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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。
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
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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1章数控机床概述
具有这种运动轨迹控制的数控机床称为直 线控制数控机床，如数控车床、数控镗铣床 等。
第1章数控机床概述
1.1.2 数控机床的分类
（3）轮廓控制数控机床 轮廓控制数控机床（或称连续控制机床），
它的特点是能够对两个或两个以上的坐标轴 方向同时进行连续控制，并能对位移和速度 进行严格的不间断的控制。这类数控机床需 要控制刀尖整个运动轨迹，使它严格地按加 工表面的轮廓形状连续地运动，并在移动时 进行切削加工，可以加工任意斜率的直线、 圆弧和其他函数关系曲线。采用这类控制系 统的机床有数控铣床、数控磨床、加工中心 等。
第1章数控机床概述
1.1.2 数控机床的分类
（2）闭环伺服系统数控机床 l 闭环控制数控机床的特点是在机床的运动部件上安装有直线位移测量装置，
将测量出的实际位移值反馈到数控装置中与输入的指令位移值相比较，用 差值进行控制，直至差值为零。所以，能实现运动部件的精确定位。该系 统加工精度高，但系统的设计、调试、维修困难，且系统复杂，成本高， 主要是一些精度要求很高的镗铣床、超精车床和大型数控机床等。
第1章数控机床概述
1.1.2 数控机床的分类
1、按运动的轨迹分类
（1）点位控制数控机床 （2）直线控制数控机床 （3）轮廓控制数控机床
第1章数控机床概述
1.1.2 数控机床的分类 （1）点位控制数控机床
这类控制系统的特点是只控制刀具相对于 工件定位点的位置精度，不控制点与点之间的 运动轨迹，在移动过程中刀具不进行切削。
第1章数控机床概述
1.1.1 数控机床的产生及历史沿革
60年代末，先后出现了由一台计算机直接控制多台机床的直接数控 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。
第1章数控机床概述
1.1.2 数控机床的分类
（3）轮廓控制数控机床 轮廓控制数控机床（或称连续控制机床），
它的特点是能够对两个或两个以上的坐标轴 方向同时进行连续控制，并能对位移和速度 进行严格的不间断的控制。这类数控机床需 要控制刀尖整个运动轨迹，使它严格地按加 工表面的轮廓形状连续地运动，并在移动时 进行切削加工，可以加工任意斜率的直线、 圆弧和其他函数关系曲线。采用这类控制系 统的机床有数控铣床、数控磨床、加工中心 等。
第1章数控机床概述
1.1.2 数控机床的分类
（2）闭环伺服系统数控机床 l 闭环控制数控机床的特点是在机床的运动部件上安装有直线位移测量装置，
将测量出的实际位移值反馈到数控装置中与输入的指令位移值相比较，用 差值进行控制，直至差值为零。所以，能实现运动部件的精确定位。该系 统加工精度高，但系统的设计、调试、维修困难，且系统复杂，成本高， 主要是一些精度要求很高的镗铣床、超精车床和大型数控机床等。
第1章数控机床概述
1.1.2 数控机床的分类
1、按运动的轨迹分类
（1）点位控制数控机床 （2）直线控制数控机床 （3）轮廓控制数控机床
第1章数控机床概述
1.1.2 数控机床的分类 （1）点位控制数控机床
这类控制系统的特点是只控制刀具相对于 工件定位点的位置精度，不控制点与点之间的 运动轨迹，在移动过程中刀具不进行切削。
第1章数控机床概述
1.1.1 数控机床的产生及历史沿革
60年代末，先后出现了由一台计算机直接控制多台机床的直接数控 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。
数控机床概述(完整版)
第一章 数控机床概述
辅助系统 包括冷却、 润滑、 排屑、 防护、 液压和随机检
测系统等部分。 自动托盘更换系统
想一想：自动托盘更 换系统的作用是什么?
