数控机床基本概念
简述数控机床的基本概念
3. 按伺服系统控制方式分类
开环系统 ：无反馈,精度低,中小型设备,成本低 闭环系统：有反馈 ,精度高,精密、大型设备,成本高 半闭环系统：有部分反馈,精度较高,中小型设备,成本适中
4. 按同时控制的坐标轴分类 １）两坐标 NC 机床：
类型：线切割、二坐标铣（二轴半） 用途：可加工二维轮廓零件。 2) 三轴联动的 NC 机床: 可实现 X 、Y 、Z 三个坐标联动 用途：可用于加工曲面类零件 3) 四坐标联动: 除Ｘ、Ｙ、Ｚ外还可和另一旋转轴实现联动 按旋转轴划分：ＸＹＺＡ、ＸＹＺＢ、ＸＹＺＣ 用途：可加工各种曲面、四轴直纹面叶轮、螺旋类零
件和平面内斜孔的壳体类零件。 与三坐标机床相比它的加工范围、精度都得到了提高。
4) 五坐标联动： 除Ｘ、Ｙ、Ｚ外还可和两个旋转轴实现联动
（ＸＹＺＡＢ、ＸＹＺＡＣ、ＸＹＺＢＣ） 结构：两个旋转坐标都在主轴上；
两个旋转坐标都在工作台上； 一个旋转坐标在主轴上，另一个在工作台上 用途：理论上可实现空间在不干涉情况下任何复杂结构零 件的加工，如加工曲面变斜角、各种叶轮、闭式叶 盘、带有空间斜孔的复杂壳体类零件
数控机床基本概念
（2018-11-23）
一、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。
数控机床基本概念
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1.1 概述
NC机床与程控机床
在数控机床上，通过数控系统的“插补” 运算，实现了坐标轴的联动功能。它不仅可 以控制移动部件的起点与终点坐标，而且还 能同时控制各运动部件每一时刻的速度和位 移，以及各运动部件间的相互关系，从而可 以将工件加工要求的轮廓形状。这是数控机 床与其他机床的本质区别，也是机床采取数 控技术的根本原因。（刀具、坐标轴灵活）
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1.1 概述
柔性加工单元
在加工中心的基础上，通过增加多工作台（托盘） 自动交换装置（Auto Pallet Changer—APC）以及 其他相关装置，组成的加工单元称为柔性加工单元 （Flexible Manufacturing Cell—FMC）。FMC不 仅实现了工序的集中和工艺的复合，而且通过工作 台（托盘）的自动交换和较完善的自动检测、监控 功能，可以进行一定时间的无人化加工，从而进一 步提高了设备的加工效率。FMC既是柔性制造系统 的基础，又可以作为独立的自动化加工设备使用， 因此，其发展速度较快。
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二、NC机床 加工中心 FMC FMS CIMS
▪ 普通数控机床 ATC及刀库
加工中心 APC
《数控机床原理》课件
02
数控机床的工作原理
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
，控制机床各部分按规定的动作进行加工。
输标02入题
数控装置主要由输入输出装置、数控装置和主控制装 置组成。
01
03
数控装置根据输入的加工程序进行计算和处理，输出 脉冲信号给伺服系统。
数控机床的环保措施
01
02
03
减少噪音污染
优化机械部件的设计和装 配工艺，降低数控机床运 行时的噪音。
控制废气排放
采用低污染的液压和润滑 系统，减少废气的排放。
废弃物处理
建立废弃物分类处理系统 ，对油污、金属屑等废弃 物进行妥善处理，以减少 对环境的污染。
数控机床的能效管理与节能技术
能源监测与控制
确定加工工艺
根据图纸和加工要求，确定加 工的顺序、刀具、切削参数等
。
建立坐标系
根据工件和机床的实际情况， 建立合适的坐标系，以便描述 刀具的运动轨迹。
编写加工程序
根据加工工艺和坐标系，使用 数控编程语言编写加工程序。
程序调试和优化
在数控机床上对加工程序进行 试运行，检查程序的正确性和 加工效果，根据需要进行调整
通过能源监测系统实时监 测数控机床的能耗情况， 实现能源的有效控制和管 理。
高效传动系统
采用高效传动部件，如高 精度轴承和齿轮，降低机 械损失和能耗。
空调节能技术
合理利用数控机床内部的 空调系统，保持适宜的工 作温度，降低能耗。
感谢您的观看
THANKS
写加工程序；自动编程指利用 CAD/CAM软件，通过计算机辅
助计算和生成加工程序。
数控机床的基本概念
第一章、概述第一节、数控机床的基本概念1.1、数控机床分类数控机床的种类、型号繁多，按机床的运动方式进行分类，现代数控机床可分为点位控制（Position Control）、二维轮廓控制（2D Contour Control）和三维轮廓控制（3D Contour Control）数控机床三大类。
点位控制数控机床的数控装置只能控制刀具从一个位置精确地移动到另一个位置，在移动过程中不作任何加工。
这类机床有数控钻床、数控镗床、数控冲孔机床等。
二维轮廓控制数控机床的数控系统能同时对两个坐标轴进行连续轨迹控制，加工时不仅要控制刀具运动的起点和终点，而且要控制整个加工过程中的走刀路线和速度。
二维轮廓控制数控机床也称为两坐标联动数控机床。
