数控技术第1章
数控技术及应用教案及讲稿
数控技术及应用教案及讲稿第一章：数控技术概述一、教学目标1. 了解数控技术的定义和发展历程。
2. 掌握数控系统的基本组成和工作原理。
3. 了解数控技术在工程领域的应用。
二、教学内容1. 数控技术的定义和发展历程。
2. 数控系统的基本组成：数控装置、伺服系统、测量系统、数控编程等。
3. 数控技术在工程领域的应用：机械制造、汽车制造、航空制造等。
三、教学方法1. 讲授：讲解数控技术的定义、发展历程和基本组成。
2. 互动：提问学生了解数控技术在实际工程中的应用。
四、教学资源1. PPT课件：介绍数控技术的定义、发展历程和基本组成。
2. 视频素材：展示数控技术在工程领域的应用实例。
五、教学评价1. 课堂问答：检查学生对数控技术定义和发展历程的掌握。
2. 课后作业：布置相关课后题目，加深学生对数控系统基本组成的理解。
第二章：数控装置一、教学目标1. 了解数控装置的分类和功能。
2. 掌握数控装置的硬件结构和软件系统。
3. 熟悉数控装置的调试和维护方法。
二、教学内容1. 数控装置的分类：通用型数控装置、专用型数控装置。
2. 数控装置的功能：控制功能、编程功能、仿真功能等。
3. 数控装置的硬件结构：输入/输出接口、中央处理单元、存储器等。
4. 数控装置的软件系统：数控系统软件、数控编程软件等。
5. 数控装置的调试和维护方法。
三、教学方法1. 讲授：讲解数控装置的分类、功能和硬件结构。
2. 实操：演示数控装置的调试和维护方法。
四、教学资源1. PPT课件：介绍数控装置的分类、功能和硬件结构。
2. 实操设备：供学生实际操作数控装置。
五、教学评价1. 课堂问答：检查学生对数控装置分类和功能的掌握。
2. 实操报告：评估学生在实操过程中的表现。
第三章：伺服系统一、教学目标1. 了解伺服系统的分类和功能。
2. 掌握伺服系统的硬件结构和软件系统。
3. 熟悉伺服系统的调试和维护方法。
二、教学内容1. 伺服系统的分类：模拟伺服系统、数字伺服系统。
数控技术第二版-课后答案
数控技术第二版章节练习答案第一章绪论1.1数控机床是由哪几部分组成，它的工作流程是什么？答：数控机床由输入装置、CNC装置、伺服系统和机床的机械部件构成。
数控加工程序的编制-输入-译码-刀具补偿-插补-位置控制和机床加工1.2 数控机床的组成及各部分基本功能答：组成：由输入输出设备、数控装置、伺服系统、测量反馈装置和机床本体组成输入输出设备：实现程序编制、程序和数据的输入以及显示、存储和打印数控装置：接受来自输入设备的程序和数据，并按输入信息的要求完成数值计算、逻辑判断和输入输出控制等功能。
伺服系统：接受数控装置的指令，驱动机床执行机构运动的驱动部件。
测量反馈装置：检测速度和位移，并将信息反馈给数控装置，构成闭环控制系统。
机床本体：用于完成各种切削加工的机械部分。
1.3．什么是点位控制、直线控制、轮廓控制数控机床？三者如何区别？答：（1）点位控制数控机床特点：只与运动速度有关，而与运动轨迹无关。
如：数控钻床、数控镗床和数控冲床等。
（2）直线控制数控机床特点：a.既要控制点与点之间的准确定位，又要控制两相关点之间的位移速度和路线。
b.通常具有刀具半径补偿和长度补偿功能，以及主轴转速控制功能。
如：简易数控车床和简易数控铣床等。
（3）连续控制数控机床（轮廓控制数控机床）：对刀具相对工件的位置，刀具的进给速度以及它的运动轨迹严加控制的系统。
具有点位控制系统的全部功能，适用于连续轮廓、曲面加工。
1.4．数控机床有哪些特点？答：a．加工零件的适用性强，灵活性好；b．加工精度高，产品质量稳定；c．柔性好；d．自动化程度高，生产率高；e．减少工人劳动强度；f．生产管理水平提高。
适用范围：零件复杂、产品变化频繁、批量小、加工复杂等1.5．按伺服系统的控制原理分类，分为哪几类数控机床？各有何特点？答：（1）开环控制的数控机床；其特点：a.驱动元件为步进电机；b.采用脉冲插补法：逐点比较法、数字积分法；c.通常采用降速齿轮；d. 价格低廉，精度及稳定性差。
数控加工技术(第4版)第一章
1. 1 数控加工的基本概念
• 1949 年, 帕森斯公司在麻省理工学院 ( MIT) 伺服机构试验室的协助 下开始从事数控机床的研制工作, 经过三年时间的研究, 于 1952 年试 制成功世界第一台数控机床试验性样机。 这是一台采用脉冲乘法器 原理的直线插补三坐标连续控制铣床, 即数控机床的第一代。 1955 年, 美在美国进入迅速发展阶段, 市场上出现了商品化数控机床。 1958 年, 美国克耐·杜列克公司 ( Keaney Trecker) 在世界上首先研 制成功带自动换刀装置的数控机床, 称为 “ 加工中心” ( Machining Center, MC)。