自动托盘更换系统
第一章 数控机床概述
二、数控机床的工作原理
数控机床的工作原理
第一章 数控机床概述
CNC系统对零件程序的处理流程：
第一章 数控机床概述
2．数控加工中心
加工中心是在一般数控机床上加装一个刀库和自动换刀 装置，构成一种带自动换刀装置的数控机床。
加工中心种类较多，具体如下表：
第一章 数控机床概述
(1) 立式加工中心
立式加工中心的主轴轴线为垂直设置。 多为固定立柱式。 适用于加工盘类、 模具类零件。 其结构简单，占地面积小， 价格低，配备各种附件后可进行大部分工件的加工。加工大 型的零件时常采用龙门加工中心。
立式数控铣床 卧式数控铣床
第一章 数控机床概述
(2) 按主轴的配置形式分类 1) 卧式数控车床。 主轴轴线处于水平位置的数控车床。 2) 立式数控车床。 主轴轴线处于垂直位置的数控车床。
(3) 按数控系统控制的轴数分类 1) 两轴控制的数控车床。 只有一个回转刀架，可实现两 坐标轴控制。 2) 四轴控制的数控车床。 有两个独立的回转刀架，可实 现四坐标轴控制。
G系列六杆加工中心及其主轴结构与加工示意图 a) 加工中心示意图 b) 运动平台与主轴部件示意图 c) 主轴加工的三维示意图
第一章 数控机床概述
并联加工中心的应用。
典型的六杆数控机床的结构及加工示意图
第一章 数控机床概述
二、按加工路线分类
1．点位控制机床
刀具与工件相对移动时，只控制从一点运动到另一点的准 确性，而不考虑两点之间的路径和方向。
数控机床概述2[1]
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工作过程：
（弱电
强电）
脉冲信号 伺服单元放大器 电动机运转
工作台、主轴移动 丝杠转动
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数控机床概述2[1]
4) 机床本体
机床本体指的是数控机床的机械构造实体。它与普通 机床的差别，主要是机械传动的结构和功能部件要求更高
机床本体主要由床身、导轨、各运动部件、工作台、 刀库、排屑器等组成。
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数控机床概述2[1]
数控钻床
用 途：传统机械孔及电子线路版孔加工 工作特点：刀具旋转,钻孔时钻头只做轴向进给 效率极高，300-400孔／分，孔径：Min可达0.1mm
数控冲床
用 途：用于钣金件的孔与形状加工 工作特点：工作时，冲头不旋转，只做轴向进给 效率高，300-５00孔／分
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数控机床概述2[1]
2) 数控装置：由输入装置、控制器、运算器和
输出装置组成。
①输入装置：接收外部的输入程序并存储
②控制器：控制和协调数控装置各部分协调工作
③运算器：接收控制信息，对集合信息进 行插补运算并向输出装置发出进给脉冲 ④输出装置：将脉冲输出给伺服系统
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数控机床概述2[1]
数控技术 是什么？
数控机床概述2[1]
第一节 数控机床的定义
1、定义：数控机床（Numerical Control Machine Tools）
是采用数字技术形式控 制的机床。 即凡是用数字化的代码将加工过程中所需的各种操作和 步骤以及刀具与工件之间的相对位移等信息用数字化的 指令(记录在程序介质上)表示出来， 并送入计算机或数 控系统经过译码、运算及处理，控制机床的刀具与工件 的相对运动，加工出所需工件的一类机床即为数控(NC) 机床。
第1章 数控机床概述
二、基准脉冲插补
逐点比较插补法 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。逐点比较法是以折线来逼近直 线或圆弧曲线，它与给定的直线或圆弧之间的 最大误差不超过一个脉冲当量，因此只要将脉 冲当量，即坐标轴进给一步的距离取得足够小， 就可满足加工精度的要求。
数控系统（CNC装置）：是数控机床的控制核心，一 般是一台专用的计算机。
驱动装置：是数控机床执行机构的驱动部分，包括主 轴电动机、进给伺服电动机等。
