数控机床-第一章数控机床概论PPT
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进行控制的机床。
12
加工程序
零件图
数控 装置
伺服 系统
数控系统
机床
用数控机床加工工件时，首先由编程人员按照零件的几何 形状和加工工艺要求将加工过程编成加工程序。数控系统 读入加工程序后，将其翻译成机器能够理解的控制指令， 再由伺服系统将其变换和放大后驱动机床上的主轴电机和 进给伺服电机转动，并带动机床的工作台移动，实现加工 过程。数控系统实质上是完成了手工加工中操作者的部分 14 工作
1959年，美国克耐· 杜列克公司首次成 功开发了加工中心（Machining Center） 。
5
The first successful N/C machine, funded by the Air Force, was demonstrated by the Massachusetts Institute of Technology in 1952. It was a "retrofitted" Cincinnati milling machine (Figure 1.15). It had the ability to coordinate the axis motions to machine a complex surface. The first "commercial" N/C machines were shown at the 1955 National Machine Tool Show.
单件，小批量机加工零件的总量占机械加工总量的 80%左右。
2
数控机床的基本概念
规模化效益
普通机床或专业化程度高的自动化机
床显然无法适应这些要求。同时，随着市
场竞争的日益加剧，企业生产也迫切需要 进一步提高其生产效率，提高产品质量及 降低生产成本。
一种新型的生产设备——数控机床就
数控机床、数控火焰切割机、数控绘 图机、数控冲剪机、数控肋骨冷弯机 等都是属于这个范围的自动化设备
9
国产数控设备统计情况：
现达到1500多个品种，年生产能力40000 2000年的统计数据 数控机床厂家：100 数控系统厂家：50 数控机床配套厂家：300 年产量：14053台 数控机床品种：1300 产量数控化率：8%（95年 3.6%） 2。2003年产量36000台，产值295亿元。 3。2003年1－9月，海关统计机床进口297482.6万美元，出口 26630.8万美元 4。2004年9月，国产数控机床国内占有率27％
对数控机床的功能、动态特性、控制品质有决定性影响。
4. 精密检测与传感技术 是实现自动控制的关键环节之一，是闭环和半闭环控制系统的核心技术。 主要放映在精度补偿方面；关键器件是传感器，要求其准确性、快速性与可ຫໍສະໝຸດ Baidu 性。 5. 网络和通信技术 柔性制造，柔性制造系统和计算机集成制造系统的产生。
21
机床数控系统基本工作流程
18
辅助控制装置：指数控机床的一些配套部件，包括刀库、液压、气动装置、冷却 系统、排屑装置、夹具、换刀机械手等。
强电控制装置：接收内置PLC所输出的各种指令 。 主轴变速，换向，停止；分度台转位，锁紧；刀具进给，更换；工件夹 紧；辅助信号等。
机床本体：是数控机床加工运动的机械部分，主要包括支承部件（床身、立柱 等）、主运动部件（主轴箱）、进给运动部件（工作台滑板、刀架）等。
10
5。北京一机床 五坐标数控螺旋桨铣床，加工直径达6米，可加 工10万吨级远洋海轮用螺旋桨叶轮面； 武汉重型机床厂 数控立车，可加工30万KW水轮机，直径达 16米，精度0.02mm。 常州机床厂 五轴联动机床；秦川机床厂 六轴五联动全数控螺 旋齿锥齿轮切齿机。 北京机电院 定位精度+-3um 立式加工中心；宁江机床厂+8um卧式加工中心。 6 国产数控系统有 中国东方数控公司；中国科偌达，航天数控， 珠峰数控,北大方正,兰州电机厂,南京四开,华中等开发的华中Ⅰ、 中华Ⅰ、航天Ⅰ和蓝天Ⅰ；上海开通数控技术有限公司KT；北 京凯恩帝的KND系列数控系统、广州数控设备厂的GSK系列数 控系统。
计算机数控CNC 控制系统，它自动读入载体上的数字信息，经过译码，控制 机床运动。整个系统包括信息输入、运算和控制、进给伺服 驱动和主轴驱动以及机电接口等。其中运算和控制部分，是 数控系统的核心,称为数控装置NCU 。以计算机系统为主构 成的数控系统，运算和控制部分是一个专用的计算机，也称 为计算机数控CNC。数控装置有时也简称为数控系统。 NCU就是数控装置的英文缩写。