• 数控技术 ( Numerical Control Technology) 是指采用数字控制的方 法对某一个工作过程实现自动控制的技术。 在机械加工过程中使用 数控机床时, 可将其运行过程数字化, 这些数字信息包含了机床刀具的 运动轨迹、 运行速度及其他工艺参数等, 而这些数据可以根据要求很 方便地实现编辑修改, 满足了柔性化的要求。 它所控制的通常是位移、 角度、 速度等机械量或与机械能量流向有关的开关量。 数控的产生 依赖于数据载体及二进制形式数据运算的出现, 数控技术的发展与计 算机技术的发展是紧密相连的。
• 数控系统 ( Numerical Control System) 是实现数控技术相关功能 的软、 硬件模块的有机集成系统。 相对于模拟控制而言, 数字控制 系统中的控制信息是数字量, 模拟控制系统中的控制信息是模拟量, 数 字控制系统是数控技术的载体。
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1. 1 数控加工的基本概念
• 数控技术的发展过程见表 1 - 1。
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1. 1 数控加工的基本概念
数控技术概述
图1-4 数控机床的组成
图1-5 数控机床的结构框图
• ⑴ 输入输出装置。现代数控机床，可以通过手动方式 （MDI方式）、DNC网络通讯、RS232串口通讯、优盘 等方式输入程序。输出装置包括打印机、存储器和显 示器等。
• ⑵数控装置。数控装置是数控机床的核心。其接受输 入装置输入的数控程序中的加工信息，经过译码、运 算和逻辑处理后，发出相应的指令给伺服系统，使伺 服系统带动机床的各个运动部件按数控程序预定要求 动作。数控装置是由中央处理单元（CPU）、存储器、 总线和相应的软件构成的专用计算机。整个数控机床 的功能强弱主要由这一部分决定。
后将加工程序输入数控装置，按照程序的要
求，经过数控系统信息处理、分配，使各坐
标移动若干个最小位移量，实现刀具与工件 的相对运动，完成零件的加工。
图1-7 数控加工过程
1.2 数控机床的特点及分类 1.2.1 数控机床的特点
•⑴数控机床有广泛的适应性和较大的灵活 性求变换加工程序，可解决单件、 小批量生产的自动化问题。数控机床能完 成很多普通机床难以胜任的零件加工工作， 如叶轮等复杂的曲面加工。
• ④军事装备：现代的许多军事装备，都大量采用 伺服运动控制技术，如火炮的自动瞄准控制、雷 达的跟踪控制和导弹的自动跟踪控制等。
• ⑤其他行业：在轻工行业，采用多轴伺服控制 （最多可达几十个运动轴）的印刷机械、纺织机 械、包装机械以及木工机械等；在建材行业，用 于石材加工的数控水刀切割机；用于玻璃加工的 数控玻璃雕花机；用于席梦思加工的数控行缝机 和用于服装加工的数控绣花机等。
•⑵数控机床的加工精度高，产品质量稳定。 数控机床按照预先编制的程序自动加工， 加工过程不需要人工干预，加工零件的重 复精度高，零件的一致性好。对于同一批 零件，由于使用同一机床和刀具及同一加 工程序，刀具的运动轨迹完全相同，并且 数控机床是根据数控程序实现计算机控制 自动进行加工，可以避免人为的误差，这 就保证了零件加工的一致性好，且质量稳 定可靠。
机床数控技术 第五版 第一章 数控技术概论
1.3 数控机床的分类
第1章 数控技术概论
3.半闭环数控机床
1.3 数控机床的分类
第1章 数控技术概论
1.3 数控机床的分类
1.3.4 按功能水平分类
按数控系统功能水平的不同 , 数控机床可分为低 、 中 、 高三档 , 这种 分类方式在我国被广泛使用 。 低 、 中 、 高档的界线是相对的 , 不同时期的 划分标准有所不同 。 就目前的发展水平来看 , 可以根据表 1-2 所列举的功能 指标进行数控系统档次的区分 。 其中 , 中 、 高档一般称为全功能型数控或 标准型数控 。 在我国还有经济型数控的提法 , 经济型数控属于低档数控 ,是 由单片机和步进电动机组成的简易数控系统 , 或者是其他功能简单 、 价格较 低廉的数控系统 。 经济型数控系统主要用于车床 、 线切割机床以及由用户 自行改造的旧机床等 。
数控机床是指装备了计算机数控系统的机床 , 简称 CNC 机床 。
第1章 数控技术概论
1.2 数控机床的组成
3.数控技术(Numerical Control Technology)
数控技术是指用数字化信息对某一对象进行控制的技术 , 被控制对象可以是位移 、 转角 、 速度等机械量 , 也可以是温度 、 压力 、 流量 、 颜色等物理量 , 这些量的量值不仅可以测量 ,而 且可以经 A/D 或 D/A 转换 , 用数字信号来表达或控制 。 数控技术是近代发展起来的一种自动控 制技术 , 是机械加工现代化的重要基础与关键技术 。
