數(shù)控機床的發(fā)展史 (連載一)

發(fā)布時間:2025-02-27
20世紀中期,隨著電子技術(shù)的發(fā)展,自動信息處理、數(shù)據(jù)處理以及電子計算機的出現(xiàn),給自動化技術(shù)帶來了新的概念,用數(shù)字化信號對機床運動及其加工過程進行控制,推動了機床自動化的發(fā)展。
采用數(shù)字技術(shù)進行機械加工,zui早是在40年代初,由美國北密支安的一個小型飛機工業(yè)承包商派爾遜斯公司(parsonscorporation)實現(xiàn)的。他們在制造飛機的框架及直升飛機的轉(zhuǎn)動機翼時,利用全數(shù)字電子計算機對機翼加工路徑進行數(shù)據(jù)處理,并考慮到刀具直徑對加工路線的影響,使得加工精度達到±0.0381mm(±0.0015in),達到了當(dāng)時的zui高水平。
1952年,麻省理工學(xué)院在一臺立式銑床上,裝上了一套試驗性的數(shù)控系統(tǒng),成功地實現(xiàn)了同時控制三軸的運動。這臺數(shù)控機床被大家稱為世界上*臺數(shù)控機床。
這臺機床是一臺試驗性機床,到了1954年11月,在派爾遜斯的基礎(chǔ)上,*臺工業(yè)用的數(shù)控機床由美國本迪克斯公司(bendix-cooperation)正式生產(chǎn)出來。
在此以后,從1960年開始,其他一些工業(yè)國家,如德國、日本都陸續(xù)開發(fā)、生產(chǎn)及使用了數(shù)控機床。
數(shù)控機床中zui初出現(xiàn)并獲得使用的是數(shù)控銑床,因為數(shù)控機床能夠解決普通機床難于勝任的、需要進行輪廓加工的曲線或曲面零件。
然而,由于當(dāng)時的數(shù)控系統(tǒng)采用的是電子管,體積龐大,功耗高,因此除了在軍事部門使用外,在其他行業(yè)沒有得到推廣使用。
到了1960年以后,點位控制的數(shù)控機床得到了迅速的發(fā)展。因為點位控制的數(shù)控系統(tǒng)比起輪廓控制的數(shù)控系統(tǒng)要簡單得多。因此,數(shù)控銑床、沖床、坐標鏜床大量發(fā)展,據(jù)統(tǒng)計資料表明,到1966年實際使用的約6000臺數(shù)控機床中,85%是點位控制的機床。
數(shù)控機床的發(fā)展中,值得一提的是加工中心。這是一種具有自動換刀裝置的數(shù)控機床,它能實現(xiàn)工件一次裝卡而進行多工序的加工。這種產(chǎn)品zui初是在1959年3月,由美國卡耐?;特雷克公司(keaney&treckercorp.)開發(fā)出來的。這種機床在刀庫中裝有絲錐、鉆頭、鉸刀、銑刀等刀具,根據(jù)穿孔帶的指令自動選擇刀具,并通過機械手將刀具裝在主軸上,對工件進行加工。它可縮短機床上零件的裝卸時間和更換刀具的時間。加工中心現(xiàn)在已經(jīng)成為數(shù)控機床中一種非常重要的品種,不僅有立式、臥式等用于箱體零件加工的鏜銑類加工中心,還有用于回轉(zhuǎn)整體零件加工的車削中心、磨削中心等。
1967年,英國首先把幾臺數(shù)控機床連接成具有柔性的加工系統(tǒng),這就是所謂的柔性制造系統(tǒng)(flexiblemanufacturingsystem——fms)之后,美、歐、日等也相繼進行開發(fā)及應(yīng)用。1974年以后,隨著微電子技術(shù)的迅速發(fā)展,微處理器直接用于數(shù)控機床,使數(shù)控的軟件功能加強,發(fā)展成計算機數(shù)字控制機床(簡稱為cnc機床),進一步推動了數(shù)控機床的普及應(yīng)用和大力發(fā)展。
80年代,上出現(xiàn)了1~4臺加工中心或車削中心為主體,再配上工件自動裝卸和監(jiān)控檢驗裝置的柔性制造單元(flexiblemanufacturingcell——fmc)。這種單元投資少,見效快,既可單獨長時間少人看管運行,也可集成到fms或更的集成制造系統(tǒng)中使用。
