第11章数控技术基础

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1、第三篇CAM技术CAM是计算机辅助制造（ComputerAidedManufacturing）的简称。一般而言，CAM是指计算机在制造领域有关应用的统称，它有广义CAM和狭义CAM之分。广义CAM一般是指利用计算机辅助完成从生产准备到产品制造整个过程的活动，包括工艺过程设计、工装设计、数控自动编程、生产作业计划、生产控制、物流过程的运行控制、质量控制等。狭义CAM通常是指数控程序编制，包括刀具路径规划、刀位文件生成、刀具轨迹仿真、后置处理及数控代码生成等。本篇以狭义CAM为对象，介绍CAM技术的原理与应用。第11章数控技术基础11.1绪论11.1.1发

2、展历史20世纪中期，随着电子技术的发展，自动信息处理、数据处理以及电子计算机的出现，给自动化技术带来了新的概念，用数字化信号对机床运动及其加工过程进行控制，推动了机床自动化的发展。采用数字技术进行机械加工，最早是在20世纪40年代初，由美国密歇根州的一个小型飞机工业承包商帕森斯公司（ParsonsCorporation）实现的。他们在制造飞机的框架及直升飞机的转动机翼时，利用电子计算机对机翼加工路径进行数据处理，并考虑到刀具直径对加工路线的影响，使得加工精度达到±0.0381mm，成为当时的最高水平。1949年，美国空军为了能在短时间内制造出经常变更设

3、计的火箭零件，委托帕森斯公司与麻省理工学院伺服机构研究所（MITServomechanismLaboratory）合作进行研制工作。1952年试制成功了世界上第一台由电子计算机控制的三坐标立式铣床，该机床被称为CincinnatiHydrotel，如图11-1所示。它综合应用了电子计算机、自动控制、伺服驱动、精密检测与新型机械结构等多方面的技术成果，是一种新型的机床，可用于加工复杂曲面零件。该铣床的研制成功是机械制造行业中的一次技术革命，使机械制造业的发展进入了一个新的阶段。到了1954年11月，在帕森斯专利的基础上，第一台工业用的数控机床由美国本迪克

4、斯公司（BendixCorporation）正式生产出来，数控机床进入实用化阶段，并批量投放市场。然而，由于当时的数控系统采用的是电子管，体积庞大，功耗高，因此仅局限在军事工业应用，数控机床对于加工复杂曲线、曲面零件发挥了很大作用，同时也推动了美国航空航天工业与军事工业的发展。图11-1第一台数控三坐标立式铣床1959年，随着晶体管元件的诞生和在数控系统中的应用，数控机床跨入第二代。其中，值得一提的是加工中心出现，这是一种具有自动换刀装置的数控机床，它能实现工件一次装卡而进行多工序的加工。这种产品最初是在1959年3月，由美国克耐·杜列克公司（Kean

5、ey&TreckerCorporation）开发出来的。它在刀库中装有丝锥、钻头、铰刀、铣刀等刀具，根据穿孔带的指令自动选择刀具，并通过机械手将刀具装在主轴上对工件进行加工，可缩短机床上零件的装卸时间和更换刀具的时间。加工中心现在已经成为数控机床中一种非常重要的品种，不仅有立式、卧式等用于箱体零件加工的镗铣类加工中心，还有用于回转整体零件加工的车削中心、磨削中心等。从1960年开始，德国、日本等工业国家都陆续开发、生产及使用了数控机床。1965年，出现了小规模集成电路，它的应用使数控系统的可靠性进一步提高，数控系统发展到第三代。以上三代数控系统都是采用

6、专用控制计算机的硬逻辑系统，装有这类系统的机床为普通数控机床，简称NC（NumericalControl）机床。1970年，在美国芝加哥国际机床展览会上，首次展出了利用小型计算机取代专用数控计算机、数控的许多功能由软件程序实现的计算机数控（ComputerNumericalControl，CNC）系统，称为第四代系统。1974年以后，随着微电子技术的迅速发展，微处理器直接用于数控机床，使数控的软件功能加强，进一步推动了数控机床的普及应用和大力发展。1967年，英国首先把几台数控机床连接成具有柔性的加工系统，这就是所谓的柔性制造系统（FlexibleMa

7、nufacturingSystem，FMS）。1975年，日本研制出实用化FMS。20世纪80年代初期，国际上出现了以加工中心为主体，再配上自动装载和监控检测装置的FMC（FlexibleManufacturingCell）、FMS（FlexibleManufacturingSystem）、FML（FlexibleManufacturingLine）。1982年美国芝加哥国际机床展览会和日本大坂11届国际机床展览会充分说明FMS已从实验阶段进入了实用阶段，而且已经开始了FMS的商业化进程。1974年，美国年轻学者哈灵顿博士首先提出了计算机集成制造系统（

8、ComputerIntegratedManufacturingSystem，CIMS）的概念。