NC）
基于PC（PC-BASED）,1990 .基于PC开发式数控系统。 高速加工，纳米制造。
8
数控机床的基本概念 1.1.3 我国数控机床发展概况 • 我国数控机床的研制始于1958年，由清华大学研制出 了最早的样机。1966年诞生了第一台用于直线——圆弧 插补的晶体管数控系统。1970年北京第一机床厂的 XK5040型数控升降台铣床作为商品，小批量生产并推 向市场。但由于相关工业基础差，尤其是数控系统的支 撑工业——电子工业薄弱，致使在1970～1976年间开发 出的加工中心、数控镗床、数控磨床及数控钻床因系统 不过关，多数机床没有在生产中发挥作用。 80年代前期，在引入了日本数控技术后，我国的数控 机床才真正进入小批量生产的商品化时代。 目前我国已经有自主版权的数控系统，但绝大多数全 功能数控机床还是采用国外的CNC系统。从机床的整 体来看，无论是可靠性、精度、生产效率和自动化程 度，与国外相比，还存在着不小的差距。
11
数控机床的基本概念
1.2 数控机床组成与工作原理
需要澄清的几个概念
1. 数控技术 (Numerical Control-NC ) 用数字化信号对机床运动及其加工过程中进行控制 的一种方法。称这种方法为数字控制，简称数控。 2.数控机床 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他符号编码指令规定的程序。 3. 数控系统（ Numerical Control System） 实现数字化控制的软件和硬件的整体称为数控系统。 它由程序输入、输出设备、数控装置、伺服装置、反馈 装置、辅助驱动装置组成。 采用数控技术对加工过程
第一章
数控技术概论
数控机床基本概念 数控机床分类 数控机床加工特点及应用 数控机床发展趋势
2012-9-6
1
数控机床的基本概念
1.1 数控机床的产生与发展
随着社会生产和科学技术的不断进步，各类工业新产 品层出不穷。机械制造产业作为国民工业的基础，其产品更 是日趋精密复杂，特别是在宇航、航海、军事等领域所需的 机械零件，精度要求更高，形状更为复杂且往往批量较小， 加工这类产品需要经常改装或调整设备.
17
数控装置：数控机床的关键环节、核心，一般为一台专用的计算机；把从输入装 置得到的电脉冲信号进行译码和寄存，得到这些指令作为控制与运算的原始依据。
数控装置是数控机床的中枢，在普通数控机床中一般由输入装置、存储器、 控制器、运算器和输出装置组成。数控装置接收输入介质的信息，并将其代 码加以识别、储存、运算，输出相应的指令脉冲以驱动伺服系统，进而控制 机床动作。在计算机数控机床中，由于计算机本身即含有运算器、控制器等 上述单元，因此其数控装置的作用由一台计算机来完成。
3
应运而生了 。
普通车床操作
数控车床
4
数控机床的基本概念 1.1.1数控机床的产生
帕森斯公司正式接受委托，与麻省理工 学院伺服机构实验室（Servo Mechanism Laboratory of the Massachusetts Institute of Technology）合作，于1952年试制成功 世界上第一台数控机床试验性样机。1955 年实现量产；
1965,由于它体积小、功耗低，，使数控系统的可靠性得以进一步提高，这是 第三代数控系统。1967英国最初的FMS
7
第4代数控机床：从1970年开始采用大规模集成电路的小型 通用电子计算机控制的系统（CNC）。
1970，在美国芝加哥国际机床展览会上，首次展出了一台以通用小型计算机作 为数控装置的数控系统，特征为许多数控功能由软件完成,被人们成为第四代数控 系统。
伺服控制装置：接受来自数控装置的位置控制信息，转换为相应坐标轴的进给 运动和精确定位运动。伺服精度和动态相应特性直接影响数控机床的生产率、 加工精度和表明加工质量。 伺服系统的作用是把来自数控装置的脉冲信号转换为机床移动部件的运动， 使工作台（或溜板）精确定位或按规定的轨迹作严格的相对运动，最后加工 出符合图纸要求的零件。 在数控机床的伺服系统中，常用的伺服驱动元件有功率步进电机、电液脉冲 马达、直流伺服电机和交流伺服电机等。
15
数控机床的基本概念
1.2.2 数控机床的组成
加 工 程 序
输 入 装 置
数 控 装 置
辅助控制装置 伺服驱动装置
机 床 本 体
强电控制装置 检测反馈装置
16
数控机床的基本概念
加工程序：建立人与机床之间的联系，也称为 程序载体，储存着加工零件所需要 的全部几何信息和工艺信息。 指 令 集 工艺分析；工件坐标；工件，刀具运动坐标；加工路线与顺序； 主运动，进给运动参数； 辅助设备参数；
