第一章数控机床概述
数控机床概述
控制装置
对于数控机床的控制是由数控（ NC ）和程控（ PC ） 两组装置有机结合来实现的。数控装置是以数值 信息对机床进行控制，即，进行数值信息的读入、 存储、运算处理，产生表示移动量和速度的脉冲， 去控制伺服电动机。而程控装置则是按所定的动 作顺序，按着输入输出的条件使各机构动作，即： 由程序中的辅助功能 M 、刀具功能 T 等来控制主轴 的正反转，切削液的开、停，刀具交换等动作。
（三）进给机构 现在的进给机构均已采用了精密的滚珠丝杠，使丝 杠的旋转运动变为床身的直线运动。导轨的滑动面 采用了具有低摩擦、较高振动衰减特性的氟化物树 脂材料。为了保持机床精度，对机床的进给轴、滚 珠丝杠、滑动面及平衡链条等还必须进行润滑，现 在机床上广泛使用自动给油装置，对各部分进行定 时、定量的润滑。
由于它将钻、铣等多种机床的功能集一身，不但省 却了工件的反复搬动、安装、换刀等手续而且使加 工精度大为提高。从此，数控机床的一个新的种 类——加工中心（machining center）诞生了，并逐 步成了数控机床中的主力。 现在，数控技术已经应用在各种加工机床上，例如 数控车床、数控铣床、数控齿轮加工机床、数控电 火花、线切割、激光加工机床等等 数控机床已发展到不但具有刀具自动交换装置，而 且具有工件自动供给、装卸、刀具寿命检测、排屑 等各种附加装置，可以进行长时间的无人运转加工。 当今的数控机床已经在机械加工部门占有非常重 要的地位，是FMS( Flexible Manufacturing System )、 CIMS(ComputerIntegrated Manufacturing System )、 FA ( Factory Automation )的基本构成单位。
数控机床编程与操作教材
数控机床编程与操作教材
第一章：数控机床概述
数控机床是一种通过预设的程序来控制工具或工件相对运动的自动化机床。
与
传统的手工操作相比，数控机床具有精度高、效率高、重复性好等优点，在现代制造业中得到广泛应用。
第二章：数控编程基础
2.1 数控编程概述
数控编程是指将人们的加工意图转化为数控机床能够理解和执行的指令序列的
过程。
了解数控编程的基础知识是掌握数控机床操作的关键。
2.2 坐标系和刀具半径补偿
在数控编程中，我们需要了解机床的坐标系设置以及刀具的半径对加工路径的
影响。
合理设置坐标系和刀具补偿可以保证加工精度和效率。
第三章：数控机床操作实践
3.1 数控机床操作流程
数控机床的操作流程包括机床开机、程序加载、坐标设定、加工参数设置、加
工调试等多个环节，熟练掌握操作流程可以提高操作效率。
3.2 加工工艺与质量控制
在数控加工过程中，不仅要注重加工工艺的选择与优化，还需要进行质量控制，确保加工零件的精度和质量符合要求。
结语
通过本教材的学习与实践，读者将掌握数控机床编程与操作的基础知识，能够
独立完成简单加工任务，并为进一步深入学习与实践打下坚实基础。
愿本教材能够成为您学习的指南，帮助您在数控机床领域取得更多的进步与成就。
第一章 数控机床概论
第一章 概论
1
（2）模块化、专门化与个性化；智能化；柔性化和集成化 模块化、专门化与个性化：机床结构模块化，数控功能专门 化，机床性能价格比显著提高并加快优化。个性化是近几年 来特别明显的发展趋势。 智能化：智能化的内容包括在数控系统中的各个方面：为追 求加工效率和加工质量方面的智能化，如自适应控制，工艺 参数自动生成；为提高驱动性能及使用连接方便方面的智能 化，如前馈控制、电机参数的自适应运算、自动识别负载自 动选定模型、自整定等；简化编程、简化操作方面的智能化， 如智能化的自动编程，智能化的人机界面等； 柔性化和集成化：柔性自动化技术是制造业适应动态市场需 求及产品迅速更新的主要手段，是各国制造业发展的主流趋 势，是先进制造领域的基础技术。
第一章 概论
1
3.
