Step1.|提出设想
1946年,美国空军实验研发公司聘用了约翰帕森斯,后来他提出了【数字脉冲控制机床】的设想,渐渐的,就有了现代数控机床的发育温床。
1946年,美国莱特帕森斯空军实验基地螺旋桨实验室下属旋翼分公司聘请了一位名叫约翰帕森斯的工程师。
当时的生产条件下,计算机多是打孔装置(最早期的计算机雏形即采用打孔纸带作为程序)。
打孔纸带编程的本质是基于机器码的程序,其原理为保持的数字数据由在预定位置存在或不存在空穴来表示(即最早的二进制模式雏形)。
打孔卡曾经在数据处理应用中很常见,约翰帕森斯发现通过计算机计算可以控制工具机的切削路径,但当时计算机的处理过于简单,一些操作难以实现,他就将视线投向了当时生产大型计算机的IBM公司。
1948年,帕森斯所在公司接受了美国空军的授权,军方允许约翰帕森斯使用一台大型计算机,对直升机叶片进行一系列的计算。
后来IBM与帕森斯所在公司合作研发一台由穿孔卡片控制的机器,但由于穿孔纸带在使用过程中很容易被损坏,为解决这个问题,当时的工程师们就将其升级成了宽度2.5厘米的软性磁带,以替代打孔读取的方式进一步进行计算机数值读取。
后来在一次与军方的谈话中帕森斯得知:麻省理工学院伺服机械实验室一直在研究实验各种类型的控制装置,二战时期也参与过一些研发项目并拥有空军项目大量经验。早前他曾提出了采用数字脉冲控制机床的设想,实验室正在进行的一些实验与他的想法不谋而合。
随后,在军方的协调下,他向麻省理工学院伺服机械实验室寻求帮助,并最终由他所在的公司获得了美国军方的合同。而项目的分包商则由IBM和麻省理工学院分别承担。
Step2.|研发伊始
帕森斯公司与麻省理工学院共同研究,出现了打孔纸带的升级版,磁带读取指令的新方法,机床加工进入了一次装夹就能实现多工序集中加工的新时代!
1949年,帕森斯公司与美国麻省理工学院(MIT)开始共同研究这一设想。
随后研究实现了可以对复杂形状进行三维数据插值算法的操作,并为机翼制造提供了800英尺长的生产周期,这在当时可谓是创举。
上世纪50年代,帕森斯所在公司与IBM公司和麻省理工学院为了美国空军的需求,在数位控制系统投入大量努力。
研究方向特别集中在轮廓切削方面,并于1952年试制成功了第一台依靠数值控制的母机。
同年,麻省理工学院开发出伺服控制系统和APT自动编程工具,在随后几十年中大大促进了数控加工的进程。而在早期,帕森斯的研究实际上仅与计算相关,而与控制无关。
早期的机床操作流程是:先将计算的结果提供给操作员,然后操作员会通过手动转动机床装置,以生成所需的刀具路径。
再后来,加工工件前,会将程序操作提前写在程序表上,再打印到磁带上进行读取。
这时,机床就会按照磁带输入的编程指令,做出相应的加工动作,这就是最早拥有刀具库和自动换刀具功能,以及使用编程载体可自动完成多个加工工序的机床。
从此,机床加工进入了一次装夹就能实现多种工序集中加工的时代!
到了上世纪60年代,美国在这种磁带读取加工运行效率上做了提升,机床加工进入了铣削,钻削,铰削,镗削,攻螺纹和切螺纹等多种功能高度集中的时代。
新的运行效率不仅降低了误差产生,同时大大提高了工件加工的精度和效率,为后来软件数字控制技术的发展奠定了基础。
但直到APT语言的诞生,当伺服系统也被计算机操控后,才最终确切实现了数字控制。而在当时,数控装置采用的仍是电子管元件。
Step3.|飞速发展期
第二代数控装置——加工中心的出现,引领了上世纪50年代世界上诸多数控通讯科技公司对功能软件的开发研究热情。
1958年,Kearney & Trecker 公司成功开发出了具备自动刀具交换装置的加工中心。命名为(MC Machining Center)译为:加工中心。
数控装置进入了第二代,帕森斯很快发现:计算,晶体管元件和印刷电路板三者结合具有不可估量的巨大潜力。
1958年1月14日他申请了定位机床电机控制装置的专利;
1959年日本富士通公司为数值控制做出了两大突破:即油压脉冲马达和代数演算方式脉冲补间回路。这无疑加快了数值控制的进步;
从1958年到2000年之间,数值控制系统拓展应用到了其他金属加工机器;
数值控制工作母机也被应用到除航空外的其他行业;
微处理器被应用到数值控制上,大幅提升了功能软件。
这类系统软件即被称为计算机数值控制。
在此期间,也出现了快速,多轴的新式机床。
日本方面首先成功打破传统机床制造的主轴形式,以类似蜘蛛脚的装置移动机床主轴,并且以高速控制器控制,此时快速,多轴的机床开始大量涌现。
Step4.|东亚地区的繁荣发展
1950年代开始,不仅我国诞生了能填补领域空白的优秀数控机床X53K1,迎来了科技之光在华夏大地的绽放。在一衣带水的邻国日本,更是迎来数控领域的辉煌,并奠定了此后其在数控机床领域的强者地位。
1958年,日本牧野公司与富士通数控部门(后来的发那科)两大公司合作推出了日本的第一台数控铣床K-55铣床,该铣床最初是作为模块化概念开发,以便更好适应客户的需求,后来无心插柳,却成为了牧野公司最畅销的产品之一。
时至今日,日本的研究所和大学,仍需要使用这种50年代研发出的机器。
与此同时,1958年,我国第一台数控机床X53K1三坐标数控机床问世,这台机床是由北京第一机床厂与清华大学合作研发。这台数控机床的诞生在当时堪称绝对领先,填补了当时中国在数控机床领域的空白。
紧接着,1961年日立工业完成其第一台加工中心,并于1964年附加自动刀具交换装置。1965年,出现了第三代的集成电路数控装置。
采用集成电路的数控装置不仅体积小,功率消耗少,且可靠性进一步提高,价格进一步降低,这无疑又促进了数控机床品种和产量的发展。
60年代末,先后出现了由一台计算机直接控制多台机床的数控系统(简称DNC)又称群控系统,采用小型计算机控制的计算机数控系统(简称CNC)。使数控装置进入了以小型计算机化为特征的第四代。
1972年开始,富士通数控部门从公司独立出来,成立了富士通发那科。
1974年,研制成功使用微处理器和半导体存贮器的微型计算机数控装置(简称MNC)这已经是第五代数控系统了。
20世纪80年代初,随着计算机软、硬件技术的发展,出现了能进行人机对话式自动编制程序的数控装置。
数控装置愈趋小型化,可以直接安装在机床上,数控机床的自动化程度进一步提高,具有了自动监控刀具破损和自动检测工件等功能。
1982年7月,富士通发那科正式更名为发那科株式会社,由传奇人物稻叶清右卫门出任公司社长直至1995年退休。这家公司从最初几个人的规模不断发展壮大。
时至今日,发那科公司在量产销售的数控机床市场占用率第一,这就是现在发那科公司的由来。20世纪90年代后期,出现了PC+CNC智能数控系统,即以PC机为控制系统的硬件部分,在PC机上安装NC软件系统,此种方式维护方便,更加易于实现现代网络化制造。
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