第1章数控技术概论

点位控制(Point to Point Control )： 严格控制点到点之间的距离，而与所走的路径无关 。 轮廓加工控制(Contouring Control)： 不仅对坐标的移动量进行控制，而且对各坐标的速度 及它们之间的比率都要进行严格控制，以便加工出给 定的轨迹。 机床的数字控制是由数控系统完成的。数控能接收零 件图纸加工要求的信息，进行插补运算，实时地向各 坐标轴发出速度控制指令。伺服驱动装置能快速响应 数控装置发出的指令，驱动机床各坐标轴运动，同时 能提供足够的功率和扭矩。
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中国机床消费额占全球机床销售总额的比 重已达到24％。
中国
世界机床制造业的发动机
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中国机床工业的现状：拥有量大，构成比落后， 低档多、中高档少，成套性差，劳动生产率低 下。机床工业产业相对分散，人均机床产值是发 达国家的1/6~1/10，是日本人均产值的1/17。
我国整个机床工业从业人员有22万人之多（美国有4万 人、德国有6.7万人、日本有3.8万人），
排序 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 小计 世界总值 国别（地区） 日本 德国 中国 意大利 韩国 中国台湾 美国 瑞士 西班牙 巴西 产值（百万美元） 14443.5 12725.4 11190.0 7272.7 4550.0 4378.0 3578.0 3323.8 1436.8 1157.8 64056.0 70857.5 世界产值占比 （%） 20.3 17.8 15.7 10.2 6.4 6.1 5.0 4.7 2.0 1.6 89.8 100
公司名称 通快 山崎·马扎克 吉德曼 大隈 天田 MAG 森精机 沈阳机床 Jtekt 大连机床 斗山·英维高 阿奇·夏米尔 舒勒 牧野 哈斯 百超 伊玛格 格里申 日平富山 因代克斯
国别 德国 日本 德国 日本 日本 美国 日本 中国 日本 中国 韩国 瑞士 德国 日本 美国 瑞士 德国 美国 日本 德国
中国机床工业的特点：发展曲折，内耗大，效率 低。
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数控机床是一种重要的战略物资，《国家 中长期科学和技术发展规划纲要2006-2010 年》将“高档数控机床与基础制造装备”列 为16个重大专项之一。 机床工具行业是为制造业提供装备的产 业，中国制造业的崛起，必然给机床工具 行业带来巨大商机，给行业带来新的发展 空间。 影响机床行业的主要产业如下：
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1.3.3 数控系统的技术性能指标
CPU 分辨率 控制功能 伺服驱动系统的性能 数控系统内PLC功能 系统的通讯接口功能 系统的开放性 可靠性与故障自诊断
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我国数控机床产业现状
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2007年586家企业生产金切机床606835台，同比增长 11.7%，其中数控金切机床产量123257台，同比增长 32.6%，金切机床产值数控化率为43.7％。 数控机床产值从“九五”末的4.9亿美元增加到“十五” 末的21.8亿美元，平均年增长达到34.8％。数控金 切机床的产量从“九五”末的14053台增加到“十五”末 的59639台。平均年增长达到33.5％。 ------资料来源：中国机床工具工业协会
(数据时间范围2004.12—2006.03)
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2007年世界机床产之前20名企业按国别汇总
排名 1 2 3 4 5 6 国别 日本 德国 美国 中国 瑞士 韩国 进入前20名 企业数 7 5 3 2 2 1 入围企业产值和 （百万美元） 9604.3 6412.0 2922.0 2488.0 1645.8 985.2 占本国产值 （%） 66.5 50.4 81.7 23.1 49.5 21.7
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1.1.3 数控机床的组成及特点
1. 数控机床的组成
控制介质 数控装置 伺服系统 机床
检测反馈装置 1） 信息输入 2） 数控装置 3）伺服驱动装置 4）检测反馈装置 5）机床本体
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2. 适宜数控机床加工的零件特点： 1). 小批量而又轮番生产的零件； 2). 几何形状复杂的零件； 3). 需进行多种工序加工的零件； 4). 切削余量大的零件； 5). 加工精度高的零件； 6). 工艺设计会经常变化的零件； 7). 贵重零件； 8). 需全部检测的零件 3. 实现数控加工的要求 1).初次设备投资大； 2).对使用者技术要求高。
