机床发展史完整版本

机床发展与创新设计汇报人：学号：目录CONTENTS古代机床1第一次工业革命2第二次工业革命3数控机床的诞生4数控机床的发展趋势5古代机床01PARTONE操作的时候用脚踩住绳子下方套圈，利用树枝的韧性把工件带动旋转，用石片或者贝壳等物作为刀具，将刀具沿着横条对物品进行切割的操作。二千年前树木车床主轴动力：将动力提前存储在树枝上，利用树枝弹性提供动力进给方式：手进给动力：手控制方式：手精度：不提了刀具：石头，贝壳性能古代机床01随着社会的进步，机床从室外的树上搬到了室内，这时候就有用脚踏板旋转曲轴并带动飞轮，再传动到主轴使其旋转的“脚踏车床”，也称之为弹性杆棒车床，不过除了刀具是真用金属外，操作原理还是跟原先一模一样的。13世纪脚踏车床主轴动力：弹性棒进给方式：手进给动力：手控制方式：手精度：不提了刀具：金属性能古代机床01这本书里也记载了磨床的结构，这里利用了类似欧洲中世纪脚踏机床的原理，用脚踏的方法使金属盘旋转，配合沙子和水来加工玉石。明代《天工开物》主轴动力：弹性棒进给方式：手进给动力：手控制方式：手精度：不提了刀具：磨石性能古代机床0116世纪中叶，法国有一个叫贝松的设计师设计了一种用螺丝杠使刀具滑动的车螺丝用的车床，可惜的是，这种车床并没有推广使用。16世纪螺杆车床主轴动力：脚踏进给方式：螺杆进给动力：手控制方式：手精度：刀具：金属发明原理：合并性能古代机床0101040302出于人们对与工具的需求产生两千年前改进到室内，并且采用了金属刀具13世纪螺杆出现首次出现在机床中，从此机床出现了精度的概念16世纪用于加工玉石首饰的磨床明代古代机床进化过程01第一次工业个革命02PARTTWO威尔金森于1774年发明的镗床起了很大的作用。这种镗床利用水轮使材料圆筒旋转，并使其对准中心固定的刀具推进，由于刀具与材料之间有相对运动，材料就被镗出精确度很高的圆柱形孔洞。当时、用镗床做出直径为72英寸的汽缸，误差不超过六便士硬币的厚度。用现代技术衡量，这是个很大的误差，但在当时的条件下，能达到这个水平，已经是很不简单了。1774年炮筒镗床主轴动力：水轮进给方式：螺杆进给动力：手控制方式：手精度：刀具：金属性能第一次工业革命021775年，威尔金森用这台炮筒镗床镗出的汽缸，重新制造了瓦特那漏洞百出的汽缸，满足了瓦特蒸汽机的要求。当然作为商人的威尔金森也获得了瓦特蒸汽机汽缸的独家供应权。1775年瓦特与威尔金森主轴动力：蒸汽机进给方式：螺杆进给动力：手控制方式：手精度：不提了刀具：金属性能第一次工业革命021797年机床工业之父制成了第一台螺纹切削车床，它带有丝杆和光杆，采用滑动刀架——莫氏刀架和导轨，可车削不同螺距的螺纹。1797年莫兹利车床主轴动力：手进给方式：丝杆与光杆进给动力：手控制方式：手刀具：金属性能第一次工业革命02用坚实的铸铁床身代替了三角铁棒机架，用惰轮配合交换齿轮对，代替了更换不同螺距的丝杠来车削不同螺距的螺纹。这是现代车床的原型，对英国工业革命具有重要意义。1800年莫兹利改进车床主轴动力：手进给方式：丝杆与光杆进给动力：手控制方式：手刀具：金属发明原理：多用性性能第一次工业革命021783年，法国的勒内首先制出铣刀。1792年，英国的莫厘子制出丝锥和板牙，有关麻花钻的发明最早的文献记载是在1822年，但是到1864年才作为商品生产1783年勒内铣刀第一次工业革命02美国的惠特尼制造出了卧式铣床，这两种机床刻意分别应用于不同行业的零件制造需求，随着工业革命的发展机床也在不断发展中。但是之后的铣床发展速度较慢，直到数控技术的出现以后铣床才得到了长足的发展1818年惠特尼卧式铣床主轴动力：进给方式：丝杆与光杆进给动力：手控制方式：手刀具：金属性能第一次工业革命0201040302蒸汽机驱动的车床，主轴采用蒸汽机驱动1775年有了光杆与丝杆的概念，丝杆负责推进，光杆保证刚度与直线度1797年发明了第一台铣床，但是没有推广1818年发明了铣刀1783年第一次工业革命机床进化过程02第二次工业个革命03PARTTWO1862年，他制成万能铣床，代替手工锉制加工麻花钻。