第一章 数控机床概述
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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。
数控机床(1.概论)
数控机床通过程序调试、试切削后，进入正常批量加工时，操作者一般只要进行工件上 下料装卸，再揿一下程序自动循环按钮，机床就能自动完成整个加工过程。 对于零件程序编制分为手动编程和自动编程。手动编程是指编程员根据加工图纸和工艺， 采用数控程序指令。（目前一般都采用ISO数控标准代码）和指定格式进行程序编写。然 后通过操作键盘送入数控系统内，再进行调试、修改等。对于自动编程目前已较多地采用 了计算机CAD/CAM图形交互式自动编程，通过计算机有关处理后，自动生成的数控程序， 可通过接口直接输入数控系统内。图1-2框图中所示的程序介质目前主要有三种： ⑴ 纸带 需要利用纸带穿孔机和光电阅读机进行程序纸带制作和输送。 ⑵ 磁带 既采用录音机进行程序输入、输出。 ⑶ 软盘 既计算机软盘，需借助于软驱进行程序输入、输出。 这里需要特别说明的是，由于目前一般都采用微处理机数控系统，系统内存容量已大大 增加，数控系统内存ROM中本身就有编程软件，实现了在线编程，并且零件程序也能较多 地直接保存在数控系统内存RAM中， 对于程序存储介质的使用，主要是指某一数控机床所 加工的零件品种较多时，为了工厂均衡生产的需要，把某些暂时不用的零件程序保存在程 序介质中，等以后要用时再输入。既程序介质只起到外存储器的作用。它与以前硬线联接 的NC数控机床对程序介质的使用要求是有本质区别的，既要求数控机床与程序介质同步运 行来加工零件。
G
件
D
工 件 批 量
专用机床
工
专用机床
普通机床
k
C F 通用机床 E B 数控机床 数控机床
工件复杂程度
nmin
nmax
生产批量n
a)
b)
图1-1 数控机床的适用范围示意图
数控机床总费用更为合理。 另外就数控机床的应用特点还有： 1）采用数控加工方法将为产品质量的稳定性提供可靠的保证，同时也为宣传本企业 产品质量提供了一定的广告效益。 2）数控机床的高柔性，使新产品开发周期短，可加速企业产品的更新换代。 3）人员安排的不同。数控机床的使用对机床操作工的技能要求较低，但对数控编程 和维修人员的技术素质要求较高。可采用一人操作多台数控机床的生产模式，来适当减少 生产所需的职工人数。 4）从图1-1b所示平均单件工艺成本与生产批量的关系曲线图可知，数控机床适用于 中小批量的加工，即图1-1b中数控机床最小经济批量nmin与最大经济批量nmax是其适用范围。
第一章 数控机床概论
第一章 概论
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（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
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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
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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1章 数控机床概述
1.3.1 数控机床的组成
数控机床的组成如图1.2所示， 数控机床的组成如图1.2所示，通常由控 1.2所示 制介质、数控装置、伺服系统、 制介质、数控装置、伺服系统、检测及反馈 系统、机床主机及辅助装置组成。 系统、机床主机及辅助装置组成。
图1.2 数控机床组成
1．控制介质
控制介质有多种，如早期使用的穿孔带、 控制介质有多种，如早期使用的穿孔带、 磁带，现在一般使用磁盘、光盘等， 磁带，现在一般使用磁盘、光盘等，采用何 种控制介质取决于数控装置的类型。 种控制介质取决于数控装置的类型。
（2）金属成形类数控机床。 金属成形类数控机床。 数控特种加工机床。 （3）数控特种加工机床。 其他类型的数控机床。 （4）其他类型的数控机床。
2．按运动轨迹控制方式分类
数控机床按运动轨迹控制方式可分为点 位控制数控机床、 位控制数控机床、直线控制数控机床和轮廓 控制数控机床。 控制数控机床。
（1）点位控制数控机床。 点位控制数控机床。
5．机床主机
主机是数控机床的主体，包括床身、 主机是数控机床的主体，包括床身、箱 导轨、主轴、进给机构等机械部件。 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： 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）、 ）、刀具自动交换机构 ）、工件 （APC）、刀具自动交换机构（ATC）、工件 夹紧与松开机构、回转工作台、 夹紧与松开机构、回转工作台、液压控制系 润滑冷却装置、排屑照明装置、 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。 限位保护功能以及对刀仪等部分。
图1.5 按加工控制路线分类
（2）直线控制数控机床。 直线控制数控机床。 轮廓控制数控机床。 （3）轮廓控制数控机床。
第1章 数控机床概述.ppt
图1-11 数控机床半闭环控制框图
1.3 数控机床的特点和分类
4. 按控制的坐标轴数分类
（1）两坐标数控机床。两坐标数控机床指可以同时控制两个坐 标轴联动而能加工曲线轮廓零件的机床。
（2）三坐标数控机床。三坐标数控机床指可以联动控制，坐标 轴为三轴的数控机床。
（3）两个半坐标数控机床。两个半坐标数控机床本身有3个坐 标轴，能作3个方向运动，但控制装置只能同时联动控制两个坐标轴， 第3个坐标轴仅能作等距的周期移动。
加工中心是一种带有自动换刀装置的数控机床。常见的有以加 工箱体类零件为主的镗铣类加工中心和几乎能够完成各种回转体类 零件所有工序加工的车削中心。
1.4 数控技术的应用与发展
一、现代制造技术的发展趋势
当前先进制造技术的发展大致有以下特点：
1．信息技术、制造技术与自动化技术紧密结合。
2．计算机辅助设计、辅助制造、辅助工程分析 (CAD/CAM/CAE)。
