1.3 现代数控技术在机械制造中的应用与发展

1数控技术第一章数控技术概述1.3现代数控技术在机械制造中的应用与发展1.3.1数控技术的诞生与发展1．数控机床的诞生1948，美国帕森斯(Parsons)公司麻省理工学院（MIT）伺服机构实验室2数控技术第一章数控技术概述1.3现代数控技术在机械制造中的应用与发展1.3.1数控技术的诞生与发展1．数控机床的诞生二次大战后，计算机技术的出现推动了机械自动化的发展。美国为了加速飞机工业的发展，空军委托派帕森斯公司（Parsons）和麻省理工学院伺服机构研究所，历经三年，在1952年研制成功了可同时控制三轴运动的数控立式铣床——世界上第一台数控机床。ThefirststepsinthedevelopmentofasuitablemachinetoolwereundertakenattheParsonsCompanyinTraverseCity,Michigan,anditwascompletedbytheMassachusettsInstituteofTechnology(MIT)ServomechanismLaboratory.3数控技术第一章数控技术概述1.3现代数控技术在机械制造中的应用与发展1.3.1数控技术的诞生与发展1．数控机床的诞生世界上第一台数控机床密歇根州的特拉弗斯城的帕森斯公司迈出了数控机床研制的第一步，而麻省理工学院的伺服实验室完成了首台数控机床的试制。4数控技术第一章数控技术概述1.3现代数控技术在机械制造中的应用与发展1.3.1数控技术的诞生与发展2．数控机床的发展1955~1959，晶体管1952~1955，电子管1959~1965，小规模集成电路硬线数控①数控装置的发展5数控技术第一章数控技术概述1.3现代数控技术在机械制造中的应用与发展1.3.1数控技术的诞生与发展2．数控机床的发展1974-微处理器(MCNC)1979超大规模集成电路(VLIC)1970s(1970~1974)，小型计算机1994~PC-NC.计算机数控①数控装置的发展6补充：集成电路集成电路（integratedcircuit）是一种微型电子器件或部件。采用一定的工艺，把一个电路中所需的晶体管、二极管、电阻、电容和电感等元件及布线互连一起，制作在一小块或几小块半导体晶片或介质基片上，然后封装在一个管壳内，成为具有所需电路功能的微型结构；其中所有元件在结构上已组成一个整体，使电子元件向着微小型化、低功耗和高可靠性方面迈进了一大步。它在电路中用字母“IC”表示。集成电路发明者为杰克·基尔比（基于硅的集成电路）和罗伯特·诺伊思（基于锗的集成电路）。当今半导体工业大多数应用的是基于硅的集成电路。杰克·基尔比（JackKilby，1923年11月8日－2005年6月20日）这是一个迟来四十二年的诺贝尔物理学奖。这份殊荣，因为得奖时间相隔愈久，也就愈突显他的成就。迄今为止，正全面改造人类的个人电脑、移动电话等3C产品，皆源于他的发明。71958年：仙童公司RobertNoyce与德仪公司基尔比间隔数月分别发明了集成电路，开创了世界微电子学的历史；杰克·基尔比曾经工作过的德州仪器公司董事会主席汤姆·恩吉布斯是这样评价他的：“我认为，有几个人的工作改变了整个世界，以及我们的生活方式－－亨利·福特、托马斯·爱迪生、莱特兄弟，还有杰克·基尔比。如果说有一项发明不仅革新了我们的工业，并且改变了我们生活的世界，那就是杰克发明的集成电路。”2000年，集成电路问世42年以后，人们终于了解到他和他的发明的价值，他被授予了诺贝尔物理学奖。诺贝尔奖评审委员会曾经这样评价基尔比：“为现代信息技术奠定了基础”。1959年，仙童半导体公司的罗伯特·罗伊斯申请了更为复杂的硅集成电路，并马上投入了商业领域。但基尔比首先申请了专利，因此，罗伊斯被认为是集成电路的共同发明人。罗伊斯于1990年去世，与诺贝尔奖擦肩而过。杰克·基尔比相当谦逊，他一生拥有六十多项专利，但在获奖发言中，他说：“我的工作可能引入了看待电路部件的一种新角度，并开创了一个新领域，自此以后的多数成果和我的工作并无直接联系。”8补充：集成电路（续）集成电路按集成度高低的不同可分为：SSI小规模集成电路(SmallScaleIntegratedcircuits)MSI中规模集成电路(MediumScaleIntegratedcircuits)LSI大规模集成电路(LargeScaleIntegratedcircuits)VLSI超大规模集成电路(VeryLargeScaleIntegratedcircuits)ULSI特大规模集成电路(UltraLargeScaleIntegratedcircuits)GSI巨大规模集成电路也被称作极大规模集成电路或超特大规模集成电路(GigaScaleIntegration)。按其功能、结构的不同，可以分为模拟集成电路、数字集成电路和数/模混合集成电路三大类。集成电路按制作工艺可分为半导体集成电路和膜集成电路。膜集成电路又分类厚膜集成电路和薄膜集成电路。9数控技术第一章数控技术概述1.3现代数控技术在机械制造中的应用与发展1.3.1数控技术的诞生与发展2．数控机床的发展②数控机床的发展简史1952年Persons与麻省理工学院试制第1台数控机床其电路是电子管1955年,美国空军和麻省理工学院合作，研制成功APT语言；1954年第1台工业用数控机床有Bendix公司研制成功（加工中心）；1967年柔性加工中心FMS(英国)；1970年小型计算机数控加工中心CNC,多机床控制系统DNC；1973年微处理器数控机床CIMS；1980年数控装置可以人机对话、动态图形显示的智能数控机床FMC柔性制造单元。