相关摘录资料
6
数控机床的基本概念
1.1.2 数控机床的发展简况 第1代数控机床：1952年～1959年采用电子管元件构成的 电 专用数控装置（NC）。 1952，Parsons Corp.,MIT,美空军后勤司令部合作， 子 计 第一台立式铣 算 第2代数控机床：从1959年开始采用晶体管电路的NC系统。 机 技 1959，晶体管元件的出现使电子设备的体积大大减小，数控系统中广泛采用 术 晶体管和印刷电路板，K&T开发第一台加工中心 的 MILWAUKEE-MATIC。 发 第3代数控机床：从1965年开始采用小、中 规模集成电 展 一 路的NC系统。 致
一典型数控机床示意图如下
19
同类型的加工中心与数控铣床的结构布局相似，主要在刀库的结构和位置上 有区别，一般由床身、主轴箱、工作台、底座、立柱、横梁、进给机构、自 动换刀装置、辅助系统（气液、润滑、冷却）、控制系统等组成，如图所示。20
数控机床的基本概念
1.2.3 数控机床设计基本技术
1. 精密机械技术 是数控机床的基础，包括精密机械设计和精密机械加工两大方面。 2. 计算机及信息处理技术 计算机技术的发展是数控机床发展和变革最活跃的因素。与人工智能、专 家系统、模糊控制、人工神经网络、仿真技术结合为组成柔性制造系统提 供了重要的技术保证。 3. 自动控制理论与伺服驱动技术
第5代数控机床：从1974年开始采用微型计算机控制的系统 （MNC）。
开始出现的以微处理器为核心的数控系统被人们誉为第五代数控系统，近30年 来，装备微处理机数控系统的数控机床得到飞速发展和广泛应用。
1980年后，FMS、FMC、CIMS、开放式数控（open 系统、智能制造系统（IMS）大发展。
数控机床中的机床，在开始阶段使用通用机床，只是在自动变速、刀架或 工作台自动转位和手柄等方面作些改变。实践证明：数控机床除由于切削 用量大、连续加工发热多等影响工件精度外，并且由于是自动控制，在加 工中不能像在通用机床上那样可以随时由人工进行干预。所以其设计要求 比通用机床更严格，制造要求更精密。因而后来在数控机床设计时，采用 了许多新的加强刚性、减小热变形、提高精度等方面的措施，使得数控机 床的外部造型、整体布局、传动系统以及刀具系统等方面都已发生了很大 的变化。
输入装置：将程序载体上记录的数控代码信息转换成相应的电脉冲信号传送至数 控装置内存储器。
常用的控制介质是8单位的标准穿孔带，且常用的穿孔带是纸质的，所以又 称纸带。其宽为 25.4mm，厚0.108mm，每行除了必须有一个φ1.17mm的同 步孔外，最多可以有8个φ1.33mm 的信息孔。用每行8个孔有无的排列组合 来表示不同的代码( 纸带上孔的排列规定，称为代码)。把穿孔带输入到数 控装置的读带机，再由读带机把穿孔带上的代码转换为数控装置可以识别 和处理的电信号，并传送到数控装置中去，便完成了指令信息的输入工作。
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加工程序
零件图
数控 装置
伺服 系统
数控系统
机床
用数控机床加工工件时，首先由编程人员按照零件的几何 形状和加工工艺要求将加工过程编成加工程序。数控系统 读入加工程序后，将其翻译成机器能够理解的控制指令， 再由伺服系统将其变换和放大后驱动机床上的主轴电机和 进给伺服电机转动，并带动机床的工作台移动，实现加工 过程。数控系统实质上是完成了手工加工中操作者的部分 14 工作
1959年，美国克耐· 杜列克公司首次成 功开发了加工中心（Machining Center） 。
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The first successful N/C machine, funded by the Air Force, was demonstrated by the Massachusetts Institute of Technology in 1952. It was a "retrofitted" Cincinnati milling machine (Figure 1.15). It had the ability to coordinate the axis motions to machine a complex surface. The first "commercial" N/C machines were shown at the 1955 National Machine Tool Show.
