機床發(fā)展史完整版本

機床發(fā)展與創(chuàng)新設計匯報人：學號：目錄CONTENTS古代機床1第一次工業(yè)革命2第二次工業(yè)革命3數(shù)控機床的誕生4數(shù)控機床的發(fā)展趨勢5古代機床01PARTONE操作的時候用腳踩住繩子下方套圈，利用樹枝的韌性把工件帶動旋轉(zhuǎn)，用石片或者貝殼等物作為刀具，將刀具沿著橫條對物品進行切割的操作。二千年前樹木車床主軸動力：將動力提前存儲在樹枝上，利用樹枝彈性提供動力進給方式：手進給動力：手控制方式：手精度：不提了刀具：石頭，貝殼性能古代機床01隨著社會的進步，機床從室外的樹上搬到了室內(nèi)，這時候就有用腳踏板旋轉(zhuǎn)曲軸并帶動飛輪，再傳動到主軸使其旋轉(zhuǎn)的“腳踏車床”，也稱之為彈性桿棒車床，不過除了刀具是真用金屬外，操作原理還是跟原先一模一樣的。13世紀腳踏車床主軸動力：彈性棒進給方式：手進給動力：手控制方式：手精度：不提了刀具：金屬性能古代機床01這本書里也記載了磨床的結(jié)構(gòu)，這里利用了類似歐洲中世紀腳踏機床的原理，用腳踏的方法使金屬盤旋轉(zhuǎn)，配合沙子和水來加工玉石。明代《天工開物》主軸動力：彈性棒進給方式：手進給動力：手控制方式：手精度：不提了刀具：磨石性能古代機床0116世紀中葉，法國有一個叫貝松的設計師設計了一種用螺絲杠使刀具滑動的車螺絲用的車床，可惜的是，這種車床并沒有推廣使用。16世紀螺桿車床主軸動力：腳踏進給方式：螺桿進給動力：手控制方式：手精度：刀具：金屬發(fā)明原理：合并性能古代機床0101040302出于人們對與工具的需求產(chǎn)生兩千年前改進到室內(nèi)，并且采用了金屬刀具13世紀螺桿出現(xiàn)首次出現(xiàn)在機床中，從此機床出現(xiàn)了精度的概念16世紀用于加工玉石首飾的磨床明代古代機床進化過程01第一次工業(yè)個革命02PARTTWO威爾金森于1774年發(fā)明的鏜床起了很大的作用。這種鏜床利用水輪使材料圓筒旋轉(zhuǎn)，并使其對準中心固定的刀具推進，由于刀具與材料之間有相對運動，材料就被鏜出精確度很高的圓柱形孔洞。當時、用鏜床做出直徑為72英寸的汽缸，誤差不超過六便士硬幣的厚度。用現(xiàn)代技術(shù)衡量，這是個很大的誤差，但在當時的條件下，能達到這個水平，已經(jīng)是很不簡單了。1774年炮筒鏜床主軸動力：水輪進給方式：螺桿進給動力：手控制方式：手精度：刀具：金屬性能第一次工業(yè)革命021775年，威爾金森用這臺炮筒鏜床鏜出的汽缸，重新制造了瓦特那漏洞百出的汽缸，滿足了瓦特蒸汽機的要求。當然作為商人的威爾金森也獲得了瓦特蒸汽機汽缸的獨家供應權(quán)。1775年瓦特與威爾金森主軸動力：蒸汽機進給方式：螺桿進給動力：手控制方式：手精度：不提了刀具：金屬性能第一次工業(yè)革命021797年機床工業(yè)之父制成了第一臺螺紋切削車床，它帶有絲桿和光桿，采用滑動刀架——莫氏刀架和導軌，可車削不同螺距的螺紋。1797年莫茲利車床主軸動力：手進給方式：絲桿與光桿進給動力：手控制方式：手刀具：金屬性能第一次工業(yè)革命02用堅實的鑄鐵床身代替了三角鐵棒機架，用惰輪配合交換齒輪對，代替了更換不同螺距的絲杠來車削不同螺距的螺紋。這是現(xiàn)代車床的原型，對英國工業(yè)革命具有重要意義。1800年莫茲利改進車床主軸動力：手進給方式：絲桿與光桿進給動力：手控制方式：手刀具：金屬發(fā)明原理：多用性性能第一次工業(yè)革命021783年，法國的勒內(nèi)首先制出銑刀。