数控机床概述(完整版)
数控机床概述
数控机床概述数控机床概述数控机床（NC）是工业制造中的一种先进的加工设备，它通过计算机程序来自动控制其运动及加工精度，在许多领域中被广泛应用，具有高度的灵活性和精度优势。
它是基于计算机技术和机械工程技术结合起来的一种机械加工设备。
本文将介绍数控机床的概述、分类和应用。
一、概述数控技术是20世纪50年代初期从美国引进我国的先进技术之一。
它是基于计算机技术和数学控制理论等多种技术手段相结合形成的。
数控机床是指能够按照程序控制加工工件的机床。
数控机床是计算机控制系统和机床加工系统两大系统的组合，主要由计算机程序、数控装置、机床主轴和驱动系统组成。
数控机床的加工精度和效率都比传统机械加工设备高，它能够完成各种高精度零部件的加工，不仅提高了制造质量，还有利于生产自动化和降低生产成本。
二、分类1. 根据控制方式分类数控机床的控制方式分为点位控制和轮廓控制两种。
（1）点位控制：是通过对机床实现单点控制，即控制机床在一定的位置停留和加工，再出现到下一指定位置，并按照预定的程序重复加工过程。
（2）轮廓控制：是通过在设计制造工件时用曲线表达，由控制系统重复运动并在工件表面上形成曲线加工轮廓。
2. 根据轴数分类数控机床的轴数按工作坐标系分为三轴、四轴、五轴、六轴、七轴和八轴等多种，按照工作方式和物理坐标系也有X、Y、Z、A、B、C等六轴。
（1）三轴数控机床：能控制X、Y、Z三个方向的移动。
（2）四轴数控机床：能控制X、Y、Z三个方向的移动和一个绕Z轴旋转的坐标轴。
（3）五轴数控机床：能进行X、Y、Z三轴方向的移动和绕X、Y两个轴的旋转运动。
（4）六轴数控机床：能对X、Y、Z三个方向的移动外，还能对A、B、C三个轴进行变量控制。
3. 根据用途分类数控机床的用途主要分为车床、铣床、加工中心、线切割机、钻床和冲床等。
（1）车床数控机床：主要用于轴类零件的加工，能够实现特殊轴线和精确半径的加工，并具有高速度和高精度的特点。
（2）铣床数控机床：适用于不规则零件或平面上的高精度加工，常用于零件开槽、加工互相嵌合的重合面。
数控机床应用概况
数控机床应用概况随着现代工业的发展，数控机床已经成为了各种加工行业非常重要的加工设备。
在各种加工和制造行业，数控机床在生产制造是不可或缺的工具之一。
数控机床的应用范围极为广泛，从简单的零件到复杂的工件，都可以通过数控机床加工，而且加工的效率和加工品质远远超过了传统的人工加工。
因此，数控机床已经成为了现代工业中的一颗新星，本篇文档将从数控的基本概念，应用范围，加工制造技术，未来发展趋势等方面来进行讲述。
一、数控机床的基本概念1.数控机床的概念数控机床是一种利用计算机数字控制系统来控制机床运动进行加工的一种工具机。
2.数控加工的定义数控加工是指采用数控机床设备，通过计算机数字控制系统对机床上的加工刀具进行控制，以完成高精度的机械零件制造过程。
它是在现代工业生产中应用广泛的一种现代加工技术。
3.数控机床的分类数控机床主要分为铣床、车床、钻铣床、磨床等多种类型。
其中，车床和铣床是使用最为广泛的机床类型。
二、数控机床的应用范围1.汽车制造业在汽车制造业中，数控机床广泛应用于汽车发动机的加工、车身件及其他各类紧固件等部件的加工。
2.航空航天制造业在航空航天制造业中，数控机床是必不可少的工具。
它已成为了制造航空发动机、复杂结构部件或复杂形状零件的主要加工设备。
3.模具制造业数控机床在模具制造业中也有广泛的应用，可以用于塑料、橡胶、压铸等多种模具的制造。
4.机械制造业在一些机械加工，例如机械零件的车削、钻孔、铣削、磨削等过程中，都广泛采用数控机床来完成对产品的加工。
三、数控机床的加工制造技术1. 车削加工技术车削加工技术是数控机床应用的一项重要技术，它可以分别采用外径车削，内径车削、端面车削等多种方式来加工各种形状的零件。
2. 铣削加工技术铣削加工技术可以用于对各种金属材料的平面、曲面、凸台、槽形等复杂形状的加工，在数控机床的操作控制下，可以实现高效率、高精度的加工。
3. 磨削加工技术磨削加工技术是一种高精度的机械加工技术，可以实现高精度的表面质量，适用于各种硬度的金属材料。
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。
数控机床科普知识
数控机床科普知识数控机床是一种高效、精准、高速、灵活的机床，广泛应用于机械制造、汽车制造、航空航天、国防军工等领域，是现代制造业的重要技术装备之一。
本文将向读者介绍数控机床的科普知识，包括数控机床的定义、基本结构、编程方式、加工精度等方面。