辅助装置：指数控机床的一些配套部件，包括刀库、 液压装置、气动装置、冷却系统、排屑装置、夹具、 换刀机械手等。
数控机床的组成
机床数控系统的基本工作流程如图l.1所 示。
每向x或y方向进给一步，均进行∑N减1计算，当∑N减至零时即到终点，停止 插补。另一种方法是分别求出x坐标和y坐标应进给的步数，即∣xe∣和 ∣ye∣的值，当沿x方向进给一步时，Nx－1；当沿y方向进给一步时， Ny－1；当Nx和Ny都为零时，达到终点，停止插补。
逐点比较直线插补
举例 设在第一象限插补直线段OA，起点为坐
拢，以缩小偏差。当时，向+x方向前进一步；当时，向+y方向前进一步。 （3）新偏差计算 进给一步后，计算新加工点与零件轮廓的偏差，作为下一步偏差判别的依据。
计算公式为式（1.1）或式（1.2）。 （4）终点判别 判别终点的方法有两种，一是计算出x和y方向坐标所要进给的总步数，即
N ( xe x0 ) ( ye y0 ) xe ye
数控机床概述
图1-11 JCS-018A型加工中心
车削加工中心 车削加工中心以车削为主，主体是数控车床，机床上配备有转塔式刀库或由换刀机械手和链式刀库组成的大容量刀库。车削加工中心还配置有铣削动力头。 镗铣加工中心 镗铣加工中心，它将数控铣床、数控镗床、数控钻床的功能聚集在一台加工设备上，且增设有自动换刀装置。镗铣加工中心是机械加工行业应用最多的一类数控设备，其工艺范围主要是铣削、钻削和镗削。
1.2 数控机床的组成及特点
早期的数控机床系统采用数字逻辑电路构成，即由硬件实现逻辑控制，称为硬件数控系统，所以数控机床也称为NC机床。硬件数控系统经历了电子管、晶体管、集成电路的发展过程。 现在采用计算机或微机的数控系统称为计算机数控系统，简称“CNC”，所以现在的数控机床也称CNC机床。 数控机床——就是用数控技术实时加工控制的机床。 数控机床是集机、电、液、气、光高度一体化的产品。 组成: 数控机床由控制介质、输入输出装置、数控装置、伺服驱动装置、检测装置和机床主体组成。
（2）闭环控制数控机床
半闭环数控系统：位置采样点如图所示，是从驱动装置(常用伺服电机)或丝杠引出，采样旋转角度进行检测，不是直接检测运动部件的实际位置
位置控制调节器
速度控制 调节与驱动
检测与反馈单元
位置控制单元
速度控制单元
+
+
-
电机
机械执行部件
CNC插补 指令
实际位置反馈
实际速度反馈
特点： 半闭环环路内不包括或只包括少量机械传动环节，因此可获得稳定的控制性能 由于丝杠的螺距误差和齿轮间隙引起的运动误差难以消除。因此，其精度较闭环差，较开环好。但可对这类误差进行补偿，因而仍可获得满意的精度 半闭环数控系统结构简单、调试方便、精度也较高，因而在现代CNC机床中得到了广泛应用
第1章数控机床概述
金属切削类 金属成形类
普通型数控机床 加工中心 数控压力机、数控折弯机等
特种加工类
数控线切割机、数控激光加工机等
测量、绘图类 三坐标测量仪、数控对刀仪、数控
绘图仪等
中德机床厂生产的折弯机
三坐标测量仪
半闭环伺服驱动系统
将测量元件从工作台移到丝杠副端或伺服电动机轴端， 这种系统就构成半闭环伺服驱动系统。此系统环路短刚性好， 容易获得稳定的控制特性，广泛应用于各类连续控制的数控 机床。
位置速度检测元件
指令 位置比较 电路
速度位置反馈
丝杠
机床工作台
轴承
按加工工艺及机床用途进行分类
优点是结构简单，调试容易，价格便宜。但是控制精度和 运动速度受到限制。
指令 脉冲
步进电机
丝杠
机床工作台
轴承
开环控制系统框图
全闭环伺服驱动系统
速度检测元件
指令 位置比较 电路
速度控制 电路
伺服电机
速度反馈 位置反馈
丝杠
位置检测元件
工作台
轴承
这种系统不仅接受数控系统的驱动指令，还同时接受由工作台
上检测元件测出的实际位置反馈信息，进行比较，并根据其差值及 时进行修正，因此可以消除因传动系统误差而引起的误差。全闭环 系统主要用于高精度和超高精度机床。
在两点间移动时，刀具切削 材料，进行加工。
一般的简易数控系统均属于 直线控制系统。
直线控制系统举例
注意
必须沿着平行于某一坐标轴 方向，或沿着与坐标轴成45度的 直线。
在这个例子中，显示的是关 于铣削的一个直线控制系统。工 件的a-b-c外形被加工。
轮廓控制系统
