(完整版)数控机床的产生与发展
数控机床发展史
数控机床的发展史1.第一代数控机床产生于1952年（电子管时代）美国麻省理工学院研制出一套试验性数字控制系统，并把它装在一台立式铣床上，成功地实现了同时控制三轴的运动。
这台数控机床被大家称为世界上第一台数控机床，但是这台机床毕竟是一台试验性的机床。
到了1954年11月，在帕尔森斯专利基础上，第一台工业用的数控机床由美国本迪克斯公司。
2.第二代数控机床产生于1959年（晶体管时代）电子行业研制出晶体管元器件，因而数控系统中广泛采用晶体管和印制电路板，使数控机床跨入了第二代。
同年3月，由美国克耐·杜列克公司（Keaney ＆Trecker Corp）发明了带有自动换刀装置的数控机床，称为“加工中心”。
现在加工中心已成为数控机床中一种非常重要的品种，在工业发达的国家中约占数控机床总量的l/4左右。
生产出来。
3. 第三代数控机床产生于1960年（集成电路时代）研制出了小规模集成电路。
由于它的体积小，功耗低，使数控系统的可靠性得以进一步提高，数控系统发展到第三代。
以上三代，都是采用专用控制的硬件逻辑数控系统（NC）。
4.第四代数控机床产生于1970年前后随着计算机技术的发展，小型计算机的价格急剧下降、小型计算机开始取代专用控制的硬件逻辑数控系统（NC），数控的许多功能由软件程序实现。
由计算机作控制单元的数控系统（CNC），称为第四代。
1970年，在美国芝加哥国际展览会上，首次展出了这种系统。
5.第五代数控机床产生于1974年美、日等国首先研制出以微处理器为核心的数控系统的数控机床。
30多年来，微处理机数控系统的数控机床得到飞速发展和广泛的应用，这就是第五代数控（MNC）。
后来，人们将MNC也统称为CNC。
柔性制造系统1967年，英国首先把几台数控机床联接成具有柔性的加工系统，这就是最初的FMS—Flexible Manufacturing System柔性制造系统。
之后，美、欧、日等国也相继进行了开发和应用。
数控机床的发展历史及其技术的发展趋势
3、在关键技术的应用方面，伺服驱动技术、数控系统技术和机械结构技术 都在不断发展，其中伺服驱动技术和数控系统技术的数字化、高频化、集成化， 以及机械结构技术的高刚度、高精度、高可靠性都是当前发展的主要方向。
综上所述，数控机床的关键技术和发展趋势对制造业的发展至关重要。未来， 随着科学技术的不断进步和创新，我们有理由相信，数控机床的关键技术和发展 趋势将会有更大的突破和创新。
2、虚拟现实/增强现实技术在数 控机床上的应用
虚拟现实（VR）和增强现实（AR）技术的引入，为数控机床的操作和维护提 供了全新的视角。通过VR技术，可以将加工过程进行模拟仿真，帮助操作人员提 前发现潜在的错误和问题，提高实际加工过程中的安全性。而AR技术则可以将加 工信息实时叠加到实际场景中，使操作人员能够更加直观地了解设备状态和加工 进度，提高生产效率。
高速化指的是数控机床的加工速度不断提高，高精度化则是指数控机床的加 工精度不断提高。复合化是指数控机床具备多种加工功能，能够实现一机多能。 智能化则是指数控机床具备智能化的加工能力和自我诊断修复功能。
三、数控机床关键技术分析
1、伺服驱动技术：伺服驱动技术是数控机床的重要组成部分，其性能直接 影响到数控机床的加工精度和速度。目前，伺服驱动技术正朝着数字化、高频化、 集成化方向发展，其中数字化伺服驱动技术通过提高脉冲频率和采样率，能够大 幅度提高伺服系统的性能。
四、结论
数控机床作为现代制造业的核心设备，其性能和使用寿命直接影响到生产效 率和产品质量。本次演示通过对数控机床的关键技术和发展趋势进行分析，得出 以下结论：
1、数控机床的关键技术包括伺服驱动技术、数控系统技术、机械结构技术 等，这些技术的发展程度直接决定了数控机床的性能和使用寿命。
数控机床的产生和发展ppt课件
3 更多的数控机床具有轮廓控制的功能(图1－11)， 即可以加工具有曲线或者曲面的零件。
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二、按执行机构的伺服系统类型分类