一、数控机床的定义数控机床（Numerical Control Machine Tool）是一种通过数字程序控制实现运动控制和加工加工工艺过程的机床。
它能够实现自动化、高精度、高效率的加工，具有操作简便、生产效率高等特点，广泛应用于航空、航天、军事、汽车等领域。
二、数控机床的基本结构数控机床由床身、主轴、进给系统、数控系统、夹具、液压系统等组成。
床身是机床的基础部分，用于支撑机床的各个部位及工件加工的基准面；主轴是机床的主要工作部位，用于旋转工件和切削刀具；进给系统是实现工件物料的增量式移动，包括数控电机、丝杆、导轨等组成的步进电子传动系统；数控系统是数控机床的“大脑”，用于控制机床的各项运动，程序由人工输入，进一步由计算机控制机床最终运动过程。
三、数控机床的编程方式数控机床程序可由手工输入、外部输入、CAD设计、CAM 软件等方式产生。
手工输入包括数字输入法、坐标输入法、MDI输入等，模拟手工输入方式进行编程，容易出错；外部输入又称联机编程，相对手工输入具有高效、准确等优点；CAD设计则通过CAD软件进行图形设计，自动生成机床加工程序，适用于复杂图形的数控伺服控制；CAM软件是指计算机辅助制造软件，输入图形和加工参数后，自动生成数控加工程序，成为产品制造的主要工具。
四、数控机床的加工精度数控机床具有高加工精度、稳定性好、加工速度快等特点。
加工精度指的是加工尺寸和形状的精度，它受到很多因素的限制，如机床本身的结构、精度、质量，切削工具的刚度、材料和几何参数，加工工艺的稳定性和选用的切削参数等。
数控机床的加工精度一般由国际标准化组织（ISO）制定的规范进行检测和评定，数控机床的加工精度越高，可以提高产品质量，减少加工时间和成本。
数控机床概述
数控机床概述数控机床是指采用数字控制技术，具有自动化程度高、生产效率高、精度高和柔性制造等优点的机床。
在数控机床中，机床的所有动态和静态状态都由计算机实时监控。
数控机床的发展历程1950年代初期，美国的麻省理工学院人工智能实验室开发了第一个数控机床。
1958年，美国的世界闻名的克里夫兰机床公司生产出了第一台工业用数控机床。
20世纪60年代，日本成为全世界数控机床生产的中心。
随着计算机技术的飞速发展，数控机床不断升级，出现了多轴联动、伺服控制、快速切换和自动换刀等功能。
同时，数控技术与机器人、智能控制、虚拟现实等技术相结合，数控机床成为现代工业中的重要设备。
数控机床的优势相比传统机床，数控机床具有以下优势：•生产效率高：数控机床的加工速度快，精度高，自动化程度高，减少了人为因素干扰。
•高精度：数控机床可以对零件进行高精度的加工，对于一些部件的加工要求十分严格的场合，数控机床可以发挥出更高的作用。
•生产周期短：数控机床的加工速度快、自动换刀以及自动化程度高，可以大大缩短生产周期，提高生产效率。
•多批次生产：数控机床具有自动化程度高等特点，批量生产不需要人员干预，提高了工作效率，非常适应多批次生产。
•运行稳定性高：数控机床由计算机实时监控，运行更加稳定可靠。
此外，数控机床采用伺服驱动系统，可以更加精确地运动和加工。
数控机床的应用领域数控机床在制造业的应用十分广泛，包括模具、汽车、航空航天、轨道交通、电器电子、船舶、医疗器械等制造领域。
例如，在汽车制造业，数控机床可以用于加工引擎缸体、变速器摆臂、刹车鼓等部分。
在轨道交通领域，数控机床可以加工轨道交通设备零配件，提高零部件加工效率和精度。
在航空航天领域，数控机床可以制造飞机结构中的精密部件，这对于保证飞行安全具有非常重要的作用。
在模具制造领域，数控机床可以制造高精度的模具，提高模具的加工精度和生产效率。
数控机床的发展前景随着新技术的不断涌现，如互联网、大数据、人工智能等，数控机床的智能化、柔性化、高效化、集成化趋势将更加明显。
数控机床概述(PPT 62页)
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1.3 数控机床的分类
一. 按运动轨迹分类
1．点位控制数控机床 点——点位置精确控制，保证的是定位精度，以慢~快~慢 的运动方式。 这类机床主要有数控坐标镗床、数控钻床、数控点焊机 和数控折弯机等，其相应的数控装置称为点位控制数控 装置。
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2．直线控制数控机床 位置控制+速度和路线控制，只能沿 某个坐标轴方向〔平行或45°〕切 削加工。
点和对刀点.