该系统能对刀具相对零件的 运动轨迹进行连续控制，以加工 任意斜率的直线、圆弧、抛物线 或其它函数关系的曲线。
第1章 数控机床概述
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1.3 数控机床的分类
（1）普通型数控车床 ）
⑤数控齿轮加工机床 主要 有数控滚齿机、数控插齿 有数控滚齿机、 机、数控弧齿锥齿轮铣齿 机。图示的数控插齿机， 图示的数控插齿机， 主要用于加工直齿圆柱齿 轮及各种形状的直齿非圆 齿轮。 齿轮。
图1-13 数控插齿机 15
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28
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1.3 数控机床的分类
1.3.2 按控制方式或运动方式分类 1.按运动方式分类 按运动方式分类
轮廓控制又称为连续轨迹控制。 （1）轮廓控制数控机床 轮廓控制又称为连续轨迹控制。 ） 数控车床、数控铣床、 数控车床、数控铣床、加工 中心、数控磨床、 中心、数控磨床、数控齿轮 加工机床和各类数控切割机 床均采用轮廓控制方式， 床均采用轮廓控制方式，图 示为轮廓控制数控机床的加 工示意图。 工示意图。
1.3 数控机床的分类
在普通数控机床上加装刀库和自动换刀装置， （2）加工中心 在普通数控机床上加装刀库和自动换刀装置， ） 构成一种带自动换刀系统的数控机床，称为加工中心。 构成一种带自动换刀系统的数控机床，
刀库 刀库 自动换刀装置
图1-14 立式加工中心
图1-15 卧式加工中心
16
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1.3 数控机床的分类
本 节 提 示
数控机床最基本的分类方法是按工艺用途分类。 数控机床最基本的分类方法是按工艺用途分类。 1.切削类 其中一类是普通型数控机床，如数控 切削类:其中一类是普通型数控机床 切削类 其中一类是普通型数控机床， 车床、数控铣床、数控钻床、数控镗床、 数控磨床、 车床、数控铣床、数控钻床、数控镗床、 数控磨床、 数控齿轮加工机床等;另一类是数控加工中心。 数控齿轮加工机床等 另一类是数控加工中心。 另一类是数控加工中心 2.成型类 数控液压机、数控折弯机、数控弯管 成型类:数控液压机 数控折弯机、 成型类 数控液压机、 机、数控旋压机等。 数控旋压机等。 3.电加工类 数控电火花成型机床、数控电火花 电加工类:数控电火花成型机床 电加工类 数控电火花成型机床、 线切割机床、数控火焰切割机、数控激光加工机等。 线切割机床、数控火焰切割机、数控激光加工机等。 4.快速成型机等。 快速成型机等 快速成型机
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1.3 数控机床的分类
（1）普通型数控车床 ）
⑤数控齿轮加工机床 主要 有数控滚齿机、数控插齿 有数控滚齿机、 机、数控弧齿锥齿轮铣齿 机。图示的数控插齿机， 图示的数控插齿机， 主要用于加工直齿圆柱齿 轮及各种形状的直齿非圆 齿轮。 齿轮。
图1-13 数控插齿机 15
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1.3 数控机床的分类
1.3.2 按控制方式或运动方式分类 1.按运动方式分类 按运动方式分类
轮廓控制又称为连续轨迹控制。 （1）轮廓控制数控机床 轮廓控制又称为连续轨迹控制。 ） 数控车床、数控铣床、 数控车床、数控铣床、加工 中心、数控磨床、 中心、数控磨床、数控齿轮 加工机床和各类数控切割机 床均采用轮廓控制方式， 床均采用轮廓控制方式，图 示为轮廓控制数控机床的加 工示意图。 工示意图。
1.3 数控机床的分类
在普通数控机床上加装刀库和自动换刀装置， （2）加工中心 在普通数控机床上加装刀库和自动换刀装置， ） 构成一种带自动换刀系统的数控机床，称为加工中心。 构成一种带自动换刀系统的数控机床，
刀库 刀库 自动换刀装置
图1-14 立式加工中心
图1-15 卧式加工中心
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1.3 数控机床的分类
