数控技术绪论 -

绪论数控技术（TechnologyofNumericalControl）Introductionof

NumericalControl

绪论(Introduction)

1.1基本概念（Basicconcepts）1.2数控机床的工作过程与组成(WorkingprocessandcomponentsofNumerically-controlledmachinetools)1.3数控机床的特点及适用范围(Characteristicsandappliedfieldsofnumerically-controlledmachinetools)1.4数控机床的分类(Classificationofnumerically-controlledmachinetools)1.5数控技术的发展（Developmentofnumerically-controlledtechnology）目录绪论(Introduction)

“克格勃（克格勃是1954年3月13日至1991年11月6日期间苏联的情报机构，以实力和高明而著称于世）从日本成功走私了一批高科技产品，大大降低了潜艇噪音，使美国海军难以追踪---------“东芝事件”气坏美国朝野”-------------------------------（历史一页）导入案例：东芝事件——看看数控机床最风光的年代1987年5月27日，日本警视厅逮捕了日本东芝机械公司铸造部部长林隆二和机床事业部部长谷村弘明。东芝机械公司曾与挪威康士堡公司合谋，非法向前苏联出口大型铣床等高技术产品，林隆二和谷村弘明被指控在这起高科技走私案中负有直接责任。此案引起国际舆论一片哗然，这就是冷战期间对西方国家安全危害最大的军用敏感高科技走私案件之一———东芝事件。

1.数字控制、数控技术数字控制（NC)—简称数控，是一种借助于数字化信息（数字、字符或其它符号）对某一工作过程（如加工、测量、装配等）进行编程控制的自动化方法。

数控技术—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。2.数控系统、数控机床数控系统—用数字控制技术实现的自动控制系统

数控机床(NC机床）—数控系统与机床本体的结合体

1.1基本概念（Basicconcepts）

数控机床普通机床小提示：通常人们提到某一品牌的数控机床，比如华中数控机床，实际上是指它的数控系统的品牌，它与数控机床的生产厂家不是一个概念。每一品牌的数控系统又包括很多系列，比如华中21系列、18/19系列等。1.1基本概念（Basicconcepts）

1.1基本概念（Basicconcepts）Fanuc0i-C数控系统构成

一、数控机床的基本组成

第二节数控机床的组成、工作原理和过程

二、数控机床的工作原理

第二节数控机床的组成、工作原理和过程

数控机床的工作原理是数控装置内的计算机对以数字和字符编码方式所记录的信息进行一系列处理后，向机床进给等执行机构发出命令，执行机构则按其命令对加工所需各种动作，如刀具相对于工件的运动轨迹、位移量和速度等实现自动控制，从而完成工件的加工。

三、数控机床的主要工作过程

数据输入内部外部程序编辑器磁盘、计算机通信数控加工程序译码几何、工艺数据开关量控制PLC刀具交换、切削液开关等插补同步调节器反馈位置处理M:电动机W:位置传感器给定量：X程序输入加工信息预处理轨迹插补位置控制状态监控开关量控制切削加工第二节数控机床的组成、工作原理和过程程序编制

1.适应性强

适应性，又称柔性，是指数控机床随生产对象变化而变化的适应能力。

2.适于加工形状复杂的零件对于形状复杂的工件，如直升飞机的螺旋桨、汽轮机叶片等，其轮廓为形状复杂的空间曲面。

1.3数控机床的特点及适用范围(Characteristicsandappliedfieldsofnumerically-controlledmachinetools)1.3.1数控机床的特点

3.加工精度高、质量稳定可靠数控机床加工的精度高，这与数控机床机械机构部分的制造精度和各种补偿措施有着很大的关系。在设计与制造数控机床时，采取了很多措施使数控机床的机械部件达到了很高的精度和刚度，使数控机床工作台的脉冲当量普遍达到了0.01～0.0001mm。

4.生产效率高生产效率是衡量设备机械加工性能主要性能参数之一。零件的加工效率主要取决于切削加工时间和辅助加工时间。

1.3数控机床的特点及适用范围(Characteristicsandappliedfieldsofnumerically-controlledmachinetools)