按伺服控制方式分类
1. 开环控制数控机床 开环控制系统的特点是不带反馈检测装置。这种数控机床主 要使用步进电机。数控装置经过控制运算发出脉冲信号，每 一脉冲信号使步进电机转动一定的角度，通过滚珠丝杠推动 工作台移动一定的距离。
开环控制系统图
第一章 概论
1
2. 闭环控制系统 闭环控制系统是指在机床的运动部件上安装位置测量装置。 是在机床移动部件位置上直接装有直线位置检测装置，将检 测到的实际位移反馈到数控装置的比较器中，与输入的原指 令位移值进行比较，用比较后的差值控制移动部件作补充位 移，直到差值消除时才停止移动，达到精确定
第一章 概论
1
1.4.2 数控机床的使用特点
1. 对操作维修人员的技术水平要求较高 2. 对夹具和刀具的要求较高 单件生成时，一般采用通用夹具，成批量生成时，为节省加 工时间，应采用专用夹具，而且夹具应该定位可靠，能自动 夹紧或松开工件，具有良好的排屑、冷却结构。
第一章 数控机床概述
第一节 数控机床的加工特点及其应用
6)数控机床加工的自动化程度很高，除刀具的进给运动外， 对零件的装夹、刀具的更换、切屑的排除等工作均能自动 完成。 7)采用数控机床加工，能通过选用最佳工艺路线和切削用 量，有效地减少加工中的辅助时间，较大地提高生产效率。 8)在数控机床上加工零件，一般可省去前期划线、中间检 验等工作，通常还可省去复杂的工装，减少对零件的安装、 调整等工作，故能明显缩短加工的准备时间，降低生产费 用。
新型数控车床的空转动时间大为缩短。
第三节 数控车床概述
(3)高柔性 数控车床具有高柔性，适应70%以上的多品 种、小批量零件的自动加工。 (4)高可靠性 随着数控系统的性能提高，数控机床的无故 障时间迅速提高。 (5)工艺能力强 数控车床既能用于粗加工又能用于精加工， 可以在一次装夹中完成其全部或大部分工序。 (6)模块化设计 数控车床的制造采用模块化原则设计。 三、数控车床的组成及布局
第一章
第一节 数控机床的加工特点及其应用
一、数控机床的加工特点 1)能加工超精零件。 2)能加工轮廓形状特别复杂或难以控制尺寸的零件。 3)能加工普通机床不能(或不便)加工的多种零件。 4)能加工经一次装夹定位后，需进行多道工序加工的零件。 5)一台数控机床可同时加工两个或多个相同的零件，也可 同时加工多工序的不同零件。
一、数控机床的组成
图1-16 数控机床的组成
第二节 数控机床的组成及工作原理
1.输入装臵 (1)控制介质输入 所谓控制介质就是数控信息的物质载体， 通常有穿孔纸带、磁带、磁盘等；相应的输入装臵是光电 纸带阅读机、录音机、磁盘驱动器等。 (2)手工输入 利用键盘和显示屏，输入控制机床运动和刀 具运动的指令。 (3)直接输入存储器 从自动编程机上、其他计算机上或网 络上，将编制好的加工程序通过通信接口直接输入数控装 臵的存储器，这是现代数控机床的发展趋势。
第一章数控机床概论
第一章数控机床概论第一章数控机床概论1．简述数控机床、数控技巧的全然概念2．简述数控机床的产生过程以及数控技巧的成长趋势3．与传统机床比拟,数控机床有何特点？4．数控机床有哪几部分构成?各部分的感化是什么？5．简述数控机床的加工道理、应用范畴6．按操纵体系的特点数控机床分哪几类？7．按伺服体系的操纵道理数控机床分哪几类？8．什么是点位操纵、直线操纵、轮廓操纵数控机床？第二章运算机数控体系1．CNC体系重要由哪几部分构成？CNC装配重要由哪几部分构成？2．试述CNC装配的工作过程。
3．单微处理器构造的CNC装配与多微处理器构造的CNC装配有何差别？多微处理器构造的CNC装配有哪些全然功能模块？4．共享总线构造的CNC装配与共享储备器构造的CNC装配各有何特点？5．试分析现代CNC装配的硬件构造的特点？6．CNC装配中常用的CPU有哪几类？其特点若何？7．CNC装配中常用的储备器有哪几类？其特点若何？8．CNC装配与机床电气设备之间的接口按功能分为哪几类？各传送什么信息？9．CNC装配的I/O接口电路中常用哪些抗干扰技巧？10．CNC装配的软件构造可分为哪两类？各有何特点？11．中断型构造的软件中，各中断办事法度榜样的优先级是若何安排的？12．CNC装配常用的输入输出设备有哪些？13．CNC装配常用的通信接口有哪些？各有什么特点？14．现代CNC装配的诊断技巧有哪些成长偏向?15．CNC装配的重要技巧指标有哪些？16．简述我国应用较多的几种典范CNC装配的功能和特点？17．何谓刀具长度补偿、刀具半径补偿？其履行过程若何？18．B功能刀具半径补偿与C功能刀具半径补偿的差别在何处？19．什么叫插补？今朝应用较多的插补算法有哪些？20．试述逐点比较法插补的四个节拍，并推导第Ⅱ象限直线插补公式。
21．设欲加工第一象限直线OE、起点坐标为O（0，0），终点坐标为E（11，8），脉冲当量δ＝1，试用逐点比较法插补之并画出插补轨迹。
数控机床基础知识
重型机械以及国防工业中使用的零件，精度要
求高、形状复杂、加工批量小，用普通机床加
工这些零件效率低、劳动强度大，有时甚至不
能加工。为了解决这些问题，一种具有高精度、
高效率、灵活、通用性强的自动化加工设备—
—数控机床应运而生，它为多品种、小批量，
特别是结构复杂、精度要求高的零件提供了自
动化加工手段。
3/20/202 0