1792年，英國的莫厘子制出絲錐和板牙，有關麻花鉆的發(fā)明最早的文獻記載是在1822年，但是到1864年才作為商品生產(chǎn)1783年勒內(nèi)銑刀第一次工業(yè)革命02美國的惠特尼制造出了臥式銑床，這兩種機床刻意分別應用于不同行業(yè)的零件制造需求，隨著工業(yè)革命的發(fā)展機床也在不斷發(fā)展中。但是之后的銑床發(fā)展速度較慢，直到數(shù)控技術(shù)的出現(xiàn)以后銑床才得到了長足的發(fā)展1818年惠特尼臥式銑床主軸動力：進給方式：絲桿與光桿進給動力：手控制方式：手刀具：金屬性能第一次工業(yè)革命0201040302蒸汽機驅(qū)動的車床，主軸采用蒸汽機驅(qū)動1775年有了光桿與絲桿的概念，絲桿負責推進，光桿保證剛度與直線度1797年發(fā)明了第一臺銑床，但是沒有推廣1818年發(fā)明了銑刀1783年第一次工業(yè)革命機床進化過程02第二次工業(yè)個革命03PARTTWO1862年，他制成萬能銑床，代替手工銼制加工麻花鉆。這種銑床具有可垂直升降的工作臺和與進刀機構(gòu)相連接的螺旋頭，可以進行分度和銑削螺紋，還可銑出左螺旋和錐形螺旋槽，已具備現(xiàn)代銑床的基本特點，布朗并于1864年獲得加工齒輪用的一種成形銑刀的專利。（圖片是現(xiàn)代機床）1862年布朗，J.R.萬能銑床主軸動力：電動機進給方式：絲桿與光桿進給動力：手控制方式：手刀具：金屬發(fā)明原理：性能第二次工業(yè)革命031862年，他制成萬能銑床，代替手工銼制加工麻花鉆。這種銑床具有可垂直升降的工作臺和與進刀機構(gòu)相連接的螺旋頭，可以進行分度和銑削螺紋，還可銑出左螺旋和錐形螺旋槽，已具備現(xiàn)代銑床的基本特點，布朗并于1864年獲得加工齒輪用的一種成形銑刀的專利。（圖片是現(xiàn)代機床）1873年斯潘塞車床主軸動力：電動機進給方式：絲桿與光桿進給動力：手動+自動控制方式：手動刀具：金屬性能第二次工業(yè)革命031884年又出現(xiàn)了龍門銑床1884年龍門銑主軸動力：電動機進給方式：絲桿與光桿進給動力：手控制方式：手刀具：金屬發(fā)明原理：性能第二次工業(yè)革命03福特曾經(jīng)提出：汽車應該是“輕巧的、結(jié)實的、可靠的和便宜的”。為了實現(xiàn)這一目標，必須研制高效率的磨床，為此，美國人諾頓于1900年用金剛砂和剛玉石制成直徑大而寬的砂輪，以及剛度大而牢固的重型磨床。磨床的發(fā)展，使機械制造技術(shù)進入了精密化的新階段1900年諾頓磨床主軸動力：電動機進給方式：絲桿與光桿進給動力：手動+自動控制方式：手動刀具：精密砂輪性能第二次工業(yè)革命03二十世紀20年代出現(xiàn)了半自動銑床，工作臺利用擋塊可完成“進給-快速”或“快速-進給”的自動轉(zhuǎn)換，持續(xù)多年的二戰(zhàn)結(jié)束后，制造業(yè)還是維持了戰(zhàn)前的發(fā)展水平。操作人員通過手工操作電動機床，將加工零件按照設計圖紙的要求制作出來。這樣的生產(chǎn)方式雖然比起蒸汽時代效率高，但是人心永遠是滿足不了的。二戰(zhàn)時期車床主軸動力：電動機進給方式：絲桿與光桿進給動力：手控制方式：手刀具：金屬發(fā)明原理：性能第二次工業(yè)革命0301040302萬能銑床，銑床功能逐漸強大，主軸改為電機驅(qū)動1862年出現(xiàn)龍門銑床，可加工零件尺寸逐漸變大1884年出現(xiàn)半自動機床，手動機床已經(jīng)無法滿足高精度，大批量的生產(chǎn)。