5.劳动强度低数控机床自动化程度高，其加工的全部过程都是由数控系统的控制下完成的，不像传统加工时那样烦琐，操作者在数控机床工作时，只需要监视设备的运行状态，所以大大减小了劳动强度，改善了劳动条件。6.良好的经济效益数控机床虽然设备昂贵，加工时分摊到每个零件上的设备折旧费较高。但在单件、小批量生产的情况下，使用数控机床加工可节省划线工时，减少调整、加工和检验时间，节省直接生产费用。数控机床加工零件一般不需制作专用夹具，节省了工艺装备费用。数控机床加工精度稳定，减少了废品率，使生产成本进一步下降。此外，数控机床可实现一机多用，节省厂房面积和建厂投资。因此使用数控机床可获得良好的经济效益。1.3数控机床的特点及适用范围(Characteristicsandappliedfieldsofnumerically-controlledmachinetools)

7.有利于生产管理的现代化

数控机床使用数字信息与标准代码处理、传递信息，特别是在数控机床上使用计算机控制，易于与计算机辅助设计系统连接，形成CAD/CAM一体化系统，有利于生产管理的现代化。

小思考：那么数控机床有缺点？1.3数控机床的特点及适用范围(Characteristicsandappliedfieldsofnumerically-controlledmachinetools)

1.3数控机床的特点及适用范围(Characteristicsandappliedfieldsofnumerically-controlledmachinetools)1.3.2数控机床适用的范围

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。

1.4数控机床的分类(Classificationofnumerically-controlledmachinetools)数控机床规格品种繁多，分类的方法较多，一般按照以下方法分类：1.4.1按加工工艺方法分类

1、金属切削类数控机床

数控车床1.4.1按加工工艺方法分类

数控铣床1.4.1按加工工艺方法分类

数控钻铣床数控镗床数控导轨磨1.4.1按加工工艺方法分类

5轴数控龙门铣卧式数控铣1.4.1按加工工艺方法分类

铣削加工中心车削加工中心1.4.1按加工工艺方法分类

采用直线电机的立式加工中心1.4.1按加工工艺方法分类

五轴联动加工中心1.4.1按加工工艺方法分类

2、金属成形类数控机床

常见的金属成型类数控机床有数控压力机、数控剪板机和数控折弯机、数控组合冲床等。

1.4.1按加工工艺方法分类

数控线切割机床1.4.1按加工工艺方法分类3、特种加工数控机床

数控电火花线切割机床、数控电火花成型机床、数控等离子弧切割机床、数控火焰切割机床以及数控激光加工机床以及专用组合数控机床等。

三维五轴联动激光切割机1.4.1按加工工艺方法分类

数控电火花机床1.4.1按加工工艺方法分类

1.4.2按运动轨迹控制方式分类按运动轨迹控制方式分类

点位控制轮廓控制直线控制1.点位控制(PointtoPointControl)：点位控制严格控制点到点之间的距离，而与所走的路径无关。

2.（点位）直线控制

直线控制机床主要有简易数控车床、数控镗床等。1.4.2按运动轨迹控制方式分类

3.轮廓控制(ContouringControl)：

轮廓控制机床有数控车床、数控铣床、数控磨床、加工中心等。1.4.2按运动轨迹控制方式分类指令脉冲步进驱动器步进电动机

按伺服系统分类，数控机床可分为开环控制数控机床、半闭环控制数控机床和全闭环控制数控机床。

1.开环控制数控机床

工作台1.4.3按进给伺服系统的控制原理分类2.半闭环控制数控机床指令值位置比较电路速度控制电路伺服电机工作台1.4.3按进给伺服系统的控制原理分类3.全闭环控制数控机床指令值位置比较电路速度控制电路伺服电机速度反馈位置反馈AC工作台1.4.3按进给伺服系统的控制原理分类指令脉冲步进驱动器步进电动机指令值位置比较电路速度控制电路伺服电机工作台