三维轮廓控制数控机床的数控系统能同时对三个或三个以上的坐标轴进行连续轨迹控制。
三维轮廓控制数控机床又可进一步分为三坐标联动、四坐标联动和五坐标联动数控机床。
1.2、数控加工及数控编程数控加工（NC Machining）——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（简称为数控程序），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。
数控程序（NC Program）——输入NC或CNC机床，执行一个确定的加工任务的一系列指令，称为数控程序或零件程序。
数控编程（NC Programming）——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。
第二节、数控机床的坐标系统数控机床的坐标系统，包括坐标系、坐标原点和运动方向，对于数控加工及编程，是一个十分重要的概念。
每一个数控编程员和数控机床的操作者，都必须对数控机床的坐标系统有一个完整且正确的理解，否则，程序编制将发生混乱，操作时更会发生事故。
2.1、坐标系数控机床的坐标系采用右手直角坐标系，其基本坐标轴为X、Y、Z直角坐标，相对于每个坐标轴的旋转运动坐标为A、B、C。
2.2、坐标轴及其运动方向不论机床的具体结构是工件静止、刀具运动，还是工件运动、刀具静止，数控机床的坐标运动指的是刀具相对静止的工件坐标系的运动。
数控机床的基础知识介绍
第1章 绪 论教学提示：数控机床是采用数字控制技术对机床各移动部件相对运动进行控制的机床，它是典型的机电一体化产品，是现代制造业的关键设备。
计算机、微电子、信息、自动控制、精密检测及机械制造技术的高速发展，加速了数控机床的发展。
目前数控机床正朝着高速度、高精度、高工序集中度、高复合化和高可靠性等方向发展，同时其应用范围也越来越广泛。
教学要求：本章主要讲述数控机床的基本概念和特点、主要技术参数、分类以及技术与发展水平等。
本章内容是数控机床的基本知识和内容，要求学生理解并掌握数控机床的基本概念、组成与特点以及分类，了解其发展趋势和在先进制造技术中的作用。
1.1 概 述1.1.1 数控机床的定义数控即数字控制(Numerical Control ，NC)。
数控技术是指用数字信号形成的控制程序对一台或多台机械设备进行控制的一门技术。
数控机床，简单的说，就是采用了数控技术的机床。
即将机床的各种动作、工件的形状、尺寸以及机床的其他功能用一些数字代码表示，把这些数字代码通过信息载体输入给数控系统，数控系统经过译码、运算以及处理，发出相应的动作指令，自动地控制机床的刀具与工件的相对运动，从而加工出所需要的工件。
实际上，数控机床就是一种具有数控系统的自动化机床。
所以说数控机床是最典型的机电一体化产品。
1.1.2 数控机床的组成及特点1. 数控机床的组成 数控机床主要由程序介质、数控装置、伺服系统、机床主体四部分组成，如图1.1所示。
图1.1 数控机床的组成机床数控技术其中，程序介质用于记载机床加工零件的全部信息。
如零件加工的工艺过程、工艺参数、位移数据、切削速度等。
常用的程序介质有磁带、磁盘等。
也有一些数控机床采用操作面板上的按钮和键盘将加工程序直接输入或通过串行接口将计算机上编写的加工程序输入到数控系统。
在计算机辅助设计与计算机辅助制造(CAD/CAM)集成系统中，加工程序可不需要任何载体而直接输入到数控系统。
数控机床及编程PPT课件
02
建立数学模型
根据加工工艺，建立被加工零件的几何模型，并转换 为数控机床能够识别的坐标系。
03
编写加工程序
根据建立的数学模型和加工要求，利用数控编程语言 编写加工程序。
04
程序校验与修改
将编写好的加工程序输入数控机床进行校验，根据校 验结果修改程序。
05
加工与检测
将校验通过的加工程序输入数控机床进行加工，并对 加工后的零件进行检测。
02
数控编程基础
数控编程的基本概念
数控编程定义
数控编程是利用计算机编程语言对数控机床进行控 制的过程，以实现自动化加工。
数控编程的优点
提高加工精度、加工效率、降低劳动强度、实现复 杂零件的加工。
数控编程的适用范围
广泛应用于机械、汽车、航空、轻工等领域。
数控编程的步骤与流程
01
确定加工工艺
根据零件图纸和加工要求，确定加工工艺，包括加工 方法、加工顺序、刀具选择等。
对加工后的零件进行质量 检测和控制，确保达到预 期的加工精度和质量要求 。
数控加工工艺参数的选择与优化
主轴转速
根据加工材料、刀具材料和切削用量等参数，合 理选择主轴转速，确保切削效率和加工质量。
进给速度
根据切削用量和刀具参数，合理选择进给速度， 以获得良好的切削效果和求和刀具参数，合理选择切削深度与 宽度，以提高加工效率和刀具寿命。
冷却方式与切削液
根据加工要求和材料特性，选择适当的冷却方式 和切削液，以降低切削温度、减小刀具磨损并提 高表面质量。
04
数控机床的操作与维护
数控机床的操作规程与注意事项
操作规程
在操作数控机床之前，必须熟悉机床的操作规程，包括开机、关 机、急停等步骤。
数控机床操作员的基础知识要求
数控机床操作员的基础知识要求数控机床操作员是制造业中重要的一员，他们的工作是操作数控机床，进行机械加工生产。