目前,fms也從切削加工向板材冷作、焊接、裝配等領(lǐng)域擴展,從中小批量加工向大批量加工發(fā)展。
所以機床數(shù)控技術(shù),被認為是現(xiàn)代機械自動化的基礎(chǔ)技術(shù)。
那什么是車床呢?據(jù)資料所載,所謂車床,是主要用車刀對旋轉(zhuǎn)的工件進行車削加工的機床。在車床上還可用鉆頭、擴孔鉆、鉸刀、絲錐、板牙和滾花工具等進行相應(yīng)的加工。車床主要用于加工軸、盤、套和其他具有回轉(zhuǎn)表面的工件,是機械制造和修配工廠中使用zui廣的一類機床。
古代的車床是靠手拉或腳踏,通過繩索使工件旋轉(zhuǎn),并手持刀具而進行切削的。1797年,英國機械發(fā)明家莫茲利創(chuàng)制了用絲杠傳動刀架的現(xiàn)代車床,并于1800年采用交換齒輪,可改變進給速度和被加工螺紋的螺距。1817年,另一位英國人羅伯茨采用了四級帶輪和背輪機構(gòu)來改變主軸轉(zhuǎn)速。
為了提高機械化自動化程度,1845年,美國的菲奇發(fā)明轉(zhuǎn)塔車床;1848年,美國又出現(xiàn)回輪車床;1873年,美國的斯潘塞制成一臺單軸自動車床,不久他又制成三軸自動車床;20世紀初出現(xiàn)了由單獨電機驅(qū)動的帶有齒輪變速箱的車床。
*次世界大戰(zhàn)后,由于軍火、汽車和其他機械工業(yè)的需要,各種自動車床和專門化車床迅速發(fā)展。為了提高小批量工件的生產(chǎn)率,40年代末,帶液壓仿形裝置的車床得到推廣,與此同時,多刀車床也得到發(fā)展。50年代中,發(fā)展了帶穿孔卡、插銷板和撥碼盤等的程序控制車床。數(shù)控技術(shù)于60年代開始用于車床,70年代后得到迅速發(fā)展。
車床依用途和功能區(qū)分為多種類型。
普通車床的加工對象廣,主軸轉(zhuǎn)速和進給量的調(diào)整范圍大,能加工工件的內(nèi)外表面、端面和內(nèi)外螺紋。這種車床主要由工人手工操作,生產(chǎn)效率低,適用于單件、小批生產(chǎn)和修配車間。
轉(zhuǎn)塔車床和回轉(zhuǎn)車床具有能裝多把刀具的轉(zhuǎn)塔刀架或回輪刀架,能在工件的一次裝夾中由工人依次使用不同刀具完成多種工序,適用于成批生產(chǎn)。
自動車床能按一定程序自動完成中小型工件的多工序加工,能自動上下料,重復(fù)加工一批同樣的工件,適用于大批、大量生產(chǎn)。多刀半自動車床有單軸、多軸、臥式和立式之分。單軸臥式的布局形式與普通車床相似,但兩組刀架分別裝在主軸的前后或上下,用于加工盤、環(huán)和軸類工件,其生產(chǎn)率比普通車床提高3~5倍。
仿形車床能仿照樣板或樣件的形狀尺寸,自動完成工件的加工循環(huán),適用于形狀較復(fù)雜的工件的小批和成批生產(chǎn),生產(chǎn)率比普通車床高10~15倍。有多刀架、多軸、卡盤式、立式等類型
立式車床的主軸垂直于水平面,工件裝夾在水平的回轉(zhuǎn)工作臺上,刀架在橫粱或立柱上移動。適用于加工較大、較重、難于在普通車床上安裝的工件,一般分為單柱和雙柱兩大類。
鏟齒車床在車削的同時,刀架周期地作徑向往復(fù)運動,用于鏟車銑刀、滾刀等的成形齒面。通常帶有鏟磨附件,由單獨電動機驅(qū)動的小砂輪鏟磨齒面。
專門車床是用于加工某類工件的特定表面的車床,如曲軸車床、凸輪軸車床、車輪車床、車軸車床、軋輥車床和鋼錠車床等。聯(lián)合車床主要用于車削加工,但附加一些特殊部件和附件后,還可進行鏜、銑、鉆、插、磨等加工,具有“一機多能”的特點,適用于工程車、船舶或移動修理站。
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