4.混合控制数控机床2）半闭环补偿控制数控机床1）开环补偿控制数控机床1.4.3按进给伺服系统的控制原理分类

性能类别CPU位数联动轴数分辨率

(μm)进给速度(m/min)其它高级型325=<0.1>=24,(1μm)；

>=10,(0.1μm)三维动态，MAP,

数字交流伺服普及型16<5,3>0.1,<10<24,(1μm)；

<10,(0.1μm)字符/图形

交流伺服经济型8/16<3<10<8字符,步进电机表数控系统的功能分类有些场合按功能水平分类

高级型数控系统、普及型数控系统、经济型数控系统

补充：按功能水平分类

1、数控机床的发展历程

1948年：麻省理工学院&帕森斯公司研制1952年：世界第一台三坐标数控铣床诞生1955年：投入实用阶段注：该数控机床是在1946年计算机问世的前提下诞生的，数控系统由电子管构成且为硬线数控系统。1.5数控技术的发展（Developmentofnumerically-controlledtechnology）

“六五”（1981~1985年）引进国外技术“七五”（1986~1990年）消化吸收“八五”（1991~1995年）科技攻关“九五”（1996~2000年）产业化攻关我国数控技术的发展1958年：开始进行数控机床研制（JCS-018）富有成效的研制四阶段所取得的成果（达到当时世界先进水平）

“华中Ⅰ型”数控系统（华中科技大学）

“中华Ⅰ型”数控系统（珠峰数控公司）

“蓝天Ⅰ型”数控系统

“航天Ⅰ型”数控系统1.5数控技术的发展（Developmentofnumerically-controlledtechnology）

现代科学技术的发展，对机械加工高精度的提出了新的要求：普通的加工精度提高了一倍，达到5微米；精密加工精度提高了两个数量级，超精密加工精度进入纳米级（0.001微米），主轴回转精度要求达到0.01~0.05微米，加工圆度为0.1微米，加工表面粗糙度Ra=0.003微米等。近10多年来，普通级数控机床的加工精度已由±10μm提高到±5μm，精密级加工中心的加工精度则从±3~5μm，提高到±1~1.5μm图

数控机床的高速化对加工质量的影响1.5数控技术的发展（Developmentofnumerically-controlledtechnology）1）高精度2、数控技术发展趋势

2）高速化机床向高速化方向发展，可充分发挥现代刀具材料的性能，可大幅度提高加工效率、降低加工成本，提高零件的表面加工质量和精度。

上世纪90年代以来，高速主轴单元（电主轴，转速15000－100000r/min）、高速且高加/减速度的进给运动部件（快移速度60~120m/min，切削进给速度高达60m/min）、高性能伺服系统以及工具系统都出现了新的突破。图切削速度的发展1.5数控技术的发展（Developmentofnumerically-controlledtechnology）

3）工序集约化

1.5数控技术的发展（Developmentofnumerically-controlledtechnology）工序集约化是指在一台数控机床上尽可能加工完一个零件的全部工序，同时又保持机床的通用性，能够迅速适应加工对象的改变。五面体镗铣加工中心就是其中典型的例子。

4）智能化随着计算机控制技术、信息技术和人工智能技术的发展成熟和其在数控机床领域的广泛应用，新一代的数控机床不仅要完成必要的“体力劳动”，而且要像人一样具备“头脑”，能够独立自主地管理自己，并与企业的管理系统和人通信，从而使企业管理人员和操作者、供应商和用户能够随时知道机床的状态和加工能力。简言之，新一代数控机床是具备一定“智能”的机器。1.5数控技术的发展（Developmentofnumerically-controlledtechnology）目前，数控机床智能化发展趋势主要体现在：工件装卡定位自动找正、自动定心；刀具直径和长度误差测量；刀具磨损和破损诊断及刀具自动补偿、调整和更换；刀具寿命及刀具收存情况管理；自动优化加工过程参数；负载监控；数据管理；根据加工时的热变化，对滚珠丝杠等主要部件的伸缩进行实时补偿功能；故障的自动诊断、报警、故障显示、直至停机处理等方面。除此之外，有些国家正在研究根据人的语言声音来控制机床的技术，以及由机床自己辨识图样并进行自动加工的技术等，使数控机床朝着具有更加智能化的方向发展。