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1.2 数控机床的分类
点位控制数控机床 1.2.1 按运动控制的特点分类 直线控制数控机床 轮廓控制的数控机床 开环控制的数控机床
1.2.2 按伺服系统的类型分类 闭环控制的数控机床
半闭环控制的数控机床
1.2.3 按工艺方法分类
金属切削类数控机床 金属成型类及特种加工类数控机床 高档 中档 低档
21ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
2007年世界机床出口前十名 单位：百万美元
排序 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 小计 世界总值 国别（地区） 德国 日本 意大利 中国台湾 瑞士 韩国 美国 中国 英国 比利时 2007年 9167.8 7610.1 4207.6 3408.0 2457.5 1800.0 1659.8 1651.3 922.2 873.2 33757.5 39252.4 2006年 7516.0 6513.0 3318.7 2964.0 2236.7 1450.0 1802.3 1190.0 879.2 721.3 28591.2 33151.1
年份
占有率(％)
2001 2002 39.3 39.3
2003 2004 2005 2006 2007 38.6 37.4 39.7 44.8 57.4
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2007年机床行业特点： 1.高档和大型机床需求量很大，中小型和普通机床已出现 库存迹象。 2.机床进口量虽然下降，但数控系统、零部件、工具进口 却依然保持强势增长。这表现出目前中高端数控机床 对国外功能部件的依赖。 3.机床工具行业投资增速已高于产值的增速。重硬轻软， 对人力、工艺等投资滞后于对厂房、设备的投资。 4.数控金切机床产量已经超过12万台，已是世界第一。但 国产数控机床始终处于低档迅速膨胀，中档进展缓 慢，高档依靠进口的局面。工业发达国家对我国进口 高档数控机床的封锁和限制从来也没有停止过。
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同比 % 22 17 27 15 10 24 -8 39 5 21
出口/ 生产% 72 53 58 78 74 40 46 15 135 207
2007年世界机床进口前十名
排序 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 小计 世界总值 国别（地区） 中国 美国 德国 中国台湾 意大利 墨西哥 韩国 印度 法国 英国 2007年 7072.0 4253.6 3694.5 2815.0 1990.9 C1544.8 1400.0 1317.8 1252.0 1178.3 26518.9 36045.8 2006年 7243.0 4474.6 2535.4 2010.0 1397.4 C1154.1 1358.0 837.1 1071.6 921.6 23002.8 31445.5
1.2.4 按功能水平分类
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1.3 数控技术的产生发展及技术水平
1.3.1 数控技术的产生与发展
1952年，电子管控制数控机床 1959年，晶体管控制数控机床，加工中心 60年代，集成电路数控机床 70年代，计算机数控机床 80年代，计算机集成制造系统
1.3.2 数控技术的发展趋势
1. 数控装置 2. 3. 4. 5. 伺服系统 机械结构技术 数控编程技术 向智能化方向发展
需大量进口的行业
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2007年，机床工具行业的利润总额144.6亿人民币，比去年 同期增长52.8%。其中机床附件行业利润同比增长幅度最 高，为166.7%，金切机床行业利润同比增长65.5%。 -----资料来源：国家统计局
利润高的行业
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2007年，国内企业终于夺回了机床市场的半壁 江山，从2001年以来国产机床市场占有率首次 突破50％。
飞速发展的行业
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2007年，机床工具产品进口金额117.7亿美元，同比 增长5.7%。其中金属加工机床进口70.7亿美元，同比 减少2.4%。加工中心、磨床、特种加工机床和车床进 口金额占金属加工机床总额的一半以上。机床附件进 口增长50.5%，数控装置进口增长40.7％，机床零部 件和刀具也都保持2位数增长。出口金额52.0亿美 元，同比增长36.2%，进出口贸易逆差54.2亿美元。 ------资料来源： 海关