20世紀20年代發(fā)明重型磨床，從此零件加工的越來越精密1900年第二次工業(yè)革命機床進化過程03數(shù)控機床的誕生04PARTTWO美國的帕森斯在研制檢查飛機螺旋槳葉剖面輪廓的板葉加工機時向美國空軍提出的，在麻省理工學院的參加和協(xié)助下，終于在1949年取得了成功。1948年帕森斯提出插補概念主軸動力：進給方式：絲桿與光桿進給動力：手控制方式：手刀具：金屬發(fā)明原理：性能數(shù)控機床的誕生041951年，MIT正式制成了第一臺電子管數(shù)控機床樣機，成功地解決了多品種小批量的復雜零件加工的自動化問題。由于大量采用電子管元件，控制裝置比機床本體還要大。1951年第一臺數(shù)控機床主軸動力：進給方式：絲桿與光桿進給動力：手控制方式：手刀具：金屬發(fā)明原理：性能數(shù)控機床的誕生041958年。美國研制成能自動更換刀具，以進行多工序加工的加工中心。1958年加工中心主軸動力：電主軸進給方式：絲杠導軌進給動力：私服電機控制方式：數(shù)控系統(tǒng)刀具：可換刀具的刀庫性能數(shù)控機床的誕生04最早的CAM系統(tǒng)，由“CAD/CAM之父”PatrickJ.Hanratty于1957年在GE工作時開發(fā)，現(xiàn)今所有可用的3D機械CAD/CAM系統(tǒng)中有70％的歷史可以追溯到Hanratty的原始代碼。1957年PRONTO-APT語言CAM數(shù)控機床的誕生04CAD行業(yè)大多認為這是第一個用于工程設計和繪圖的交互式圖形系統(tǒng)1963年SketchpadCAD數(shù)控機床的誕生04成立于1969年，目前模具行業(yè)應用最多UG成立于1982年，PC端工業(yè)軟件開拓者AUTOCAD創(chuàng)立于1993年，致力于中端產(chǎn)品SOLIDWORKS創(chuàng)立于1987年，改變世界的實體建模軟件PRO/E數(shù)控機床的誕生04數(shù)控機床的發(fā)展趨勢05PARTTWO主軸：高速電主軸結(jié)構(gòu)：搖籃式全閉環(huán)五軸聯(lián)動數(shù)控系統(tǒng)：高速高精加工+在機測量驅(qū)動系統(tǒng)：直線電機進給精度：0.1μCAD/CAM:智能化視頻：精雕視頻.mp4現(xiàn)代數(shù)控機床介紹數(shù)控機床的發(fā)展趨勢05如圖所示，機床廠商在中國申請的專利數(shù)量最多，其次是美國與日本?？梢姍C床工業(yè)4.0相關專利案的布局主要還是集中在世界前三大經(jīng)濟體（分別為中國、美國、日本）。專利情況數(shù)控機床的發(fā)展趨勢05圖為機床工業(yè)4.0相關專利案有關申請年份的趨勢分析，自2012年開始全球每年機床工業(yè)4.0相關的專利申請案量穩(wěn)定增長，2015年時申請案已超過200筆，其中，中國專利申請案數(shù)量，從2015年開始超過全球申請案量的一半，可見我國政府在2015年3月提及的“中國制造2025”計劃，影響了各機床廠商在世界的專利布局；韓國、日本政府雖也有推出工業(yè)4.0相關政策，但相對2013年，2014～2015年申請數(shù)量反而逐年減少，可能與制造工廠外移、研發(fā)期程等因素有關，另2016年的專利申請案因有部分案件仍未早期公開，無法進行統(tǒng)計，但以目前所呈現(xiàn)的數(shù)據(jù)觀之，2016年的整體專利申請案量還是持續(xù)增長中，顯示機床相關技術(shù)仍然持續(xù)受到關注與重視。