计算机数控（Computer Numerical Control）系统是 采用计算机控制加工功能，实现数字控制，并通 过接口与外围设备连接。简称3/20/C2020NC系统4 。
1.2 数控机床的组成
数控机床主要由控制介质、
数控装置、伺服装置、辅
助控制装置、检测装置和
电气柜
机床本体组成。如图1—1
数控加工基础
工程实训中心
1
第一章 数控机床基础知识
§1—1 数控与数§1—3 数控机床的加工特点
3/20/202 0
2
引入
在机械制造工业中，单件与小批量生产的零
件（批量在10～100件）约占机械加工总量的
75%～80%。尤其是航空航天、造船、机床、
3
§1—1 数控与数控机床
1.1 数控与数控机床的概念
数控即数字控制（Numerical Control，简称NC）， 是20世纪中期发展起来的一种自动控制技术，是用 数字化信号进行控制的一种方法。
数控机床（Numerical Control Tool）是用数字化信 号对机床的运动及其加工过程进行控制的机床， 或者说是装备了数控系统的机床。
3）围绕X、Y、Z坐标旋转的旋转坐标分别用A、B、C表示，根 据右手螺旋定则，大拇指的指向为Z、Y、Z坐标中任意轴的正向， 则其余四指的旋转方向即为旋转坐标A、B、C的正向，如图1— 10b所示。
数控机床概述
3）数控激光加工机床（NC Laser Beam Machine）。
4、其它类型数控机床
六、按功能方式分类
高、中、低档三类
经济型数控：在我国指由单板机、单片机和步进电动机 组成数控系统和其它功能简单、价格低的 数控系统
数控剪板机
数控折弯机
录像
数控电火花线切割机
三 坐 标 测 量 机
§1-4 数控机床的特点及适用范围
采用高分辨率，高响应性的绝对位置传感技术 提高数控机床机械本体中基础大件的结构刚性和
热稳定性
4、高速度化 机械方面：提高切削速度和减少辅助时间 数控系统：CPU
录像
5、复合化
工序复合化 功能复合化 6、制造系统自动化 FMC：柔性制造单元 FMS：柔性制造系统
录像
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虚拟轴机床 1—工作台 2—工件 3—刀具 4—主轴箱 5—导杆 6—立柱
一、按加工工艺方法分类
1、普通数控机床
与普通机床的区别：加工复杂形状的零件
2、数控加工中心 数控加工中心：带有刀库和自动换刀装置的数控机床。 与一般数控机床的区别： 减少机床台数，便于管理。
减少定位误差
工序集中，减少辅助时间，提高生产率 减少专用工夹具数量
3、多坐标数控机床
特点：数控装置控制的轴数较多，机床结构也比
二、数控机床的产生和发展
1、产生 机械产品的自身要求 单件、多品种小批量零件约占80%以上
2、发展
1952年 美国Parsons公司和MIT
三坐标数控立铣床
1955年 数控机床进入实用化阶段-复杂曲面加工
数控系统采用电子管元件-电子管时代
1959年 采用晶体管和印制板电路-第二代数控系统
1965年 出现小规模集成电路-第三代数控系统
第一章 数控机床的基本知识
驱动系统
南通航院
其作用是把来自数控装置的脉冲信号转换成机床移 动部件的运动，包括信号放大和驱动元件。其性能好坏 动部件的运动，包括信号放大和驱动元件。 直接决定加工精度、表面质量和生产率。 直接决定加工精度、表面质量和生产率。 脉冲当量δ 相对于每个脉冲信号， 脉冲当量δ ——相对于每个脉冲信号，机床移动部 相对于每个脉冲信号 件的位移，常见的有：0.01mm、0.005mm、 件的位移，常见的有：0.01mm、0.005mm、 0.001mm
第一章、 第一章、数控机床概述
三、数控机床的基本概念
南通航院
数控机床是由普通机床发展而来的， 数控机床是由普通机床发展而来的，它们之间最主 是由普通机床发展而来的 要的区别是： 要的区别是： 前者可以按事先编制好的加工程序自动地对工件进 行加工； 行加工；而后者的整个加工过程必须通过技术工人的手 工操作来完成。 工操作来完成。 示例：
第一章 数控机床概述
步进电机 常用的伺服元件 直流伺服电机 交流伺服电机
南通航院
编码盘 常用的检测元件 光栅 磁珊
（2）主轴驱动系统
第一章 数控机床概述
4、机床
南通航院
早期采用通用机床，现在采用了新的加强刚性、 早期采用通用机床，现在采用了新的加强刚性、减 小热变形、提高精度等方面的设计措施， 小热变形、提高精度等方面的设计措施，使其发生了很 大的变化。 大的变化。 目前已模块化生产， 目前已模块化生产，分为六大块
第一章
数控机床概述
南通航院
二、自动化加工与数控机床 机床数控技术是以数字化的信息处理实现机床自 动控制的一门技术。 动控制的一门技术。 数控机床把刀具和工件之间的相对位置，机床电 数控机床把刀具和工件之间的相对位置， 动机的启动和停止，主轴变速，工件松开夹紧， 动机的启动和停止，主轴变速，工件松开夹紧，刀具 的选择，冷却泵的启动、 的选择，冷却泵的启动、停止等各种操作和顺序动作 等信息用数码化的数据送入数控装置或计算机， 等信息用数码化的数据送入数控装置或计算机，经过 译码、运算， 译码、运算，发出各种指令控制机床伺服系统或其他 执行元件，使机床自动加工出所需工件。 执行元件，使机床自动加工出所需工件。
数控复习资料