图1-7 数控机床的工作过程
1.2 数控机床的组成与工作原理
三、数控机床的适用范围
图1-8 数控机床的适用范围
1.2 数控机床的组成与工作原理
数控机床最适宜加工以下类型的零件： （1）生产批量小的零件(100件以下)。 （2）需要进行多次改型设计的零件。 （3）加工精度要求高、结构形状复杂的零件。 （4）需要精确复制和尺寸一致性要求高的零件。 （5）价值昂贵的零件。
1.3 数控机床的特点和分类
一、数控机床的特点
数控机床具有如下特点： （1）加工精度高，质量稳定。 （2）能完成普通机床难以加工或根本不能加工的复杂零件。 （3）生产率高。 （4）对产品改型设计的适应性强。 （5）有利于制造技术向综合自动化方向发展。 （6）监控功能强，具有故障诊断的能力。 （7）减轻工人劳动强度，改善劳动条件。
1.3 数控机床的特点和分类
4. 按控制的坐标轴数分类
（1）两坐标数控机床。两坐标数控机床指可以同时控制两个坐 标轴联动而能加工曲线轮廓零件的机床。
（2）三坐标数控机床。三坐标数控机床指可以联动控制，坐标 轴为三轴的数控机床。
（3）两个半坐标数控机床。两个半坐标数控机床本身有3个坐 标轴，能作3个方向运动，但控制装置只能同时联动控制两个坐标轴， 第3个坐标轴仅能作等距的周期移动。
加工中心是一种带有自动换刀装置的数控机床。常见的有以加 工箱体类零件为主的镗铣类加工中心和几乎能够完成各种回转体类 零件所有工序加工的车削中心。
1.4 数控技术的应用与发展
一、现代制造技术的发展趋势
当前先进制造技术的发展大致有以下特点：
1．信息技术、制造技术与自动化技术紧密结合。
2．计算机辅助设计、辅助制造、辅助工程分析 (CAD/CAM/CAE)。
图1-7 数控机床的工作过程
1.2 数控机床的组成与工作原理
三、数控机床的适用范围
图1-8 数控机床的适用范围
1.2 数控机床的组成与工作原理
数控机床最适宜加工以下类型的零件： （1）生产批量小的零件(100件以下)。 （2）需要进行多次改型设计的零件。 （3）加工精度要求高、结构形状复杂的零件。 （4）需要精确复制和尺寸一致性要求高的零件。 （5）价值昂贵的零件。
1.3 数控机床的特点和分类
一、数控机床的特点
数控机床具有如下特点： （1）加工精度高，质量稳定。 （2）能完成普通机床难以加工或根本不能加工的复杂零件。 （3）生产率高。 （4）对产品改型设计的适应性强。 （5）有利于制造技术向综合自动化方向发展。 （6）监控功能强，具有故障诊断的能力。 （7）减轻工人劳动强度，改善劳动条件。
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
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。
数控机床编程与操作课后答案
数控机床编程与操作课后答案第一章：数控机床概述1.什么是数控机床？简要说明其主要特点和优势。
数控机床是一种通过预先编写好的程序控制工件加工的机床。
其主要特点包括高精度、高效率、多功能性和灵活性等，其优势在于提高生产效率、降低生产成本、减少人为失误等。
2.数控机床有哪些常见的分类？简述各种分类的特点。
数控机床可以按控制系统分为数控机床和通用机床；按动力系统分为液压、气动和电动数控机床；按加工方式分为车、铣、钻、磨等数控机床；按动作坐标轴数分为二、三、四、五轴数控机床等。
不同分类的数控机床各有其适用领域和特点。
第二章：数控机床编程基础1.请简要说明G代码和M代码的作用及区别。
G代码用于定义刀具轨迹、加工速度和进给速度等；M代码用于控制辅助功能，如启动、停止、换刀、冷却等。
区别在于G代码主要控制运动轨迹，M代码主要控制机床辅助功能。
2.数控机床编程的基本步骤是什么？基本步骤包括确定加工工件及刀具类型、编写工艺卡、编制刀具路径、编写G代码等。
第三章：数控机床操作与维护1.数控机床日常操作中需要注意哪些问题？日常操作需注意严格按照操作规程操作机床、定期检查润滑、保持机床清洁、防止机床过负荷运行等。
2.数控机床维护保养的重要性是什么？维护保养可以延长机床使用寿命、保证机床精度稳定性、减少故障率、确保加工质量等，对于提高生产效率和降低成本至关重要。
结语本文简要介绍了数控机床的基本概念、编程基础、操作注意事项以及维护保养的重要性。
掌握数控机床的相关知识对于提高工件加工质量、提高生产效率具有重要意义。
希望读者通过学习和实践，能够熟练掌握数控机床编程与操作技能。
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。
第一章数控机床概述
数控技术发展的几个问题
一、高速化
2）直线电机进给系统： 直线电机进给系统：
取消了源动力和工作台部件之间的一切中间传动环节， 取消了源动力和工作台部件之间的一切中间传动环节，使得 机床进给传动链的长度为零，这就是所谓的“直接驱动” 机床进给传动链的长度为零，这就是所谓的“直接驱动”（direct drive）或“零传动”。直线电机驱动方式具有进给速度高、加速 drive） 零传动” 直线电机驱动方式具有进给速度高、 度大、启动推力大、刚度和定位精度高、 度大、启动推力大、刚度和定位精度高、行程长度不受限制等优点 采用直线电动机驱动的高速加工中心已成为21 采用直线电动机驱动的高速加工中心已成为21 世纪机床的发展方 向之一，其中，永磁式直线电动机以其时间常数小、 向之一，其中，永磁式直线电动机以其时间常数小、高频响应特性 好、推力强度高、损耗低、控制比较容易等一系列特点在高速、高 推力强度高、损耗低、控制比较容易等一系列特点在高速、 精密、高频响数控机床的进给驱动部件研究中具有明显的优势。 精密、高频响数控机床的进给驱动部件研究中具有明显的优势。 直线电机高速进给单元主要由直线电动机、工作台、滚动导轨、 直线电机高速进给单元主要由直线电动机、工作台、滚动导轨、 反馈测量系统、防护系统等五部分组成。 反馈测量系统、防护系统等五部分组成。
数控技术发展的几个问题
2、FMS 、