作为一个合格的数控机床操作员，需要具备一定的基础知识。
下面是数控机床操作员应具备的一些基础知识要求。
一、数控机床的基本概念数控机床是通过计算机控制的自动机床，它具有高精度、高效率的特点，在现代制造业中得到广泛应用。
数控机床由机床本体、数控装置和刀具等组成，通过计算机编程，实现对工件进行加工。
二、数控编程基础知识数控编程是数控机床操作员必备的技能之一。
数控编程是将工件的加工要求转化为机床能够理解和执行的指令，通常采用G代码和M代码进行编程。
数控编程需要掌握坐标系、进给速度、刀具半径补偿等基本要素，熟悉各种加工指令的使用方法。
三、数控机床的操作技能数控机床操作技能是数控机床操作员的核心竞争力之一。
数控机床操作技能包括机床的开机与关机操作、手动操作、自动操作等，熟练掌握各种操作技巧，能够熟练调整数控机床的各项参数，确保机床能够正常运行和加工。
四、数控机床的维护保养数控机床的维护保养对于机床的正常运行至关重要。
数控机床操作员需要掌握机床的日常维护保养技巧，包括对机床进行清洁、润滑、紧固等操作，及时排除机床故障，确保机床的稳定性和使用寿命。
五、数控机床的安全知识在操作数控机床的过程中，安全是首要考虑的因素之一。
数控机床操作员需要具备一定的安全知识，熟悉机床的安全操作规程，正确使用防护设备，遵守操作规范，切勿违反安全操作规定，确保人身安全和机床的正常运行。
六、相关专业知识数控机床操作员还需要具备一定的相关专业知识，例如材料学、机械学、工艺学等方面的知识。
熟悉不同材料的特性和加工工艺，能够根据加工要求选择合适的工艺和刀具，并进行合理的加工方案设计。
总结：以上是数控机床操作员应具备的基础知识要求，通过学习和实践，不断提高自己的技能水平，才能成为一个优秀的数控机床操作员。
在实际工作中，可以结合实际需求，不断学习和掌握更多的知识和技能，提高自身的竞争力，在制造业中获得更多的机会和发展。
数控机床基本知识
数控机床基本知识数控机床是一种自动化加工设备，利用计算机控制系统对机床进行控制和管理，实现对工件的加工加工过程的自动化。
下面将介绍数控机床的基本知识。
一、数控机床的定义和分类数控机床是指通过数字信号控制系统，对机床进行控制和管理的一种机床。
它可以根据预先编好的加工程序，自动调整机床的工作参数，完成各种复杂的加工任务。
根据数控系统的不同，数控机床可以分为数值控制机床和编程控制机床两大类。
数值控制机床是根据输入的数字信号直接控制机床运动，而编程控制机床则需要事先编写好加工程序，通过输入程序代码来控制机床的运动。
二、数控机床的优势相比传统的机床，数控机床具有以下几个优势：1. 高精度：数控机床采用数字信号控制，可以实现更加精确的加工，提高了加工质量和工件的精度。
2. 高效率：数控机床可以实现自动化加工，减少了人工操作的时间和劳动强度，提高了生产效率。
3. 多功能：数控机床可以根据不同的加工需求，通过更改加工程序和工艺参数，实现各种不同的加工操作。
4. 灵活性：数控机床可以根据不同的加工要求，灵活地调整工艺参数和加工路径，实现个性化的加工需求。
5. 可靠性：数控机床采用数字控制系统，具有较高的稳定性和可靠性，能够长时间稳定工作。
三、数控机床的组成部分数控机床由数控系统、机床主体和辅助设备组成。
1. 数控系统：数控系统是数控机床的核心部分，包括硬件和软件两个方面。
硬件部分主要包括控制器、数控装置、输入设备和输出设备等；软件部分主要包括操作系统、编程软件和加工程序等。
2. 机床主体：机床主体是数控机床的物理结构，包括床身、工作台、主轴、进给系统和刀架等。
它们协同工作，完成加工任务。
3. 辅助设备：辅助设备包括刀具、夹具、测量仪器和冷却液等。
它们在加工过程中起到辅助作用，保证加工质量和工件精度。
四、数控机床的应用领域数控机床广泛应用于航空航天、汽车制造、模具制造、电子设备等领域。
它们可以加工各种复杂的零部件和工件，满足不同行业的加工需求。
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。
数控机床基本知识
数控机床的认识
数控机床一般指那些只能完成车、铣、镗、磨、钻 等单一工序的数控机床。
在类型上可分为： • 数控车床（CNC车床） • 数控铣床 • 数控镗床 • 数控磨床 • 数控钻床等等。
CNC加工中心
NC加工中心其实就 是内装计算机、备有 自动换刀装置的数控 机床，其控制系统能 控制机床自动换刀， 连续地按一定程序对 各个加工面自动地完 成铣削、镗削、钻孔、 攻丝等多工序加工的 数控机床。
数控机床的优点
• 适应性强
• 对于同一批零件，由于 使用同一机床和刀具及
• 加工质量稳 定
同一加工程序，刀具的 运动轨迹完全相同，且 数控机床是根据数控程
• 生产效率高 • 加工精度高
序自动进行加工，可以 避免人为的误差，这就 保证了零件加工的一致
• 减轻劳动强度 性好且质量稳定。
数控机床的优点
数控机床的优点
• 适应性强 • 加工质量稳定 • 生产效率高 • 加工精度高 • 减轻劳动强度
• 在输入程序并启动后， 就自动地连续加工，直 至零件加工完毕。简化 了工人地操作，使劳动 强度大大降低。
数控机床的缺点
• 成本高 • 要求管理和操作人员素质高
数控机床的认识
