第1章数控加工概述
《数控加工工艺及设备》教学教案
《数控加工工艺及设备》教案内容欢迎阅读备注欢迎阅读 《数控加工工艺及设备》教案内容第一章数控加工工艺及设备基础备注第一节机床数控技术与数控加工设备概述一、机床中有关数控的基本概念1．数字控制（数控）及数控技术 一般意义的数字控制是指用数字化信息对过程进行的控制，是相对模拟控制 而言的。
机床中的数字控制是专指用数字化信号对机床的工作过程进行的可编程 自动控制，简称为数控（NC）。
这种用数字化信息进行自动控制的技术就叫数控 技术。
2．数控系统 是实现数控技术相关功能的软硬件模块的有机集成系统，是数控技术的载 体，它能自动阅读输入载体上事先给定的程序，并将其译码，从而使机床运动并 加工零件。
在其发展过程中有硬件数控系统和计算机数控系统两类。
早期的数控系统主要由数控装置、主轴驱动及进给驱动装置等部分组成，数 字信息由数字逻辑电路来处理，数控系统的所有功能都由硬件实现，故又称为硬 件数控系统（NC 系统）。
3．计算机数控系统 是以计算机为核心的数控系统，由装有数控系统程序的专用计算机、输入输 出设备、可编程逻辑控制器（PLC）、存储器、主轴驱动及进给驱动装置等部分 组成，习惯上又称为 CNC 系统。
CNC 系统已基本取代硬件数控系统（NC 系统）。
4．开放式 CNC 系统 国际电子与电气工程师协会提出的开放式 CNC 系统的定义是：一个开放式 CNC 系统应保证使开发的应用软件能在不同厂商提供的不同的软硬件平台上运 行，且能与其它应用软件系统协调工作。
根据这一定义，开放式 CNC 系统至少包括以下五个特征： （1）对使用者是开放的：应可以采用先进的图形交互方式支持下的简易编 程方法，使得数控机床的操作更加容易； （2）对机床制造商是开放的：应允许机床制造商在开放式 CNC 系统软件的 基础上开发专用的功能模块及用户操作界面； （3）对硬件的选择是开放的：即一个开放式 CNC 系统应能在不同的硬件平 台上运行； （4）对主轴及进给驱动系统是开放的：即能控制不同厂商提供的主轴及进 给驱动系统；欢迎阅读 《数控加工工艺及设备》教案内容（5）对数据传输及交换等是开放的。
习题册参考答案-《数控加工工艺学(第四版)习题册》-A02-3703
1.A 2.A 3.B 4.C 5.C 6.B 7.C 8.D 9.C 10.C 四、简答题 答案：略。
第四节 数控车削切削用量的确定 一、填空题 1.机床 工件的加工余量 2.v=πdn/1000 3.表面粗糙度值 4.加工精度 5.牙底 6.0.866P 7.螺纹大径 螺纹小径 8.公称尺寸 d1=M-2h 二、判断题 1.√ 2.√ 3.√ 4.× 5.× 6.√ 三、选择题 1.A 2.B 3.A 4.D 5.A 四、简答题 答案：略。
第五节 工序尺寸及其公差的确定 一、填空题 1．入体 双向 2.基本 后道工序余量 3.尺寸链 4.工艺尺寸链 5.关 联性 封闭性 6.封闭环 7.组成环 增环 减环 8.增大(或减小) 9.减小 (或增大) 10.加工方法 测量方法 11.极大极小法 极大极小法 12.增 减 13.最大极限 最小极限 14.最小极限 最大极限 15.组成 16.封闭 二、判断题 1．× 2．√ 3．√ 4．√ 5．× 6．× 7．× 8．× 9．√ 10．√ 11．√12．× 13．× 14．√ 15.√ 三、选择题 1.ABD 2.CE 3.ABD 4.BD 5.AB 6.BC 7.CE 8.A 9.C 10.A 11.A 12.A 13.A 14.C 15.B 16.C 17.B 18.D 四、名词解释 答案：略。 五、简答题 答案：略。 六、计算题 1．解：根据题意画出尺寸链：
2
第二章 数控加工工艺基础