数控技术
主讲教师：富宏亚
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课程主要内容：
第一章 概论 第二章 数控加工的程序编制 第三章 计算机数控装置的插补原理 第四章 计算机数控（CNC）装置 第五章 数控检测装置 第六章 数控伺服系统
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第一章 概论
1.1 数控技术的基本概念
1.1.1 什么是机床的数字控制
以数字指令方式控制机床各部件的相对运动和动作。 例：N003 G90 G01 X+35. Y+279.3 Z-429.7 S1000 T02 F500 M07；
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压力机和数控龙门铣 济南二机床 占全国齿轮加工机床的产量32%
的主要来源地 ：
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以平均单价粗略判断，从德国、意大利、瑞士主要进口高档和大型机床；从日 本、美国主要进口中档偏上机床，从台湾省、韩国主要进口中低档机床。
金属加工机床进口
已连续6年作为世界最大机床进口国的中国，2007年 进口70.7亿美元；出口16.5亿美元；消费166.1亿美 元，国内市场占有率57.4％。我们将连续第六年成为 世界机床第一大消费国和第一大进口国，产值继续 保持在世界第三的位置，出口排名世界第八位。 专家认为国内的机床消费将保持15％以上快速增 长，而数控机床将保持30％左右的增速。
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中国机床生产企业布局
地区 机床类型 车、铣、加工中心 代表企业 说明 产值占全国机床产值的26% 产值占全国重型数控车床产值50% 产值占全国数控镗床产值30%。 数控磨床产量占全国四分之三 沈阳机床集 团、大连机床 东北 重型数控卧立式车床 集团 齐重数控 数控落地镗铣床 数控磨床 东部 电加工机床 西南 齿轮加工机床 齿轮磨床 中部 重型机床 环渤 加工中心 、铣床 海 锥齿轮加工机床 齐二集团 上海机床厂、 杭州机床集 团、无锡机床 集团 苏州三光 重庆机床集团 秦川机床集团 武汉重型 北京一机床 天津一机床厂
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2001-2007年世界机床产值 单位：亿美元
年度 产值 同比增长% 2001 362 -3.2 2002 322 -11.1 2003 363 12.7 2004 453 14.3 2005 519 14.6 2006 595 19.0 2007 709 24.8
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世界机床消费分布
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2007年世界机床生产前十名
机床产值 2225.1 2165.0 2141.2 1616.1 1548.9 1500.0 1474.6 1331.5 1316.5 1156.5 985.2 983.6 964.8 942.3 880.0 662.2 547.0 542.4 540.9 533.9
总产值 2530.4 2165.0 2141.2 1616.1 2244.8 1500.0 1474.6 1331.5 8776.5 1168.5 3479.7 3751.6 964.8 1177.8 880.0 1257.2 547.0 542.4 707.0 533.9
将数字代码输入机床的数字控制装置（即控制机床的专用计算机） 中去，经过计算机的计算处理、伺服控制、驱动机床各部件运动， 完成上述空间直线段的加工。
用这种控制技术控制的机床就称为“数控机床”或“NC机 床”。（Numerically Controlled Machine Tool）
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1.1.2
机床数字控制的原理
单位：百万美元
同比 % -2 -5 46 40 42 34 3 57 17 28 进口/消 费% 43 69 51 74 39 93 34 74 77 126
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世界前 20 名机床企业排序表
排序 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20
截止财政年度 2007年6月 2007年3月 2007年12月 2007年3月 2007年3月 2006年12月 2007年3月 2007年12月 2007年3月 2006年12月 2007年12月 2007年12月 2007年9月 2007年3月 2007年12月 2007年12月 2005年12月 2007年12月 2007年3月 2006年12月