早期的计算机运算速度低 , 不能适应数控机床实时控制的要求 , 人们只好 用与门 、 或门 、非门等数字逻辑电路 “ 搭 ” 成一台专用计算机作为数控系 统 , 这就是硬件连接数控 , 简称数控(NC)。 随着电子元器件的发展 , 硬件连接 数控阶段经历了三代 :
数控技术的基本概念
（四）计算机数控系统
计算机数控系统（Computerized
Numerical Control System）由装有数
控系统程序的专用计算机、输入输出
设备、可编程序控制器（PLC）、存储
器、主轴驱动及进给驱动装置等部分
组成，习惯上称为CNC系统。
（五）数控程序
输入数控系统中的、使数控机床
执行一个确定的加工任务的、具有特
作业： 术语说明： NC CNC 数控程序 数控编程 数控加工
小型计算机、微处理器和基于工控PC机的通用
CNC系统。
第一台数控机床：1952年 美国麻省理工学院
数控铣床
参考资料：
美国是1952年生产出世界上第一台数控机床， 日本、德国和前苏联是1956年生产出第一台数 控机床，我国在1958年由清华大学研制出了第 一代电子管式数控铣床，1964年北京第一机床 厂生产了以晶体管型的数控系统用于数控机床， 1975年前后我国也研制了数控加工中心。
• （二）、数控机床
•
数控机床（NC Machine）就是采
用了数控技术的机床，或者说是装备
了数控系统的机床。
（三）、数控系统
第一阶段为NC阶段，即逻辑数字控制阶段，
又称硬件数控。其发展经历了三个时代，即电子管
时代、晶体管时代和小规模又称计算机软件数控。其发展经历了三个时代，即
定代码和其它符号编码的一系列指令，
称为数控程序（NC Program）或零件
程序（Part Program）。
（六）数控编程
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。
（NC Program）
（七）、数控加工
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，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。
数控技术复习汇总
1）插补是机床数控系统依照一定方法确定刀具运动轨迹的过程。目 前使用的插补算法有两类：一类是基准脉冲插补；另一类是数据采样插 补。 2）基准脉冲插补在插补计算过程中不断向各个坐标发出相互协调的 进给脉冲，驱动各坐标轴的电动机 运动。基准脉冲插补算法中较为成熟并得到广泛应用的有：逐点比 较法、数字积分法。 基准脉冲插补适用于以步进电机为驱动装置的开环数控系统、闭环 系统中粗精度二级插补的精插补 以及特定的经济型数控系统。 3）数据采样插补法实际上是一种时间分割法，也就是根据编程的进 给速度，将工件的轮廓曲线分割为 一定时间（一个插补周期）的进给量（一条微小直线）。即用一系 列微小直线段来逼近轮廓轨迹。 数据采样插补法适用于闭环和半闭环控制的直流或交流伺服电动机 为驱动装置的位置采样控制系统。 2．逐点比较法和数字积分法进行直线和圆弧插补（要求列表计算、并 能画出插补轨迹）。 3．数据采样插补的插补周期的选取应该考虑的各因缘： 与插补精度的关系、与插补运算时间的关系、与数据采样周期的关系、 与位移寄存器容量的关系、与系统固有频率的关系。 第5章 计算机数控装置 1． 数控装置的作用，CNC系统的组成框图。 数控装置是数控系统的核心，其主要功能只正确识别和驾驶数控加工 程序，对解释结果进行各种数据计算和逻辑判断处理，完成各种输入、 输出任务 。 2． 单微处理器结构和多微处理器结构的特点。 单微处理器结构只有一个微处理器 多微处理器结构有两个或两个以上的微处理器 多微处理器的两种典型结构。 共享总线结构和共享存储器结构。 3． CNC系统软件的存放：EPROM内存。加工程序的存放：带后备电 池的RAM
用途和功能分为进给驱动系统和主轴驱动系统；2）按其控制原理和有 无位置检测反馈环节分为开环系统、闭环系统和半闭环系统； 3）按 驱动执行元件的动作原理分为电液伺服系统和电气驱动系统。电气伺服 驱动系统又分为直流伺服驱动系统和交流伺服驱动系统。 4. 反应式步进电机的工作原理：基于电磁力的吸引和排斥而产生转 矩。 步距角的计算、与机械传动装置一起构成的进行伺服系统中脉冲当 量的计算，脉冲频率与进给速度的关系。 α= 360°/ mkz 提高步进伺服系统精度的措施：1）传动间隙补偿。2）螺距误差补 偿。3）细分线路 5. 直流电机与交流电机的工作原理及调速方法。 1）直流电机调速方法： ①改变电枢外加电压U ②改变磁通量 Φ ③改变电枢电路的电阻R 2）交流电机调速方法： ①改变磁极对数p ②改变转差率s ③变频调速 第8章 数控机床的机械结构 1. 数控机床在机械结构方面有那些主要特点 2. 主轴准停的意义是什么，如何实现主轴准停？ 3. 滚珠丝杠螺母副的滚珠有哪两类循环方式？ 滚珠在循环过程中有时与丝杠脱离接触的称外循环式，始终与丝杠保持 接触的称内循环式。 4. 数控回转工作台有哪两种? （分度工作台和数控回转工作台） 5. 数控机床对结构的要求： （高的静、动刚度，良好的抗振性能，良 好的热稳定性）
