1.數控加工技術的產生與標志
采用數字技術進行機械加工,可追溯到20世紀40年代,由美國密歇根州北部的一個小型飛機工業承包商帕森斯公司(ParsonsCorporation)實現的。他們在制造飛機的框架及直升飛機的旋翼時,利用全數字電子計算機對機翼加工路徑進行數據處理,并考慮刀具直徑對加工路線的影響,使得加工精度達到+0.0381mm(+0.0015in),達到了當時的最高水平,這可認為是數控加工技術的起源。1949年,該公司與美國麻省理工學院(MIT)開始共同研究,并于1952年試制成功了第一臺三坐標數控銑床,這是目前公認的數控機床產生的標志。這臺機床是一臺試驗性機床,到1954年11月,在帕森斯專利的基礎上,第一臺工業用的數控機床由美國本迪克斯公司(BendixCorporation)正式生產出來。
2.數控加工技術的發展
數控加工技術的出現,以其可編程加工的特點迅速被世界所關注,工業發達國家爭相加緊研究與試驗。
1960年以后,點位控制的數控機床得到了迅速發展。因為比起輪加工控制的數控系統,點位控制的數控系統要簡單得多。因此,數控銑床、沖床、坐標鏜床大量發展,據統計資料表明,到1966年實際使用的約6000臺數控機床中,85%是點位控制的機床。加工中心是數控機床中的亮點之一,它具有自動換刀裝置,能實現工件一次安裝完成多工序的加工。它最初是在1959年3月,由美國卡耐&特雷克公司(Keaney&TreckerCorp.)開發出來的。這種機床在刀庫中裝有絲錐、鉆頭、鉸刀、銑刀等刀具,根據穿孔紙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。如今,加工中心已經成為數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,還有用于回轉整體零件加工的車削中心、磨削中心等。目前,數控機床已進入多工序復合的車銑復合數控階段。早期的數控系統是硬件連線的數控系統,其對應的機床稱為NC機床。20世紀70年代數控系統進入了CNC時代,這之后的數控機床可以稱為CNC機床。1967年,英國首先把幾臺數控機床連接成具有柔性的加工系統,這就是所謂的柔性制造系統(Flexible Manufaeturing Systems,FMS)。之后,美、歐、日等也相繼進行開發及應用。
20世紀80年代,國際上出現了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控檢驗裝置的柔性制造單元(FexibleManufacturingCell,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或更高級的集成制造系統中使用。
20世紀90年代,出現了包括市場預測、生產決策、產品設計與制造和銷售全過程均由計算機集成管理和控制的計算機集成制造系統(ComputerIntegrated ManufacturingSystem,CIMS),它是在信息技術自動化技術與制造的基礎上,通過計算機技術把分散在產品設計制造過程中各種孤立的自動化子系統有機地集成起來,形成適用于多品種小批量生產,能實現整體效益的集成化和智能化制造系統。數控機床的發展,依賴于數控技術或稱數控系統的發展,其大致經歷了2個階段6個時代。
第1階段:硬件數控(NC)階段。在這個階段,受技術發展的限制,數控系統的數字邏輯控制主要是靠硬件連接而成,即常說的硬件連線系統(HARD-WIREDNC),簡稱為數控(NC)。隨著電子元器件的發展,這個階段大約歷經了3個時代的發展,即1952年的第一代--電子管,1959年的第二代--晶體管,1965年的第三代--小規模集成電路。第1階段硬件連線的硬邏輯數控系統目前已基本淘汰。第2階段:計算機數控(CNC)階段。隨著計算機技術的發展及其向數控領域的滲透,在20世紀60年代末,先后出現了由一臺計算機直接控制多臺機床的直接數控系統(簡稱DNC),又稱群控系統;以及采用計算機軟件程序代替硬件連線邏輯電路的計算機數控系統(簡稱CNC)。這個階段的發展目前認為大致經歷了3個時代的發展,即1970年開始的小型計算機為特征的第四代,1974年開始的以微處理器為核心的第五代,1990年開始的基于PC(PC-BASED)的第六代。
以上6代數控機床的發展具體表述是:1952年,采用電子管元件連線構成數控系統邏輯元件。
1959年,采用了品體管元件和印制電路板,出現帶自動換刀裝置的數控機床,稱為加工中心(Machining Center,MC),使數控裝置進入了第二代。1965年,出現了第三代的集成電路數控裝置,不僅體積小,功率消耗少,而且可靠性提高,價格進一步下降,促進了數控機床品種和產量的發展。
20世紀60年代末,先后出現了由一臺計算機直接控制多臺機床的直接數控系統(簡稱DNC),又稱群控系統;采用小型計算機控制的計算機數控系統(簡稱CNC),使數控裝置進人了以小型計算機化為特征的第四代。
1974年,研制成功使用微處理器和半導體存儲器的微型計算機數控裝置(簡稱MNC),這是第五代數控系統。
20世紀80年代初,隨著計算機軟、硬件技術的發展,出現了能進行人機對話式自動編制程序的數控裝置;數控裝置趨于小型化,可以直接安裝在機床上;數控機床的自動化程度進一步提高,具有自動監控刀具破損和自動檢測工件等功能。
20世紀90年代后期,出現了PC+CNC(國外稱為PC-BASED)智能數控系統,即以PC為控制系統的硬件部分,在PC上安裝NC軟件系統,此種方式系統維護方便,易于實現網絡化制造。
注意,雖然國外早已改稱為計算機數控(CNC),而我國仍習慣稱數控(NC)。所以,若粗略理解,NC和CNC的含義基本相同。