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1.机床原点：固定不变的. 1)数车:卡盘端面与主轴中心线交点.
• 2)数铣:一般取XYZ轴正向极限位置. • 2.机床参考点:出厂时设定. • 1)数车:离原点最远的极限点. • 2)数铣:与原点重合. • 3.工件原点:程序原点 • 1)满足编程简单、尺寸换算少、加工误差小 • 等条件 . • 2)一般工件原点应选择尺寸标注基准或定位 • 基准.
计算机集成制造系统〔Computer-Integrated Manufacturing System，CIMS〕，是指用最 先进的计算机技术，控制从定货、设计、工艺 、制造到销售的全过程，以实现信息系统一体 化的高效率的柔性集成制造系统。
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1.1.3 我国数控机床开展概况
1958年开始并试制成功第一台电子管数控机 床。1965年开始研制晶体管数控系统，直 到20世纪60年代末至70年代初成功。从20 世纪80年代开始，先后从日本、美国、德 国等国家引进先进的数控技术。如北京机 床研究所从日本FANUC公司引进FANUC3 、FANUC5、FANUC6、FANUC7系列产 品的制造技术；上海机床研究所引进美国 GE公司的MTC-1数控系统等。
《数控机床概述 》课件
数控机床的应用领域
汽车制造领域
航空航天领域
数控机床在汽车制造中广泛应用于发动机 、变速器、底盘等关键零部件的加工。
由于航空航天领域对零部件的精度和性能 要求极高，数控机床在制造飞机和航天器 零部件方面具有重要作用。
模具制造领域
医疗器械领域
数控机床可以高效地加工各种模具，广泛 应用于塑料、橡胶、金属等行业的模具生 产。
数控装置的工作原理
数控装置是数控机床的指挥中心，它按照输入的程序指令，经过计算和处理后， 输出脉冲信号给伺服系统，控制机床各运动部件的运动。
数控装置主要由输入输出装置、数控软件和主控制装置组成，具有插补计算、伺 服驱动、故障诊断等功能。
伺服系统的工作原理
伺服系统是数控机床的重要进行 运动。
03
使用专用工具进行装夹 和测量，不得使用其他 工具替代。
04
定期检查冷却液和润滑 油的供应是否正常。
紧急情况的处置措施
如遇突然断电或系统 故障，应立即关闭主 电源，并通知维修人 员。
若发生人员受伤或设 备损坏等事故，应立 即报告上级领导并协 助处理。
当发生火灾或其他紧 急情况时，应立即停 机并按照安全疏散程 序撤离。
05
数控机床的安全操作规程
开机前的安全检查
确保电源连接良好，无裸露电 线和损坏的插座。
检查机床周围环境，确保没有 杂物和障碍物。
确认刀具和夹具安装牢固，无 松动现象。
开启数控系统，检查各轴运动 是否正常。
机床操作中的安全注意事项
01
操作过程中不得离开机 床，以免发生意外。
02
避免用手触摸旋转中的 刀具和工件，防止夹伤 或割伤。
保持机床的清洁，防止灰尘、切屑等杂物进入机 床内部。
数控机床简介
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数控火焰切割机
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数控火焰切割机
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数控三坐标测量机
数控三坐标测量机
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两轴控制
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两轴半控制
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三轴控制
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多轴控制
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多轴控制
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虚拟轴控制
虚拟轴控制
虚拟轴控制
虚拟轴控制
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一、数控机床概述
什么是数控：数字程序控制简称数控NC，通常用数控指
令控制机械运动。
