数控技术 (1)
什么是数控技术
什么是数控技术1. 引言数控技术是一种将计算机控制与机械加工相结合的技术。
它通过数控系统控制机床进行精确的加工和切削操作，能够实现高效、精确和自动化的加工过程。
在现代制造业中，数控技术已经成为一种重要的生产工具，被广泛应用于各种工业领域。
2. 数控技术的原理与发展数控技术的发展源于20世纪50年代计算机技术的出现，随着电子技术、自动控制技术和机械制造技术的进步，数控机床的产生和应用逐渐成熟。
数控技术的核心原理是利用数字数据控制机床运动，通过数控程序控制机床进行精确的加工操作。
数控技术的发展经历了几个阶段。
早期的数控技术主要采用绝对编程和固定循环控制方式，限制了数控系统的灵活性和应用范围。
随着计算机技术和软件技术的飞速发展，数控技术逐渐转向相对编程和自适应控制，使数控系统能够更好地适应不同的加工需求。
3. 数控技术的应用领域数控技术在制造业的应用非常广泛，涵盖了机械加工、汽车制造、航空航天、电子和医疗设备制造等多个领域。
在机械加工领域，数控机床可以替代传统的人工操作，提高加工精度和生产效率。
在汽车制造领域，数控技术可以实现汽车零部件的自动化生产，提高生产质量和降低成本。
航空航天领域对精密零部件的需求非常高，数控机床在这个领域发挥着重要作用。
电子和医疗设备制造领域对产品精度要求严格，数控技术可以保证产品质量的一致性和稳定性。
4. 数控技术的优势数控技术相比传统的机械加工方法具有多个优势：•高精度：数控机床可以实现微米级的加工精度，比传统的人工操作更加准确和精确。
•高效率：数控机床可以进行多轴联动控制，实现同时加工多个工序，提高生产效率。
•灵活性：数控机床可以通过调整数控程序来适应不同的加工需求，具有较强的灵活性和适应性。
•自动化：数控机床可以实现自动换刀、自动上下料、自动测量等操作，减轻操作人员的工作负担。
•节约成本：数控机床的使用可以减少人工操作和人工错误带来的损失，降低生产成本。
5. 数控技术的挑战与前景随着科技的不断进步，数控技术也在不断发展和完善。
数控技术
第一章绪论1.1数控机床就是由哪几部分组成,它得工作流程就是什么？答:数控机床由输入装置、CNC装置、伺服系统与机床得机械部件构成。
数控加工程序得编制－输入—译码—刀具补偿－插补—位置控制与机床加工1.2数控机床得组成及各部分基本功能答:组成:就是由输入输出设备、数控装置、伺服系统、测量反馈装置与机床本体组成输入输出设备:实现程序编制、程序与数据得输入以及显示、存储与打印数控装置:接受来自输入设备得程序与数据,并按输入信息得要求完成数值计算、逻辑判断与输入输出控制等功能。
伺服系统:接受数控装置得指令,驱动机床执行机构运动得驱动部件、测量反馈装置:检测速度与位移,并将信息反馈给数控装置,构成闭环控制系统。
机床本体:用于完成各种切削加工得机械部分1、3什么就是点位控制、直线控制、轮廓控制数控机床？三者如何区别?答:(1)点位控制数控机床特别点:只与运动速度有关,而与运动轨迹无关、如:数控钻床、数控镗床与数控冲床等。
(2)直线控制数控机床特点:a、既要控制点与点之间得准确定位,又要控制两相关点之间得位移速度与路线。
b。
通常具有刀具半径补偿与长度补偿功能,以及主轴转速控制功能。
如:简易数控车床与简易数控铣床等。
(3)连续控制数控机床(轮廓控制数控机床):对刀具相对工件得位置,刀具得进给速度以及它得运动轨迹严加控制得系统、具有点位控制系统得全部功能,适用于连续轮廓、曲面加工。
１.４数控机床有哪些特点？答:a、加工零件得适用性强,灵活性好;b。