数控复习资料第一章数控机床概述一、名词解释：1、NC：数字控制简称数控，在机床领域指用数字化信号对机床运动及其加工过程进行控制的一种自动化技术。
2、CNC：计算机数控，使用专用计算机通过控制程序来实现部分或全部基本控制功能，并能通过接口与各种输入/输出设备建立联系的一种自动化技术。
3、可编程控制器（PLC）：是一种专为在工业环境下应用而设计的数字运算操作电子系统。
4、CAD：计算机辅助设计5、CAE：计算机辅助工程6、FMS：柔性制造系统7、FMC：柔性制造单元8、插补：指数据密化的过程，对输入数控系统的有限坐标点（例如起点、终点），计算机根据曲线的特征，运用一定的计算方法，自动地在有限坐标点之间生成一系列的坐标数据，以满足加工精度的要求。
9、基准脉冲插补：又称脉冲增量插补或行程标量插补，适用于以步进电动机为驱动装置的开环数控系统。
其特点是每次插补结束后产生一个行程增量，以脉冲的方式输出到步进电动机，驱动坐标轴运动。
10、数据采样插补：又称数字增量插补或时间标量插补，适用于交、直流伺服电动机驱动的闭环（或半闭环）控制系统。
这类插补算法的特点是插补运算分两步进行。
首先为粗插补，第二步为精插补，即在粗插补的基础上再做数据点的密化。
11、逐点比较插补法：又称代数运算法、醉步法，它是一种最早的插补算法，其原理是：CNC系统在控制加工过程中，能逐点计算和判别刀具的运动轨迹与给定轨迹的偏差，并根据偏差控制进给轴向给定轮廓方向靠近，使加工轮廓逼近给定轮廓曲线。
二、选择填空1、数控机床主要由机床本体、数控系统、驱动装置、辅助装置等几个部分组成。
2、数控系统是数控机床的控制核心。
3、机床数控系统是由加工指令程序、计算机控制装置、可编程逻辑控制器、主轴进给驱动装置、速度控制单元及位置检测装置等组成，其核心部分是计算机控制装置。
4、计算机控制装置由硬件和软件两部分组成。
硬件的主体是计算机，包括中央处理器、输入/输出部分和位置控制部分。
1-2数控机床的工作原理及组成
数控机床的工作原理及组成
1.2.1 数控机床的工作原理 1.2.2 数控机床的组成 小结
作业题
《数控机床及其使用和维修》 主编 郑晓峰 陈少艾 第一章 数控机床概述
1.2
数控机床的工作原理及组成
1.2.1
数控机床的工作原理
1.数控机床的加工 数控系统按照零件程序的要求，使刀具按最小位移量移 动，形成刀具运动轨迹，从而实现刀具与工件的相对运 动，完成对零件加工。
《数控机床及其使用和维修》 主编 郑晓峰 陈少艾 第一章 数控机床概述
1.2
数控机床的工作原理及组成
小结： 1.数控机床的工作原理 2.数控机床的组成
由控制介质、数控装置、伺服系统、检测及反馈系 统、机床主机及辅助系统组成。
《数控机床及其使用和维修》 主编 郑晓峰 陈少艾 第一章 数控机床概述
《数控机床及其使用和维修》 主编 郑晓峰 陈少艾 第一章 数控机床概述
作用 保证灵敏、准确地跟踪CNC装置指令：
1.2
数控机床的工作原理及组成
4、检测及反馈装置 由由检测元件和相应的电路组 成，其作用主要是检测速度和位移，并将信息反馈 到控制系统，构成闭环控制 5．机床主机 主机是数控机床的主体，包括床身、 箱体、导轨、主轴、进给机构等机械部件。 6．辅助装置 辅助装置主要包括：工件自动交换机 构（APC）、刀具自动交换机构（ATC）、工件夹 紧与松开机构、回转工作台、液压控制系统、润滑 冷却装置、排屑照明装置、过载与限位保护功能以 及对刀仪等部分。
作业题： 数控机床由哪几部分组成？ 各部分的作用是什么？
《数控机床及其使用和维修》 主编 郑晓峰 陈少艾 第一章 数控机床概述
第一章 数控机床概述
*第四节 数控系统的插补原理
一、对插补计算的要求
（1）对插补所需要的数据最少。 （2）插补理论误差要满足精度要求。 （3）沿插补路线或称插补矢量的合成进给速度要满足轮 廓表面粗糙度一致性的工艺要求，即进给速度变化要在许可范 围内。 （4）控制联动坐标轴数的能力强，即易实现多坐标轴的 联动控制。 （5）插补算法简单可靠。
精品文档
第三节 数控机床的分类及应用
3）整体叶轮类零件
精品文档
第三节 数控机床的分类及应用
4）模具类零件
精品文档
第三节 数控机床的分类及应用
5）异形零件 拨叉
精品文档
第三节 数控机床的分类及应用
一、按工艺用途分类 一般数控机床和数控加工中心。
二、按加工路线分类 点位控制、直线控制和轮廓控制。
精品文档
第二节 数控机床的组成与工作原理
常用控制介质及输入输出装置
Байду номын сангаасCF卡
精品文档
第二节 数控机床的组成与工作原理
2．操作装置
（1）显示装置 （2）NC键盘 （3）机床控制面板MCP （4）手持单元
MPG手持单元结构
精品文档
第二节
功 能 软 键
数控机床的组成与工作原理
FANUC系统操作装置
N C 键 盘
精品文档
*第四节 数控系统的插补原理
二、插补算法的种类
1．硬件插补
由专门的硬件接成的数字电路装置 。
2．软件插补
软件插补法可分成基准脉冲插补法和数据采样插补法 (Sampled-data)(也称数字增量插补法)两类。
3．软硬件插补
数控系统将软件插补法与硬件插补法结合起来，软件插补完 成粗插补，硬件完成精插补。
第一章 数控机床概述