这种铣床具有可垂直升降的工作台和与进刀机构相连接的螺旋头，可以进行分度和铣削螺纹，还可铣出左螺旋和锥形螺旋槽，已具备现代铣床的基本特点，布朗并于1864年获得加工齿轮用的一种成形铣刀的专利。（图片是现代机床）1862年布朗，J.R.万能铣床主轴动力：电动机进给方式：丝杆与光杆进给动力：手控制方式：手刀具：金属发明原理：性能第二次工业革命031862年，他制成万能铣床，代替手工锉制加工麻花钻。这种铣床具有可垂直升降的工作台和与进刀机构相连接的螺旋头，可以进行分度和铣削螺纹，还可铣出左螺旋和锥形螺旋槽，已具备现代铣床的基本特点，布朗并于1864年获得加工齿轮用的一种成形铣刀的专利。（图片是现代机床）1873年斯潘塞车床主轴动力：电动机进给方式：丝杆与光杆进给动力：手动+自动控制方式：手动刀具：金属性能第二次工业革命031884年又出现了龙门铣床1884年龙门铣主轴动力：电动机进给方式：丝杆与光杆进给动力：手控制方式：手刀具：金属发明原理：性能第二次工业革命03福特曾经提出：汽车应该是“轻巧的、结实的、可靠的和便宜的”。为了实现这一目标，必须研制高效率的磨床，为此，美国人诺顿于1900年用金刚砂和刚玉石制成直径大而宽的砂轮，以及刚度大而牢固的重型磨床。磨床的发展，使机械制造技术进入了精密化的新阶段1900年诺顿磨床主轴动力：电动机进给方式：丝杆与光杆进给动力：手动+自动控制方式：手动刀具：精密砂轮性能第二次工业革命03二十世纪20年代出现了半自动铣床，工作台利用挡块可完成“进给-快速”或“快速-进给”的自动转换，持续多年的二战结束后，制造业还是维持了战前的发展水平。操作人员通过手工操作电动机床，将加工零件按照设计图纸的要求制作出来。这样的生产方式虽然比起蒸汽时代效率高，但是人心永远是满足不了的。二战时期车床主轴动力：电动机进给方式：丝杆与光杆进给动力：手控制方式：手刀具：金属发明原理：性能第二次工业革命0301040302万能铣床，铣床功能逐渐强大，主轴改为电机驱动1862年出现龙门铣床，可加工零件尺寸逐渐变大1884年出现半自动机床，手动机床已经无法满足高精度，大批量的生产。20世纪20年代发明重型磨床，从此零件加工的越来越精密1900年第二次工业革命机床进化过程03数控机床的诞生04PARTTWO美国的帕森斯在研制检查飞机螺旋桨叶剖面轮廓的板叶加工机时向美国空军提出的，在麻省理工学院的参加和协助下，终于在1949年取得了成功。1948年帕森斯提出插补概念主轴动力：进给方式：丝杆与光杆进给动力：手控制方式：手刀具：金属发明原理：性能数控机床的诞生041951年，MIT正式制成了第一台电子管数控机床样机，成功地解决了多品种小批量的复杂零件加工的自动化问题。由于大量采用电子管元件，控制装置比机床本体还要大。1951年第一台数控机床主轴动力：进给方式：丝杆与光杆进给动力：手控制方式：手刀具：金属发明原理：性能数控机床的诞生041958年。美国研制成能自动更换刀具，以进行多工序加工的加工中心。1958年加工中心主轴动力：电主轴进给方式：丝杠导轨进给动力：私服电机控制方式：数控系统刀具：可换刀具的刀库性能数控机床的诞生04最早的CAM系统，由“CAD/CAM之父”PatrickJ.Hanratty于1957年在GE工作时开发，现今所有可用的3D机械CAD/CAM系统中有70％的历史可以追溯到Hanratty的原始代码。