加工精度高,产品质量稳定;c.柔性好;ｄ、自动化程度高,生产率高;e。
减少工人劳动强度;f.生产管理水平提高。
1、5按伺服系统得控制原理分类,分为哪几类数控机床?各有何特点？答:(1)开环控制得数控机床:其特点:a、驱动元件为步进电机;b.采用脉冲插补法:逐点比较法、数字积分法;c。
通常采用降速齿轮;d。
价格低廉,精度及稳定性差、(2)闭环控制系统:其特点:a。
反馈信号取自于机床得最终运动部件(机床工作台)b、主要第二章数控加工编程基础2.1数控编程就是指从零件图样到制成控制介质得全部过程手工编程得内容:分析零件图样、确定加工工艺过程、数值计算、编写零件加工程序、制作控制介质、程序校验与试切削1、数控编程得方法及特点手工编程:用人工完成程序编制得全部工作,对于几何形状较为简单,数值计算比较简单得,程序段不多采用手工编制容易完成。
数控技术第1章绪论
电子制造业
数控技术用于电子产品 的精密制造和加工，如 半导体芯片、液晶显示
器等。
02 数控机床的组成与工作原 理
数控机床的组成
数控装置
数控装置是数控机床的核心部分，负责接收输入的加工信 息，经过译码、运算处理后，输出相应的控制指令，控制 机床各部件的运动。
主轴系统
主轴系统是数控机床的重要部分，用于驱动刀具进行切削 运动，通常包括主轴电机、主轴箱、主轴轴承等部件。
数控技术第1章绪论
目录
• 数控技术概述 • 数控机床的组成与工作原理 • 数控编程基础 • 数控技术的发展趋势与挑战
01 数控技术概述
数控技术的定义
数控技术（Numerical Control，简称NC）：是一种基于数字计算机和自动控制理 论的制造技术，通过编程控制机床或其他制造设备的运动，实现零件的加工和制造。
随着计算机集成制造系统（CIMS）和智能制造的兴起，数控技术不断向高精度、高速度、高 智能化方向发展。
数控技术的应用领域
机床制造业
数控技术广泛应用于机 床的加工和制造，包括 数控车床、数控铣床、
数控磨床等。
汽车制造业
数控技术用于汽车零部 件的加工和装配，提高 了生产效率和产品质量。
航空航天制造业
数控技术用于航空航天 器的精密制造和加工， 确保了零部件的高精度
04 数控技术的发展趋势与挑 战
数控技术的发展趋势
01
智能化
随着人工智能和大数据技术的进步，数控技术正朝着智能化方向发展。
智能数控系统能够实现自适应加工、故障预测和自动优化等功能，提高
加工效率和精度。
02
复合化
为了满足制造业对多品种、小批量、定制化生产的需求，数控技术正朝
数控技术的原理及应用
数控技术的原理及应用1. 数控技术简介数控技术（Numerical Control）是一种利用数学模型控制机床进行自动加工的技术。
它是机械制造业中的核心技术之一，广泛应用于航空航天、汽车、机械、电子等领域。
本文将介绍数控技术的原理以及在实际应用中的各种场景。
2. 数控技术的原理数控技术的原理基于电脑数学控制，将数学模型转换为机器可以理解的指令，实现机床的自动加工。
数控技术的核心是数控系统，包括硬件和软件两部分。
硬件包括数控机床、传感器、执行机构等设备，而软件包括CAD（计算机辅助设计）软件、CAM（计算机辅助制造）软件和数控系统控制软件。
数控技术通过将CAD 软件中设计好的图形转换为机床可执行的指令，从而实现高精度、高效率的加工过程。
3. 数控技术的应用数控技术在各个行业具有广泛应用，下面列举了数控技术在航空航天、汽车和机械制造等领域的典型应用。
3.1 航空航天•数控技术在航空航天中的应用非常重要，可以大幅提高航空发动机、航空零部件和航天器件等关键零部件的加工精度和质量。