什么是数控机床：采用数控技术的机床，或者说装备了
数控系统的机床。
数字控制机床是用数字代码形式的信息（程序指令）， 控制刀具按给定的工作程序、运动速度和轨迹进行自动
加工的机床，简称数控机床。
什么是加工中心：一般认为具备快速换刀机构的数控机
结束语
当今数控技术已进入新的发展时期，数控机床新结 构新品种不断出现。在汽车、航空航天、模具、医 疗器械、复合材料等加工领域中，新材料、新的加 工方法、新的加工理念不断出现，推动和丰富了传 统加工理论。研究数控技术，跟踪世界数控技术发 展潮流，不断提高数控技术水平，是摆在我们面前 一项重要任务。让我们共同努力，用创新的理念， 反复实践，不断探讨，在较短时间内，使我国数控 技术赶上世界先进水平。让数控技术为现代化建设 发挥更大作用。
一、数控机床概述
3、计算机数控装置 是数控机床的核心，接受输入装置的信息，经过控制软件的 处理，将指令输给伺服系统，控制机床运动部件按加工程序指 令运动。 4、伺服系统 它是数控系统的执行部分，把来自机床数控系统的脉冲信号 转换成机床移动部件的运动。（如伺服电机、电主轴 丝杠等） 5、可编程控制器（PLC）及电器控制装置 与CNC装置协调配合来共同完成机床的控制，接受CNC的 信息，并转换成控制信号，控制机床动作 6、检测反馈装置 对机床的运动速度、方向、位移量及加工状态加以检测，把 结果反馈给数控装置。分为半闭环和闭环两种。（如光电编码 器、光栅尺等）
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。
数控机床概述
数控机床概述数控机床是指能以数控程序控制工作台移动和加工刀具运动的一种机床。
与传统的手动操作机床相比，数控机床具有精度高、重复性好、加工效率高、灵活性强等优点。
它不仅可以加工各种复杂的零件，而且能够提高生产效率，降低劳动强度，广泛应用于机械制造、航天航空、电子仪器等领域。
数控机床是通过数控系统来控制加工过程的。
数控系统是由硬件和软件两部分组成的。
硬件部分主要包括：数控装置和伺服系统。
数控装置的主要作用是将加工程序转化为机床的动作指令，并将指令传送给数控机床，控制其动作。
伺服系统主要负责实现各轴的位置反馈和闭环控制，使机床能够按照既定的路径和速度运动。
软件部分主要包括：加工程序和操作界面。
加工程序是数控系统的核心部分，其中包含了工件的几何信息、加工工艺和刀具轨迹等，数控机床通过解析加工程序，按照其要求进行加工。
操作界面则提供了人机交互的界面，可以进行加工参数的设置、加工过程的监控等操作。
数控机床的工作过程大致分为三个步骤：工艺准备、加工过程和结果判定。
工艺准备阶段，首先需要进行工艺规程的制定，包括确定工件的几何形状、尺寸和表面粗糙度等要求，以及选择合适的刀具和切削参数等。
然后，将工艺规程编程成加工程序，并将程序输入数控系统。
加工过程阶段，通过数控系统控制工作台和刀具的运动，实现对工件的加工。
最后，通过测量和检验等方法对加工结果进行判定，以保证工件的质量。
数控机床的应用非常广泛。
在机械制造领域，数控机床可以用于铣削、钻孔、车削等各种加工操作。
在航天航空领域，数控机床可以用于加工各种复杂的发动机零部件、导弹零部件等。
在电子仪器领域，数控机床可以用于加工精密零件，提高产品的精度和品质。
此外，数控机床还可以用于快速原型制造，实现快速设计和加工。
总之，数控机床是一种利用数控技术实现自动化加工的高精度、高效率的机床。
它具有精度高、重复性好、加工效率高、灵活性强等优点，广泛应用于各个领域。
随着科学技术的不断进步，数控机床将会越来越多地应用于工业生产中，推动制造业的发展。
数控机床的综合概述
数控机床的综合概述
数控机床是一种高精度、高效率的机床，其主要特点就是可以根据预先设定的程序进行自动化加工。
数控机床的发展可以追溯到20世纪50年代。
数控机床在过去的几十年发生了巨大的变化，许多新的技术被应用到了数控机床上，这些技术使得数控机床在加工领域中的应用更加广泛。
首先，数控机床与传统机床相比，具有更高的精度。
由于数控机床的加工过程完全由计算机控制，因此可以控制加工的位置、速度、深度等参数，提供了更高的精度和重复性。
其次，数控机床具有更高的生产效率。
相对于传统机床，数控机床加工速度更快，减少了人力成本和加工周期，更适合大批量生产。
第三，数控机床可以灵活应变。
因为数控机床可以根据不同的加工程序进行自动化加工，可适用于不同的产品加工需求。
当产品发生变化时，只需要更改机床程序即可，无需更换整个机床线。
第四，数控机床可以实现加工复杂形状的产品。
因为计算机可预先存储复杂形状的图形数据，并进行后续计算，数控机床可以在实现高精度加工的同时，也可以完成对复杂形状的产品的加工。
