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【数控机床的发展历史】数控机床的历史与发展

来源:生机勃勃网    时间:2019-03-16




作文「数控机床的历史与发展」共有 5434 个字,其中有 4867 个汉字,9 个英文,113 个数字,445 个标点符号。作者佚名,请您欣赏。玛雅作文网荟萃众多优秀学生作文,如果想要浏览更多相关作文,请使用网站顶部的作文搜索引擎进行搜索。本站作文虽然不乏优秀之作,但仅为同学们学习交流的习作,不能当作范文使用,希望对同学们有所帮助。

摘 要:本文简要分析了数控机床诞生及发展的沿革,介绍了我国数控机床产业的现状,存在的优势与不足。同时,本文结合目前的经济形式,对未来数控机床的技术发展方向和我国数控机床产业的未来发展方向进行了展望。
关键词:数控机床;历史;发展趋势

一、引言
机床,作为“机器的机器”,从工业革命诞生以来,便被视为一个国家工业化的基础。机床是先进制造技术和制造信息集成的重要元素,是重要商品,又是决定一个国家生产力水平的关键要素。
二、数控机床的历史
20世纪中叶, 随着信息技术革命的到来,机床也由之前的手工测绘、简单操作性逐渐演变为数字操控,全自动化成型部件的数控机床。数控机床是一种高度机电一体化的产品,在传统的机床基础上引进了数字化控制,将以往凭借工人经验的操作变为数字化、可复制的自动操作。数控机床可以加工多品种小批量零件(降低规模化适用门槛)、结构较复杂、精度要求较高的零件、需要频繁改型的零件、价格昂贵不允许报废的关键零件、要求精密复制的零件、需要缩短生产周期的急需零件。数控加工具有如下特点:加工柔性好,加工精度高,生产率高,减轻操作者劳动强度、改善劳动条件,有利于生产管理的现代化以及经济效益的提高。数控机床的特点及其应用范围使其成为国民经济和国防建设发展的重要装备。目前,工业发达国家机床产业的数控化比率通常在50%以上,在日本和德国更是超过了70%。
我国真正的工业化进程起始于20世纪50年代。由于种种原因,我们错过了20世纪70到80年代的新型工业化大发展时期,导致我国的机械装备制造产业到现在为止仍然在赶超发达国家的阶段。自20世纪末开始,我国开始了大规模引进西方技术,同时在引进技术的基础上吸收、融合、创造,最终发展出我们自己的数控机床制造产业。这一时期,我国的整体制造业也开始了逐渐由制造大国向制造强国迈进了脚步,机床制造业也跟着取得数控机床快速增长的业绩。机床的发展和创新在一定程度上能映射出加工技术的主要趋势。近年来, 我国在数控机床和机床工具行业对外合资合作进一步加强, 无论在精度、速度、性能, 还是智能化方面都取得了相当的成绩。
三、我国数控机床产业现状
目前,国内生产的数控机床可以大致分为经济型机床、普及型机床、高档型机床三种类型。癫痫的症状和治疗经济型机床基本都是开环控制;普及型机床采用半闭环控制技术,分辨率可达到1微米;高档型机床采用闭环控制,以计算机程序来实现全过程无人控制,具有各种补偿功能、新控制功能、自动诊断,分辨率可以达到0.1微米。
截止到2014年,国产低档经济型机床已经在国内机床生产企业得到了很好的应用,经济型数控机床基本都是国内产品,不管是从质量上还是从可靠性上都可以满足大部分机床用户的需要。在普及型产品段中,国内普及型数控机床中大约有60~70%是采用的国内产品。但是需要指出的是,这些国产数控机床当中大约80%的数控系统都在使用国外产品,国内机床企业将各个子系统进口后进行拼装,组成最终的成品机床。我国部分中档普及型数控机床的功能、性能和可靠性方面已具有较强的市场竞争力。在中、高档数控机床方面、四轴、五轴联动机床等高端产品,我国国产产品与国外产品相比,仍存在较大差距。高档机床方面国内产品大约只能占到10%,大部分都是靠进口。数控机床的核心技术―数控系统,由显示器、控制器伺服、伺服电机和各种开关、传感器构成,中国更是几乎全部需要国外进口。目前,我国在上海、烟台建厂的大多是国外数控机床生产厂家,所有的核心技术都被外方掌握。国内能做的中、高端数控机床,更多处于组装和制造环节,普遍未掌握核心技术。国内的华中数控近几年发展迅速,软件水平相当不错,但在电器硬件方面还需进一步提高。目前,国内一些大厂还没有采用华中数控的。