本 节 提 示
数控机床最基本的分类方法是按工艺用途分类。 数控机床最基本的分类方法是按工艺用途分类。 1.切削类 其中一类是普通型数控机床，如数控 切削类:其中一类是普通型数控机床 切削类 其中一类是普通型数控机床， 车床、数控铣床、数控钻床、数控镗床、 数控磨床、 车床、数控铣床、数控钻床、数控镗床、 数控磨床、 数控齿轮加工机床等;另一类是数控加工中心。 数控齿轮加工机床等 另一类是数控加工中心。 另一类是数控加工中心 2.成型类 数控液压机、数控折弯机、数控弯管 成型类:数控液压机 数控折弯机、 成型类 数控液压机、 机、数控旋压机等。 数控旋压机等。 3.电加工类 数控电火花成型机床、数控电火花 电加工类:数控电火花成型机床 电加工类 数控电火花成型机床、 线切割机床、数控火焰切割机、数控激光加工机等。 线切割机床、数控火焰切割机、数控激光加工机等。 4.快速成型机等。 快速成型机等 快速成型机
第一章-数控机床概述
2．高可靠性
▪ 数控机床的平均无故障工作时间（小时）。
▪
3．机床功能复合化
复合化是为了提高零件加工效率，减
少辅助时间。能减少装卸时间，提高机床
生产效率，减少半成品库存量，又能保证
和提高形位精度。
4．智能化、网络化、柔性化
▪ 智能化是指数控机床控制加工精度和加工 效率的智能化。
▪ 网络化可以进行跨地域的协同设计、协同 制造、信息共享、远程监控及远程服务
接受控制介质上的数字化 信息，经过控制软件或逻辑 电路进行编译、运算和逻辑 处理后，输出各种信号和指 令，控制机床的各个部分， 进行规定的、有序的运动。
4．伺服系统
伺服系统用于完成坐标轴的驱动。直接影响数控 机床加工的速度、位置精度及加工的形状精度。
伺服机构——数控机床的执行机构，由驱动和执行两 大部分组成。它接受数控装置的指令信息，并按指令信息 的要求控制执行部件的进给速度、方向和位移。
（1）低档数控机床 （2）中档数控机床 （3）高档数控机床
4．按数控机床的加工工艺和用途分类
（1）切削加工类数控机床 （2）成型加工类数控机床 （3）特种加工类数控机床
二、常见数控机床简介
1．数控车床
数控车床——具有两轴联动功能，Z轴是与主轴方 向平行的运动轴，X轴是在水平面内与主轴方向垂直的 运动轴。
数控机床的工作过程
➢ 1.2.2 数控机床的工作原理
▪
在数控机床上加工零件通常需要经过以下几个步骤。
▪ ① 制订工艺规程。
▪ ② 将NC程序通过输入装置传输到数控机床的CNC系统。
▪ ③ CNC系统分析程序段，并按要求将相应的指令、数值传 送到各个坐标轴的伺服系统及机床强电控制系统。
▪ ④ 伺服系统驱动机床的运动部件。
第一章数控机床概述
X
2、直线控制数控机床
特点：控制两相关点的位置，还要控制两相关点之间 的移动速度和路线 路线由与各个轴线平行的直线段组成 使用于简易数控车、数控镗铣床、数控加工中心
3、轮廓控制数控机床
特点：数控装置能够同时对两个或两个以上的坐标 轴进行连续控制 加工复杂形状零件 使用于数控车床、数控铣床、数控磨床
主运动系统 进给运动系统 辅助部分（液压、气动、冷却、润滑）
§1-3数控机床的分类
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
§1-5 现代数控技术的发展
一、概述
随着电子计算机技术的迅猛发展，当前一场以信息技术为中心的新技术革命 正在冲击着世界各个技术领域，它以极大地提高生产率和工作效率为重要的特 征。新技术革命必须对社会和经济的发展带来巨大的影响，使工业经济发生深 刻的变化。 作为传统工业之一的机械制造业，在这场新技术革命的冲击下，其产品结 构也将发生质的变化。随着21世纪的到来，机械加工正在向高速度、高精度、 高质量方向发展。机械制造业不仅面对着一个变化的国内市场，而且也面临着 一个动荡的国际市场。由于世界市场急剧的变化，企业在竞争的环境中，已经 不能采用传统的生产方式，必须寻求一种新的生产方式，以实现高效率、高质 量、高柔性和低成本的生产。尤其对机械制造业来讲，其技术发展的进程就是 一个不断提高和完善自动化水平的过程。自动化已成为现代化的代名词，并且， 自动化还在朝着“无人化”发展。也就是说，机械制造业自动化正在经历着： CNC计算机数控化→FMS柔性制造系统→CIMS计算机集成制造系统“三部 曲”。它使机械制造业自动化不断趋向深化，即朝着设计、制造、管理全自动 化的高层次方向发展。在此我们需对FMS柔性制造系统和CIMS计算机集成制 造系统这二者的各自特点与相互关系作一简单阐述。