1 这类机床的数控系统将零件的程序处理后，输 出数字指令信号给伺服系统，驱动机床运动，没有 来自位置传感器的反馈信号，如图1－15所示。
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2 这类机床可以接受插补器的指令，而且随时接受 工作台测得的实际位置反馈信号，根据其差值不断进 行误差修正，如图1－16所示。
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(三)计算机集成制造系统(CIMS) 计算机集成制造系统就是用计算机通过信息 集成实现现代化的生产制造，以求得企业的总体 效益。CIMS通常由管理信息系统、产品设计与制 造工程设计自动化系统、制造自动化系统、质量 保证系统以及计算机网络和数据库系统等六个分 系统组成，它们之间的关系，如图1－3所示。
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第四节 数控机床的分类
一、按控制系统的特点分类
1 对于一些孔加工用数控机床，只要求获得精确的 孔系坐标定位精度(图1－9)，而不管从一个孔到另外 一个孔是按照什么轨迹运动。
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2 某些数控机床不仅要求具有准确定位的功能，而 且要求从一点到另一点之间按直线移动，并能控制位 移的速度(图1－10)。
第一节 数控机床的产生和发展 第二节 数控机床的特点及应用范围 第三节 数控机床的组成和工作原理 第四节 数控机床的分类
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第一节 数控机床的产生和发展
一、数控机床的产生
科学技术和社会生产的不断发展，对机械产
品的质量和生产Biblioteka 提出了越来越高的要求，迫切需要一种灵活的、通用的、能够适应产品频繁变
化的柔性自动化机床。数字控制(Numerical
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第三节 数控机床的组成和工作原理 一、数控机床的组成
数控机床发展历程及现状
数控机床发展历程及现状随着工业化进程的推进和自动化生产的需求，数控机床作为高技术装备之一，发挥着越来越重要的作用。
本文将从数控机床发展历程、数控机床种类、数控技术优越性、数控机床技术发展趋势等方面分析探讨数控机床的发展历程及现状。
一、数控机床发展历程数控机床的产生是由于要满足同一零件多品种、小批量生产的需要。
20世纪50年代初，美国、德国、日本等国家相继开始了数控机床的研制。
1952年，美国麻省理工学院研制出了第一个数控铣床。
之后，各国纷纷进入数控机床领域。
20世纪60年代初，世界数控机床生产量已经达到3.3万台，而且呈逐年增长的趋势。
20世纪70年代，我国开展了数控机床的研制工作，形成了以中车、华中机床等为代表的数控机床生产单位。
二、数控机床种类数控机床分为车床、钻床、铣床、镗床、磨床、齿轮加工床等几种主要类型。
每种数控机床都有其特定的用途和特点。
例如，车床是在铁件、铜件、橡胶件等工件表面上切削出各种形状的机器，其特点是在一次装夹下，可完成多道工序的加工。
而铣床则可在工件表面切削出平面、曲面、齿轮等复杂形状，具有高速、高精度、高效率的特点。
三、数控技术优越性与传统机床相比较，数控技术优越性主要表现在以下几个方面：1. 精度高：数控机床精度高，加工精度可达μm级，而传统机床的加工精度普遍在0.1mm以上。
2. 自动化程度高：数控机床可以实现自动加工，只需设置好加工程序，即可完成多种复杂零部件的加工。
3. 生产效率高：数控机床可以按照相应工艺进行自动连续加工，提高了生产效率，节约了生产成本。
4. 高重复性：由于数控机床是按照相应程序操作，所以在生产过程中具有高重复性，有利于保证零件的一致性和稳定性。
四、数控机床技术发展趋势随着科技的不断进步和制造业的不断升级，数控机床技术发展也面临着新的机遇和挑战。