NC是Numerical Control（数值控制装置）的缩写。 是自动地控制机床的工作台，刀架 号等位置和速 度的装置。NC以前是由晶体管、IC等电子元件构 成的。随着微型计算机的出现，由它组成了NC并 进一步商品化，把这种NC称为CNC （Computerized Numerical Control）。CNC的第 一个C是内装计算机的意思。
数控机床基础知识介绍
数控机床的认识
• 什么是数控机床
用专业术语来说，数控机床即“数字程序控制 机床”(Numerically Controlled Machine Tool)， 是用数字和字母形式来表达工件的形状和尺寸 等技术要求及加工工艺要求，经过数控装置运 算，用数字代码信息(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。
数控车高级技师知识点总结
数控车高级技师知识点总结一、数控车概述1. 数控车的基本概念数控车是一种利用数学模型来控制机床进行加工的先进制造设备。
通过数控系统，将加工零件的图纸信息转化为数控程序，然后通过数控系统对机床进行控制，实现零件的加工。
2. 数控车的工作原理数控车通过数控系统控制伺服电机对机床主轴、进给轴进行精确的控制，根据加工零件的CAD/CAM文件生成加工程序，通过程序控制机床的动作，实现对零件的精确加工。
3. 数控车的发展历程数控车是随着计算机技术的发展而逐步形成的，经历了数控技术、数控系统、数控机床的不断改进和发展，目前已经成为制造业中不可或缺的设备。
二、数控车的基本构成1. 数控系统数控系统是数控车的核心部件，其包括数控主机、输入/输出设备、存储设备和控制程序等。
数控系统负责输入加工程序、控制机床动作、监控加工过程、保证加工精度等。
2. 机床数控车的机床通常包括主轴、进给系统、刀库、润滑系统等部件。
机床的性能直接影响加工质量和效率。
3. 加工程序加工程序是根据零件图纸编写的一系列指令，包括刀具路径、进给速度、切削参数等信息。
4. 刀具刀具是与机床配合进行切削的工具，包括车刀、铣刀、钻头等。
5. 外围设备外围设备包括夹具、测量仪器、冷却系统等，用于辅助加工。
三、数控车的基本操作1. 加工前准备在进行数控车操作前，需要进行机床、刀具、夹具等设备的检查和调整，确保设备的正常运行。
2. 数据输入根据零件图纸编写加工程序，并通过数控系统输入到数控车中。
3. 机床设置根据加工程序设定机床的各项参数，包括主轴转速、进给速度、刀具位置等。
4. 开始加工启动数控车后，根据程序控制机床进行自动加工，监控加工过程，及时调整参数保证加工质量。
5. 加工结束加工完毕后，进行加工质量检测和机床的清洁保养工作。
四、数控车的加工工艺1. 刀具选择根据零件的不同形状和加工要求，选择合适的刀具。
2. 刀具路径规划根据零件轮廓和加工工艺，规划刀具的运动路径，确保刀具在加工过程中不会碰撞到工件或夹具。
数控线切割
三 、数控机床的加工过程： 首先必须把工件的几何信息（零件的尺寸大小）和工艺信息（刀具大 小、夹具的位置等）数字化，然后按规定的代码和格式编制数控加工的 程序，并用适当的方式将此加工程序的信息输入到数控系统，数控系统 根据输入的加工程序信息进行处理，计算出理想的运动速度和轨迹（计 算轨迹的过程称之为插补）。然后将处理的结果输出到机床的执行部件， 控制机床运动部件按预定的轨迹和速度运动。 零件图 工艺设计 编程序单 数控装置 机床 加工零件 四、数控系统的分类： 1、 按机床类型来划分： 点位控制、直线控制、轮廓切削（连续轨迹）控制 2、 按控制器的结构来划分： 硬件数控和计算机数控，计算机数控（当前主要是微机 数控）可分 为单机系统和多微机系统。 3、 按伺服系统控制环路来划分： 开环、闭环和半闭环系统。 4、 按功能水平来划分： 高、中、低（经济型）三类。
（5）自动对中心功能 当零件以孔（圆孔、方孔）为工艺基准时，就必须找到电极丝在孔中心的X， Y坐标，自动对中心功能就能使电极丝位于孔的中心。孔的粗糙度越低， 孔越清洁，电极丝对中心的精度越高。 （6）逆向加工功能 当零件的加工已超过一半或接近完成时，若出现断丝，就可以运用逆向加 工功能，把电极丝退回到加工起点，然后从最末一段开始逆向加工，完 成未切割部分的程序，可以大大的节省时间。 （7）停电记忆功能 当在加工零件时出现停电现象，机床自带的停电记忆功能会记住断电时加 工的位置，等来电后就可以接着断电以前的位置继续加工。该功能对于 大工件的加工非常必要，否则一旦断电，需要花很长的时间从起点重新 开始加工，对零件精度也有影响。 （8）加工结束停机功能 加工结束时，机床的贮丝筒电机和水泵电机、控制系统、脉冲电源，以及 整机处于停机状态，该功能有利于多机操作或大工件切割。
数控技术的基本概念与发展历程
数控技术的基本概念与发展历程数控技术是一种通过计算机控制机床进行加工的先进制造技术。
它的出现极大地提高了生产效率和产品质量，被广泛应用于各个行业，如航空航天、汽车制造、电子设备等。
本文将从数控技术的基本概念、发展历程以及应用前景等方面进行论述。
一、数控技术的基本概念数控技术是指利用计算机进行控制和管理机床运动的一种先进技术。
它通过预先编程的方式，将加工工艺参数输入计算机，再由计算机根据程序指令控制机床进行运动，从而实现零件的加工。