專利情況數(shù)控機床的發(fā)展趨勢05圖為G05B19/00之技術(shù)重點對各國專利申請數(shù)量的分析，由圖10所示，中國在各個技術(shù)重點都有申請專利，可見中國在G05B19/00的技術(shù)重點技術(shù)申請較為全面，且各專利申請人把中國當作世界工廠以及看好其市場前景，大量申請各式各樣的相關專利，如故障診斷（FaultDiagnosis）與機床數(shù)值控制狀態(tài)等。而日本、美國與德國在三個技術(shù)WorkPiece、NumericalControlDevices、RealTime申請的數(shù)量比較平均，皆為三國專利申請的重點，如果新進廠商現(xiàn)在想要切入此三個技術(shù)重點的市場，競爭性相對較高，將面臨相似產(chǎn)品品牌、價格與專利技術(shù)的挑戰(zhàn)。專利情況數(shù)控機床的發(fā)展趨勢05機床向高速化方向發(fā)展，可充分發(fā)揮現(xiàn)代刀具材料的性能，可大幅度提高加工效率、降低加工成本，提高零件的表面加工質(zhì)量和精度。

上世紀90年代以來，高速主軸單元（電主軸，轉(zhuǎn)速15000－100000r/min）、高速且高加/減速度的進給運動部件（快移速度60~120m/min，切削進給速度高達60m/min）、高性能伺服系統(tǒng)以及工具系統(tǒng)都出現(xiàn)了新的突破。高速高精度數(shù)控機床的發(fā)展趨勢051931年德國切削物理學家薩洛蒙(Salomon)提出高速切削理論。在常規(guī)的切削速度范圍內(nèi)，切削溫度隨著切削速度的增大而提高。對于每一種工件材料，存在一個速度范圍，在這個范圍內(nèi)，由于切削速度太高，任何刀具都無法承受，切削加工不可能進行。但是，當切削速度進一步提高，超過這個范圍后，切削溫度反而降低。同時切削力也會大幅度下降。通常把切削速度比常規(guī)切削速度高出5~10倍以上的切削叫做高速切削。車削:700~7000m/min;

銑削：300~6000m/min;與傳統(tǒng)切削加工相比，高速切削加工發(fā)生了本質(zhì)性的飛躍，其單位功率的金屬切除率提高了30%～40%，切削力降低了30%，刀具的切削壽命提高了70%，留于工件的切削熱大幅度降低，低階切削振動幾乎消失。高速高精度數(shù)控機床的發(fā)展趨勢05智能化適應控制技術(shù)（隨加工過程切削條件的變化，自動地調(diào)整切削用量，實現(xiàn)加工過程最佳化）智能加工數(shù)控機床的發(fā)展趨勢05自動故障診斷斷刀檢測主軸負載檢測非接觸對刀儀在機檢測智能加工數(shù)控機床的發(fā)展趨勢05編程自動化，大數(shù)據(jù)加工參數(shù)定制，編程人員參與的越來越少，以加工工藝參數(shù)數(shù)據(jù)庫為支撐，建立專家系統(tǒng)，通過它提供優(yōu)化的切削參數(shù)，使加工系統(tǒng)始終處于最優(yōu)和最經(jīng)濟的工作狀態(tài)，達到提高編程效率和加工工藝技術(shù)水平。智能制造技術(shù)包括專家系統(tǒng)