在市场需求方面低档机床和中档机床大约各占50%和40%,高档数控机床的需求大约是10%。从整体市场环境看,欧美等一些老牌机床公司有着长时间的技术积淀,同时不断致力于科技创新和新产品的研发,引导着数控机床技术发展。2014年,国家宏观经济持续低位运行,国家宏观调控政策将继续稳增长、调结构。在此大环境下,数控机床行业也相应地调整现有产业结构,在现有经济型、普及型产品取得成果的基础上发展高端,一方面需要面临国外产品以及合资产品挤压国内中端市场的竞争压力;另一方面要加大研发,挤入高端市场,摆脱受制于人的严峻形势。
四、我国数控机床产业的发展趋势
开放性是新一代数控系统的开发核心。开放性的数控机床采用模块化,层次化的结构,并通过形式向外提供统一的应用程序接口。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。目前,许多国家对开放式数控系统进行研究,数控系统开放化已经成为数控系统的未来之路。同时,和许多产业将会互联网化一样,数控机床未来也必将走上网络化道路。互联网化的数控装备是近两年的一个新的焦点。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。届时,网络化的数控机床将真正实现在全世界任意地点制造出满足用户需求的产品,进一步缩小制造业在地理和空间上的差异宝鸡哪个看癫痫病好,为下一次的制造业革命奠定良好基础。
经过30多年的发展,我国数控机床制造产业已经基本由市场配置资源,形成了从科研单位、试制生产应用单位、大规模市场推广渠道、下游终端客户、一直到最末级的维修保养与使用反馈这样一个较为完整的产业链。数控机床市场竞争力也大大提高。2014年,我国机床行业发展主旋律概括为八个字:“稳中求进、转型升级”。面对整体下行趋势和国内外市场环境的不断变化,行业企业转型的意识不同程度地增长,从被动应对,到主动顺应,再到能动把握,已有很多企业步入了转型升级的正确轨道。加快普及数控化技术将是解决中国本土机床企业产品竞争力弱、利润薄、产品同质化严重等产业难题的重要手段。
为了让机床铸造产业高速增长,“十二五”规划中对我国机床铸造产业提出了明确的目标,到2015年,机床铸造产业要实现工业总产值8000亿元。要实现这个目标,需要将国家经济政策和行业自主调整发展两个要素相结合。在国家政策层面,已经出台了大量的专项支持措施。国家通过专项财政补贴,税务减免、专项奖励基金、市场开拓扶持、专利申请绿色通道等方面给予了大力支持。与此同时,在行业层面,应当继续实施创新发展战略,以企业为主题,以创新为驱动力。鉴于机床属于投资大、见效慢的行业,仅凭企业自身努力无法实现长久发展,需要多家企业参与共性技术研发,同时引入科研院校参与,实行公私合营伙伴关系推进研发。在行业技术层面,需要加大基础研究投入和研发人才培养。中国机床工业的振兴,数控机床的加速发展,归根到底,取决于人员素质的提高、工业文化水平的提高。人才的加速培养与良好的市场机制、有效的深化改革、改组、改制,可以显著提高工作质量、生产率、劳动生产率。进入21世纪知识经济时代,科学知识及作为重要生产要素的机床,其作用将更加突出。
五、结语
据前瞻产业研究院发布的《2014-2018年中国数控机床行业市场需求预测与投资战略规划分析报告》显示:2004年以来,汽车及零部件、航空航天设备、高速列车、军工、电子信息、电力设备、船舶、工程机械、模具等行业产能高速扩张,带动了机床消费的高速增长。在国家振兴装备制造业和国际产业转移的带动下,我国设备工具购置投资增长率在未来5~10年内将持续维持20%左右的水平,机床行业的需求仍将保持高速增长。