数控技术的核心是计算机数控系统，它由硬件和软件两部分组成。
硬件包括机床、传感器、执行机构等，而软件则包括CAD/CAM 软件、数控编程软件等。
二、数控技术的发展历程数控技术的起源可以追溯到20世纪50年代。
当时，随着计算机技术的快速发展，人们开始尝试将计算机应用于机床控制。
最早的数控机床是利用磁带进行控制的，但由于磁带的存储容量有限，限制了程序的复杂性和加工的精度。
随着半导体技术的进步，数控技术逐渐从大型机床向小型机床推广，同时，磁盘和磁带的出现也大大提高了程序的存储容量。
在20世纪70年代，随着微处理器和集成电路技术的成熟，数控技术得到了飞速发展。
计算机数控系统逐渐取代了传统的硬线控制系统，使机床的控制更加灵活和精确。
同时，CAD/CAM技术的出现也为数控加工提供了更多的可能性，使得加工工艺更加智能化和自动化。
到了21世纪，随着互联网和云计算技术的兴起，数控技术进一步向智能化和网络化发展。
人们可以通过云端软件进行远程监控和管理机床，实现生产过程的远程控制。
同时，人工智能技术的应用也使得机床具备了自学习和自适应的能力，进一步提高了加工的效率和质量。
三、数控技术的应用前景数控技术在各个行业都有广泛的应用前景。
在航空航天领域，数控技术可以用于制造高精度的航空发动机零部件和飞机结构件，提高飞机的性能和安全性。
在汽车制造领域，数控技术可以用于制造复杂形状的汽车车身和发动机零部件，提高汽车的制造精度和质量。
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。
数控机床简介
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2020/11/21
数控机床简介
数控机床的产生与发展
一、数控机床的诞生是内因、外因共同作用的结果。 内在动力：零件加工的复杂程度迫切需要一种精度高、柔性好的加工设备； 外在的技术基础：电子技术、计算机技术、控制技术的发展。
1952年，合作研制成功世界上第一台数控机（铣）床，用它来加工直升飞 机叶片轮廓检查用样板，可做直线插补。研制成功后立即生产100台交付军工使 用。在成果上显示了它是社会需求、科技水平、人员素质三者的结晶；在技术上 则显示出机电一体化机床在控制方面的巨大创新。
数控机床为单件、小批生产的精密、复杂零件提供了自动化加工手段。
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数控机床简介
二、数控机床的基本概念
v 需要指出的是，虽然国外早已改称为计算机数控（即CNC）了，而我国仍习惯 称数控（NC）。所以我们日常讲的“数控”，实质上已是指“计算机数控”了。
v 数字控制技术：简称数控（Numerical Control ,NC）采用数字化信息实 现加工自动化的控制技术。
1、程序的存储介质，又称程序载体
v 穿孔纸带（过时、淘汰）； v 盒式磁带（过时、淘汰）； v 软盘、磁盘、U盘；
2、输人/输出装置
v 对于穿孔纸带，配用光电阅读机；（过时、淘汰）； v 对于盒式磁带，配用录放机；（过时、淘汰）； v 对于软磁盘，配用软盘驱动器和驱动卡； v 现代数控机床，还可以通过手动方式(MDI方式)； v 串口通讯,包括RS232，RS485 。 v DNC网络通讯
脉冲当量：每一个脉冲信号使机床移动部件移动的位移量。常用的脉冲当量为 0.001mm/脉冲。
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数控机床简介
数控机床组成
模块一 数控机床概论
模块一数控机床概论§1-1 数控机床简介数控技术是综合了计算机、自动控制、电机、电气传动、测量、监控、机械制造等学科领域最新成果而形成的一门边缘科学技术。
在现代机械制造领域中，数控技术较早地应用于机床装备中，本课程中的数控技术具体指机床数控技术。
一、基本概念1.数字控制：用数字化信号进行控制的一种现代控制方法，简称数控。
2.计算机数字控制（CNC）：由工业计算机控制程序来实现部分或全部基本控制。
3.数控机床就是采用了数字控制技术的机床。
国际信息处理联盟第五技术委员会对数控机床作了如下定义：“数控机床是一个装有程序控制系统的机床，该系统能够逻辑地处理具有使用代码，或其它符号编码指令规定的程序。
”换言之，数控机床是一种采用计算机，利用数字信息进行控制的高效、能自动化加工的机床，它能够按照机床规定的数字化代码，把各种机械位移量、工艺参数、辅助功能(如刀具交换、冷却液开与关等)表示出来，经过数控系统的逻辑处理与运算，发出各种控制指令，实现要求的机械动作，自动完成零件加工任务。
在被加工零件或加工工序变换时，它只需改变控制的指令程序就可以实现新的加工。
所以，数控机床是一种灵活性很强、技术密集度及自动化程度很高的机电一体化加工设备。
二、数控机床的组成数控机床是由程序载体、数控装置、伺服系统和机床本体组成，如图1-1所示。
图1-1 数控机床的组成1.程序载体：是人与机床之间联系的中间媒介物质，反映了数控加工中的全部信息。
2.人机交换装置：通过人机交换装置对数控机床进行操作和控制。