第一节 金属切削加工的基本知识 一、填空题 1.刀具 进给 2.进给 3.合成切削 4．已加工表面 待加工表面 过渡 表面 5．待加工表面 6．已加工表面 7.切削 8.收缩 9.Ⅲ 10.带状 节状 粒状 崩碎状 11.切削速度 12.鳞刺 13.表面加工硬化 14.切屑 15.切削 速度 16.润滑 冷却 防锈 17.热传导 18．水溶液 乳化液 19.加工性质 20.冷却 21.润滑 二、判断题 1．√ 2．√ 3．√ 4．√ 5．√ 6．√ 7．√ 8．× 9．√ 10．× 11．√ 12．√ 13．√ 14．× 15.√ 三、选择题 1.A 2.A 3.D 4.D 5.C 6.B 7.C 8.B 9.C 10.B 四、名词解释 答案：略。 五、简答题 答案：略。
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 :
数控加工工艺教案
第一章数控加工技术概述备课人：学习本课程的目的1.了解数控机床的产生；2.了解数控机床的发展;课程的主要内容:1-1 数控机床的产生与发展1.数控机床的产生1.1 数控加工技术的内容（1）零件的加工工艺分析——根据零件的材质、几何形貌、加工精度等要求，确定数控机床及刀具的选型（机床的数控轴数目、数控轴的控制形式，刀具的形式如球形刀、平底刀、锥形刀及鼓形刀等，刀具的材质）、并拟定相应的工艺方案。
（2）零件的几何建模——根据零件的实体模型、工程设计图纸或CAD文件等建立零件待加工表面的曲面模型（参数化描述）。
*主要用到图形学、计算机辅助图形学方面的知识，多采用贝齐尔（Bezier）曲面、B样条曲面或非均匀有理B样条（NURBS）曲面进行曲面描述。
*涉及的主要问题有：曲面的拟合精度、曲面的裁剪、曲面片的拼接与偏置、曲面片的过渡与求交等。
*清华大学（孙家广），浙江大学（石教英、谭建荣、柯映林），北京航空航天大学（唐荣锡、朱心雄），电子科技大学（叶尚辉）等。
（3）加工过程规划——加工环节规划（如粗加工，精加工环节），刀具轨迹规划（粗加工刀具轨迹规划，精加工刀具轨迹规划）等。
*涉及的重要问题：刀具轨迹的规划方法，工件加工精度的控制，刀具与工件的干涉检验（切触干涉、刀底干涉和刀杆干涉），刀具的更换，刀具位姿的作业空间检验，加工路径长度的控制，机床进给速率的选定等。
（4）刀具轨迹的生成——根据加工过程规划确定刀位数据（刀具的位姿数据）。
（5）加工过程坊真——对（2）—（4）过程进行计算机图形实体仿真、或刀具轨迹仿真。
（6）机床运动指令生成——由刀位数据以及其它的相关功能（如换刀、刀具主轴控制、加工过程中的检验及冷却润滑等辅助功能要求）生成机床的运动指令。
（7）生成有效的加工代码——根据机床运动指令生成相应的G代码与M代码。
（8）数控系统——接收、解释加工代码，形成机床伺服轴及其它功能部件的运动控制信号。
（9）伺服驱动系统——接受运动控制信号，功率放大，驱动机床伺服轴运动。
数控加工与编程章节习题
数控加工与编程章节习题第一章数控加工技术概述1、（）开环控制系统没有位置反馈，只能应用于精度要求不高的经济型数控系统中。
、2（）半闭环控制系统一般采用角位移检测装置间接地检测移动部件的直线位移。
3、（）数控技术是FMS不可缺少的工作单元，但在CIMS中运用不多。
4、（）全功能数控系统应配置高速、功能强的可编程序控制器。
5、（）数控机床要完成的任务只是控制机床的进给运动，达到能加工复杂零件的要求。
1、数控机床的传动系统比通用机床的传动系统_________。
A、复杂； B、简单； C、复杂程度相同； D、不一定； 2、数控机床的进给运动是由__________完成的。
A、进给伺服系统；B、主轴伺服系统；C、液压伺服系统；D、数字伺服系统； 3、数控折弯机床按用途分是一种_____数控机床。