美国国防部机床特别工作组对FMS的定义：由自动物料 的定义： 美国国防部机床特别工作组对 的定义 搬运系统相连接的一系列自动机床或若干台制造设备， 搬运系统相连接的一系列自动机床或若干台制造设备，用一 台公用的多级数字式既定程序计算机控制， 台公用的多级数字式既定程序计算机控制，可供随机制造属 于预定范围内的零部件的制造系统组成。 于预定范围内的零部件的制造系统组成。 1）加工系统：多台制造设备“互补”、“互替”两种配置 ）加工系统：多台制造设备“互补” 互替” 方式 2）物料系统：存储、输送和装卸三个子系统组成 ）物料系统：存储、 3）能量系统 ） 4）信息系统：管理计算机、加工计算机、专用控制装置 ）信息系统：管理计算机、加工计算机、
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精品文档
*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。
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第三节 数控机床的分类及应用
3）整体叶轮类零件
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第三节 数控机床的分类及应用
4）模具类零件
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第三节 数控机床的分类及应用
5）异形零件 拨叉
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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。
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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
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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
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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
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*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。
基础部件 主轴组件 计算机数控装置 自动换刀装置 辅助系统 自动托盘更换系统
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第二节 数控机床的组成与工作原理
二、数控机床的工作原理
数控机床的工作原理
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第二节 数控机床的组成与工作原理
CNC系统对零件程序的处理流程
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第二节 数控机床的组成与工作原理
三、数控机床的特点
1．适应性强 2．适合加工复杂形面的零件 3．加工精度高、加工质量稳定 4．自动化程度高 5．加工生产率高 6．一机多用 7．有利于生产管理的现代化 8．价格较贵 9．调试和维修较复杂
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第三节 数控机床的分类及应用
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。
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第三节 数控机床的分类及应用
五、其他分类方式
1．按加工方式
（1）金属切削类数控机床
数控车床
加工中心
数控钻床
数控磨床
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数控镗床
第三节 数控机床的分类及应用
（2）金属成形类数控机床
数控折弯机
数控全自动弯管机
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第三节 数控机床的分类及应用
（3）数控特种加工机床
数控电火花线切割机床 数控电火花成型加工机床 数控激光切割机
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第三节 数控机床的分类及应用
（4）其他类型的数控机床
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第三节 数控机床的分类及应用
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。
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第三节 数控机床的分类及应用
三、按可控制联动的坐标轴分类
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。
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第三节 数控机床的分类及应用
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。
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第二节 数控机床的组成与工作原理
7．机床本体
机床是数控机床的主体，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
xm xe ym ye
即 ymxexmye0
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m
*第四节 数控系统的插补原理
可定义直线插补的偏差判别式如下：
Fmymxexmye
若Fm=0，表示动点在直线OA上，如m。 若Fm>0，表示动点在OA直线上方，如m′。 若Fm<0，表示动点在OA直线下方，如m〞。
