控系统 2 普及型数控系统 3高档型数控系统 常用的一些数控系统 发那科 FAUNC 数控系统 西门子 SINUMERIK 数控系统 三菱 MITSUBISHI 数控系统 广州数控 GSK 数控系统 华中数控系统 NC与CNC NC NumericalControl 指用离散的数字信息控制机械等装置的运行 只能由操作者自己编程 CNC是计算机数字控制机床 Computernumbercontrol 的简称 是一种装有程序控制系统的自动化机床 该控制系统能够逻辑地处理具有控制编码或其他符号指令规定的程序 并将其译码 从而使机床动作并加工零件 2020 4 5 小田 www iloveppt org 4 什么是数控机床 数控机床是数字控制机床 Computernumericalcontrolmachinetools 的简称 是一种装有程序控制系统部的自动化机床 该控制系统能够逻辑地处理具有控制编码或其他符号指令规定的程序 并将其译码 从而使机床动作数控折弯机并加工零件 2020 4 5 小田 www iloveppt org 5 6 1952年麻省理工学院在一台立式铣床上 装上了一套采用电子管元件的数控装置 成功地实现了同时控制三轴的运动 这台数控机床被大家称为世界上第一台数控机床 也即是第一代数控机床 1952年第一台数控机床 2020 4 5 小田 www iloveppt org 6 到了1960年以后 点位控制的数控机床得到了迅速的发展 因为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 因此 数控铣床 冲床 坐标镗床大量发展 据统计资料表明 到1966年实际使用的约6000台数控机床中 85 是点位控制的机床 1960 2020 4 5 小田 www iloveppt org 7 点位控制数控机床这类数控机床仅能控制在加工平面内的两个坐标轴带动刀具与工件相对运动 从一个坐标位置快速移动到下一个坐标位置 然后控制第三个坐标轴进行钻镗切削加工 在整个移动过程中不进行切削加工 因此对运动轨迹没有任何要求 但要求坐标位置有较高的定位精度 点位控制的数控机床用于加工平面内的孔系 这类机床主要有数控钻床 印刷电路板钻孔机 数控镗床 数控冲床 三坐标测量机等 2020 4 5 小田 www iloveppt org 8 点位控制系统只控制刀具对工件的定位 有某一定点向下定位运动时不进行切削 对运动路径没有严格要求 直线切削控制系统是控制刀具沿坐标轴方向运动 并对工件进行切削加工 在加工过程中 不但要控制切削进给的速度 还要控制运动按规定点路径到达终点 所以直线切削控制系统又称点位 直线切削控制系统 2020 4 5 小田 www iloveppt org 9 立式数控钻床 数控镗床 多工位数控冲床 三坐标测量机 2020 4 5 小田 www iloveppt org 10 轮廓控制数控机床 轮廓控制数控机床 轮廓控制数控机床能够对两个或两个以上运动的位移及速度进行连续相关的控制 使合成的平面或空间的运动轨迹能满足零件轮廓的要求 它不仅能控制机床移动部件的起点与终点坐标 而且能控制整个加工轮廓每一点的速度和位移 将工件加工成要求的轮廓形状 常用的数控车床 数控铣床 数控磨床就是典型的轮廓控制数控机床 数控火焰切割机 电火花加工机床以及数控绘图机等也采用了轮廓控制系统 轮廓控制系统的结构要比点位直线控系统更为复杂 在加工过程中需要不断进行插补运算 然后进行相应的速度与位移控制 现在计算机数控装置的控制功能均由软件实现 增加轮廓控制功能不会带来成本的增加 因此 除少数专用控制系统外 现代计算机数控装置都具有轮廓控制功能 2020 4 5 小田 www iloveppt org 11 卧式数控车床 数控铣床 数控磨床 数控电火花线切割机床 2020 4 5 小田 www iloveppt org 12 数控机床的发展中 值得一提的是加工中心 这是一种采用了晶体管元件和印刷电路板数控装置的具有自动换刀装置的数控机床 也是第二代数控机床的代表 它能实现工件一次装卡而进行多工序的加工 这种产品最初是在1959年3月 由美国卡耐 特雷克公司 Keaney TreckerCorp 开发出来的 这种机床在刀库中装有丝锥 钻头 铰刀 铣刀等刀具 根据穿孔带的指令自动选择刀具 并通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的装卸时间和更换刀具的时间 加工中心现在已经成为数控机床中一种非常重要的品种 不仅有立式 卧式等用于箱体零件加工的镗铣类加工中心 还有用于回转整体零件加工的车削中心 磨削中心等 加工中心 2020 4 5 小田 www iloveppt org 13 车削中心 磨削中心 2020 4 5 小田 www iloveppt org 14 卧式数控机床 立式数控机床 刀库 2020 4 5 小田 www iloveppt org 15 1965年 在出现了第三代的集成电路数控装置后两年 即1967年 英国莫林斯公司首次提出的FMS基本概念 