•利用数控技术可以实现航空发动机叶片的精密加工，提高发动机的性能和可靠性。
•数控机床还可以用于制造航天器件的外形和内部结构等复杂部分，提高制造效率和质量。
3.2 汽车制造•在汽车制造过程中，数控技术被广泛应用于汽车零部件的精密加工，如发动机缸体、汽缸盖、汽车底盘等。
•数控机床具备高速、高精度和高稳定性的特点，可以大幅提高汽车零部件的加工质量和生产效率。
•利用数控技术还可以实现复杂曲面零件的加工，提高汽车外观设计的自由度，满足消费者的个性化需求。
3.3 机械制造•数控技术在机械制造中的应用非常广泛，可以加工各种形状和材料的零部件。
•利用数控技术可以实现金属切削加工、薄板零件加工、零件修复等工艺，提高加工精度和生产效率。
•数控机床还可以实现复杂曲线和曲面的加工，满足不同行业和领域对零部件的特殊加工需求。
4. 数控技术的未来发展趋势•随着智能制造和工业4.0的发展，数控技术将在未来得到进一步的应用和发展。
数控技术-概论
2、机床数字控制的原理 （1）在钻削、镗削、攻螺纹中
KQ
P
R
（2）在轮廓加工中
允许的误差范围之内，用沿曲线的最小单位移动量合成的分段运动代替 任意曲线运动，以得出所需要的运动，是数字控制的基本构思之一。轮 廓控制也称轨迹控制，特点是对坐标的移动量和各坐标的速度同时进行 控制
（3）插补技术（直线、圆弧抛物线、螺旋线、极坐标、样条曲线、曲面插补）
插补：在被加工轨迹的起点和终点之间，插进许多中间点，进行 数据的密化工作，然后用已知线型逼近
3、数控机床的组成及特点
信息输入、数控装置、伺服驱动及检测反馈、机床本体、机电接口
（1）信息输入
早期：纸带、磁带 现在：磁盘；MDI；手动脉冲发生器；上位机
（2）数控装置（数控机床的核心）
组成：CPU、存储器、总线、相应的软件
课程内容
第一章 概论 第二章 数控加工的程序编制 补充基于UGCAM的自动编程 第三章 计算机数控装置的插补原理 补充机床结构 第四章 计算机数控装置 第五章 数控检测装置 第六章 数控伺服系统
数
加
控
工
铣
中
床
心
加 工 中 心
数控钻床
1.1 数控机床的基本概念
数控机床是制造装备的主流装备
•
船舶制造装备
作用过程：接受到输入信息后，经过译码、轨迹计算、插补计算和补偿计算， 再给各个坐标的伺服驱动系统分配速度、位移指令。
具体功能： 1）多轴联动、多坐标控制 2）多种函数的插补 3）多种程序输入功能 4）信息转换功能 5）补偿功能 6）多种加工方式的选择 7）故障自诊断 8）显示功能 9）通讯联网，等等
汽车制 造装备
IC装备
军工 制造装备
1.1 数控技术的发展
数控技术的发展一、数控技术的基本概念自从上20世纪中叶数控技术创立以来，它给机械制造业带来了革命性的变化，数控技术是提高产品质量、提高劳动生产率必不可少的物质手段；是国家的战略技术，基于它的相关产业是体现国家综合国力水平的重要基础性产业。
机床数控技术：“用数字化信息对机床运动及其加工过程进行控制的一种方法”。
数控机床是采用了数控技术的机床。
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。
二、数控技术的产生1.世界上第一台数控机床世界上第一台数控机床于1952年诞生，美国麻省理工学院为一台立式铣床装上了一套采用电子管元件的数控装置，成功地实现了同时控制三轴的运动，而这台机床则被认为是世界上第一台数控机床。