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*第四节 数控系统的插补原理
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第三节 数控机床的分类及应用
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。
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第三节 数控机床的分类及应用
2．全闭环控制数控机床
安装在工作台上的检测元件将工作台实际位移量反馈 到计算机中，与所要求的位置指令进行比较，用比较的差值进 行控制，直到差值消除为止。
三、按可控制联动的坐标轴分类 两坐标联动、三坐标联动两轴半坐标联动、多坐标联动。
四、按控制方式分类 开环、闭环和半闭环 。
五、其他分类方式 六、数控机床的应用范围
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*第四节 数控系统的插补原理
插补的概念
数控系统在处理轨迹控制信息时，用户编程时给出 了轨迹的起点和终点以及轨迹的类型，并规定其走向，然后 由数控系统在控制过程中计算出运动轨迹的各个中间点，这 个过程称之为插补。
开环和闭环
CNC机床
开环（无检测装置） 闭环（有检测装置）
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。
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第二节 数控机床的组成与工作原理
检测装置部件
a）光栅
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b）光电编码器
第二节 数控机床的组成与工作原理
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。
第三节 数控机床的分类及应用
（2）数控铣床 1）平面轮廓类零件
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第三节 数控机床的分类及应用
2）变斜角类零件
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第三节 数控机床的分类及应用
3）空间曲面轮廓零件
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第三节 数控机床的分类及应用
（3）加工中心 1）箱体零件
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第三节 数控机床的分类及应用
2）盘、套、板类零件
一、按工艺用途分类
1．一般数控机床
最普通的数控机床有钻床、车床、铣床、镗床、磨床和齿 轮加工机床。
立式数控车床 卧式数控车床
立式数控铣床 卧式数控铣床
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第三节 数控机床的分类及应用
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。
a）立式加工中心
即当Fm≥0时沿+X方向进给一步，当Fm<0时沿+Y方 向进给一步。
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b）卧式加工中心
第三节 数控机床的分类及应用
数控加工中心分类
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第三节 数控机床的分类及应用
二、按加工路线分类
1．点位控制机床
控制运动的方式
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。
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第三节 数控机床的分类及应用
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。
机床控制面板各功 能键的含义与用途
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机
床 控 制 面
数控系统MDI各 功能键的含义与 用途
板
M
C
P
第二节 数控机床的组成与工作原理
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。
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第二节 数控机床的组成与工作原理
8．数控机床组成举例
（1）数控车床的组成
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第二节 数控机床的组成与工作原理
带有刀库、动力刀具、C轴控制的数控车床通常 称为车削中心。
车削中心
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第二节 数控机床的组成与工作原理
（2）数控铣床/加工中心的组成 加工中心最先是在镗铣类机床上发展起来的，所以称为镗 铣类加工中心，简称加工中心。
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第一节 数控机床的产生与发展
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。
数字控制 、数控技术、数控系统、计算机数控系统、数控机床 二、数控机床的发展及趋势
开放化 、小型化 、人机交互方式 、产品的配套性 、智能化
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第二节 数控机床的组成与工作原理
一、数控机床的组成
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第二节 数控机床的组成与工作原理