同年 美国的怀特 森斯特兰公司建成OmnilineI系统 它由八台加工中心和两台多轴钻床组成 工件被装在托盘上的夹具中 按固定顺序以一定节拍在各机床间传送和进行加工 这种柔性自动化设备适于少品种 大批量生产中使用 在形式上与传统的自动生产线相似 所以也叫柔性自动生产线 到1976年 日本发那科公司展出了由加工中心和工业机器人组成的柔性制造单元 简称FMC 为发展FMS提供了重要的设备形式 柔性制造单元 FMC 一般由12台数控机床与物料传送装置组成 有独立的工件储存站和单元控制系统 能在机床上自动装卸工件 甚至自动检测工件 可实现有限工序的连续生产 适于多品种小批量生产应用 1967 柔性制造系统FMS 随着时间的推移 FMS在技术上和数量上都有较大发展 实用阶段 以由3 5台设备组成的FMS为最多 但也有规模更庞大的系统投入使用 到1982年 日本发那科公司建成自动化电机加工车间 由60个柔性制造单元 包括50个工业机器人 和一个立体仓库组成 另有两台自动引导台车传送毛坯和工件 此外还有一个无人化电机装配车间 它们都能连续24小时运转 2020 4 5 小田 www iloveppt org 16 柔性制造系统是在成组技术的基础上 以多台 种 数控机床或数组柔性制造单元为核心 通过自动化物流系统将其联接 统一由主控计算机和相关软件进行控制和管理 组成多品种变批量和混流方式生产的自动化制造系统 柔性制造系统有以下三种类型 1 柔性制造单元 由一台或数台数控机床或加工中心构成的加工单元 该单元根据需要可以自动更换刀具和夹具 加工不同的工件 柔性制造单元适合加工形状复杂 加工工序简单 加工工时较长 批量小的零件 它有较大的设备柔性 但人员和加工柔性低 2 柔性制造系统 是以数控机床或加工中心为基础 配以物料传送装置组成的生产系统 该系统由电子计算机实现自动控制 能在不停机的情况下 满足多品种的加工 柔性制造系统适合加工形状复杂 加工工序多 批量大的零件 其加工和物料传送柔性大 但人员柔性仍然较低 3 柔性自动生产线 是把多台可以调整的机床 多为专用机床 联结起来 配以自动运送装置组成的生产线 该生产线可以加工批量较大的不同规格零件 柔性程度低的柔性自动生产线 在性能上接近大批量生产用的自动生产线 柔性程度高的柔性自动生产线 则接近于小批量 多品种生产用的柔性制造系统 2020 4 5 小田 www iloveppt org 17 1设备利用率高 一组机床编入柔性制造系统后 产量比这组机床在分散单机作业时的产量提高数倍 2在制品减少80 左右 3生产能力相对稳定 自动加工系统由一或多台机床组成 发生故障时 有降级运转的能力 物料传送系统也有自行绕过故障机床的能力 4产品质量高 零件在加工过程中 装卸一次完成 加工精度嵩 加工形式稳定 5运行灵活 有些柔性制造系统的检验 装卡和维护工作可在第一班完成 第二 第三班可在无人照看下正常生产 在理想的柔性制造系统中 其监控系统还能处理诸如刀具的磨损调换 物流的堵塞疏通等运行过程中不可预料的问题 柔性制造系统的特点 2020 4 5 小田 www iloveppt org 18 6产品应变能力大 刀具 夹具及物料运输装置具有可调性 且系统平面布置合理 便于增减设备 满足市场需要 7经济效果显著 采用FMS的主要技术经济效果是 能按装配作业配套需要 及时安排所需零件的加工 实现及时生产 从而减少毛坯和在制品的库存量 及相应的流动资金占用量 缩短生产周期 提高设备的利用率 减少设备数量和厂房面积 减少直接劳动力 在少人看管条件下可实现昼夜24小时的连续 无人化生产 提高产品质量的一致性 2020 4 5 小田 www iloveppt org 19 柔性制造系统 柔性制造单元 2020 4 5 小田 www iloveppt org 20 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 现在 数控技术也叫计算机数控技术 ComputerizedNumericalControl简称 CNC 目前它是采用计算机实现数字程序控制的技术 这种技术用计算机按事先存贮的控制程序来执行对设备的控制功能 由于采用计算机替代原先用硬件逻辑电路组成的数控装置 使输入数据的存贮 处理 运算 逻辑判断等各种控制机能的实现 均可以通过计算机软件来完成 数控技术是制造业信息化的重要组成部分 2020 4 5 小田 www iloveppt org 21 数控机床的特点 1 加工零件改变时 一般只需要更改数控程序 可节省生产准备时间 2 可进行多坐标的联动 能加工形状复杂的零件 3 群基机床加工精度高 具有稳定的加工质量 4 对操作人员的素质要求较高 对维修人员的技术要求更高 5 群基机床自动化程度高 可以减轻劳动强度 6 群基机床本身的精度高 刚性大 可选择有利的加工用量 生产率高 2020 4 5 小田 www iloveppt org 22 中国于1958年研制出第一台数控机床 发展过程大致可分为两大阶段 在1958 1979年间为第一阶段 从