数控机床简介(DOC)
数控机床简介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。
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CNC系统。
一、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、检测装置和机床本体组成。
1.控制介质控制介质是指将零件加工信息传送到数控装置去的程序载体。
随数控装置类型的不同而不同，常用的有磁盘、移动硬盘、Flash（U盘）等2.数控装置数控装置是数控机床的核心。
它由输入装置（如键盘）、控制运算器和输出装置（如显示器）等构成。
3.伺服机构伺服机构是数控机床的执行机构，由驱动装置(左)和执行部件（如伺服电动机）（右）两大部分组成。
c)b)4. 辅助控制装置辅助控制装置是介于数控装置和机床机械、液压部件之间的强电控制装置。
由于可编程控制器（PLC）具有响应快、性能可靠、易于使用、编程和修改程序，并可直接驱动机床电气等特点，现已广泛用作数控机床的辅助控制装置。
5.检测反馈装置检测反馈装置将数控机床各个坐标轴的实际位移量、速度参数检测出来，转换成电信号，并反馈到机床的数控装置中。
检测装置的检测元件有多种，常用的有直线光栅（右上）、光电编码器（右下）、圆光栅、绝对编码尺等。
6. 机床本体机床本体是数控机床的主体，是用于完成各种切削加工的机械部分，包括主运动部件、进给运动执行部件（如工作台、滑板及其传动部件）和床身、立柱、支承部件等。
二、数控机床的工作原理1加工步骤（1）根据被加工零件的图样与工艺方案，用规定的代码和程序段格式编写出加工程序。
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（二）数控（NC）与计算机数控（CNC）
数控装置是数控机床的控制核心，通常由一台通用或专用的微型计 算机构成。数控装置根据输入的指令，进行译码、处理、计算和控制， 实现其数控功能。
以前数控设备的数控功能是用专用计算机的硬件结构来实现，所以 称为硬件数控，简称NC。现在主要以计算机的系统控制程序来实现部分 或全部数控功能，所以称为软件数控或计算机数控，简称CNC。
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1958,我国开始研制……863计划…… 应用：在各个领域得到广泛应用，在国民经济的发展发挥 乐巨大的作用。 国防军业： 汽车制造业：刚性生产线---〉柔性生产线
二、CNC系统的组成与加工原理
（一）CNC系统的组成及功用
数控机床在数控系统的控制下，自动地按给定的程序进行机械 零件的加工。数控系统是由用户程序、输入/输出设备、计算机数字 控制装置（CNC装置）、可编程控制器（PLC）、主轴驱动装置和进 给驱动装置等组成。如图1-1所示。
部件加工出所需要的零件。因此，数控装置主要由输入、处理和输出三个基
本部分构成。而所有这些工作都由计算机的系统程序进行合理地组织，使整 个系统协调地进行工作。
（1）输入装置 将数控指令输入给数控装置，根据程序载体的不同，相应
有不同的输入装置。目前主要有键盘输入、磁盘输入、CAD/CAM系统直接 通信方式输入和连接上级计算机的DNC(直接数控)输入等。
1）纸带输入方式（早期数控机床）。 2）编辑状态(EDIT)下、 MDI手动数据输入方式：操作者可利用操作面 板上的键盘输入加工程序的指令，它适用于比较短的程序。
3）采用DNC直接数控输入方式。把零件程序保存在上级计算机中， CNC系统一边加工一边接收来自计算机的后续程序段。DNC方式多用于采用 CAD/CAM软件设计的复杂工件并直接生成零件程序的情况。
的格式和代码，存储在一种程序载体上，如穿孔纸带、盒 式磁带、软磁盘等，通过数控机床的输入装置，将程序信 息输入到CNC单元。