第五，数控机床具有自动化控制功能。
它可以控制多个机械手臂进行一个复杂的工艺过程，从而使生产更加自动化，并减少产生过剩的人力和时间成本。
总的来说，数控机床已经成为现代工业生产的关键技术之一。
与传统机床相比，数控机床具有更高的精度、生产率、灵活性和自动化控制功能，构成了一种更加高效和先进的生产方式。
因此，它在许多领域的应用越来越广泛，在汽车、航空、造船、医疗器械等领域都有应用。
数控机床概述(PPT 98页)
制）
2020/7/27
现代数控技术
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计算机数控系统
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
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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
第一章 数控机床概述
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现代数控技术
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数控机床与数控系统
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。
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现代数控技术
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第一章 数控机床概述
1981年：具有人机对话、动态图形显示、实时精度 补偿功能。
1986年：数字伺服控制诞生，大惯量的交直流电机 进入实用阶段。
1988年：采用高性能32位机为主机的主从结构系统。 1994年：基于PC的NC系统诞生，使NC系统的研发
进入了开放型、柔性化的新时代，新型NC系统的开 发周期日益缩短。它是数控技术发展的又一个里程 碑。
第一章 数控机床概述
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现代数控技术
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第一章 数控机床概述
这些设备的使用大大地提高了机械加工 自动化地程度，提高了劳动生产率，促 进了制造业地发展。但它也存在固有的 缺点：
初始投资大； 准备周期长； 柔性差。
第一部分数控机床概述
(4)可编程控制器(PLC)
数控设备用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。内装型PLC 从属于CNC装置, PLC硬件电路可与CNC装置其它电路制作 在同一块印刷板上, 也可以作成独立的电路板。独立型 PLC独立CNC装置, 本身具有完备的硬、软件功能, 可以 独立完成所规定的控制任务。
第一台数控机床诞生至今五十年以来, 数控机 床的核心—数控系统的发展经历了二个阶段和 六代的发展。
1.数控（NC）阶段 2. 计算机数控（CNC）阶段
数控（NC）阶段（1952—1970）
早期的计算机运算速度低, 这对当时的科学计算和数 据处理影响不大, 但它不能适应机床实时控制的要求。
人们不得不采用数字逻辑电路, 搭成机床专用计算机 作为数控系统, 被称为硬件连接数控（HARD—WIRED NC）,简称为数控（NC）。
(5)反馈系统
反馈系统的作用是通过测量装置将机床移动的实 际位置、速度参数检测出来, 转换成电信号, 并反馈到 CNC装置中, 使CNC能随时判断机床的实际位置, 速度是 否与指令一致, 并发出相应指令, 纠正所产生的误差。
(6)辅助控制装置 辅助控制装置包括刀库的转位换刀, 液压泵、冷却泵等控
制接口电路, 电路含有换向阀电磁铁、接触器等强电电气元件 。现代数控机床采用可编程控制器进行控制, 所以辅助装置的 控制电路变得十分简单。
随着电子元器件的发展, 这个阶段又历经三代: 1952年的第一代—电子管计算机组成的数控系统； 1959年的第二代—晶体管计算机组成的数控系统； 1965年的第三代—小规模的集成电路计算机组成的数 控系统。
数控机床概述
数控机床概述数控机床是一种计算机数字控制的先进设备，它可以精准地掌握加工工艺的精度要求和工作量，相比较于传统机床可以更快、更精确的完成加工。