第一章数控机床概述第一节数控机床简介一、数控机床的产生1、产生的原因a、机床向自动化、专门化的方向发展，但是生产品种有限、样机的生产仍在用手工或普通机床上制造、特别是一些由曲线、曲面组成的复杂零件，仍只能借助划线和样板用手工方法来加工。
b、航空、航天技术发展、精度要求高，难加工材料（如合金），形状复杂。
2、数控机床的出现：从1949年开始研究，到1952年开发的数控铣床（MIT直线插补）。
3、结论、数控的出现：主要是为了解决那些批量不大，精度要求高，形状复杂的零件自动化生产而产生的。
二、数控机床的特点1、特点：适应性强、加工精度高、加工生产率高、良好的经济效益。
2、适用范围a、用通用机床加工时，要求设计制造复杂的专用夹具或需很长调整时间的零件。
b、小批量生产（100件以下）的零件。
c、轮廓形状复杂，加工精度要求高或必须用数字方法决定的复杂曲线、曲面零件。
d、要求精密复制的零件。
e、预备多次改型设计的零件。
f、铝、镗、铰、锟、攻丝及铣削工序联合进行的零件，如箱体零件。
g、价值高的零件，如飞机大梁等零件。
第二节数控机床的控制原理和组成一、数控机床的控制原理1、数控：它是一种系统，它能译解一套以某种符号形式预先记录的指令，使所控制的机床执行这些指令，然后监控执行的结果，以保持要求的精度和功能。
2、数控机床：（把机床的各种操作，操作要求和控制的尺寸都用数字的形式表示出来，把这些数字通过信息载体，通过计算机的运算，发出各种指令）用数字信息进行控制的机床。
二、数控机床的组成1、输入：数控程序是数控机床自动加工零件的工作指令。
2、数控装置：硬件：数控装置软件：数控装置系统软件：包括管理软件和控制软件所组成，管理软件系指零件加工程序的输入、输出、系统的显示功能和诊断，控制软件则包括译码处理、刀具补偿、插补运算、位置控制和速度控制。
3、伺服驱动系统：包括伺服控制线路、功率放大线路和伺服电机等执行装置，它接收计算机数控装置发来的各种动作命令，驱动受控设备运动。
机床数控技术 第4版 第1章 概述
第一章 数控机床概述
辅助控制机构 进给传动机构 主运动机构
计算机数控系统
操作面板
PLC
机床 I/O 电路和装置 主轴伺服单元 主轴驱动装置
键盘
输入输出 设备
计算机 数控 装置
进给伺服单元 测量装置
进给驱动装置
机床
第一章 数控机床概述
CNC装置(CNC单元)
➢组成：计算机系统、位置控制板、PLC接口板，通讯接口 板、特殊功能模块以及相应的控制软件。
辅助控制机构 进给传动机构 主运动机构
计算机数控系统
机床 I/O 电路和装置
操作面板
PLC 主轴伺服单元 主轴驱动装置
键盘
输入输出 设备
计算机 数控 装置
进给伺服单元 测量装置
进给驱动装置
机床
第一章 数控机床概述
伺服单元、驱动装置和测量装置
伺服单元和驱动装置 ➢主轴伺服驱动装置和主轴电机 ➢进给伺服驱动装置和进给电机
➢ 数控技术（Numerical Control Technology）采用数字控 制的方法对某一工作过程实现自动控制的技术。
➢ 数控机床（Numerical Control Machine Tools）是采用数 字控制技术对机床加工过程进行自动控制的一类机床。是 数控技术典型应用的例子。
➢ 数控系统（Numerical Control System）实现数字控制的 装置。
机床数控技术
2024年5月
第一章 数控机床概述
内容提要 本章主要介绍数控技术、数控机床的基本 概念、体系结构、工作原理及分类；数控机床 的应用范围及发展动向。
2
第一章 数控机床概述
第一节 数控技术与数控机床
数控机床的特点及主要技术指标
数控机床的特点
（9）价格贵，调试维修复杂，需要专门的技术人员
数控机床是以数控装臵为代表的新技术对传统机械制 造产业渗透形成的机电一体化产品，它涉及了机械、信息 处理、自动控制、伺服驱动、自动检测、软件技术等许多 领域，尤其是采用了许多高、新、尖的先进技术，使得数 控机床的整体价格较高。 由于其结构复杂，所以要求调试和维修人员需经过专 门的技术培训。
第一章 数控机床概述 §1-1数控机床的特点及主要技术指标
第一章
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返 回
结 束
章目录
§1-1数控机床的特点及主要技术指标
一数控机床的特点 二数控机床的主要技术指标
第一章数控机床概述
第一章数控机床概述数控技术是综合应用计算机、自动控制、自动检测及精密机械等高新技术的产物，它已开始在各个领域普及，并且它所带来的巨大效益已引起了世界各国科技与工业届的普遍重视。
20世纪40年代以来，汽车、飞机和导弹制造工业发展迅速，原来的加工设备已无法承担加工航空工业需要的复杂型面零件。
数控技术是为了解决复杂型面零件加工的自动化而产生的。
1948年，美国帕森斯(Parsons)公司在研制加工直升机叶片轮廓检验用样板的机床时，首先提岀了应用电子计算机控制机床加工样板曲线的设想。
后来与美国空军签订合同，帕森斯(Parsons)公司与麻省理工学院(MIT)伺服机构研究所合作进行研制成功。
1952年试制成功第一台三坐标立式数控铳床。
后来，乂经过改进并开展自动编程技术的研究，于1955年进入实验阶段，这对加工复杂曲面和促进美国飞机制造业的发展起了重要作用。