3.数控系统：由I/O接口线路，PLC、主控系统等组成。
4.伺服系统：是数控系统和机床本体之间的纽带。
5.机床本体：数控机床的机械结构实体。
6.辅助装置：自动换刀装置、自动交换工作台、润滑排屑装置。
§1-2 数控机床的分类数控机床的品种规格繁多，分类方法不一。
根据数控机床的功能、结构、组成不同，可从控制方式、伺服系统类型、功能水平、工艺方法几个方面进行分类，如表1-1所示。
数控机床维修及维护
4） 机床本体 机床本体就是数控机床的机械结构件，包 括床身、箱体、立柱、导轨、工作台、主轴、 进给机构、刀具交换机构等。 此外，为保证数控机床功能的充分发挥， 还有一些辅助系统，如冷却、润滑、液压（或 气动）、排屑、防护系统等
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1.1.3 数控机床的工作过程
数控系统的主要任务是进行刀具和工件之 间相对运动的控制，图1-2初步描绘了数控系统 的主要工作过程。
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1.2 数控机床维修的基本要求
1.2.1 对维修人员的素质要求
数控设备是技术密集型和知识密集型机电一 体化产品，其技术先进、结构复杂、价格昂贵, 在生产上往往起着关键作用，因此对维修人员有 较高的要求。
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(1) 专业知识面广
a. 掌握或了解计算机原理、电子技术、电工原 理、自动控制与电机拖动、检测技术、机械传 动及机加工工艺方面的基础知识。 b. 既要懂电、又要懂机。电包括强电和弱电； 机包括机、液、气。维修人员还必须经过数控 技术方面的专门学习和培训，掌握数字控制、 伺服驱动及PLC的工作原理，懂得NC和PLC编程。
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(1) 数控装置部分
a.数控装置安装、使用（包括编程）、操作和 维修方面的技术说明书， b.系统参数的意义及其设定方法， c.装置的自诊断功能和报警清单， d.装置接口的分配及其含义等等。
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(2) PLC装置部分
a. PLC装置及其编程器的连接、编程、操作方面 的技术说明书. b. PLC用户程序清单或梯形图. c. I/O地址及意义清单. d. 报警文本以及PLC的外部连接图。
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数控机床种类繁多，有钻、铣、镗床类、 车削类、磨削类、电加工类、锻压类、激光加 工类和其他特殊用途的专用机床等等，对于采 用数控技术进行控制的机床，我们称之为数控 机床（NC机床）。它是一种综合应用了计算机 技术、自动控制技术、精密测量技术和机床设 计等先进技术的典型机电一体化产品，是现代 制造技术的基础。数控机床的水平代表了当前 数控技术的性能、水平和发展方向。
数控机床概述
代表机床:精度要求一般的中小型NC机床。 代表机床
数控机床工作原理
数控机床是一种高度自动化的机床，它在加工 工艺与加工表面形成方法上与普通机床基本相 同，最根本的不同在于实现自动化控制的原理 与方法上：数控机床是用数字床上加工零件时，首先要将被加工零 件图上的几何信息和工艺信息数字化。先根据 零件加工图样的要求确定零件加工的工艺过程、 工艺参数、刀具参数，再按数控机床规定采用 的代码和程序格式，将与加工零件有关的信息 如工件的尺寸、刀具运动中心轨迹、位移量、 切削参数(主轴转速、切削进给量、背吃刀量) 以及辅助操作(换刀、主轴的正转与反转、切 削液的开与关)等编制成数控加工程序，然后 将程序输入到数控装置中，经数控装置分析处 理后，发出指令控制机床进行自动加工。
复合机床
磨削为主型:磨床的多轴化，原来只在无心磨 磨削为主型 床上可见，多数是以装卸作业自动化为目的， 现在，开发了在一台机床上能完成内圆、外圆、 端面磨削的复合加工机。例如在欧洲，开发了 综合螺纹和花键磨削功能的复合加工机。
复合机床
不同工种加工的复合化:使用复合机床加工， 不同工种加工的复合化 可以大大缩短工件的生产周期及提高工件加工 精度。为了提高生产率，数控复合加工机床的 开发和制造已变成数控机床的一种发展趋势， 复合加工技术的发展将会给今后的生产带来革 命性的巨变，工厂的生产模式、生产组织、生 产管理将发生变化，预示着一个完全加工时代 即将到来，即在一台机床上从毛坯直接加工成 工件成品，送入组装、总装进行装配，实现没 有在制品、没有半成品、没有成品库的真正精 益生产。
插补
在数控机床中，刀具的运动轨迹是折线，因此 刀具不能严格地沿着所加工的曲线运动，只能 用折线以一定的精度要求逼近被加工曲线，当 逼近误差相当小时，这些折线之和就接近曲线 了。数控机床是以脉冲当量为单位，计算轮廓 起点与终点之间的坐标值，进行有限分段，以 折代直，以弦代弧，以直代曲，分段逼近，相 连成轨迹的。CNC装置每发出一个脉冲，机 床执行部件的最小位移量称为脉冲当量。