A、金属切削类；B、金属成型类；C、电加工；D、特殊加工类； 4、只有装备了________的数控机床才能完成曲面的加工。
A、点位控制；B、直线控制；C、轮廓控制；D、 B-SURFACE 控制 5、闭环与半闭环控制系统的区别主要在于_________的位置不同。
A、控制器； B、比较器； C、反馈元件； D、检测元件； 1、数控机床由哪些部分组成？各组成部分有什么作用？2、什么叫点位控制、直线控制和连续控制？它们的主要特点与区别是什么？3、什么叫开环、闭环、半闭环系统？它们之间有什么区别？4、简述数控机床的工作原理。
5、和普通机床控制相比较，数控机床有何特点？控制的对象有哪些？6、简述现代全功能数控系统的特点。
第二章数控机床加工程序编制的基础一、判断题1.（）对几何形状不复杂的零件，自动编程的经济性好。
2.（）数控加工程序的顺序段号必须顺序排列。
3.（）增量尺寸指机床运动部件坐标尺寸值相对于前一位置给出。
4.（）G00快速点定位指令控制刀具沿直线快速移动到目标位置。
5.（）用直线段或圆弧段去逼近非圆曲线，逼近线段与被加工曲线交点称为基点。
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。
第1章数控加工基础教案
第1章数控加工基础教案第1章数控加工基础本章要紧介绍数控加工的基础知识，内容包含数控编程简述、数控机床、数控加工工艺概述、高度与安全高度与走刀路线的选择等。
1.1 数控加工概论数控技术即数字操纵技术（numerical control technology），指用计算机以数字指令方式操纵机床动作的技术。
数控加工具有产品精度高、自动化程度高、生产效率高与生产成本低等特点，在制造业及航天加工业，数控加工是所有生产技术中相当重要的一环。
特别是汽车与航天产业的零部件，其几何外形复杂且精度要求较高，更突出了数控加工制造技术的优点。
数控加工技术集传统的机械制造、计算机、信息处理、现代操纵、传感检测等光机电技术于一体，是现代机械制造技术的基础。
它的广泛应用给机械制造业的生产方式及产品结构带来了深刻的变化。
近年来，由于计算机技术的迅速进展，数控技术的进展相当迅速。
数控技术的水平与普及程度，已经成为衡量一个国家综合国力与工业现代化水平的重要标志。
1.2 数控编程简述数控编程通常能够分为手工编程与自动编程。
手工编程是指从零件图样分析、工艺处理、数值计算、编写程序到程序校核等各步骤的数控编程工作，均由人工完成的全过程。
该方法适用于零件形状不太复杂、加工程序较短的情况，而关于复杂形状的零件，如具有非圆曲线、列表曲面或者组合曲面的零件，或者者零件形状虽不复杂，但是程序很长，则比较适合于自动编程。
自动数控编程是从零件的设计模型（即参考模型）获得数控加工程序的全部过程。
其要紧任务是计算加工走刀过程中的刀位点（Cutter Location Point，简称CL点），从而生成刀位数据文件。
使用自动编程技术能够帮助人们解决复杂零件的数控加工编程问题，其大部分工作由计算机来完成，编程效率大大提高，还能解决手工编程无法解决的许多复杂形状零件的加工编程问题。
CA TIA V5数控模块提供了多种加工类型用于各类复杂零件的粗精加工，用户能够根据零件结构、加工表面形状与加工精度要求选择合适的加工类型。
数控机床概述
三、数控机床的分类 数控设备的种类很多，各行业都有自己的数控设备
和分类方法。在机床行业，数控机床通常从以下不同角度 进行分类。
1．按工艺用途分类 按其工艺用途可以划分为以下四大类： （1）金属切削类 指采用车、铣、镗、钻、铰、 磨、刨等各种切削工艺的数控机床。它又可分为两类： ①普通数控机床 ②数控加工中心