1938年我国开始硏制数控机床,1975年研制岀笫一台加工中心。
目前，在数控技术领域，我国同先进国家之间还存在不小的差距，但这种差距正在缩小。
数控技术的应用也从机床控制拓展到其他控制设备，如数控电火花线切割机床、数控测量机和工业机器人等。
数控机床的产生与发展科学技术和社会生产的不断发展，对机械产品的性能、质量、生产率和成本提岀了越来越高的要求。
机械加工丄艺过程自动化是实现上述要求的重要技术措施之一。
单件、小批生产占机械加工的80%左右，一种适合于产品更新换代快、品种多、质量和生产率高、成本低的自动化生产设备的应用已迫在眉睫。
而数控机床则能适应这种要求，满足目前生产需求。
1.1.1数控机床的产生与发展过程1946年诞生了世界上第一台电子计算机，它为人类进入信息社会奠定了基础。
1952年，计算机技术应用到机床上，在美国诞生了第一台数控机床。
从此, 传统机床产生了质的变化。
近半个世纪以来，数控机床经历了两大阶段和六代的发展。
1•数控(NC)阶段(1952年-1970年)早期计算机的运算速度底，这对当时的科学计算和数据处理影响还不尢但不能适应机床的实施控制要求•人们不得不采用数字逻辑电路制成一台机床专用计算机作为数控系统，这被称为硕件连接数控(HARD-WIRED NC),简称为数控(NC)o随着元器件的发展,这个阶段经历了三代，即1952年的第一代一一电子管数控机床；1939年的第二代——晶体管数控机床；1965年的第三代——集成电路数控机床。
第一章 、概述第一节、数控机床的基本概念
第一章、概述第一节、数控机床的基本概念1.1、数控机床分类数控机床的种类、型号繁多，按机床的运动方式进行分类，现代数控机床可分为点位控制（Position Control）、二维轮廓控制（2D Contour Control）和三维轮廓控制（3D Contour Control）数控机床三大类。
点位控制数控机床的数控装置只能控制刀具从一个位置精确地移动到另一个位置，在移动过程中不作任何加工。
这类机床有数控钻床、数控镗床、数控冲孔机床等。
二维轮廓控制数控机床的数控系统能同时对两个坐标轴进行连续轨迹控制，加工时不仅要控制刀具运动的起点和终点，而且要控制整个加工过程中的走刀路线和速度。
二维轮廓控制数控机床也称为两坐标联动数控机床。
三维轮廓控制数控机床的数控系统能同时对三个或三个以上的坐标轴进行连续轨迹控制。
三维轮廓控制数控机床又可进一步分为三坐标联动、四坐标联动和五坐标联动数控机床。
1.2、数控加工及数控编程数控加工（NC Machining）——根据零件图样及工艺要求等原始条件编制零件数控加工程序（简称为数控程序），输入数控系统，控制数控机床中刀具与工件的相对运动，从而完成零件的加工。
数控程序（NC Program）——输入NC或CNC机床，执行一个确定的加工任务的一系列指令，称为数控程序或零件程序。
数控编程（NC Programming）——生成用数控机床进行零件加工的数控程序的过程，称为数控编程。
第二节、数控机床的坐标系统数控机床的坐标系统，包括坐标系、坐标原点和运动方向，对于数控加工及编程，是一个十分重要的概念。
每一个数控编程员和数控机床的操作者，都必须对数控机床的坐标系统有一个完整且正确的理解，否则，程序编制将发生混乱，操作时更会发生事故。
2.1、坐标系数控机床的坐标系采用右手直角坐标系，其基本坐标轴为X、Y、Z直角坐标，相对于每个坐标轴的旋转运动坐标为A、B、C。
2.2、坐标轴及其运动方向不论机床的具体结构是工件静止、刀具运动，还是工件运动、刀具静止，数控机床的坐标运动指的是刀具相对静止的工件坐标系的运动。
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控制的一类机床。它是数控技术典型应用的例子。 第 一 章 数控系统（Numerical Control System）实现 数字控制的装置。 数 控 机 计算机数控系统（Computer Numerical Control CNC ）以计算机为核心的数控系统。 床 概 述
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现 代 数 控 技 术
第 一 章 数 控 机 床 概 述
仅能实现刀具相对于工件从一
点到另一点的精确定位运动；
对轨迹不作控制要求； 运动过程中不进行任何加工。 适用范围：数控钻床、数控镗
床、数控冲床和数控测量机。
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现 代 第二节 数控机床的分类 数 控 技 按控制功能分类 术 直线控制数控系统
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第 一 章 数 控 机 床 概 述
不仅要求具有准确的定位功能，
而且还要控制位移速度；运动 过程中进行切削加工。
适用范围：现代组合机床，多
采用各种动力头、多轴箱进行 钻、镗、铣等加工。
19
现 代 第二节 数控机床的分类 数 控 技 轮廓控制数控系统 术
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轮廓控制(连续控制)系统：具有控制几个进给轴同