数控技术习题附答案
一、选择题第一章1.数控机床按运动控制方式分类，可分为点位控制数控机床、直线控制数控机床和轮廓控制数控机床。
2.数控系统中的CNC的中文含义是_计算机数字控制_。
3.数控机床大体由输入输出装置、数控装置、伺服驱动装置、辅助控制装置测量反馈装置和机床本体组成。
4.数控机床是用数字化代码来控制_刀具和工件_的相对运动，从而完成零件的加工。
5.列举两个数控特种加工机床，如_数控电火花成形机床_、_火焰切割机_。
数控激光切割机床，数控线切割机床6.按照机床运动的控制轨迹分类，加工中心属于_轮廓控制_的数控机床。
第三章7.数控机床实现插补运算广泛应用的是直线插补和圆弧插补。
8.所谓插补就是在已知特征点之间插入一些中间点的过程，换言之，就是“数据点的密化”过程。
9.平面轮廓加工属于两轴加工方式。
10.沿刀具前进方向观察，刀具偏在工件轮廓的左边是G41 指令，刀具偏在工件轮廓的右边是G42 指令，刀具中心轨迹和编程轨迹生重合是G40指令。
11．刀具半径补偿的建立与取消都须在G00或G01指令下进行。
12.数控车床的刀具补偿分为两种情况，即刀具的位置补偿和刀尖_半径_补偿。
13.数控车床中的G41／G42是对刀具的__半径_进行补偿。
14.逐点比较法的四个节拍分别是偏差判别、坐标进给、偏差计算和终点判别。
15.偏差函数F(x，y)反映了刀具偏离工件廓形曲线的情况。
若刀具在曲线上方，则F(x，y) >0，若刀具在曲线上，则F(x，y)=0；若刀具在曲线下方，则F(x，y) <0。
第四章16.程序编制的方法有手动编程和自动编程两种方法。
17.在坐标平面设定中，一般用G17 来设定XY平面，用G19来设定YZ平面。
18.各几何元素间的联结点称为基点。
19.常见的刀库的类型可分为盘式刀库和链式刀库两种。
20.G91 G01 X3.0 Y4.0 F100执行后，刀具移动了5.0mm 。
21. 走刀路线是指加工过程中，刀位点相对于工件的运动轨迹和方向。
数控技术第二版课后答案完整版
数控技术第二版课后答案HEN system office room 【HEN16H-HENS2AHENS8Q8-HENH1688】数控技术第二版章节练习答案第一章绪论数控机床是由哪几部分组成，它的工作流程是什么？答：数控机床由输入装置、CNC装置、伺服系统和机床的机械部件构成。
数控加工程序的编制-输入-译码-刀具补偿-插补-位置控制和机床加工数控机床的组成及各部分基本功能答：组成：由输入输出设备、数控装置、伺服系统、测量反馈装置和机床本体组成输入输出设备：实现程序编制、程序和数据的输入以及显示、存储和打印数控装置：接受来自输入设备的程序和数据，并按输入信息的要求完成数值计算、逻辑判断和输入输出控制等功能。
伺服系统：接受数控装置的指令，驱动机床执行机构运动的驱动部件。
测量反馈装置：检测速度和位移，并将信息反馈给数控装置，构成闭环控制系统。
机床本体：用于完成各种切削加工的机械部分。
．什么是点位控制、直线控制、轮廓控制数控机床？三者如何区别？答：（1）点位控制数控机床特点：只与运动速度有关，而与运动轨迹无关。
如：数控钻床、数控镗床和数控冲床等。
（2）直线控制数控机床特点：a.既要控制点与点之间的准确定位，又要控制两相关点之间的位移速度和路线。
b.通常具有刀具半径补偿和长度补偿功能，以及主轴转速控制功能。
如：简易数控车床和简易数控铣床等。
（3）连续控制数控机床（轮廓控制数控机床）：对刀具相对工件的位置，刀具的进给速度以及它的运动轨迹严加控制的系统。
具有点位控制系统的全部功能，适用于连续轮廓、曲面加工。
．数控机床有哪些特点？答：a．加工零件的适用性强，灵活性好；b．加工精度高，产品质量稳定；c．柔性好；d．自动化程度高，生产率高；e．减少工人劳动强度；f．生产管理水平提高。
适用范围：零件复杂、产品变化频繁、批量小、加工复杂等．按伺服系统的控制原理分类，分为哪几类数控机床？各有何特点？答：（1）开环控制的数控机床；其特点：a.驱动元件为步进电机；b.采用脉冲插补法：逐点比较法、数字积分法；c.通常采用降速齿轮；d. 价格低廉，精度及稳定性差。
数控技术及应用教案及讲稿
数控技术及应用教案及讲稿第一章：数控技术概述一、教学目标：1. 了解数控技术的定义和发展历程。
2. 掌握数控系统的组成和基本工作原理。
3. 了解数控技术在现代制造业中的应用。
二、教学内容：1. 数控技术的定义和发展历程。
2. 数控系统的组成：CNC装置、执行装置、数控编程装置、数控机床等。