2．按控制运动的方式分类 （1）点位控制数控机床 这类数控机床有数控钻床、 数控坐标镗床、数控冲床等。 （2）点位直线控制数控机床 这类机床有数控车床和 数控铣床等。 （3）轮廓控制数控机床 这类机床有数控车床、铣床、 磨床和加工中心等。
第一章 数控加工技术基础 3．按伺服系统的控制方式分类 （1）开环数控机床
将市场预测、生产决策、产品设计、 产品制造直到产品销售的全过程均由计算 机集成管理和控制，由此构成的完整的自 动生产制造系统，称为计算机集成制造系 统（Computer Integrated Manufacturing System—CIMS）。
CIMS将一个更长的生产、经营活动进 行了有机的集成，实现了更高效益、更高 柔性的智能化生产，是当今自动化制造技 术发展的最高阶段。在CIMS中，不仅是生 产设备的集成，更主要的是以信息为特征 的技术集成和功能集成
数字控制（Numerical Control NC）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的加工过 程进行自动控制的一类机床。它是数控技术典 型应用的例子。
《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。
相关知识
（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。
《数控加工编程与操作》教学教案
《数控加工编程与操作》教学教案第一章：数控加工概述1.1 教学目标让学生了解数控加工的定义、特点和应用领域。
让学生掌握数控加工的基本原理和流程。
1.2 教学内容数控加工的定义和特点数控加工的应用领域数控加工的基本原理数控加工的流程1.3 教学方法讲授法：讲解数控加工的定义、特点和应用领域。
案例分析法：分析具体的数控加工应用案例。
1.4 教学评价学生参与度：观察学生在课堂上的积极参与情况。
学生理解度：通过提问和小组讨论评估学生对数控加工基本原理的理解。
第二章：数控编程基础2.1 教学目标让学生了解数控编程的基本概念和常用代码。
让学生掌握数控编程的基本步骤和注意事项。
2.2 教学内容数控编程的基本概念数控编程常用代码数控编程的基本步骤数控编程的注意事项2.3 教学方法讲授法：讲解数控编程的基本概念和常用代码。
实操演示法：演示数控编程的基本步骤和注意事项。
2.4 教学评价学生参与度：观察学生在课堂上的积极参与情况。
学生理解度：通过提问和小组讨论评估学生对数控编程基本概念的理解。
第三章：数控机床与刀具选择3.1 教学目标让学生了解数控机床的分类和结构。
让学生掌握刀具选择的原则和方法。
3.2 教学内容数控机床的分类和结构刀具选择的原则刀具选择的方法3.3 教学方法讲授法：讲解数控机床的分类和结构。
实操演示法：演示刀具选择的原则和方法。
3.4 教学评价学生参与度：观察学生在课堂上的积极参与情况。
学生理解度：通过提问和小组讨论评估学生对数控机床和刀具选择的理解。
第四章：数控加工工艺与参数设置4.1 教学目标让学生了解数控加工工艺的基本概念和步骤。
让学生掌握数控加工参数设置的原则和方法。
4.2 教学内容数控加工工艺的基本概念和步骤数控加工参数设置的原则数控加工参数设置的方法4.3 教学方法讲授法：讲解数控加工工艺的基本概念和步骤。
实操演示法：演示数控加工参数设置的原则和方法。
4.4 教学评价学生参与度：观察学生在课堂上的积极参与情况。
数控加工的特点、分类与发展
3．特种加工类
这类数控机床包括数控线（电极）切割机 床、数控电火花切割机床、数控电火花成 型机床、带有自动换电极的电加工中心、 数控激光切割机床、数控激光热处理机床 、数控激光板材成型机床、数控等离子切 割机床、数控火焰切割机等。
二、按功能档次分
按控制系统的功能，可把数控机床分为低 档（经济型）、中档、高档三类。
