数控技术的发展史

1、数控技术的发展史 1946年诞生了世界上第一台电子计算机， 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. 1948年，美国帕森斯公司接受美国空军委托，研制飞机螺旋桨叶片轮廓样 板的加工设备。由于样板形状复杂多样，精度要求高，一般加工设备难以适应， 于是提出计算机控制机床的设想。 1949 年，该公司在美国麻省理工学院伺服机 构研究室的协助下，开始数控机床研究，并于 1952 年试制成功第一台由大型立 式仿形铣床改装而成的三坐标数控铣床，不久即开始正式生产，于1957 年正式 投入使用。 这是制造技术发展过程中的一个重

2、大突破， 标志着制造领域中数控加 工时代的开始。 数控加工是现代制造技术的基础， 这一发明对于制造行业而言， 具有划时代 的意义和深远的影响。 世界上主要工业发达国家都十分重视数控加工技术的研究 和发展。经过几十年的发展， 目前的数控机床已实现了计算机控制并在工业界得 到广泛应用，在模具制造行业的应用尤为普及。 针对车削、铣削、磨削、钻削 和刨削等金属切削加工工艺及电加工、 激光加工等特种加工工艺的需求， 开发了 各种门类的数控加工机床。数控机床种类繁多，一般将数控机床分为 16 大类： 数控车床（含有铣削功能的车削中心 ） ，数控铣床（含铣削中心 ） ，数控铿床 ，以 铣程削为主的加工中心，

3、 数控磨床 （含磨削中心 ） ，数控钻床 （ 含钻削中心 ） ，数 控拉床，数控刨床 ，数控切断机床， 数控齿轮加工机床， 数控激光加工机床， 数控电火花线切割机床， 数控电火花成型机床 （含电加工中心 ）， 数控板村成型 加工机床 ，数控管料成型加工机床 ，其他数控机床。 如今的数控技术发展趋势有以下几个方面： 1 高速、高精度、高效、高可靠性。要提高加工效率，首先必须提高切削 速度和进给速度，同时，还要缩短加工时间；要确保加工质量，必须提高机床部 件运动轨迹的精度， 而可靠性则是上述目标的基本保证。 为此， 必须要有高性能 的数控装置作保证。 2柔性化、集成化。为适应制造自动化的发展，向F

4、MC FMS和CIMS提供 基础设备，要求数控系统不仅能完成通常的加工功能， 而且还能够具备自动测量， 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、 进线和联网功能， 特别是依据用户的不同要求， 可方便地灵活配置及 集成。 3 智能化，网络化。智能化的内容包括在数控系统中的各个方面：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； 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；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； 还有智

5、能诊断、 智能监控方面的内容， 方便系统的诊断及维修等。 4 市场适应性上的发展趋势： 普及型、 个性化。 为了适应数控机床多品种、 小批量的特点， 数控系统又要尽可能扩大批量， 为此，数控系统生产厂家不仅应 能生产通用的普及型数控系统， 而且更应能生产带有个性化的数控系统， 特别是 设计、生产能够由用户自己增加专有功能的普及型数控系统： 这是市场份额最大 的数控系统，也是最有竞争力的数控系统，这也是适应性的体现。 精品 5 体系结构上的发展趋势：开放性。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

6、统。 而从数控技术及其装备发展的趋势来看，其主要研究热点有以下几个方面： 1。高速、高精加工技术及装备的新趋势。效率、质量是先进制造技术的主 体。高速、高精加工技术可极大地提高效率，提高产品的质量和档次，缩短生产 周期和提高市场竞争能力。在轿车工业领域，年产 30 万辆的生产节拍是 40 秒 / 辆，而且多品种加工是轿车装备必须解决的重点问题之一； 在航空和宇航工业领 域，其加工的零部件多为薄壁和薄筋，刚度很差，材料为铝或铝合金，只有在高 切削速度和切削力很小的情况下， 才能对这些筋、 壁进行加工。 近来采用大型整 体铝合金坯料“掏空”的方法来制造机翼、 机身等大型零件来替代多个零件通过 众多

7、的铆钉、螺钉和其他联结方式拼装， 使构件的强度、 刚度和可靠性得到提高。 这些都对加工装备提出了高速、高精和高柔性的要求。 2。五轴联动加工和复合加工机床快速发展。采用 5 轴联动对三维曲面零件 的加工， 可用刀具最佳几何形状进行切削， 不仅光洁度高， 而且效率也大幅度提 高。一般认为， 1台 5轴联动机床的效率可以等于 2台 3轴联动机床，特别是使 用立方氮化硼等超硬材料铣刀进行高速铣削淬硬钢零件时， 5 轴联动加工可比 3 轴联动加工发挥更高的效益。 但过去因 5 轴联动数控系统、主机结构复杂等原因， 其价格要比 3 轴联动数控机床高出数倍， 加之编程技术难度较大， 制约了 5轴联 动机床