3. 数控系统的基本工作原理：硬件组成、软件结构、控制原理。
4. 数控技术在现代制造业中的应用。
三、教学方法：1. 讲授法：讲解数控技术的定义、发展历程、组成和应用。
2. 案例分析法：分析典型数控系统的组成和工作原理。
四、教学准备：1. 教学课件：展示数控技术的定义、发展历程、组成和应用。
2. 案例素材：提供典型数控系统的组成和工作原理的案例。
五、教学过程：1. 导入：简要介绍数控技术的定义和发展历程。
2. 讲解：详细讲解数控系统的组成和基本工作原理。
3. 案例分析：分析典型数控系统的组成和工作原理。
4. 应用展示：介绍数控技术在现代制造业中的应用。
5. 课堂互动：学生提问、解答疑问。
第二章：数控编程基础一、教学目标：1. 掌握数控编程的基本概念和常用术语。
2. 熟悉数控编程的指令系统和程序结构。
3. 学会编写简单的数控加工程序。
二、教学内容：1. 数控编程的基本概念和常用术语。
2. 数控编程的指令系统：准备功能指令、执行功能指令。
3. 数控编程的程序结构：程序格式、程序段、程序头和程序尾。
4. 编写简单的数控加工程序。
三、教学方法：1. 讲授法：讲解数控编程的基本概念、常用术语和指令系统。
2. 实践教学法：学生动手编写数控加工程序。
四、教学准备：1. 教学课件：展示数控编程的基本概念、常用术语和指令系统。
2. 编程练习素材：提供编写数控加工程序的练习题。
五、教学过程：1. 导入：简要介绍数控编程的基本概念和常用术语。
2. 讲解：详细讲解数控编程的指令系统和程序结构。
3. 编程练习：学生动手编写简单的数控加工程序。
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
第1章 数控机床概论
第1章数控机床概述学习目标：数控机床是典型的机电一体化产品，是现代制造业的关键设备。
本章主要讲述数控机床的基本概念、数控机床的分类以及数控机床的技术与发展水平等。
本章要求理解并掌握数控机床的基本概念和分类，了解数控技术的发展趋势以及以数控机床为基础的自动化生产系统的发展。
1.1 数控机床的基本概念1.1.1 数控机床及其特点数控（Numerical Control，NC）——数字控制，用数字和符号构成的数字化信息自动控制机床运转的技术。
数控机床（Numerically Controlled Machine Tool ）——采用了数控技术的机床。
数控机床是一种高效、新型的自动化机床，具有广泛的应用前景。
它与普通机床相比具有以下特点：（1）适应性、灵活性好（2）精度高、质量稳定（3）生产效率高（4）劳动强度低、劳动条件好（5）有利于现代化生产和管理（6）使用、维护技术要求高1.1.2 数控机床的组成数控机床的种类很多，但任何一种数控机床主要由控制介质、数控系统、伺服系统和机床主体四部分组成，如图1-1所示。
此外数控机床还有许多辅助装置，如自动换刀装置，自动工作台交换装置自动对刀仪，自动排屑装置及电、液、气、冷却、润滑、防护等装置。
图1-1 数控机床的组成（1）控制介质是指将零件加工信息传送到控制装置中去的程序载体。
（2）数控系统是数控机床的核心。
（3）伺服系统是数控系统的执行机构之一，执行由CNC装置输出的运动指令。
（4）机床主体也称主机，它包括机床的主运动部件、进给运动部件、执行部件和基础部件。
（5）辅助装置是数控机床在实现整机的自动化控制中，为了提高生产效率、加工精度、还需要配备许多辅助装置，如液压和气动装置、自动换刀装置、自动工作台交换装置、自动对刀装置、自动排屑装置等。
1.1.3 数控机床的工作过程如图1-2所示，数控机床的加工，首先要将被加工零件图样上的几何信息和工艺信息用规定的代码和格式编写成加工程序，然后将加工程序输入到数控系统，在数控系统控制软件的支持下，经过处理与计算后，发出相应的控制命令，再通过伺服系统使机床按预定的轨迹运动，从而完成零件的加工。
数控技术第二版 课后答案
数控技术第二版章节练习答案第一章绪论1、1数控机床就是由哪几部分组成,它的工作流程就是什么？答:数控机床由输入装置、CNC装置、伺服系统与机床的机械部件构成。
数控加工程序的编制-输入-译码-刀具补偿-插补-位置控制与机床加工1、2 数控机床的组成及各部分基本功能答:组成:由输入输出设备、数控装置、伺服系统、测量反馈装置与机床本体组成输入输出设备:实现程序编制、程序与数据的输入以及显示、存储与打印数控装置:接受来自输入设备的程序与数据,并按输入信息的要求完成数值计算、逻辑判断与输入输出控制等功能。
伺服系统:接受数控装置的指令,驱动机床执行机构运动的驱动部件。
测量反馈装置:检测速度与位移,并将信息反馈给数控装置,构成闭环控制系统。
机床本体:用于完成各种切削加工的机械部分。
1、3.什么就是点位控制、直线控制、轮廓控制数控机床？三者如何区别？答:(1)点位控制数控机床特点:只与运动速度有关,而与运动轨迹无关。