单件，小批量机加工零件的总量占机械加工总量的 80%左右。
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数控机床的基本概念
规模化效益
普通机床或专业化程度高的自动化机
床显然无法适应这些要求。同时，随着市
场竞争的日益加剧，企业生产也迫切需要 进一步提高其生产效率，提高产品质量及 降低生产成本。
一种新型的生产设备——数控机床就
数控机床、数控火焰切割机、数控绘 图机、数控冲剪机、数控肋骨冷弯机 等都是属于这个范围的自动化设备
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国产数控设备统计情况：
现达到1500多个品种，年生产能力40000 2000年的统计数据 数控机床厂家：100 数控系统厂家：50 数控机床配套厂家：300 年产量：14053台 数控机床品种：1300 产量数控化率：8%（95年 3.6%） 2。2003年产量36000台，产值295亿元。 3。2003年1－9月，海关统计机床进口297482.6万美元，出口 26630.8万美元 4。2004年9月，国产数控机床国内占有率27％
对数控机床的功能、动态特性、控制品质有决定性影响。
4. 精密检测与传感技术 是实现自动控制的关键环节之一，是闭环和半闭环控制系统的核心技术。 主要放映在精度补偿方面；关键器件是传感器，要求其准确性、快速性与可ຫໍສະໝຸດ Baidu 性。 5. 网络和通信技术 柔性制造，柔性制造系统和计算机集成制造系统的产生。
21
机床数控系统基本工作流程
18
辅助控制装置：指数控机床的一些配套部件，包括刀库、液压、气动装置、冷却 系统、排屑装置、夹具、换刀机械手等。
强电控制装置：接收内置PLC所输出的各种指令 。 主轴变速，换向，停止；分度台转位，锁紧；刀具进给，更换；工件夹 紧；辅助信号等。
机床本体：是数控机床加工运动的机械部分，主要包括支承部件（床身、立柱 等）、主运动部件（主轴箱）、进给运动部件（工作台滑板、刀架）等。
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5。北京一机床 五坐标数控螺旋桨铣床，加工直径达6米，可加 工10万吨级远洋海轮用螺旋桨叶轮面； 武汉重型机床厂 数控立车，可加工30万KW水轮机，直径达 16米，精度0.02mm。 常州机床厂 五轴联动机床；秦川机床厂 六轴五联动全数控螺 旋齿锥齿轮切齿机。 北京机电院 定位精度+-3um 立式加工中心；宁江机床厂+8um卧式加工中心。 6 国产数控系统有 中国东方数控公司；中国科偌达，航天数控， 珠峰数控,北大方正,兰州电机厂,南京四开,华中等开发的华中Ⅰ、 中华Ⅰ、航天Ⅰ和蓝天Ⅰ；上海开通数控技术有限公司KT；北 京凯恩帝的KND系列数控系统、广州数控设备厂的GSK系列数 控系统。
计算机数控CNC 控制系统，它自动读入载体上的数字信息，经过译码，控制 机床运动。整个系统包括信息输入、运算和控制、进给伺服 驱动和主轴驱动以及机电接口等。其中运算和控制部分，是 数控系统的核心,称为数控装置NCU 。以计算机系统为主构 成的数控系统，运算和控制部分是一个专用的计算机，也称 为计算机数控CNC。数控装置有时也简称为数控系统。 NCU就是数控装置的英文缩写。
NC）
基于PC（PC-BASED）,1990 .基于PC开发式数控系统。 高速加工，纳米制造。
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数控机床的基本概念 1.1.3 我国数控机床发展概况 • 我国数控机床的研制始于1958年，由清华大学研制出 了最早的样机。1966年诞生了第一台用于直线——圆弧 插补的晶体管数控系统。1970年北京第一机床厂的 XK5040型数控升降台铣床作为商品，小批量生产并推 向市场。但由于相关工业基础差，尤其是数控系统的支 撑工业——电子工业薄弱，致使在1970～1976年间开发 出的加工中心、数控镗床、数控磨床及数控钻床因系统 不过关，多数机床没有在生产中发挥作用。 80年代前期，在引入了日本数控技术后，我国的数控 机床才真正进入小批量生产的商品化时代。 目前我国已经有自主版权的数控系统，但绝大多数全 功能数控机床还是采用国外的CNC系统。从机床的整 体来看，无论是可靠性、精度、生产效率和自动化程 度，与国外相比，还存在着不小的差距。