三个档次的数控机床主要区别于以下几个 方面：
1．低档数控机床 2．中档数控机床 3．高档数控机床
1．低档数控机床
低档数控机床的技术指标一般为： 脉冲当量0.01mm~0.005mm，进给速
度4~10m/min，开环步进电机驱动，数 码管或简单CRT显示，主CPU一般为8位 或16位。一般无通信功能。
高档数控机床的技术指标一般为：
脉冲当量0.001~0.0001mm，进给速度 15~100m/min，闭环直流或交流伺服系 统，CRT显示具备中档的功能外，还具有 三维图形显示等，主CPU一般为32位或64 位。有制造自动化协议MAP通信接口，具 有联网功能。
1-4 数控加工技术的发展
一、数控机床的发展概况 二、数控技术的发展方向 三、机械制造系统的发展
二、数控技术的发展方向
现代数控机床及其数控系统，目前大致向 高精度、高速度、高可靠性、高智能化以 及高通信功能等方向发展。
三、机械制造系统的发展
为满足现代化生产日益提高的要求，具有 多功能和一定柔性的现代化生产系统相继 出现，使数控加工技术向更高层次发展。
现代化生产系统主要有柔性制造单元FMC （Flexible Manufacturing Cell），柔性 制造系统FMS（Flexible Manufacturing System）,计算机集成制造系统CIMS（ Computer Integral Manufactuing System）。
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• 我国1958年开始研制数控机床，但没有取得实质性的成 果。20世纪80年代前期，我国在引进国外先进的数控技术的 基础上，加强了数控机床的研究和数控机床的生产，使我国 的数控机床进入小批量生产的商品化时代。通过“七五”数 控技术攻关和“八五”数控系统攻关，大大推进了我国数控 机床的发展。目前我国已有自主版权的数控系统，并能生产 门类齐全的各种数控机床，有些企业实施了FMS和CIMS工程， 数控机床及其加工技术进入了实用阶段。
第1章数控加工概述
•一、分布式数字控制（DNC）
• 分布式数字控制（Distributed Numerical Control，简称 DNC），原来称直接数字控制（Direct Numerical Control），是 用一台计算机直接控制数台数控机床，形成分级连接和控制的制 造系统，因此称为分布式数字控制系统更为合适，也称群控系统。 中央计算机主要对多台数控系统进行数控加工程序和有关数据的 分配，并分时监控各台数控系统的运行，会进一步提高数控机床 的生产率。
第1章数控加工概述
•四、开放式数控系统简介
•（一）开放式数控系统的定义 • 符合系统规范的应用系统，可以运行在多个销售商的 不同平台上，可以与其他系统的应用程序进行互操作，并且 能够给用户提供一致性的人机交互方式。 •（二）开放式数控系统的特点 •（1）相互操作性 •（2）可移植性 •（3）可缩放性 •（4）相互替代性
第1章数控加工概述
（三）数控车床的分类
1.按数控系统的功能分 （1）经济型数控车床。 （2）全功能型数控车床。 （3）FMC车床。 2.按主轴的配置形式分 （1）卧式数控车床。 （2）立式数控车床。 3.按轴数分 （1）两轴 （2）四轴（双刀架）
第1章数控加工概述
二、数控铣床
（一）数控铣床的用途及特第1章数控加工概述
第一节 数控加工的概念
一、数字控制与数控机床 数字控制（Numerical Control)，是用数字化信号对机
床运行及其加工过程进行控制的一种方法，简称数控 （NC）。
数控机床（ Numerical Control Machine Tools)是一种装 有程序控制系统的机床，该系统能够逻辑地处理具有特定 代码或其他符号编码指令规定的程序。