如:数控钻床、数控镗床与数控冲床等。
(2)直线控制数控机床特点:a、既要控制点与点之间的准确定位,又要控制两相关点之间的位移速度与路线。
b、通常具有刀具半径补偿与长度补偿功能,以及主轴转速控制功能。
如:简易数控车床与简易数控铣床等。
(3)连续控制数控机床(轮廓控制数控机床):对刀具相对工件的位置,刀具的进给速度以及它的运动轨迹严加控制的系统。
具有点位控制系统的全部功能,适用于连续轮廓、曲面加工。
1、4.数控机床有哪些特点？答:a.加工零件的适用性强,灵活性好;b.加工精度高,产品质量稳定;c.柔性好;d.自动化程度高,生产率高;e.减少工人劳动强度;f.生产管理水平提高。
适用范围:零件复杂、产品变化频繁、批量小、加工复杂等1、5.按伺服系统的控制原理分类,分为哪几类数控机床？各有何特点？答:(1)开环控制的数控机床;其特点:a、驱动元件为步进电机;b、采用脉冲插补法:逐点比较法、数字积分法;c、通常采用降速齿轮;d、价格低廉,精度及稳定性差。
《数控编程与CAM技术》第一章
（a）
（b）
图1-1-3 数控机床坐标系示例
相关知识
（三）数控机床的坐标系
2．机床原点、参考点和工作原点
1）机床原点 机床原点就是机床坐标系的原点。它是机床上的一个固定的点，由制造厂家 确定。机床坐标系是通过返回参考点操作来确立的，参考点是确立机床坐标 系的参照点。数控车床的机床原点多定在主轴前端面的中心，数控铣床的机 床原点多定在进给行程范围的正极限点处，但也有的设置在机床工作台中心， 使用前可查阅机床用户手册予以确定。 2）参考点 参考点（或机床原点）是用于对机床工作台（或滑板）与刀具相对运动的测 量系统进行定标与控制的点，一般都是设定在各轴正向行程极限点的位置上。
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（二）程序的组成
一个程序由表示程序文件开始的符号（%）、程序文件的标题等 （O××××）、表示程序段结束的符号（；）、程序区、注释区、表示程序 文件结束的符号（%）等部分组成。
（三）数控机床的坐标系
图1-1-2 笛卡尔直角坐标系统
相关知识
（三）数控机床的坐标系
机床各坐标轴及其正方向的确定原则如下。 （1）先确定Z轴。以平行于机床主轴的刀具运动坐标为Z轴。 （2）再确定X轴。X轴为水平方向且垂直于Z轴并平行于工件的装夹面。 （3）最后确定Y轴。在确定了X，Z轴的正方向后，即可按右手笛卡尔定则定出Y轴正方向。
相关知识
（二）数控机床简介
3．按机床所用进给伺服系统不同分类
数控机床按机床所用进给伺服系统来分，有开环伺服系统型、闭环伺服系 统型和半闭环伺服系统型。
4．按所用数控装置的不同分类
NC硬线数控：NC硬线数控机床是早期20世纪50～60年代采用的技术，其计算 控制多采用逻辑电路板等专用硬件的形式。要改变功能时，需要改变硬件电路， 因此通用性差，制造维护难，成本高。 CNC软线数控机床：CNC软线数控机床是伴随着计算机技术而发展起来的。 其计算控制的大部分功能都是通过小型或微型计算机的系统控制软件来实现的。 不同功能的机床其系统软件不同。当需要扩充功能时，只需改变系统软件即可。
数控技术与装备 第三版 韩建梅主编 第一章课后习题
数控技术与装备课后习题第三版韩建梅主编第一章数控技术概述1.什么是数字控制技术？什么叫数控机床？简述数控机床产生的背景。
数字控制:（Numerical Control）是一种借助数字、字符或其它符号对某一工作过程（如加工、测量、装配等）进行编程控制的自动化方法。
数字控制技术：（Numerical Control technology）是指用数字量及字符付出指令并实现自动控制的技术，是制造业实现自动化、柔性化和集成化生产的基础技术。
数控机床:（Numerical Control Machine Tools）是采用数字控制技术对机床的加工过程进行自动控制的一类机床。
通过数字（代码）指令来自动完成机床各个部件运动。
背景：20世纪40年代航空技术的不断发展对各种飞行器的制造提出了越来越高的要求，1952年美国空军委托帕森斯公司与麻省理工学院，成功研制世界第一台三坐标立式数控铣床，标志着机械制造数字控制时代的开始。
2.数控机床的加工特点有哪些？试述数控机床的使用范围。
特点：加工精度高质量稳定、生产效率高、适应性强、良好的经济效益、自动化程度高劳动强度小、有利于实行现代化生产管理。
使用范围：多品种，中小批量生产零件、形状结构比较复杂的零件、需要频繁改型的零件、需要最短生产周期的零件。
3.数控机床由哪几部分组成？各部分基本功能是什么？组成：一般由数控系统、伺服系统、主传动系统、强电控制装置、辅助装置和机床本体组成。
功能：数控系统：机床实现自动加工的和弦，主要由操作系统、主控制系统、可编程控制器、各类I/O接口等组成。