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数控机床的基本概念
1.2 数控机床组成与工作原理
需要澄清的几个概念
1. 数控技术 (Numerical Control-NC ) 用数字化信号对机床运动及其加工过程中进行控制 的一种方法。称这种方法为数字控制，简称数控。 2.数控机床 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他符号编码指令规定的程序。 3. 数控系统（ Numerical Control System） 实现数字化控制的软件和硬件的整体称为数控系统。 它由程序输入、输出设备、数控装置、伺服装置、反馈 装置、辅助驱动装置组成。 采用数控技术对加工过程
第一章
数控技术概论
数控机床基本概念 数控机床分类 数控机床加工特点及应用 数控机床发展趋势
2012-9-6
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数控机床的基本概念
1.1 数控机床的产生与发展
随着社会生产和科学技术的不断进步，各类工业新产 品层出不穷。机械制造产业作为国民工业的基础，其产品更 是日趋精密复杂，特别是在宇航、航海、军事等领域所需的 机械零件，精度要求更高，形状更为复杂且往往批量较小， 加工这类产品需要经常改装或调整设备.
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数控装置：数控机床的关键环节、核心，一般为一台专用的计算机；把从输入装 置得到的电脉冲信号进行译码和寄存，得到这些指令作为控制与运算的原始依据。
数控装置是数控机床的中枢，在普通数控机床中一般由输入装置、存储器、 控制器、运算器和输出装置组成。数控装置接收输入介质的信息，并将其代 码加以识别、储存、运算，输出相应的指令脉冲以驱动伺服系统，进而控制 机床动作。在计算机数控机床中，由于计算机本身即含有运算器、控制器等 上述单元，因此其数控装置的作用由一台计算机来完成。
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应运而生了 。
普通车床操作
数控车床
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数控机床的基本概念 1.1.1数控机床的产生
帕森斯公司正式接受委托，与麻省理工 学院伺服机构实验室（Servo Mechanism Laboratory of the Massachusetts Institute of Technology）合作，于1952年试制成功 世界上第一台数控机床试验性样机。1955 年实现量产；
1965,由于它体积小、功耗低，，使数控系统的可靠性得以进一步提高，这是 第三代数控系统。1967英国最初的FMS
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第4代数控机床：从1970年开始采用大规模集成电路的小型 通用电子计算机控制的系统（CNC）。
1970，在美国芝加哥国际机床展览会上，首次展出了一台以通用小型计算机作 为数控装置的数控系统，特征为许多数控功能由软件完成,被人们成为第四代数控 系统。