开环数控系统
没有位置测量装置，信号流是单向的（数控装置→进
给系统），故系统稳定性好。
脉冲频率f f、n 脉冲环 形分配 脉冲个数n 变换 换算
第 一 章 数 控 机 床 概 述
CNC 插补指令
A相、B 相 功率 放大 C相、…
机械执行部件
电机
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现 代 数 控 技 术
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第二节 数控机床的分类
进行信息交流的工具。
14'' PgU p PgD n HO 显 示 器 ME END
F K P
G L Q
H M R U
I N S V
J O T W
彩 色
组成：按钮、旋钮、状态
灯、按键阵列（功能与计 算机键盘一样）和显示 器；。
关 电 源
[ < : “
？
] >
7 4 1
X 8 5 2
Y 9 6 3
第二节 数控机床的分类 按进给伺服系统的类型分类
按数控系统的进给伺服子系统有无位置
第 一 章 数 控 机 床 概 述
测量装置可分为开环数控系统和闭环数 控系统，在闭环数控系统中根据位置测 量装置安装的位置又可分为全闭环和半
闭环两种。
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现 代 数 控 技 术
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第二节 数控机床的分类
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现 代 数 控 技 术
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第二节
数控机床的应用范围
数控机床的确具有普通机床所不具备的许多优
第 一 章 数 控 机 床 概 述
点，而且它的应用范围还在不断扩大，但是在目前
还不能完全取代普通机床，也就是说，它不能以最
经济的方式来解决加工制造中所有问题。为了更好
地说明这个问题，有必要先初步了解一下采用数控
Z 0
ALT
SHI FT CR TAB
BACK SPACE INS CTR L
步进 点动 单段 开 1 自动 手摇 回零 20 10 0
30 40 50 10 160 160 X
驱 动 器 Y Z A
报警 超程 主轴
电源 机床 NC
方式选择 超程解除
进给修调 Y 冷却液开关 刀松/刀紧
主轴修调 10 Z 1
16
现 代 数 控 技 术
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第二节 数控机床的分类
数控机床的种类很多，从不同 角度对其进行考查，就有不同的 分类方法，通常有以下几种不同
第 一 章 数 控 机 床 概 述
的分类方法：
17
现 代 第二节 数控机床的分类 数 控 技 按控制功能分类 术 点位控制数控系统
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它是数控机床特有部件。
急停
100 1000
循环驱动
进给保持
X
空运行
机床锁定
Z 轴锁定
MST 锁定
坐标轴选择
增量倍率
任选程序段
+JOG
快进
-JOG
主轴正转 主轴停 主轴反转
10 20
0
90
手摇脉冲发生器
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现 代 数 控 技 术
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第一节 数控技术与数控机床
控制介质与输入输出设备
机床加工的优缺点。
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现 代 数 控 技 术
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第二节
数控机床的应用范围
数控加工的优点
自动化程度高，可以减轻工人的体力劳动强度
第 一 章 数 控 机 床 概 述
加工的零件一致性好，质量稳定 生产效率较高 便于产品研制 便于实现计算机辅助制造 。15现 代 数 控 技 术
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第一节 数控技术与数控机床 机床
机床：数控机床的主体，是实现制造加工的
第 一 章 数 控 机 床 概 述
执行部件。
组成：由主运动部件、进给运动部件（工作
台、拖板以及相应的传动机构）、支承件 （立柱、床身等）以及特殊装置（刀具自动 交换系统 工件自动交换系统）和辅助装置 （如排屑装置等）。
第 一 章 数 控 机 床 概 述
由于位置环内的许多机械传动环节的摩擦特性、
刚性和间隙都是非线性的，故很容易造成系统 的不稳定，使闭环系统的设计、安装和调试都 相当困难。
该系统主要用于精度要求很高的镗铣床、超精
车床、超精磨床以及较大型的数控机床等。
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现 代 数 控 技 术