1957年PRONTO-APT语言CAM数控机床的诞生04CAD行业大多认为这是第一个用于工程设计和绘图的交互式图形系统1963年SketchpadCAD数控机床的诞生04成立于1969年，目前模具行业应用最多UG成立于1982年，PC端工业软件开拓者AUTOCAD创立于1993年，致力于中端产品SOLIDWORKS创立于1987年，改变世界的实体建模软件PRO/E数控机床的诞生04数控机床的发展趋势05PARTTWO主轴：高速电主轴结构：摇篮式全闭环五轴联动数控系统：高速高精加工+在机测量驱动系统：直线电机进给精度：0.1μCAD/CAM:智能化视频：精雕视频.mp4现代数控机床介绍数控机床的发展趋势05如图所示，机床厂商在中国申请的专利数量最多，其次是美国与日本。可见机床工业4.0相关专利案的布局主要还是集中在世界前三大经济体（分别为中国、美国、日本）。专利情况数控机床的发展趋势05图为机床工业4.0相关专利案有关申请年份的趋势分析，自2012年开始全球每年机床工业4.0相关的专利申请案量稳定增长，2015年时申请案已超过200笔，其中，中国专利申请案数量，从2015年开始超过全球申请案量的一半，可见我国政府在2015年3月提及的“中国制造2025”计划，影响了各机床厂商在世界的专利布局；韩国、日本政府虽也有推出工业4.0相关政策，但相对2013年，2014～2015年申请数量反而逐年减少，可能与制造工厂外移、研发期程等因素有关，另2016年的专利申请案因有部分案件仍未早期公开，无法进行统计，但以目前所呈现的数据观之，2016年的整体专利申请案量还是持续增长中，显示机床相关技术仍然持续受到关注与重视。专利情况数控机床的发展趋势05图为G05B19/00之技术重点对各国专利申请数量的分析，由图10所示，中国在各个技术重点都有申请专利，可见中国在G05B19/00的技术重点技术申请较为全面，且各专利申请人把中国当作世界工厂以及看好其市场前景，大量申请各式各样的相关专利，如故障诊断（FaultDiagnosis）与机床数值控制状态等。而日本、美国与德国在三个技术WorkPiece、NumericalControlDevices、RealTime申请的数量比较平均，皆为三国专利申请的重点，如果新进厂商现在想要切入此三个技术重点的市场，竞争性相对较高，将面临相似产品品牌、价格与专利技术的挑战。专利情况数控机床的发展趋势05机床向高速化方向发展，可充分发挥现代刀具材料的性能，可大幅度提高加工效率、降低加工成本，提高零件的表面加工质量和精度。

上世纪90年代以来，高速主轴单元（电主轴，转速15000－100000r/min）、高速且高加/减速度的进给运动部件（快移速度60~120m/min，切削进给速度高达60m/min）、高性能伺服系统以及工具系统都出现了新的突破。高速高精度数控机床的发展趋势051931年德国切削物理学家萨洛蒙(Salomon)提出高速切削理论。在常规的切削速度范围内，切削温度随着切削速度的增大而提高。对于每一种工件材料，存在一个速度范围，在这个范围内，由于切削速度太高，任何刀具都无法承受，切削加工不可能进行。但是，当切削速度进一步提高，超过这个范围后，切削温度反而降低。同时切削力也会大幅度下降。通常把切削速度比常规切削速度高出5~10倍以上的切削叫做高速切削。车削:700~7000m/min;

铣削：300~6000m/min;与传统切削加工相比，高速切削加工发生了本质性的飞跃，其单位功率的金属切除率提高了30%～40%，切削力降低了30%，刀具的切削寿命提高了70%，留于工件的切削热大幅度降低，低阶切削振动几乎消失。高速高精度数控机床的发展趋势05智能化适应控制技术（随加工过程切削条件的变化，自动地调整切削用量，实现加工过程最佳化）智能加工数控机床的发展趋势05自动故障诊断断刀检测主轴负载检测非接触对刀仪在机检测智能加工数控机床的发展趋势05编程自动化，大数据加工参数定制，编程人员参与的越来越少，以加工工艺参数数据库为支撑，建立专家系统，通过它提供优化的切削参数，使加工系统始终处于最优和最经济的工作状态，达到提高编程效率和加工工艺技术水平。智能制造技术包括专家系统