第1章数控加工概述
• 1967年英国首次将多台数控机床、无人化搬运小车和自 动仓库在计算机控制下连接成自动加工系统，这就是柔性制 造系统FMS。 • 1974年微处理器开始用于机床的数控系统中，从此 CNC(计算机数控系统)软线数控技术随着计算机技术的发展得 以快速发展。 • 1976年美国Lockhead公司开始使用图像编程。利用 CAD(计算机辅助设计)绘出加工零件的模型，在显示器上“指 点”被加工的部位，输入所需的工艺参数，即可由计算机自 动计算刀具路径，模拟加工状态，获得NC程序。
• 数控电火花线切割加 工是利用作为负极的电极 丝（钼丝或铜丝）和作为 正极的工件之间脉冲性火 花放电的腐蚀作用来对工 件进行加工的一种方法。 在加工中，电极丝相对于 工件的运动轨迹由数控程 序控制，实现数控加工。
第1章数控加工概述
• 数控电火花 线切割机床按其 走丝速度分为快 速走丝和慢速走 丝线切割机床两 大类。
•数控机床的组成
第1章数控加工概述
二、数控机床的分类
目前数控机床的品种、规格繁多，功能各异， 通常可按下列几种方法进行分类。
第1章数控加工概述
（一）按控制的运动轨迹分
根据数控机床刀具与工件相对运动轨迹的类型，可 将数控机床划分为点位控制、直线控制和轮廓控制三种 类型。如下图所示：
•(a) 点位控制
（二）接口
1.人机界面接口 2.通信接口 3.进给轴位置控制接口 4.主轴控制接口 5.辅助功能控制接口
第1章数控加工概述
二、数控机床控制系统的软件组成及功能
控制系统软件由许多功能模块组成。其中加工程序译码、 预处理计算、插补运算与位置伺服四个功能模块主要实现位置 控制。另外还有一些模块，其功能可从它们的名称反映出来， 如系统管理功能，加工程序输入与存储模块，S（主轴）、T （刀具）、M（辅助）功能处理与数据输入/输出模块，显示 服务模块，加工程序编辑模块，手动自动模块，手动数据输入 功能模块，系统监视与故障诊断模块等。
第1章数控加工概述
（二）数控铣床的分类
数控铣床通常按其主轴位置的不同分为下面三类： （1）立式数控铣床 （2）卧式数控铣床 （3）立卧两用式数控铣床
第1章数控加工概述
三、加工中心
（一）加工中心的特点
（1）具有刀库和自动换刀装置。 （2）带有自动摆角的主轴。 （3）有的加工中心带有自动交换工作台。
第三节 常见数控机床简介
一、数控车床
（一）数控车床的组成 如图所示：数控
车床由主轴箱、刀架、 进给传动系统、床身、 液压系统、冷却系统、 润滑系统等部分组成。
第1章数控加工概述
（二）数控车床的特点
数控车床与普通卧式车床相比具有以下几个特点： （1）精度高。 （2）效率高。 （3）高柔性。 （4）可靠性高。 （5）工艺能力强。
第1章数控加工概述
（二）加工中心的的分类
1.按加工方式分类
（1）车削中心 （2）铣削加工中心 2.按机床主要结构分类 （1）立式 （2）卧式 （3）龙门式 （4）复合式 3.按换刀形式分类 （1）转塔刀库加工中心 （2）无机械手的加工中心 （3）带刀库、机械手的加工中心
第1章数控加工概述
四、数控线切割机床
• 闭环控制数控机床在其移动部件上直接装有直线位置检测装置， 将测量的实际位移值反馈到数控装置中，与输入的位移值进行比较， 用差值进行控制，使移动部件按照实际需要的位移量运动，实现移 动部件的精确定位。
•闭环控制系统框图
第1章数控加工概述
•3．半闭环控制数控机床
• 半闭环控制数控机床的位置检测元件安装在伺服电机上， 通过测量伺服电机的角位移间接计算出机床工作台等执行部件 的实际位置（或位移），反馈到计算机数控装置中进行位置比 较，用比较的差值进行控制。
(b) 直线控制
(c) 轮廓控制
第1章数控加工概述