   数字控制机床是用数字代码形式的信息(程序指令),控制刀具按给定的工作程序、运动速度和轨迹进行自动加工的机床,简称数控机床。
数控机床具有广泛的适应性,加工对象改变时只需要改变输入的程序指令;加工性能比一般自动机床高,可以精确加工复杂癫痫病如何预防护理型面,因而适合于加工中小批量、改型频繁、精度要求高、形状又较复杂的工件,并能获得良好的经济效果。
随着数控技术的发展,采用数控系统的机床品种日益增多,有车床、铣床、镗床、钻床、磨床、齿轮加工机床和电火花加工机床等。此外还有能自动换刀、一次装卡进行多工序加工的加工中心、车削中心等。
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。
当时的数控装置采用电子管元件,体积庞大,价格昂贵,只在航空工业等少数有特殊需要的部门用来加工复杂型面零件;1959年,制成了晶体管元件和印刷电路板,使数控装置进入了第二代,体积缩小,成本有所下降;1960年以后,较为简单和经济的点位控制数控钻床,和直线控制数控铣床得到较快发展,使数控机床在机械制造业各部门逐步获得推广。
1965年,出现了第三代的集成电路数控装置,不仅体积小,功率消耗少,且可靠性提高,价格进一步下降,促进了数控机床品种和产量的发展。60年代末,先后出现了由一台计算机直接控制多台机床的直接数控系统(简称DNC),又称群控系统;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。
1974年,研制成功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。第五代与第三代相比,数控装置的功能扩大了一倍,而体积则缩小为原来的1/20,价格降低了3/4,可靠性也得到极大的提高。
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。
数控机床主要由数控装置、伺服机构和机床主体组成。输入数控装置的程序指令记录在信息载体上,由程序读入装置接收,或由数控装置的键盘直接手动输入。
数控装置包括程序读入装置和由电子线路组成的输入部分、运算部分、控制部分和输出部分等。数控装置按所能实现的控制功能分为点位控制、直线控制、连续轨迹控制三类。
点位控制是只控制刀具或工作台从一点移至另一点的准确定位,然后进行定点加工,而点与点之间的路径不需控制。采用这类控制的有数控钻床、数控镗床和数控坐标镗床等。
直线控制是除控制直线轨迹的起点和终点的准确定位外,还要控制在这两点之间以指定的进给速度进行直线切削。采用这类控制的有平面铣削用的数控铣床,以及阶梯轴车削和磨削用的数控车床和数控磨床等。
黑龙江癫痫医院哪家出名续轨迹控制(或称轮廓控制)能够连续控制两个或两个以上坐标方向的联合运动。为了使刀具按规定的轨迹加工工件的曲线轮廓,数控装置具有插补运算的功能,使刀具的运动轨迹以最小的误差逼近规定的轮廓曲线,并协调各坐标方向的运动速度,以便在切削过程中始终保持规定的进给速度。采用这类控制的有能加工曲面用的数控铣床、数控车床、数控磨床和加工中心等。
伺服机构分为开环、半闭环和闭环三种类型。开环伺服机构是由步进电机驱动线路,和步进电机组成。每一脉冲信号使步进电机转动一定的角度,通过滚珠丝杠推动工作台移动一定的距离。这种伺服机构比较简单,工作稳定,容易掌握使用,但精度和速度的提高受到限制。
半闭环伺服机构是由比较线路、伺服放大线路、伺服马达、速度检测器和位置检测器组成。位置检测器装在丝杠或伺服马达的端部,利用丝杠的回转角度间接测出工作台的位置。常用的伺服马达有宽调速直流电动机、宽调速交流电动机和电液伺服马达。位置检测器有旋转变压器、光电式脉冲发生器和圆光栅等。这种伺服机构所能达到的精度、速度和动态特性优于开环伺服机构,为大多数中小型数控机床所采用。
闭环伺服机构的工作原理和组成与半闭环伺服机构相同,只是位置检测器安装在工作台上,可直接测出工作台的实际位置,故反馈精度高于半闭环控制,但掌握调试的难度较大,常用于高精度和大型数控机床。闭环伺服机构所用伺服马达与半闭环相同,位置检测器则用长光栅、长感应同步器或长磁栅。
为了保证机床具有很大的工艺适应性能和连续稳定工作的能力,数控机床结构设计的特点是具有足够的刚度、精度、抗振性、热稳定性和精度保持性。进给系统的机械传动链采用滚珠丝杠、静压丝杠和无间隙齿轮副等,以尽量减小反向间隙。机床采用塑料减摩导轨、滚动导轨或静压导轨,以提高运动的平稳性并使低速运动时不出现爬行现象。
由于采用了宽调速的进给伺服电动机和宽调速的主轴电动机,可以不用或少用齿轮传动和齿轮变速,这就简化了机床的传动机构。机床布局便于排屑和工件装卸,部分数控机床带有自动排屑器和自动工件交换装置。大部分数控机床采用具有微处理器的可编程序控制器,以代替强电柜中大量的继电器,提高了机床强电控制的可靠性和灵活性。
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。

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