8、的发展。 当前由于电主轴的出现，使得实现 5 轴联动加工的复合主轴头结构大为简 化，其制造难度和成本大幅度降低， 数控系统的价格差距缩小。 因此促进了复合 主轴头类型 5 轴联动机床和复合加工机床的发展。 3。智能化、开放式、网络化成为当代数控系统发展的主要趋势。 21 世纪的 数控装备将是具有一定智能化的系统， 智能化的内容包括在数控系统中的各个方 面：为追求加工效率和加工质量方面的智能化， 如加工过程的自适应控制， 工艺 参数自动生成； 为提高驱动性能及使用连接方便的智能化， 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；简化编程、简化操作 方面的智能化，如智能

9、化的自动编程、智能化的人机界面等；还有智能诊断、智 能监控方面的内容、 方便系统的诊断及维修等。 为解决传统的数控系统封闭性和 数控应用软件的产业化生产存在的问题。 数控系统开放化已经成为数控系统的未来之路。 所谓开放式数控系统就是数 控系统的开发可以在统一的运行平台上，面向机床厂家和最终用户，通过改变、 增加或剪裁结构对象（数控功能） ，形成系列化，并可方便地将用户的特殊应用 和技术诀窍集成到控制系统中， 快速实现不同品种、 不同档次的开放式数控系统， 形成具有鲜明个性的名牌产品。 目前开放式数控系统的体系结构规范、 通信规范、 配置规范、运行平台、数控系统功能库以及数控系统功能软件开发工具

10、等是当前 研究的核心。 网络化数控装备是近两年国际著名机床博览会的一个新亮点。 数控装备的网 络化将极大地满足生产线、 制造系统、 制造企业对信息集成的需求， 也是实现新 的制造模式如敏捷制造、虚拟企业、全球制造的基础单元。 4。重视新技术标准、规范的建立数控技术。 （1）关于数控系统设计开发规 范 ：开放式数控系统有更好的通用性、柔性、适应性、扩展性，美国、欧共体 和日本等国纷纷实施战略发展计划， 并进行开放式体系结构数控系统规范 （OMAC、 OSACAOSEC的研究和制定，世界3个最大的经济体在短期内进行了几乎相同的 科学计划和规范的制定，预示了数控技术的一个新的变革时期的来临。我国在

11、2000年也开始进行中国的ONC数控系统的规范框架的研究和制定。 （2）关于数控标准：数控标准是制造业信息化发展的一种趋势。数控技术诞生 后的50年间的信息交换都是基于ISO6983标准，即采用G, M代码描述如何加工， 其本质特征是面向加工过程， 显然，他已越来越不能满足现代数控技术高速发展 的需要。为此，国际上正在研究和制定一种新的 CNC系统标准ISO14649,其目 的是提供一种不依赖于具体系统的中性机制， 能够描述产品整个生命周期内的统 一数据模型，从而实现整个制造过程，乃至各个工业领域产品信息的标准化 随着微电子技术、计算机技术和软件技术的迅速发展，数控机床的控制系统 日益趋向于小

12、型化和多功能化， 具备完善的自诊断功能； 可靠性也大大提高； 数 控系统本身将普遍实现自动编程。 未来数控机床的类型将更加多样化， 多工序集中加工的数控机床品种越来越 多；激光加工等技术将应用在切削加工机床上， 从而扩大多工序集中的工艺范围； 数控机床的自动化程度更加提高， 并具有多种监控功能， 从而形成一个柔性制造 单元，更加便于纳入高度自动化的柔性制造系统中。 简述数控机床的基本组成部分及其基本功能： 数控机床通常由控制系统、 伺服系统、 检测系统、 机床传动系统及其他辅助 系统组成。控制系统用于数控机床的运算、 管理和控制， 通过输入介质得到数据， 对这些数据进行解释和运算并对机床产生作用； 伺服系统根据控制系统的指令驱 动机床，把来自数控装置的脉冲信号转换成机床移动部件的运动指令， 使刀具和 零件执行数控代码规定的运动；检测系统则是用来检测机床执行件 （ 工作台、转 台、滑板等 ） 的位移和速度变化量，并将检测结果反馈到输入端，与输入指令进 行比较，根据其差别调整机床运动； 机床传动系