数控机床不仅在数控技术的发展中得到了越来越多的应用，也使得工作效率和生产质量都得到了极大的提高。
数控机床的基本组成数控机床本质上是由机械部分、驱动部分和控制部分三大部分组成的，而控制部分则是数控机床最重要的核心组成部分。
机械部分作为数控机床的主要运动和加工装置，它包括一些基本的运动部件，如工作台、工件夹持装置、切削刀具等。
不同型号的数控机床的机械部分设计会有所不同，这些设计需要根据各不相同的加工任务来进行选择。
驱动部分则是控制机械部分运动的集合，包括电机驱动、液压驱动、气动驱动等各种类型的设备。
这些设备可以根据不同的需求完成机械部分的高速运动，并实现高精度的加工。
控制部分是每个数控机床系统中最为重要和核心的部分。
控制部分使用计算机系统来解析加工过程，并产生控制命令驱动运动部件的动作和位置。
控制系统可以接受从外部和内部的信息读写来更新加工数据和控制功能，通过可视化界面显示工作模式和运行状态，并提供高级编程语言来创建加工程序。
不同厂商和型号的数控机床可能有不同的控制系统。
数控机床的加工过程数控机床可以完成单轴、两轴、三轴、四轴、五轴和六轴数控加工等各种形式的加工技术，在碳钢、不锈钢、铝合金、钛合金等高强度材料的加工中得到了广泛的应用。
数控机床的工作流程与普通机床在操作过程上略有不同，首先需要将数控程序放入计算机中。
其次，在按下开始加工的键的时候，机床就会按照程序来自动完成加工过程，最后将加工完成的零件从机床中取出即可。
优点和应用领域相比较于传统机床，数控机床具有高效性、高精度、高灵活性和高生产质量等多方面的优点。
其中最为显著的是数控机床操作简便、自动化程度高、技术含量高、执行力度大等，同时还可以减少因工人操作不当而带来的人为质量差的风险。
目前，数控机床被广泛应用于各种制造领域，主要包括航空、航天、医疗器械、汽车、工程机械、船舶、核电、轨道交通等行业。
数控机床的概述
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2、闭环控制（Close Loop Control）数控机床
➢这类系统的位置检测装置安装在机床工作台上，将 工作台的实际位置检测出来并与CNC装置的指令进 行比较，用差值进行控制，如上图结构。 ➢特点：·可矫正全部传动环节造成的误差，精度很高； （取决于检测装置的精度） ➢ ·不稳定因素多，调试困难； ➢ ·用于高精度设备的控制。如：镗、铣床，超精 车床，磨床等；
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➢（3）、数控系统：主功能是将输入装置传送的数据 加工程序，经数控装置系统软件进行译码、插补运算 和速度预处理等。
➢译码时将程序区分为： ➢ 几何数据：刀具相对工件运动路径的数据；利用它 可加工出要求的几何形状。
➢工艺数据：主轴转速S和进给速度F等辅助功能的数据。 ➢开关功能：对机床电器的开关命令；如：主轴启/停、 刀具选择/交换、切削液的开关、润滑液的启/停等。 ➢·插补器：根据曲线已知的几何数据以及相关的工艺 数据中速度信息，计算出曲线起、终点间的一系列中 间点，分别向机床各坐标轴发出速度和位移信号，通 过各个轴运动的合成，形成符合数控加工程序要求的 工件轮廓的刀具的运动轨迹。
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对应关系
➢手脚：作用于外界（执行器）
➢数控机床的主轴电动机、进给伺服电动机及各 种液压缸和汽缸等
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对应关系
➢头脑：集中处理全部信息，并对其他要 素和它们间的连接进行有机的统 一控制（计算机）
➢数控机床的数控系统
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数控机床介绍
数控机床一、特点及组成1.特点（1）柔性高柔性即是灵活、通用、万能，可以适应加工不同形状的零件。
（2）精度高由于数控机床加工是由计算机控制的，故在加工过程中避免了人为误差，再加上机床的传动系统和结构都具有较高的精度和刚度，因此数控机床的重复精度高，通常可获得较高的加工精度和稳定的加工质量。
（3）效率高数控机床加工单件零件的效率，通常是普通机床效率的3 ~4 倍甚至几十倍。
（4）劳动强度低由于零件在数控机床上加工是按编制的加工程序自动完成的，操作者只需操作键盘、装卸零件、检测零件及观察机床运行，故操作者劳动强度大为减轻。