主要功能有：多坐标控制和多种函数的插补功能、多程序输入功能，以及编辑和修改功能、信息转换功能、补偿功能、多种加工方法选择功能、显示功能、自诊断功能，通信和联网功能。
伺服系统：是数控系统的执行部分，有伺服电动机、驱动装置及位置检测反馈装置组成，并与机床上执行部分和机械传动部分组成数控机床的进给系统。
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调节范围一般是10%-120%，每档间隔10%
2018年5月25日
第1章 概论
数控系统主要技术指标
主轴转速和调节范围
主轴转速—主轴每分钟的转速；
转速调节—通过操作面板上的主轴倍率开关调整，
调节范围一般是50%〜120%，每档间隔5%；
主轴恒线速—保证诸如车床端面切削的恒定切削速度。
单位mm/min，
2018年5月25日
我国第一台数控机床
2018年5月25日
立式数控铣床
立式数控车床
2018年5月25日
卧 式 数 控 铣 床
滑枕立式加工中心
龙门数控铣床
2018年5月25日
固定立柱立式加工中心 固定立柱立式加工中心
2018年5月25日
第1章 概论
随着计算机技术的发展，数控 技术不断采用计算机、控制理 论等领域的最新技术成就，使 其朝着下述方向发展。
2018年5月25日
第1章 概论
伺服系统：把来自数控装置的脉冲信号转换为机床 移动部件的运动，使工作台（或溜板）精确定位 或按规定的轨迹作严格的相对运动。
脉冲当量：相对于每个脉冲信号，机床移动部件的位移量。 常用脉冲当量：0.01mm/脉冲，0.005mm/脉冲， 0.001mm/脉冲 常用的伺服驱动元件：功率步进电机，电液伺服马达，直流 伺服电机，交流伺服电机
目前已开发出自学习功能的神经网络电火花加工系统。日本大隈公司的7000系列 数控系统具有人工智能自动编程功能。
2018年5月25日
第1章 概论
趋势——控制智能化
智能故障诊断与自修复技术 –智能故障诊断技术：根据已有的故障信息，应用现代智 能方法，实现故障快速准确定位。 –智能故障自修复技术：根据诊断故障原因和部位，以自 动排除故障或指导故障的排除技术。集故障自诊断、自 排除、自恢复、自调节于一体，贯穿于全生命周期。 –智能故障诊断技术在有些数控系统中已有应用，智能化 自修复技术还在研究之中。
2018年5月25日
第1章 概论
1.2 数控机床的组成及分类
1.2.1 数控机床的组成
控制介质
数控装置
伺服系统
机床
测量装置
2018年5月25日
第1章 概论
控制介质：在人和数控机床之间建立某种联系的媒介
物。 把加工零件所需的动作及刀具相对于工件的位置 等信息，用数控装置所能接受的数字和文字代码来 表示，并把这些代码储存在控制介质上。
C
经济型 - 位置反馈 中档型 高档型
2018年5月25日
+
图1-6 开环补偿型控制图 图1-5 半闭环控制系统框图
第1章 概论
数控系统主要技术指标
控制轴数
CNC最多可以控制多少坐标轴 （包括直线轴和回转轴） CNC可同时控制且按一定规律完成一定轨迹 插补的协调运动的坐标轴数 插补直线、圆弧、 抛物线、椭圆、正弦曲线、 螺旋曲线、样条函数等，甚至可对曲面直接插补。 插补坐标系也从直角坐标系扩展到极坐标系、 圆筒坐标系。
–主轴最高转速达40000～50000r/min。 –主轴转速的最高加（减）速为1.0g ，即仅需1.8 秒即可从0提速到15000r/min。
2018年5月25日
趋势——加工高精化
第1章 概论
提高机械的制造和装配精度；提高数控系统的控制精度；采用 采用误差补偿技术： 误差补偿技术。纳米控制。 – 采用反向间隙补偿、丝杆螺距误差补偿和刀具误差补偿 提高 CNC系统控制精度： ; – 等技术 采用高速插补技术，以微小程序段实现连续进给，使 CNC –控制单位精细化； 设备的热变形误差补偿和空间误差的综合补偿技术。研 60 – 究表明，综合误差补偿技术的应用可将加工误差减少 采用高分辨率位置检测装置，提高位置检测精度（日本交 ％～ 80％。三井精机的 JidicH5D 型超精密卧式加工中心 流伺服电机已有装上 106 脉冲/转的内藏位置检测器，其位 的定位精度为± 0.10.01 m。 置检测精度能达到 m/脉冲） – 位置伺服系统采用前馈控制与非线性控制等方法。
2018年5月25日
第1章 概论
数控系统主要技术指标
准备功能（G功能）用来指令机床动作的方式功能
辅助功能（M功能）
规定主轴的起停、转向，冷却液的通断，刀库的起停等
刀具管理和刀具补偿
T指令—CNC从刀库中选择刀具
刀具半径补偿、长度补偿、刀具寿命管理、自动刀具测量等
2018年5月25日
数控技术
2018年5月25日
课程内容
第 1 章 概述
第 2 章 数控装置的轮廓控制原理 第 3 章 数控机床的程序编制