未来，数控机床技术发展趋势主要表现在以下几个方面：1. 智能化：数控机床将越来越发展成为智能化的机床，通过感知技术、控制技术和数据处理技术的应用，实现与人类的交互和协同。
数控机床的产生与发展过程
数控机床的产生与发展过程数控机床是一种可以通过计算机程序来控制加工工具进行加工的机床。
它的出现是近现代制造业技术进步的结果，也是市场需求和科学技术发展的必然产物。
数控机床的产生可以追溯到20世纪50年代初期，当时美国军方需要开发出一种可以高效、精准地制造枪管的机床。
由于其需要的枪管结构和精度要求非常高，传统机床无法满足要求。
于是，美国北美航空公司（North American Aviation）开始研究利用电子自动化技术来开发数控机床。
1952年，北美航空公司成功研制出一台数控车床，随后1954年研制出了一台数控铣床，这标志着数控机床的诞生。
之后，数控机床开始在军事领域得到广泛应用，大大提高了武器装备的制造能力和精度。
随着计算机技术的逐渐普及和发展，数控机床也得到了迅速的发展，在民用领域得到了广泛的应用。
1960年，美国麦克米兰公司引进了一台大型数控切削车床，并在航空、汽车、机床等工业中得到广泛应用。
1965年，在苏联举行的第二届世界机床展览会上，中国展示了第一台数控机床，标志着中国数控机床的发展起步。
到了20世纪70年代，数控机床的产业化进程逐渐加快。
欧美日等发达国家纷纷推出相关政策，加大对数控技术的投资和研究。
同时，机床制造企业也开始纷纷涉足数控机床制造领域，并建立了各种数控加工中心和加工装备。
数控机床开始拓展应用领域，不仅仅用于金属加工，还用于玻璃、陶瓷、木材等多种材料的加工，这大大提高了工业化生产的效率和质量。
进入21世纪，数控机床的发展在技术和应用领域都得到了新的进展。
随着信息技术和先进制造技术的不断融合，数控机床的智能化水平大大提高，加工能力、加工速度等方面也得到了大幅提升。
同时，数控技术在汽车、航空航天、电子、医疗等行业中得到更广泛的应用，对工业生产中的各个环节起到了重要的推动作用。
总之，数控机床的产生和发展是多样因素相互作用的结果，它推动了现代制造业的快速发展和升级换代，不断地推着人类社会向更加先进的生产方式迈进。
数控机床的产生发展
数控机床的产生发展产生的原因——是为了适应航空业制造复杂零件的需要而产生的初始设想——40年代初，美国北密执安的一个小型飞机工业承包商帕森兹公司在制造直升飞机叶片轮廓检查用样板机床时提出了数控机床的初始设想。
第一台NC机床——1952年，美国麻省理工学院（MIT）受美国空军委托成功的研制出一台直线插补连续控制的三坐标立式数控铣床。
该数控机床使用的电子器件是电子管，这就是第一代，世界上第一台数控机床。
产生和发展基础：微电子技术、自动信息处理、数据处理、电子计算机技术，推动了机械制造自动化技术的发展。
1) 1952年，第一台数控机，数控系统电子管元器件2)1959年，出现晶体管元器件1959年3月美国克耐·杜列可公司（K＆T）发明了带有自动换刀装置的数控机床称为“加工中心”（Machining Center)。
60年代开始，除美以外的其他一些工业国家，如德，日开始开发和使用数控机床.3)1965年，出现小规模集成电路1967年英国产生了最初FMS（Flexible Manufacturing System）柔性制造系统——几台数控机床连接成具有柔性的加工系统。
4)1965～1970年期间，由于计算机技术的发展，小型计算机的价格急剧下降。
大规模集成电路及小型计算机开始取代专用数控计算机，出现了计算机数控系统（CNC－Computerized NC）。
数控的许多功能在软件中实现。
CNC系统成为第四代系统。
1970年美国芝加哥国际机床展览会上，首次展出这种系统。
5）1970年前后，美国英特尔公司开发和使用了微处理器,1974年，美，日等国首先研制出微处理器为核心的数控系统（第五代系统MNC－Microcomputerized NC）。
近30年来，MNC机床得到飞速发展。