（二）按伺服控制方式分
主要有开环控制数控机床、闭环控制数控机床和半 闭环控制数控机床。
第1章数控加工概述
•1．开环控制数控机床
• 开环控制数控机床没有检测反馈装置，数控装置 发出的指令信号是单方向传送的。
•开环控制系统框图
第1章数控加工概述
•2．闭环控制数控机床
第1章数控加工概述
•二、数控机床的工作原理
•数控加工原理如下图所示：
第1章数控加工概述
三、数控加工的定义 数控加工是指在数控机床上对工件进行
自动加工的一种工艺方法。
第1章数控加工概述
四、数控加工的特点
（1）柔性自动化，具有广泛的适应性。 （2）精度高，质量稳定。 （3）生产效率高。 （4）能实现复杂零件的加工。 （5）减轻劳动强度，改善劳动条件。 （6）有利于现代化生产与管理。
第1章数控加工概述
三、典型数控系统
•（一）日本FANUC系列数控系统
•
FANUC公司生产的CNC产品主要有0系列、1X系列。
•（二）德国SIEMENS公司的数控系统
•
SIEMENS数控系统常用的有
•
SINUMERIK810,820T/M/G,840D/T,802D等几种。
•（三）华中数控系统HNC • HNC是武汉华中数控研制开发的国产型数控系统。 已开发和应用的产品有HNC－1和HNC－2000两个系列， 共计16种型号。 •
第1章数控加工概述
•二、数控加工技术的发展方向
• • 1. 高速化 • 2. 高精度化 • 3. 高柔性化 • 4. 复合化 • 5. 网络化 • 6. 智能化
第1章数控加工概述
第六节 以数控机床为基础的生产自动化技术
• 采用单台数控机床实现单工序柔性自动化加 工，对生产率的提高还是有限的，必须发挥生产 线和整个制造系统的效能，为此出现了分布式数 字控制（DNC）、柔性制造单元（FMC）、柔性 制 造 系 统 （ FMS ） 和 计 算 机 集 成 制 造 系 统 （CIMS）。
•二、柔性制造单元（FMC）
• 柔性制造单元（Flexible Manufacturing Cell，简称FMC）， 是由一或两台数控加工中心和自动上下料装置组成，它是实现单 工序或双工序加工的可变加工单元，是最简单的柔性制造系统。
•
第1章数控加工概述
•三、柔性制造系统（FMS）
• FMS目前尚无统一定义。在我国有关标准中，对FMS的定义为： 柔性制造系统（Flexible Manufacturing System，简称FMS）是由数 控加工设备、物料运储装置和计算机控制系统等组成的自动化制造系 统。它包括多个柔性制造单元，能根据制造任务或生产环境的变化迅 速进行调整，以适宜于多品种、中小批量生产。
第1章数控加工概述
• DNC(直接数控)技术始于20世纪60年代末期。它是使 用一台通用计算机，直接控制和管理一群数控机床及数控 加工中心，进行多品种、多工序的自动加工。DNC群控技 术是FMS柔性制造技术的基础。随着DNC数控技术的发展， 数控机床已成为无人控制工厂的基本组成单元。 • 20世纪80年代，出现了包括市场分析、生产决策、产 品设计与制造和销售等全过程均由计算机集成管理和控制 的计算机集成制造系统CIMS。其中，数控机床是CIMS的 基础。
第1章数控加工概述
第五节 数控加工技术的发展
•一、数控加工技术的发展历程 • 1949年，美国帕森斯公司与麻省理工学院合作，开始 了铣床的数控化研制工作，于1952年研制成功了世界上第一 台能进行三轴控制的立式数控铣床。 • 1953年麻省理工学院开发出只需确定零件轮廓、指定 切削路线，即可生成NC程序的自动编程语言。 • 1959年美国Keaney&Trecker公司开发成功了带刀库， 能自动进行刀具交换，一次装夹中即能进行铣、钻、镗、攻 螺纹等多种加工功能的数控机床，这就是数控机床的新种 类——加工中心。