第 4 章 计算机数字控制装置
第 5 章 位置检测装置
第 6 章 伺服驱动系统
2018年5月25日
第一章 概 论
1.1 基本概念 1.2 数控机床的组成及分类 1.3 数控技术的发展
2018年5月25日
第1章 概论
趋势——控制智能化
随着人工智能技术的不断发展，为满足制造业生产柔性 化、制造自动化发展需求，数控技术智能化程度不断提高， 体现在： 加工参数的智能优化:将零件加工的一般规律、特殊工艺经 加工过程自适应控制技术：通过监测主轴和进给电机的功 验，用现代智能方法，构造基于专家系统或基于模型的 智能化交流伺服驱动装置：自动识别负载、自动调整控制参 率、电流、电压等信息，辩识出刀具的受力、磨损以及破损 “加工参数的智能优化与选择器”，获得优化的加工参数， 数，包括智能主轴和智能化进给伺服装置，使驱动系统获得最 状态，机床加工的稳定性状态；并实时修调加工参数（主轴 提高编程效率和加工工艺水平，缩短生产准备时间。使加 佳运行。 转速，进给速度）和加工指令，使设备处于最佳运行状态， 工系统始终处于较合理和较经济的工作状态。 以提高加工精度、降低工件表面粗糙度以及设备运行的安全 性。
2018年5月25日
第1章 概论
1952年在美国成功研制出第一台三坐标直 线插补连续控制数控铣床。1955年进入实 用阶段。
2018年5月25日
第1章 概论
什么是数控？
数控机床有哪些与传统 机床不同的特点？
2018年5月25日
1.1.2 数控的基本概念
第1章 概论
数控（Numerical Control,简称NC）：利 用数字化信息来实现自动控制的方法。
穿孔卡
穿孔带 磁带
磁盘
2018年5月25日
第1章 概论
数控装置：是数控机床的中枢，接收输入介质的信息， 通过对代码的识别、存储和运算等操作，最终输出 数控装置所具备的主要功能： 指令脉冲驱动伺服系统进而控制机床动作。
多坐标控制 多种函数的插补 多种程序输入功能 信息转换功能 补偿功能 多种加工方式选择 故障自诊断功能 显示功能 通讯和联网功能
1. 运行高速化 2. 加工高精化
3. 控制智能化
4. 功能复合化
5. 交互网络化
2018年5月25日
第1章 概论
趋势——运行高速化
进给、主轴、刀具交换、托盘交换等实现高 速化，并具有高加（减）速度。 进给率高速化：
–在分辨率为0.1m时，Fmax=24m/min，可获得 复杂型面的精确加工； –在程序段长度为1mm时，Fmax=30m/min，并且 具有1.5g的加减速率；
第1章 概论
从1952年至今，数控机床按照控制机的发展，已经历了六代。 • 1952年试制成功的世界上第一台数控机床是一台三坐标数控立式铣床， 采用的是脉冲乘法器原理，其数控系统全部采用电子管元件，我们称之 为第一代数控系统。 • 1959年，由于在计算机行业中研制出晶体管元件，因而在数控系统中 广泛采用晶体管和印刷电路板，从而跨入了第二代。1959年3月，美国发 明了带有自动换刀装置的数控机床，称为“加工中心”。 • 1965年，出现了小规模集成电路，由于它体积小，功耗低，使数控系 统的可靠性得以进一步提高。数控系统发展到第三代。 以上三代，都是采用专用控制的硬件逻辑数控系统（NC）。 • 1967年，出现了柔性制造系统（FMS）。由计算机作控制单元的数控系 统（CNC） ——数控机床的第四代。 • 1974年，美、日等国的数控系统生产厂首先研制出以微处理器为核心 的数控系统（MNC） 。 ——数控机床的第五代。 • 1990年开始，出现了采用工控PC机的开放式CNC系统。 ——数控机床 的第六代。
2018年5月25日
目
标
掌握数控机床 掌握数控机床的组成及各部分的作用与功能 了解数控机床的分类 了解数控机床的特点 了解数控机床及数控技术的发展
2018年5月25日
1.1 基本概念
1.1.1 数控机床的产生
第1章 概论
2018年5月25日
※ ※ ※ ※
精度高 形状复杂 批量小
第1章 概论
数控系统主要技术指标
操作功能
程序段跳步、机械闭锁、辅助功能闭锁、单段、试运行、 录返、示教等。
开关量接口
M、S、T功能以BCD码形式输出；机床其它开关量信号， 如急停、循环起动、进给保持等。
字符图形显示 自诊断功能 通信与通信协议 2018 年5月25日
1.3 数控技术的发展
2018年5月25日
第1章 概论
在高效加工中心上达到90 m/min的快移速度和 1g的加速度。 直线电机作为高效驱动元件正被广为应用，尤 其在激光切割和高速加工中。
2018年5月25日
第1章 概论
换刀速度
–0.9秒（刀到刀） –2.8秒（切削到切削） –工作台（托盘）交换速度
6.3秒。
主轴高速化：采用电主轴（内装式主轴电 机），主轴电机的转子轴就是主轴部件。
2018年5月25日
第1章 概论
机床：执行机构
传动链较短