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数控机床基本概念
一、AC主轴伺服电机及变频调速电机
●几个基本概念
(一)主轴电机转速的计算
(二)主轴电机额定输出扭矩及最大输出扭矩的计算。
(三)主轴电机恒扭矩转速范围内实际输出功率的计算。
(四)机床主轴额定输出扭矩及最大输出扭矩的计算。
车、铣、钻方式下，主轴及电机所需功率的计算一、AC主轴伺服电机及变频调速电机
●基本概念
1、电机的功率负载特性：
做为一般驱动负载工作的回转电机有以下三种常用的功率负载特性：
(1)连续工作制(S1)：是指该电机在额定工作条件和负载条件下允许长时间、不间断的工作。
(2)短时工作制(S2)：是指该电机在规定的短时间内允许超出额定功率进行运转工作，其超载时间优先采用10、30或60分钟等。
(3)断续工作制(S3)：是指该电机应按一定的通、断周期进行工作，以保证电机在大电流、超载情况下不致因电机温度过高，数控专业微信号cncdar,值得关注击穿绝源而烧坏。
在S3工作制下工作的电机允许的每一通、断工作周期为10分钟，例FANUC AC主轴电机规定在50%ED率下(S3工作制)，其循环时间周期为10分钟(即ON：5min，OFF：5min)。
目前的AC主轴电机有一个重要特性就是允许在S2或S3工作制下运转，其实际就是一种短的工作制电机。
如FANUC的α11型主轴电机的额定连续输出功率为11kw。
S2工作制下的30分钟时间内允许的超载功率为15kw。
因数控机床在实际超载切削时每一次走刀时间很难超出30分钟，故许多机床制造厂在标定其生产的某型机床动力参数时，常用主轴电机的30分钟超载功率做为其样本上标示的主轴电机的主参数。
同样，进行数控机床设计时，设计者亦充分利用好主轴电机的这种特性。
特别需要指出的是，目前多采用的标准型普通变频电机，其仅能在S1工作制下工作，不允许超载使用，数控专业微信号cncdar,值得关注因此设计者选用时必须注意。
但随着技术的发展，最近市场上出现了一种称为"变频主轴电机"的新型变频电机，其恒功率的拐点转速控制频率(周波)为33.3Hz，不但大幅降低了电机的拐点转速，提高了电机低速时的特性能力，且允许在S2工作制下进行30分钟超载运行，是一种具有良好价格性能比的新型电机。
2、电机的负载特性及主轴电机的拐点转速nj：
无论AC主轴电机还是变频调速电机，其在nj拐点转速以上进行无级调速时，均基本为恒功率调速。
即随着电机转速的提高，其输出功率保持基本不变，而电机的输出扭矩则随转速的升高而下降；其在nj拐点转速以下进行无级调速时，数控专业微信号cncdar,值得关注均为恒扭矩调速，即随着电机转速的下降，其输出扭矩恒定不变，而电机的输出功率则随转速的降低而下降。
因此机床主轴在低速段进行粗加工而转速又落入电机的恒扭矩段转速时，设计者必须认真校核此时电机的实际输出功率能否满足切削所实际需要的功率，否则会出现"闷车"现象。
在我国，因发电厂采用50Hz频率(周波)数发电，故对标准AC主轴电机(如FANUC的α系列)和标准普通变频电机而言，因多采用4极(4P)绕组电机，则
nj拐点转速值应为1500r/min。
无论何种调速电机，根据机床的负载特点，其nj拐点转速值越低，其与电机最高转速间的比值越大(恒功率调速比)，则该电机的力能特性越好。
(一)主轴电机转速的计算：
2×F 公式：n=—×60 P 式中：n：电机转速F：控制赫兹(周波)数P：电机的极数注：日本FANUCα系列主轴电机参数如下：
1、调频范围：α0.5~α6型：0~266.6Hz α8~α22型：0~200Hz α30~α40型：0~150Hz
2、极数(P)：FANUC标准系列主轴电机多为4 以FANUCα12型主轴电机为例计算(0-200Hz)：电机最高输出转速：2×200 n=—×60=6000r/min 4 电机恒功率输出转速(电机拐点转速) 2×50 n=—×60=1500r/min 4 (注：电机50Hz以下为恒扭矩特性输出)
(二)主轴电机额定输出扭矩及最大输出扭矩的计算：
式中：N：主轴电机额定/30分超载的功率(KW) nj：主轴电机恒功率拐点转速(r/min) 以FANUCα12型主轴电机为例计算(11/15kw) 则：电机额定输出扭矩(连续输出扭矩)：数控专业微信号cncdar,值得关注电机最大输出扭矩(30分钟超载)：
注：(1)根据数控机床切削作业时的特点，计算主轴电机输出扭矩时一般均将30分钟超载扭矩做为标准扭矩数值。
(2)扭矩值为kg.m时除于0.102即可换算成Nm。
(三)主轴电机恒扭矩转速范围内输出功率的计算
计算的目的：当主轴电机在恒功率转速范围下进行运转时，随着转速的下降，主轴电机的输出功率亦随之下降，此时在切削参数选择不当时，极易出现闷车现象，计算出主轴电机特定转速下的输出功率，是为校核切削时所消耗的功率是否符合为目的。
公式：P(kw)=1.0269×n(r/min)×T(kg.m)/1000 式中：P(kw)：所要求得的电机功率n(r/min)：电机的实际转速(恒扭矩段内) T(kg.m)：电机的恒扭矩值举例：仍以FANUCα12型主轴电机为例(11/15kw)
(1)电机30分钟超载时的输出扭矩：
(2)求电机在1000转时电机的输出功率(30分超载)?