101959年3月，克耐--杜马克公司（Keaney&TreckerCorp）开发了第一台加工中心，具有自动换刀装置，能实现工件装夹和多工序加工。刀库中有丝锥、钻头、铣刀等刀具，可根据穿孔带的指令实现自动换刀。彻底颠覆了传统的工序概念。“MILWAUKEE-MATIC”的第一台加工中心第一台加工中心的诞生11其中，80年代提出的计算机集成制造CIMS的概念值得一提：企业生产的各个环节:从市场分析、产品设计、加工制造、经营管理到售后服务是一个不可分割的整体。整个生产过程实质上是一个数据的采集、传递和加工处理过程，最终形成的产品可以看成是数据的物质表现。数控机床是这个过程的节点。12我国发展数控的过程与现状1958年开始研究数控技术（电子管）；1965年开始研究晶体管数控系统；70年代研制成功数控非圆齿轮插齿机及立式数控铣床；80年代以来，引进技术与自行研制相结合，我国的数控技术得到明显的进步（FANUC系统比较广泛）。现在我国多家机床厂均能生产5坐标联动的数控机床。我国数控技术与先进国家的差距正在缩小。我国数控设备占总设备总数不到5%；我国曾对5000个工业产品做过统计分析：代表80年代国际水平的只有19%，代表70年代水平的约48%，60年代水平的占32%左右。我国的制造业还处在单机刚性自动化水平，而世界发达国家则向柔性自动化和系统自动化方向发展。13数控技术第一章数控技术概述1.3现代数控技术在机械制造中的应用与发展1.3.2柔性制造系统(FMS,FlexibleManufacturingSystem)1．柔性制造系统的概念和特征基本概念：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。柔性制造系统是由统一的信息控制系统、物料储运系统和一组数字控制加工设备组成，能适应加工对象变换的自动化机械制造系统。14数控技术第一章数控技术概述1.3现代数控技术在机械制造中的应用与发展1.3.2柔性制造系统(FMS,FlexibleManufacturingSystem)1．柔性制造系统的概念和特征主要特征是：(1)高柔性：能在不停机调整的情况下，实现多种不同工艺要求的零件加工。(2)高效率：能采用合理的切削用量实现高效加工，同时使辅助时间和准备终结时间减小到最低程度。(3)高度自动化：自动更换工件、刀具、夹具，实现自动装夹和输送，自动监测加工过程，有很强的系统软件功能。15数控技术第一章数控技术概述1.3现代数控技术在机械制造中的应用与发展1.3.2柔性制造系统(FMS,FlexibleManufacturingSystem)1．柔性制造系统的概念和特征发展历程：1967年，英国莫林斯公司首次根据威廉森提出的FMS基本概念，研制了“系统24”。其主要设备是六台模块化结构的多工序数控机床，目标是在无人看管条件下，实现昼夜24小时连续加工，但最终由于经济和技术上的困难而未全部建成。1967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，所以也叫柔性自动线。日本、前苏联、德国等也都先后开展了FMS的研制工作。16数控技术第一章数控技术概述1.3现代数控技术在机械制造中的应用与发展1.3.2柔性制造系统(FMS,FlexibleManufacturingSystem)1．柔性制造系统的概念和特征发展历程：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。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。17数控技术第一章数控技术概述1.3现代数控技术在机械制造中的应用与发展1.3.2柔性制造系统(FMS,FlexibleManufacturingSystem)2．柔性制造系统的类型(1)柔性制造单元（FMC=FlexibleManufacturingCell）。18数控技术第一章数控技术概述1.3现代数控技术在机械制造中的应用与发展1.3.2柔性制造系统(FMS,FlexibleManufacturingSystem)2．柔性制造系统的类型(1)柔性制造单元（FMC,FlexibleManufacturingCell）。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。19数控技术第一章数控技术概述1.3现代数控技术在机械制造中的应用与发展1.3.2柔性制造系统(FMS,FlexibleManufacturingSystem)2．柔性制造系统的类型(2)柔性制造系统(FMS,FlexibleManufacturingSystem)有两个以上柔性制造单元或多台数控机床、加工中心组成，并用一个物料输送系统将机床联系起来。20数控技术第一章数控技术概述1.3现代数控技术在机械制造中的应用与发展1.3.2柔性制造系统(FMS,FlexibleManufacturingSystem)2．柔性制造系统的类型(3)柔性生产线（FTL,FlexibleTransferLine）。柔性自动生产线是把多台可调整的机床(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。21数控技