2.组成槪括起来数控机床由以下四部分组成：（1）主机主机是数控机床的主体，主要由几种机械部件组成，包括床身、主轴箱、工作台、进给机构、自动换刀装置等。
（2）数控装置数控装置是数控机床的控制核心，一般由一台专用计算机构成。
（3）驱动装置驱动装置是数控机床执行机构的驱动部件，包括主轴电动机、进给伺服电动机等。
（4）辅助装置辅助装置是数控机床的一些配套部件；如自动对刀部件，自动排屑部件等。
二、分类1.按运动轨迹分类（1）点位控制或位置控制数控机床此类数控机床只能控制工作台(或刀具)从一个位置(点)精确地移动到另一个位置（点），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。
如数控钻床、数控镗床、数控冲床等。
（2）轮廓控制数控机床轮廓控制又称连续控制。
此类数控机床的控制系统能够对两个或两个以上的坐标轴方向同时进行连续控制，不仅能控制轮廓的起点和终点，还能对位移和速度进行严格的不间断的控制。
如数控车床、数控铣、数控磨床、加工中心等。
2.按驱动系统(伺服系统)的控制方式分类（1）开环控制数控机床此类数控机床不只具备位罝检测反馈装置。
数控装置依据控制介质上的指令信号，经控制运算发出指令脉冲，使伺服驱动元件转过一定的角度，再经传动齿轮、滚珠丝杠螺母副等传动机构带动工作台等执行机构移动或转动如图2-18所示。
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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。
第一章 数控机床概述
2．直线控制机床
刀具与工件相对移动时，除控制从起点刀终点的准确定 位外，还要保证平行于坐标轴的直线切削运动。
第一章 数控机床概述
3．轮廓控制机床
刀具与工件相对运动时，能对两个或两个以上坐标轴 的运动同时进行控制。
第一章 数控机床概述
三、按可控制联动的坐标轴数分类
数控机床可控制联动的坐标轴数是指数控装置控 制几个伺服电动机同时驱动机床移动部件运动的坐标 轴数目。
第一章 数控机床概述
2．基本概念
数字控制（NC）——借助数字、字符或其他符号对某一 工作过程进行可编程控制的自动化方法。
数控技术——用数字量及字符发出指令并实现自动控制 的技术。
数控系统——采用数字控制技术的控制系统。 计算机数控系统（CNC）——以计算机为核心的数控系 统。 数控机床——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。
第一章 数控机床概述
第二节 数控机床的组成与工作原理
一、数控机床的组成
计算机数控系统
机床本体
第一章 数控机床概述
1．输入/输出装置
常用控制介质及输入输出装置 a）磁盘 b）磁盘驱动器 c）串行通信卡 d）网卡 e）移动硬盘 f）U盘
第一章 数控机床概述
数控机床在进行加工前，必须接收由操作人员输入 零件加工程序，然后机床根据输入的程序进行加工控制， 从而加工出所需的零件。输入/输出装置来完成零件加 工程序或系统参数的输入或输出。
(2) 接受机床控制面板和机床侧的输入/ 输出信号， 一部分信号直接控制机床的动作，另一部分信号 送往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。
第一章 数控机床概述
7．机床本体
机床本体是数控机床的主体，是数控系统的被控对象， 是实现制造加工的执行部件。
机床本体
主运动部件 进给运动部件 支撑件 特殊装置 辅助装置
第一章 数控机床概述
二、数控机床的发展及趋势
1．数控系统开放化的趋势 2．数控系统小型化的趋势 3．数控系统优化人机交互方式的趋势 4．数控系统产品配套性的提高 5．数控系统的智能化趋势
第一章 数控机床概述
第一节 第二节 第三节 *第四节
数控机床的产生与发展 数控机床的组成与工作原理 数控机床的分类 数控系统的应用范围
机床
控制
面板
MCP
FANUC系统操作装置
第一章 数控机床概述
3．计算机数控装置（CNC装置或CNC单元）
计算机数控（CNC）装置是计算机数控系统的核心。 主要作用：根据输入的零件程序和操作指令进行相应的处 理然后输出控制命令到相应的执行部件，控制其动作，加工出 需要的零件。
计算机数控装置
第一章 数控机床概述
三、数控机床的特点
调试和A维dd修Yo较ur 复Tex杂t 价格较贵
适应性强t
适合加工复杂 形面的零件
Add Your Text
有利于生产管 理的现代化
Ad一d Y机our多Te用xt
特点
加工精度高 加工质量稳定
自动化程度高
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加工生产率高