P(kw)=1.0269×1000r/min×9.74(kg.m)/1000=10.002 kw
(四)机床主轴额定输出扭矩及最大输出扭矩的计算：
●计算的目的：
电机上所输出的扭矩不等于是主轴上所输出的扭矩，因为在机床主传动链上常采用皮带轮或变档齿轮等进行降、升速，如采用的是降速传动时，则有一个降速比i对电机输出扭矩的放大作用，这就是机械设计上常采用一个小功率电机，数控专业微信号cncdar,值得关注通过大的降速比来拖动大的运动负载的原因。
公式：式中：M：主轴的输出扭矩(kg.m) N：主电机额定功率或30分超载功率(KW) Nj：主电机恒功率时的拐点转速(r/min) i：传动链降速比η：机械传动效率(皮带轮直接传动时取0.96)
注：根据数控机床切削作业的特点，计算主轴的输出扭矩时，一般均按主轴30分钟超载时的最大输出扭矩来计算。
(五)车、铣、钻方式下主轴及电机所需功率的计算
注：在欧、美、日等国家的切削手册、资料中，在进行切削力及切削功率计算时，常采用单位切削力和单位切削功率的概念。
所谓单位切削力是指"单位切削面积上的主切削力"，用P表示，单位为N/mm2；所谓单位切削功率是指"在单位时间内切除单位体积的金属所消耗的切削功率"，用Ps表示，单位为KW/(mm3/S)。
下面所述的"车、铣、钻方式下主轴及电机所需功率的计算"是日本FANUC公司手册上所推荐的，计算车、铣、钻不同切削方式时公式中的每kw金属去除率MRt，MRm，MRd值，应从相应的切削手册或资料中查出。
a.车削时切削条件
(1)主轴转速：Ns(r/min)
(2)工件直径：Dt(mm)
(3)进给速度：fr(mm/r)
(4)切削深度：t(mm) (切削公式)
(1)切削速度：Ⅴc=π×Dt×Ns(mm/min)
(2)进给率：fm=fr×Ns(mm/min)
(3)金属去除率：Q=t×fr×Vc/1000(cm3/min) =t×fr×π×Dt×Ns/1000(cc/min)
Q=π×Dt×t×fm/1000(c c/min)
(4)机床主轴所需功率：Ps=Q/MRt(KW) 式中：MRt=每kw的金属去除率
(cc/min/kw)
(5)主轴驱动电机所需的功率：PM=1/η×Q/MRt 式中：η=主轴驱动的效率(%) b.铣削时(切削条件)
(1)主轴转速：Ns(r/min)；
(2)铣刀直径：Dm(mm)
(3)铣削宽度：W(mm)；
(4)铣削深度：t(mm)
(5)铣刀齿数：n(齿数)；
(6)进给：ft(mm/每齿) (切削公式)
(1)切削速度：Ⅴc=π×Dm×Ns(mm/min)
(2)进给率：fm=ft×n×Ns(mm/min)
(3)金属去除率：Q=W×t×ft×n×Ns/1000(cm3/min) Q=W×t×fm/1000(cc/min)
(4)机床主轴所需功率：Ps=Q/MRm(KW) 式中：MRm=每kw的金属去除率(cc/min/kw)
(5)主轴驱动电机所需的功率：PM=1/η×Q/MRm(kw) 式中：η=主轴驱动的效率(%)
c.钻削时(切削条件)
(1)主轴转速：Ns(r/min)
(2)钻头直径：Dd(mm)
(3)进给：fr(mm/r) (切削公式)
(1)切削速度：Ⅴc=π×Dd×Ns(mm/min)
(2)进给率：fm=fr×Ns(mm/min)
(3)金属去除率：Q=π/4×Dd2×fr×Ns/1000(cm3/min)
Q=π/4×Dd2×fm/1000(cc/min)
(4)机床主轴所需功率：Ps=Q/MRd(KW) 式中：MRd=每kw的金属去除率
(5)主轴驱动电机所需的功率：PM=1/η×Q/MRd(kw) 式中：η=主轴驱动的效率(%)。