例：智能化适应控制技术图智能化适应控制下的进给速率1.5数控技术的发展（Developmentofnumerically-controlledtechnology）

例：自动编程技术1.5数控技术的发展（Developmentofnumerically-controlledtechnology）

例：具有故障自动诊断功能1.5数控技术的发展（Developmentofnumerically-controlledtechnology）

5)柔性化和开放性

随着数控机床的发展和应用，人们逐渐发现不同的专用计算机数控系统之间不兼容所带来的很多弊病。因此，迫切需要配置灵活、功能扩展简便、便于统一管理的数控系统的出现。另外，产品更新换代快和人们对产品多样化的需求，使得市场对具有良好柔性和具有多种加工功能的制造系统的需求超过了对大型单一制造系统的需求，这些趋势促使机床的数控系统朝着模块化、可重构、可扩充的柔性化、开放性的方向发展。开放性的数控系统已经成为数控技术发展的潮流。1.5数控技术的发展（Developmentofnumerically-controlledtechnology）

6)极端化极端化是指数控机床有朝着极小化和极大化方向发展的趋势。超精密加工技术和微纳米技术是21世纪的战略技术。超精密加工技术和微纳米技术发展需要有能适应微小型尺寸和微纳米加工精度的新型制造工艺和装备，所以数控机床必然会朝着极小化（即微型机床）方向发展。在国防、航空、航天、能源等基础产业中大型化装备的制造方面，需要有大型且性能良好的数控机床的支撑，这是数控机床极大化（即巨型机床）发展方向。1.5数控技术的发展（Developmentofnumerically-controlledtechnology）

7）网络化数控技术

－－外部网络化管理与控制

－－内部网络化功能模块的网络化

图数字化工厂1.5数控技术的发展（Developmentofnumerically-controlledtechnology）

8)绿色化

随着能源危机的加剧和日趋严格的环境保护政策的出台，对数控机床的设计、制造、使用和回收等方面提出了更高的要求。数控机床在设计时要考虑：绿色材料设计；可拆卸性设计；节能性设计；可回收性设计；模块化设计；绿色包装设计等。绿色制造是一个综合考虑环境影响和资源消耗的现代制造模式，通过绿色生产过程生产出绿色产品。数控机床在制造时要考虑：节约资源的工艺设计；节约能源的工艺设计；环保型工艺设计等。近年来，已经出现了不用或少用冷却液、实现干切削、半干切削节能环保型的机床，并且使用市场在不断扩大。在21世纪，为占领更多的世界市场，各种节能环保机床必将加速发展，绿色化的时代即将到来。1.5数控技术的发展（Developmentofnumerically-controlledtechnology）

9)高可靠性

与传统机床相比，在数控机床中应用了大量的电气、液压和机电装置，增加了数控系统和相应的监控装置等，使得机床出现失效的概率增大。为了减少因故障停机造成机器闲置、提高机床利用率，这就要求数控机床具有较高的可靠性。

图数字化工厂1.5数控技术的发展（Developmentofnumerically-controlledtechnology）华中HNC1.6常见数控系统介绍（IntroductionofCNCsystemwidelyused）1.6.1华中数控系统华中数控系统是基于通用PC的数控装置，是武汉华中数控股份有限公司在国家八五、九五科技攻关的重大科技成果。华中数控系统具有开放性好、结构紧凑、集成度高、可靠性好、性能价格比高、操作维护方便的特点。

1.6常见数控系统介绍（IntroductionofCNCsystemwidelyused）西门子数控系统是西门子集团旗下自动化与驱动集团的产品，西门子数控系统SINUMERIK发展了很多代。目前在广泛使用的主要有802、810、840等几种类型。1.6.2西门子数控系统SIEMENS公司的数控装置采用模块化结构设计，经济性好，在一种标准硬件上，配置多种软件，使它具有多种工艺类型，满足各种机床的需要，并成为系列产品。随着微电子技术的发展，越来越多地采用大规模集成电路(LSI)，表面安装器件(SMC)及应用先进加工工艺，所以新的系统结构更为紧凑，性能更强，价格更低。采用SIMATI