第一章 数控机床概述
第一节 第二节 第三节 *第四节
立式加工中心
大型龙门加工中心
第一章 数控机床概述
(2) 卧式加工中心 卧式加工中心是指主轴轴线水平设置的加工中心, 分为 固定立柱式或固定工作台式。最适合加工箱体类工件。
卧式加工中心
第一章 数控机床概述
(3) 五面加工中心 五面加工中心兼具立式加工中心和卧式加工中心的功能, 工件一次装夹后能完成除安装面外的所有侧面和顶面等五个 面的加工。
开环数控机床的控制精度取决于步进电动机和丝杠的精 度，闭环数控机床的精度取决于检测装置的精度。
a) 光栅
b) 光电编码器 检测装置
第一章 数控机床概述
6．可编程控制器
可编程控制器（Programmable Logic Controller，缩写PLC） 是一种以微处理器为基础的通用型自动控制装置。
五面加工中心
五面加工中心的布局形式
第一章 数控机床概述
(4) 六杆/ 三杆数控机床(并联数控机床) 六杆数控机床又称虚拟轴机床，该数控机床由基座与运 动平台及其间的六根可伸缩杆件组成, 并由伺服电动机和滚珠 丝杠按数控指令实现伸缩运动, 使运动平台带着主轴部件做任 意轨迹的运动。
并联数控机床
第一章 数控机床概述
可 编 程 控 制 器 （ PLC ）
用于数控机床的PLC一般分为两类：内装型（集成型） PLC和通用型（独立型）PLC。
第一章 数控机床概述
PLC的功能:
(1) 接受CNC装置的控制代码M(辅助功能)、 S (主 轴功能)、 T (刀具功能) 等顺序动作信息,对其进行 译码,转换成对应的控制信号，一方面，控制主轴 单元实现主轴转速控制；另一方面，它控制辅助 装置完成机床相应的开关动作。
第一章 数控机床概述
自动换刀装置 它由刀库、 机械手和驱动机构等部件组成。 刀库是存放加工过程所使用的全部刀具的装置。 刀库有 盘式、 鼓式和链式等多种形式。 当需要换刀时， 根据数控系 统的指令，由机械手(或通过别的方式) 将刀具从刀库中取出并 装入主轴中。 机械手的结构有多种形式, 如单臂式、 双臂式、 回转式和轨道式等。
(3) FAGOR数控系统 1) CNC8070系列action : … 2) 8055系列数控系统 3) 8040/8055—i标准系列 4) 8040/8055—i/ 8055TCO/ MCO系列 5) 8040/8055—i/ 8055TC/ MC系列 6) 8025/8035系列
第一章 数控机床概述
第一章 数控机床概述
3．半闭环控制数控机床
半闭环控制系统采用转角位移检测元件，测出伺服电动机 或丝杠的转角，推算出工作台的实际位移量，反馈到计算机中 进行位置比较，用比较的差值进行控制。
3．两轴半坐标联动
数控机床本身有三个坐标能作三个方向的运动，但控 制装置只能同时控制两个坐标联动，而第三个坐标只能作 等距周期移动。
第一章 数控机床概述
4．多坐标联动
能同时控制四个以上坐标轴联动的数控机床，多坐标数 控机床的结构复杂、精度要求高、程序编制复杂，主要应用 于加工形状复杂的零件。
五轴联动铣床加工曲面形状零件
空间平面和曲面的数控加工
第一章 数控机床概述
1．两坐标联动
数控机床能同时控制两个坐标轴联动，即数控装置同 时控制X和Z方向运动，可用于加工各种曲线轮廓的回转体 类零件。
第一章 数控机床概述
2．三坐标联动
数控机床能同时控制三个坐标轴联动，此时，铣床 称为三坐标数控铣床，可用于加工曲面零件。
第一章 数控机床概述
第一章 数控机床概述
第一节 第二节 第三节 *第四节
数控机床的产生与发展 数控机床的组成与工作原理 数控机床的分类 数控系统的应用范围
第一章 数控机床概述
第一节 数控机床的产生与发展
数控加工与传统加工的比较
第一章 数控机床概述
一、数控机床的产生及基本概念
1．数控机床的产生
数控机床是为满足多品种、小批量的自动化 生产，从而出现的一种灵活的、通用的、能够适 应产品频繁变化的柔性自动化机床。
第一章 数控机床概述
(4) 按布局分类 数控车床按布局不同分为卧式数控车床和立式数控
车床。 按数控系统功能分类见表1-7 1) 各种卡盘式卧式数控车床的特点及适用范围表1-8。 2) 各种棒料式卧式数控车床的特点及适用范围见表1-9。 3) 数控卧式专门化车床。
镗床、 磨床和齿轮加工机床的结构。
第一章 数控机床概述
六轴联动加工中心
看一看：身边常用的数控机床是几轴联动的?
第一章 数控机床概述
四、按控制方式分类
1．开环控制数控机床
开环控制数控机床系统中没有检测反馈装置，不检测 运动的实际位置，没有位置反馈信号。指令信息在控制系 统中单方向传送，不反馈。