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
第一节 数控机床的产生与发展 第二节 数控机床的组成与工作原理 第三节 数控机床的分类及应用 *第四节 数控系统的插补原理
*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。
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第三节 数控机床的分类及应用
3）整体叶轮类零件
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第三节 数控机床的分类及应用
4）模具类零件
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第三节 数控机床的分类及应用
5）异形零件 拨叉
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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。
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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
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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
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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
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*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。
基础部件 主轴组件 计算机数控装置 自动换刀装置 辅助系统 自动托盘更换系统
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第二节 数控机床的组成与工作原理
二、数控机床的工作原理
数控机床的工作原理
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第二节 数控机床的组成与工作原理
CNC系统对零件程序的处理流程
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第二节 数控机床的组成与工作原理
三、数控机床的特点
1．适应性强 2．适合加工复杂形面的零件 3．加工精度高、加工质量稳定 4．自动化程度高 5．加工生产率高 6．一机多用 7．有利于生产管理的现代化 8．价格较贵 9．调试和维修较复杂
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第三节 数控机床的分类及应用
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。
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第三节 数控机床的分类及应用
五、其他分类方式
1．按加工方式
（1）金属切削类数控机床
数控车床
加工中心
数控钻床
数控磨床
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数控镗床
第三节 数控机床的分类及应用
（2）金属成形类数控机床
数控折弯机
数控全自动弯管机
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第三节 数控机床的分类及应用
（3）数控特种加工机床
数控电火花线切割机床 数控电火花成型加工机床 数控激光切割机
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第三节 数控机床的分类及应用
（4）其他类型的数控机床
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第三节 数控机床的分类及应用
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。
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第三节 数控机床的分类及应用
三、按可控制联动的坐标轴分类
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。
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第三节 数控机床的分类及应用
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。
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第二节 数控机床的组成与工作原理
7．机床本体
机床是数控机床的主体，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
xm xe ym ye
即 ymxexmye0
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m
*第四节 数控系统的插补原理
可定义直线插补的偏差判别式如下：
Fmymxexmye
若Fm=0，表示动点在直线OA上，如m。 若Fm>0，表示动点在OA直线上方，如m′。 若Fm<0，表示动点在OA直线下方，如m〞。
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*第四节 数控系统的插补原理
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第三节 数控机床的分类及应用
