1952年,在美国诞生第一台数控机床。由于早期计算机的运算速度低,不能适应机床实时控制的要求,因此人们通过采用数字逻辑电路组成一台机床专用计算机作为数控系统,称为硬件连接数控,简称为数控(NC)。至1970年,由于通用小型计算机已出现并成批生产,于是将其作为数控系统的核心部件,数控系统从此进入了计算机数控(CNC)阶段。至1974年,微处理器被应用于数控系统,虽然早期的微处理器速度还不够高,功能还不够完善,但可以通过多处理器结构来解决。至1990年,PC的性能高度发展,可以满足作为数控系统核心部件的要求,数控系统从此进入了基于PC的阶段。
1956年,德国研制出第一台数控机床。德国特别注重科学试验,理论与实际相结合,基础科研与应用技术科研并重。企业与大学科研部门紧密合作,对数控机床的共性和特性问题进行深入的研究,在质量上精益求精。德国的数控机床质量及性能良好、先进实用、货真价实,出口遍及世界,尤其是大型、重型、精密数控机床。德国特别重视数控机床主机及配套件的先进实用,其机、电、液、气、光、刀具、测量、数控系统、各种功能部件,在质量、性能上居世界前列。例如,西门子公司的数控系统世界闻名,各企业竞相采用。
日本政府对机床工业的发展异常重视,在重视人才及机床元部件配套上学习德国,在质量管理及数控机床技术上学习美国,甚至青出于蓝而胜于蓝。日本自1958年研制出第一台数控机床后,1978年产量(7342台)超过美国的(5688台),至今产量、出口量一直居世界首位(2001年产量46604台,出口量27409台,占59%)。战略上先仿后创,先生产量大而广的中档数控机床,大量出口,占领世界广大市场。日本在20世纪80年代开始进一步加强科研,发展高性能数控机床。日本FANUC公司的战略正确,仿创结合,针对性地发展市场所需的各种低、中、高档数控系统,在技术上领先,在产量上居世界第一。
我国数控技术起步于20世纪50年代。1958年研制出第一台数控机床,发展过程大致可分为两大阶段。现已基本掌握了现代数控技术,初步形成了自主数控产业。产品的性能经不断改进有了较大的提高。但由于数控系统相关技术的自主创新能力不足,尚且无法与国外先进技术相比,因此仍然与国外先进水平存在一定的差距。随着数控系统集成度的增强以及网络化技术和信息化的不断发展,我国数控机床呈现出以下发展趋势。
1.高速化、高精度化
随着计算机技术的不断进步,微处理器的迅速发展为数控系统向高速化、高精度化方向发展提供了保障,促进了数控技术水平的提高,数控装置、进给伺服驱动装置和主轴伺服驱动装置的性能也随之提高,使得现代数控设备随着工业的高速发展以及新材料的应用,对加工的高速化要求越来越高。其主要方面体现在:主轴转速、进给率、运算速度、换刀速度等方面。同时,由于先进理论的研发以及高分辨率位置检测装置的应用,数控机床精度的要求现在已经不局限于静态的几何精度,机床的运动精度、热变形以及对振动的监测和补偿越来越受到重视,并通过提高CNC系统控制精度、采用误差补偿等技术提高精度。
2.多轴联动加工和复合加工(www.daowen.com)
通过采用多轴联动和复合机床进行加工,减少了工件装卸、更换和调整刀具的辅助时间以及中间过程产生的误差,提高了零件加工精度,缩短了产品制造周期,提高了生产效率和制造商的市场反应能力,相对于传统的工序分散的生产方法具有明显的优势。
3.控制智能化
随着人工智能在计算机领域的渗透和发展,数控系统引入了自适应控制、模糊系统和神经网络的控制机理,不但具有自动编程、前馈控制、模糊控制、学习控制、自适应控制、工艺参数自动生成、三维刀具补偿、运动参数动态补偿等功能,而且人机界面极为友好,并具有故障诊断专家系统,使自诊断和故障监控功能更趋完善。
4.设计、制造绿色化
绿色设计是在不牺牲产品功能、质量和成本的前提下,系统考虑产品开发、制造及其活动对环境的影响,从而使得产品在整个生命周期中对环境的负面影响最小,资源利用率最高。绿色制造是一个综合考虑环境影响和资源消耗的现代制造模式,通过绿色生产过程生产出绿色产品。随着世界经济的迅速发展,尤其是国内自改革开放以来工业化程度的加快,所导致的环境污染问题越来越严重,环境保护的呼声越来越高,环保问题已经成为各国经济可持续发展的制约因素之一。数控机床作为装备制造业的核心,能否顺应环保趋势,加大绿色设计与制造的研制,将是影响经济发展的要素之一。
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