中国数控机床的发展趋势数控技术的发展也越来越突出，数控技术的作用已充分体现在现代制造业中。
面对社会对工业产品的需求越来越大，数控机床的普及和技术发展也是相当必要的事情。
数控机床概述
图1-11 JCS-018A型加工中心
车削加工中心 车削加工中心以车削为主，主体是数控车床，机床上配备有转塔式刀库或由换刀机械手和链式刀库组成的大容量刀库。车削加工中心还配置有铣削动力头。 镗铣加工中心 镗铣加工中心，它将数控铣床、数控镗床、数控钻床的功能聚集在一台加工设备上，且增设有自动换刀装置。镗铣加工中心是机械加工行业应用最多的一类数控设备，其工艺范围主要是铣削、钻削和镗削。
1.2 数控机床的组成及特点
早期的数控机床系统采用数字逻辑电路构成，即由硬件实现逻辑控制，称为硬件数控系统，所以数控机床也称为NC机床。硬件数控系统经历了电子管、晶体管、集成电路的发展过程。 现在采用计算机或微机的数控系统称为计算机数控系统，简称“CNC”，所以现在的数控机床也称CNC机床。 数控机床——就是用数控技术实时加工控制的机床。 数控机床是集机、电、液、气、光高度一体化的产品。 组成: 数控机床由控制介质、输入输出装置、数控装置、伺服驱动装置、检测装置和机床主体组成。
（2）闭环控制数控机床
半闭环数控系统：位置采样点如图所示，是从驱动装置(常用伺服电机)或丝杠引出，采样旋转角度进行检测，不是直接检测运动部件的实际位置
位置控制调节器
速度控制 调节与驱动
检测与反馈单元
位置控制单元
速度控制单元
+
+
-
电机
机械执行部件
CNC插补 指令
实际位置反馈
实际速度反馈
特点： 半闭环环路内不包括或只包括少量机械传动环节，因此可获得稳定的控制性能 由于丝杠的螺距误差和齿轮间隙引起的运动误差难以消除。因此，其精度较闭环差，较开环好。但可对这类误差进行补偿，因而仍可获得满意的精度 半闭环数控系统结构简单、调试方便、精度也较高，因而在现代CNC机床中得到了广泛应用
数控机床的产生
一、数控机床的产生与发展1数控机床的产生随着社会生产和科学技术的不断进步，各类工业新产品层出不穷。
机械制造产业作为国民工业的基础，其产品更是日趋精密复杂，特别是在宇航、航海、军事等领域所需的机械零件，精度要求更高，形状更为复杂且往往批量较小，加工这类产品需要经常改装或调整设备.普通机床或专业化程度高的自动化机床显然无法适应这些要求。
同时，随着市场竞争的日益加剧，企业生产也迫切需要进一步提高其生产效率，提高产品质量及降低生产成本。
一种新型的生产设备——数控机床就应运而生了。
专家们预言: 二十一世纪机械制造业的竞争，其实质是数控技术的竞争。
2数控机床的发展1948年，美国帕森（Parsons）公司在研制加工直升机螺旋桨叶片轮廓用检查样板的机床时，首先提出计算机控制机床的设想，在麻省理工学院（MIT）的协助下，于1952年研制成功了世界上第一台三坐标直线插补且连续控制的立式数控铣床。
我国于1958年由清华大学和北京第一机床厂合作研制了我国第一台数控铣床。
二、数控机床的基本概念数字控制与数控技术–数字控制（Numerical Control NC）是一种利用数字化的信息对机床运动及加工过程进行控制的方法。
–数控技术（Numerical Control Technology）采用数字控制的方法对某一工作过程实现自动控制的技术数控系统（Numerical Control System）实现数字控制的装置。
–计算机数控系统（Computer Numerical Control CNC ）以计算机为控制核心的数字控制系统。
数控机床数控设备就是采用了数控技术的机械设备，或者说是装备了数控系统的机械设备。
数控机床是数控设备的典型代表，其他数控设备还有数控冲剪机、数控压力机、数控弯管机、数控坐标测量机、数控绘图仪、数控雕刻机等等。
三数控机床的加工原理五数控技术总的发展趋势运行高速化加工高精化功能复合化控制智能化体系开放化驱动并联化交互网络化高速、高精、高效、智能化、复合化开放化、网络化机械制造概述1 生产过程：将原材料转变为成品的全过程（包括生产准备过程、工艺过程和生产辅助过程）2 机械制造工艺过程一般是：金属材料（铸造、锻压、焊接）毛坯（切削加工和热处理）零件（装配和实验）机械3 工艺过程改变生产对象的形状、尺寸、相对位置和性质等，使其成为成品或半成品的过程称为工艺过程。