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。
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第三节 数控机床的分类及应用
2．全闭环控制数控机床
安装在工作台上的检测元件将工作台实际位移量反馈 到计算机中，与所要求的位置指令进行比较，用比较的差值进 行控制，直到差值消除为止。
三、按可控制联动的坐标轴分类 两坐标联动、三坐标联动两轴半坐标联动、多坐标联动。
四、按控制方式分类 开环、闭环和半闭环 。
五、其他分类方式 六、数控机床的应用范围
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*第四节 数控系统的插补原理
插补的概念
数控系统在处理轨迹控制信息时，用户编程时给出 了轨迹的起点和终点以及轨迹的类型，并规定其走向，然后 由数控系统在控制过程中计算出运动轨迹的各个中间点，这 个过程称之为插补。
开环和闭环
CNC机床
开环（无检测装置） 闭环（有检测装置）
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。
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第二节 数控机床的组成与工作原理
检测装置部件
a）光栅
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b）光电编码器
第二节 数控机床的组成与工作原理
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。
第三节 数控机床的分类及应用
（2）数控铣床 1）平面轮廓类零件
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第三节 数控机床的分类及应用
2）变斜角类零件
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第三节 数控机床的分类及应用
3）空间曲面轮廓零件
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第三节 数控机床的分类及应用
（3）加工中心 1）箱体零件
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第三节 数控机床的分类及应用
2）盘、套、板类零件
一、按工艺用途分类
1．一般数控机床
最普通的数控机床有钻床、车床、铣床、镗床、磨床和齿 轮加工机床。
立式数控车床 卧式数控车床
立式数控铣床 卧式数控铣床
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第三节 数控机床的分类及应用
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。
a）立式加工中心
即当Fm≥0时沿+X方向进给一步，当Fm<0时沿+Y方 向进给一步。
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b）卧式加工中心
第三节 数控机床的分类及应用
数控加工中心分类
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第三节 数控机床的分类及应用
二、按加工路线分类
1．点位控制机床
控制运动的方式
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。
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第三节 数控机床的分类及应用
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。
机床控制面板各功 能键的含义与用途
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机
床 控 制 面
数控系统MDI各 功能键的含义与 用途
板
M
C
P
第二节 数控机床的组成与工作原理
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。
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第二节 数控机床的组成与工作原理
8．数控机床组成举例
（1）数控车床的组成
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第二节 数控机床的组成与工作原理
带有刀库、动力刀具、C轴控制的数控车床通常 称为车削中心。
车削中心
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第二节 数控机床的组成与工作原理
（2）数控铣床/加工中心的组成 加工中心最先是在镗铣类机床上发展起来的，所以称为镗 铣类加工中心，简称加工中心。
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第一节 数控机床的产生与发展
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。
数字控制 、数控技术、数控系统、计算机数控系统、数控机床 二、数控机床的发展及趋势
开放化 、小型化 、人机交互方式 、产品的配套性 、智能化
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第二节 数控机床的组成与工作原理
一、数控机床的组成
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第二节 数控机床的组成与工作原理
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
第一节 数控机床的产生与发展 第二节 数控机床的组成与工作原理 第三节 数控机床的分类及应用 *第四节 数控系统的插补原理