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第二节 数控机床的分类 按工艺用途分类
类误差进行补偿，因而仍可获得满意的精度。
数 半闭环数控系统结构简单、调试方便、精度也较高， 控 机 因而在现代CNC机床中得到了广泛应用。 床 概 述
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现 代 数 控 技 术
第二节 数控机床的分类
全闭环数控系统
全闭环数控系统的位置采样点如图的虚线所示，
第 一 章 数 控 机 床 概 述
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现 代 第一节 数控技术与数控机床 数 控 技 PLC、机床I/O电路和装置 术 PLC (Programmable Logic Controller)：用于完成
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第 一 章 数 控 机 床 概 述
与逻辑运算有关顺序动作的I/O控制，它由硬件和软 件组成；
机床I/O电路和装置：实现I/O控制的执行部件(由继
下午3时50分
第一节 数控技术与数控机床
CNC装置(CNC单元)
组成：计算机系统、操作面板、PLC接口板，通讯
接口板、特殊功能模块以及相应的控制软件。
第 一 章 数 控 机 床 概 述
作用：根据输入的零件加工程序进行相应的处理
(如运动轨迹处理、机床输入输出处理等)，然后输 出控制命令到相应的执行部件(伺服单元、驱动装置
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第 一 章 数 控 机 床 概 述
现 代 第一节 数控技术与数控机床 数 控 技 数字控制与数控技术 术 数字控制（Numerical Control NC）是一
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第 一 章 数 控 机 床 概 述
种借助数字、字符或其它符号对某一工作过程
（如加工、测量、装配等）进行可编程控制的
PLC
计算机 数 控 装 置
主轴伺服单元
主轴驱动装置
进给伺服单元 测量装置
进给驱动装置
主进辅 运给助 传控 动 动制 机机机 构构构
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现 代 第一节 数 控 技 操作面板 术
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数控技术与数控机床
它是操作人员与数控装置
ESC A B C D E RST
第 一 章 数 控 机 床 概 述
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第二节
数控机床的应用范围
数控加工的缺点
任何事物都是两重性。数控加工虽有上
第 一 章 数 控 机 床 概 述
述各种优点，但同时在某些方面也存在不 足之处： 单位加工成本较高 。 只适宜于多品种小批量或中批量生产（占机械加
工总量70%~80%）
加工中的调整相对复杂 维修难度大
电器、电磁阀、行程开关、接触器等组成的逻辑电路；
功能：
接受CNC的M、S、T指令，对其进行译码并转换成对应的控 制信号，控制辅助装置完成机床相应的开关动作
接受操作面板和机床侧的I/O信号，送给CNC装置，经其处理 后，输出指令控制CNC系统的工作状态和机床的动作。
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现 代 数 控 技 术
自动化方法。
数控技术（Numerical Control
Technology）采用数字控制的方法对某一工 作过程实现自动控制的技术。
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现 代 第一节 数控技术与数控机床 数 控 技 数控机床（Numerical Control Machine Tools） 术 是采用数字控制技术对机床的加工过程进行自动
控制介质是记录零件加工程序的媒介 输入输出设备是CNC系统与外部设备进行交互的
装置。交互的信息通常是零件加工程序。即将编 制好的记录在控制介质上的零件加工程序输入 CNC系统或将调试好了的零件加工程序通过输出 设备存放或记录在相应的控制介质上。
第 一 章 数 控 机 床 概 述
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现 代 数 控 技 术
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第一节 数控技术与数控机床
机床数字控制的原理
第 一 章 数 控 机 床 概 述
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现 代 数 控 技 术
下午3时50分
第一节 数控技术与数控机床
数控系统与数控机床的组成
计算机数控系统
第 一 章 数 控 机 床 概 述