数控机床的发展历史和未来2021-2035新世纪趋势

作者:佚名      发布时间:2021-06-21      浏览量:1
  机器工具是指用来制造机器的机器,也称为“工作毛机器”或“工具机器”。早在15世纪就已经出现了早期机床,1774年英国威尔金森发明的炮筒镗床被认为是世界上第一台真正意义上的机床,解决了瓦特蒸汽机的气缸加工问题。18世纪,螺纹车床、龙门机、卧式铣床、滚齿机等多种类型的机床相继出现,为工业革命和现代产业的建立奠定了制造工

  机器工具是指用来制造机器的机器,也称为“工作毛机器”或“工具机器”。早在15世纪就已经出现了早期机床,1774年英国威尔金森发明的炮筒镗床被认为是世界上第一台真正意义上的机床,解决了瓦特蒸汽机的气缸加工问题。18世纪,螺纹车床、龙门机、卧式铣床、滚齿机等多种类型的机床相继出现,为工业革命和现代产业的建立奠定了制造工具的基础。1952年,美国麻省理工学院出现了世界第一的数字控制(numerical control,NC)机器,标志着机器数控时代的开始。数字控制机器是配有数字控制系统(“数字控制系统”)的机器。数字控制系统包括数字控制装置和伺服装置大部分。目前,数字控制装置主要由电子数字计算机实现,也称为计算机数控(computerized numerical control,CNC)设备。

  数字控制机器可以根据加工工艺、操作方式、伺服控制方法、机器性能等进行分类。在加工对象(零件)表面形成工艺特性,传统上将数控机床分为两类:数控金属切削机床和数控金属成型机。近年来,随着新型材料在飞机、汽车、航空发动机等复杂产品中的应用不断增加,数控机床加工零件的材料不再局限于金属材料,而是延伸到复合材料、陶瓷材料等非金属材料,加工工艺还包括特殊的加工方法。另外,在功能和性能方面,数控机床可分为经济、中级(或入门级)和高级类别。目前对高端数控机床没有明确统一的定义。我认为高端数控机床是具有高性能、智能和高价值特点,实现其功能和性能技术指标的数控机床。高端数控机床是数控机床产业技术水平和装备制造业竞争力的典型代表。

  数控机床演化史

  机床作为“工作蚊子”,伴随着工业化的发展。18世纪工业革命后,机床随着不同工业时代的发展而演化,呈现出各个时代的技术特点。如图1所示,与工业1.0至工业4.0时代相对应的机器从机器驱动/手动操作(机器1.0)、电力驱动/数字控制(机器2.0)发展到计算机数字控制(机器3.0),称为赛博物理机器(Cyber-Physis)数控机床的发展历程及未来趋势

  图1工业化和机床演化历史

  数字控制机器发展过程经历了几个重要的转折点过程。

  1952年世界上第一台数字控制机器在美国麻省理工学院成功开发,是制造技术的革命性飞跃。利用数字编程、程序执行、伺服控制等技术,根据零件图编制的数字加工程序自动控制机器的轨迹运动和操作,因此NC技术不能将机器与电子、计算机、控制、信息等技术发展分开。然后,为了解决NC编程的自动化问题,使用计算机代替手动自动编程工具(APT)和方法成为核心技术,CAD /CAM(计算机辅助设计/制造)技术也迅速发展和普及。可以说,数字制造始于数字控制机器和核心数字控制技术的诞生。

  它在CNC机床和CNC技术诞生初期,由于其几个主要特点,有3354数字控制思想和方法、“软(部件)-硬(部件)”组合、“机(机)-电(子)-控制(系统)-信息(信息)”

  第一个数字控制装置用电子真空管组成计算装置,20世纪40年代末发明晶体管,50年代末引进集成电路,60年代初出现了利用集成电路和大规模集成电路的电子数字计算机。在计算处理能力、小型化、可靠性方面,计算机的突破性发展带动了数字控制机械技术发展的第一个转折点3354,称为基于分立元件的数字控制(NC)。

  电脑的发展给数控机床技术带来了第二个转折点。20世纪80年代,IBM推出了带有16位微处理器的个人计算机(PC),过去专用企业开发包括硬件和软件在内的数控设备,转变为通用PC化计算机数控。与此同时,开放式结构的CNC系统也出现了,将数字控制技术发展到更高水平的数字化、网络化,使高速机械、虚拟轴机、复合加工机等新技术能够快速重复和应用。

  21世纪以来,数字控制机器的第三个转折点(CNC)开始变得鲜明。智能数字控制技术也开始萌芽。目前,随着新一代信息技术和新一代人工智能技术的发展,智能传感器、物联网、大数据、数字双胞胎、Sibo物理系统、云计算、人工智能等新技术和数控技术的深度结合在一起。数字控制技术将迎来新的转折点,甚至超过3354,走向网络物理融合的新一代智能数字控制。