20控装置 数 控 装 置 是 数 控 机 床 的 核 心 。 现 代 数 控 装 置 均 采 用 CNC(Computer
Numerical Control)形式，这种CNC装置一般使用多个微处理器，以程序化的 软件形式实现数控功能，因此又称软件数控(Software NC)。CNC系统是一种 位置控制系统，它是根据输入数据插补出理想的运动轨迹，然后输出到执行
（3）输出装置 输出装置与伺服机构相联。输出装置根据控制器的命令
接受运算器的输出脉冲，并把它送到各坐标的伺服控制系统，经过功率 放大，驱动伺服系统，从而控制机床按规定要求运动。
3. 可编程控制器(PLC)
可编程控制器主要完成数控设备的各种执行机构的逻辑
顺序控制，即用PLC程序代替用继电器控制线路，实现数控 设备的辅助功能、主轴转速功能、刀具功能的译码和控制。 数控设备用PLC有内装型和独立型两种。
数控机床概述
CNC概念、组成、特点、分类、发展
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第一节 数控机床的基本概念
一、数控设备和数控机床
(一)数控设备和数控机床的概念
⒈数控，即数字控制（Numerical Control，简称NC）是近代发展起 来的一种自动控制技术，在机床领域是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方法。定义中的“机床”不仅指金属切削机床， 还包括其它各类机床，如线切割机床、三坐标测量机等。
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输入设备 程序 输出设备
计算机 数控 制装置 （CNC）
可编程控 制器（PLC）
主轴控制单元
进给控制单元
主轴电机
机 床
进给电机 位置检测器
1．加工程序
图1-1 CNC组成框图与加工原理
数控机床工作时，不需要工人直接去操作机床，要对
数控机床进行控制，必须编制加工程序。零件加工程序中 ，包括机床上刀具和工件的相对运动轨迹、工艺参数（进 给量 主轴转速等）和辅助运动等。将零件加工程序用一定
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4．伺服系统和测量反馈系统
伺服系统是数控机床的重要组成部分，用于实现数控机床的进给伺 服控制和主轴伺服控制。伺服系统的作用是把接受来自数控装置的指令 信息，经功率放大、整形处理后，转换成机床执行部件的直线位移或角 位移运动。伺服系统包括驱动装置和执行机构两大部分。 测量元件……
⒉采用数控技术的控制系统称为数控系统。这种控制系统，能自动
阅读输入载体上事先给定的数字值和指令，并将其译码、处理，从而自
动地控制机床移动和加工零件。装备了数控系统的受控设备称为数控设 备。受控设备包括机床行业的各种数控机床和其它行业的许多数控设备，
如数控火焰切割机、电火花加工机、数控冲剪机、数控测量机等。装备 了数控系统的机床叫数控机床。
4）直接通讯输入。
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（2）信息处理 输入装置将加工信息传给CNC单元，编译成 计算机能识别的信息，由信息处理部分按照控制程序的规定， 逐步存储并进行处理后，通过输出单元发出位置和速度指令 给伺服系统和主运动控制部分。CNC系统的输入数据包括： 零件的轮廓信息(起点、终点、直线、圆弧等)、加工速度及 其他辅助加工信息(如换刀、变速、冷却液开关等) ，数据处 理的目的是完成插补运算前的准备工作。数据处理程序还包 括刀具半径补偿、速度计算及辅助功能的处理等。
由于计算机数控是数控系统的一种，再加上现在已经没有硬件数控， 所以我们现在管数控系统统称为CNC系统。
二、数控机床的产生与发展应用
大批大量生产方式（汽车、拖拉机、家电等零件）：刚性生产线。 机械产品中，单件小批产品占75-80%，其生产多采用通用机床，效率低。 产品的改型换代周期长。…1952,受美国空军委托，Parsons Co与麻省理 工学院（MIT):第一台3轴立式数控铣（用于直升机叶片轮廓检验样板曲 线）。55年进入实用阶段（美国飞机制造业中加工复杂曲面）。
5.机床主机