伺服控制装置：接受来自数控装置的位置控制信息，转换为相应坐标轴的进给 运动和精确定位运动。伺服精度和动态相应特性直接影响数控机床的生产率、 加工精度和表明加工质量。 伺服系统的作用是把来自数控装置的脉冲信号转换为机床移动部件的运动， 使工作台（或溜板）精确定位或按规定的轨迹作严格的相对运动，最后加工 出符合图纸要求的零件。 在数控机床的伺服系统中，常用的伺服驱动元件有功率步进电机、电液脉冲 马达、直流伺服电机和交流伺服电机等。
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数控机床的基本概念
1.2.2 数控机床的组成
加 工 程 序
输 入 装 置
数 控 装 置
辅助控制装置 伺服驱动装置
机 床 本 体
强电控制装置 检测反馈装置
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数控机床的基本概念
加工程序：建立人与机床之间的联系，也称为 程序载体，储存着加工零件所需要 的全部几何信息和工艺信息。 指 令 集 工艺分析；工件坐标；工件，刀具运动坐标；加工路线与顺序； 主运动，进给运动参数； 辅助设备参数；
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数控机床的基本概念
1.1.2 数控机床的发展简况 第1代数控机床：1952年～1959年采用电子管元件构成的 电 专用数控装置（NC）。 1952，Parsons Corp.,MIT,美空军后勤司令部合作， 子 计 第一台立式铣 算 第2代数控机床：从1959年开始采用晶体管电路的NC系统。 机 技 1959，晶体管元件的出现使电子设备的体积大大减小，数控系统中广泛采用 术 晶体管和印刷电路板，K&T开发第一台加工中心 的 MILWAUKEE-MATIC。 发 第3代数控机床：从1965年开始采用小、中 规模集成电 展 一 路的NC系统。 致
一典型数控机床示意图如下
19
同类型的加工中心与数控铣床的结构布局相似，主要在刀库的结构和位置上 有区别，一般由床身、主轴箱、工作台、底座、立柱、横梁、进给机构、自 动换刀装置、辅助系统（气液、润滑、冷却）、控制系统等组成，如图所示。20
数控机床的基本概念
1.2.3 数控机床设计基本技术
1. 精密机械技术 是数控机床的基础，包括精密机械设计和精密机械加工两大方面。 2. 计算机及信息处理技术 计算机技术的发展是数控机床发展和变革最活跃的因素。与人工智能、专 家系统、模糊控制、人工神经网络、仿真技术结合为组成柔性制造系统提 供了重要的技术保证。 3. 自动控制理论与伺服驱动技术
第5代数控机床：从1974年开始采用微型计算机控制的系统 （MNC）。
开始出现的以微处理器为核心的数控系统被人们誉为第五代数控系统，近30年 来，装备微处理机数控系统的数控机床得到飞速发展和广泛应用。
1980年后，FMS、FMC、CIMS、开放式数控（open 系统、智能制造系统（IMS）大发展。
数控机床中的机床，在开始阶段使用通用机床，只是在自动变速、刀架或 工作台自动转位和手柄等方面作些改变。实践证明：数控机床除由于切削 用量大、连续加工发热多等影响工件精度外，并且由于是自动控制，在加 工中不能像在通用机床上那样可以随时由人工进行干预。所以其设计要求 比通用机床更严格，制造要求更精密。因而后来在数控机床设计时，采用 了许多新的加强刚性、减小热变形、提高精度等方面的措施，使得数控机 床的外部造型、整体布局、传动系统以及刀具系统等方面都已发生了很大 的变化。
输入装置：将程序载体上记录的数控代码信息转换成相应的电脉冲信号传送至数 控装置内存储器。
常用的控制介质是8单位的标准穿孔带，且常用的穿孔带是纸质的，所以又 称纸带。其宽为 25.4mm，厚0.108mm，每行除了必须有一个φ1.17mm的同 步孔外，最多可以有8个φ1.33mm 的信息孔。用每行8个孔有无的排列组合 来表示不同的代码( 纸带上孔的排列规定，称为代码)。把穿孔带输入到数 控装置的读带机，再由读带机把穿孔带上的代码转换为数控装置可以识别 和处理的电信号，并传送到数控装置中去，便完成了指令信息的输入工作。