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教案
教 与 学 互 动 设 计
教 师 活 动 内 容
学生活动内容 时间 ➢ 导入新课（步步引导）
学生对现代工业发展有一些了解，对普通机床方面的知识已经学习过，并且进行了普通机床的实习。
通过回顾普通机床的结构组成、刀架和主轴的运动方式及其应用场合等方面进行比较和讨论学习。
➢ 讲授新课（合作、探讨） 一、数控机床的产生背景 1、产生背景的语言描述
采用实例法论证。
随着工业发展，特别是航空、航天、造船、家电、模具等行业的发展。
采用反问法，强调数控机床产生的重要意义及其迫切性。
2、产生年代
采用预习讨论法，论述数控机床在国内外的产生的年代。
采用讲授总结法，系统分析。
（1）1948 由美国帕森斯公司提出研制加工加工直升机叶片轮检验用样板的设想。
（2）1952 试制成功第一台三坐标立式数控铣床。
（3）1955 进入实用阶段。
（4）1958 我国开始研制数控机床。
二、数控机床的发展与趋势 1、数控机床的发展
主要采用讲授法，论述数控机床经历的发展阶段。
采用引导对比法，试述数控机床发展与计算机发展的关系。
（1）两个阶段
NC 数控阶段（又称硬件数控阶段）：1952 数控机床经历 ——1970
的两个阶段： CNC 计算机数控阶段：1970——至今
带领学生综观现代制造业发展，回顾普通机床方面的知识，引导学生学习
联系生活实际，让学生各抒己见，举例生活中应用到的的场合
8分 10分 20分
教与学互动设计
教师活动内容学生活动内容时间（2）六个年代
第一代：1952 电子管电路专用数控NC
第二代：1959 晶体管数字电路专用数控NC
第三代：1965 中小规模集成电路专用NC
第四代：1970 大规模集成电路通用计算机CNC
第五代：1974 微处理器和半导体存储器微型MNC
第六代：1990 PC为基础的PCNC
2、相关符号含义
主要采用引导讲授法，目的在于学生了解新知识。
（1）DNC（直接数控控制或分布式数字控制）
（2）FMM（柔性制造模块）
（3）FMC（柔性制造单元）
（4）FMS（柔性制造系统）
（5）FML（柔性制造生产线）
（6）FMF（柔性制造工厂）
（7）CIMS（计算机集成制造系统）
（8）CAD（计算机辅助设计）
（9）CAM（计算机辅助制造）
3、数控机床的发展趋势
采用讨论法。
让学生发挥想象，你希望将来踏上
工作岗位时能够操作怎样的机床。
发展趋势：
（1）高精度；
（2）高柔性；
（3）高效率；
（4）减轻了劳动强度；
（5）良好的经济效益；
（6）有利于生产管理的现代化。
三、数控机床相关概念及组成、特点
1、数控机床相关概念
主要采用总结讲授法，在于阐述原理性概念。
（1）数控
即数字控制，简称NC。
通过特定处理方式下的数字信息去自动控制机械装置进行动作。
（2）数控加工
在数控机床上加工零、部件的一种工艺方法。
联系和比较计算机
的发展经历的阶
段，总结和发现规
律
此部分为新知识补
充，目的在于学生
了解新知识、新方
法
学生讨论、分析、
总结，对学生分析
情况作出评价
7分
6分
10
分
教与学互动设计
教师活动内容学生活动内容时间
（3）数控机床
是一种通过数字信息控制机床按给定的运动规律进
行自动加工的机电一体化新型加工设备。
2、组成及加工过程
组成
数控装置
伺服系统
检测装置
控制介质
机床主体
加工过程
信息输入
信息处理
伺服执行
3、特点
优点
缺点
➢课堂总结及课堂练习
◆数控机床产生背景
◆数控机床发展及趋势
◆数控机床组成与特点
➢拓展延伸
增补DNC、FMS、CIMS、CAM等方面知识
➢布置作业
1、解释数控、数控加工与数控机床的概念。
2、简述数控机床的组成和加工过程是怎样的？
3、简述数控机床的发展趋势。
10分
8分4分3分。