2.数控技术发展的几个重要阶段第一代数控（1952-1959年）：采用电子管构成的硬件数控系统；第二代数控（1959-1965年）：采用晶体管电路为主的硬件数控系统；第三代数控（1965年开始）：采用小、中规模集成电路的硬件数控系统；第四代数控（1970年开始）：采用大规模集成电路的小型通用电子计算机数控系统；第五代数控（1974年开始）：用微型计算机控制的系统；第六代数控（1990年开始）：采用工控PC机的通用CNC系统。
三、数控技术的发展趋势数控技术不仅给传统制造业带来了革命性的变化，使制造业成为工业化的象征，而且随着数控技术的不断发展和应用领域的扩大，它对国计民生的一些重要行业的发展起着越来越重要的作用。
尽管十多年前就出现了高精度、高速度的趋势，但是科学技术的发展是没有止境的，高精度、高速度的内涵也在不断变化，目前正在向着精度和速度的极限发展。
从目前世界上数控技术发展的趋势来看，主要有如下几个方面：1.机床的高速化、精密化、智能化、微型化发展随着汽车、航空航天等工业轻合金材料的广泛应用，高速加工已成为制造技术的重要发展趋势。
高速加工具有缩短加工时间、提高加工精度和表面质量等优点，在模具制造等领域的应用也日益广泛。
数控技术第4章计算机数控系统(1)
位臵控制模块
6、可编程控制器（PLC） 代替传统机床的继电器逻辑控制来实现各种开关 量的控制。 分为两类： 一类是“内装型”PLC，为实现机床的顺序控制 而专门设计制造的。 另一类是“独立型”PLC，它是在技术规范、功 能和参数上均可满足数控机床要求的独立部件。
三、多CPU结构 适合多轴控制、高进给速度、高精度的机床。 紧藕合：相同的操作系统 松藕合：多重操作系统
控制各类轴运动的功能，用能控制的轴数和能同时控制 的轴数来衡量。
准备功能：G指令功能，指定机床的运动方式。 插补功能：包括软件粗插补和硬件精插补。 进给功能：F指令功能。
切削进给速度(mm/min) 同步进给速度(mm/r) 快速进给速度 进给倍率
主轴功能: 指令主轴转速 S指令功能，指定主轴转速(r/min, mm/min)。 转速编码，恒切削速度切削，主轴定向准停 辅助功能： M指令功能，指定主轴的起停转向（M03、M04）、冷却 泵的通和断、刀库的起停等。 刀具功能：T指令，选择刀具。 字符和图形显示功能： 显示程序、参数、补偿量，坐标位臵、故障信息等。 自诊断功能： 故障的诊断，查明故障类型及部位。
4、进给速度处理 编程指令给出的刀具移动速度是在各坐标合成方 向上的速度，进给速度处 理要根据合成速度计算 出各坐标方向的分速度。 此外，还要对机床允许的最低速度和最高速度的 限制进行判别处理，以及用软件对进给速度进行 自动加减速处理。
5、插补计算 插补就是通过插补程序在一条已知曲线的起点和 终点之间进行“数据点的密化”工作。
三. CNC系统的工作过程
基本过程： CNC装臵的工作过程是在硬件的支持下，执行软 件的过程。 通过输入设备输入机床加工零件所需的各种数据 信息，经过译码和运算处理（包括刀补、进给速 度处理、插补），将每个坐标轴的移动分量送到 其相应的驱动电路，经过转换、放大，驱动伺服 电动机，带动坐标轴运动，同时进行实时位臵反 馈控制，使每个坐标轴都能精确移动到指令所要 求的位臵。
数控技术概述
图1-4 数控机床的组成
图1-5 数控机床的结构框图
• ⑴ 输入输出装置。现代数控机床，可以通过手动方式 （MDI方式）、DNC网络通讯、RS232串口通讯、优盘 等方式输入程序。输出装置包括打印机、存储器和显 示器等。
• ⑵数控装置。数控装置是数控机床的核心。其接受输 入装置输入的数控程序中的加工信息，经过译码、运 算和逻辑处理后，发出相应的指令给伺服系统，使伺 服系统带动机床的各个运动部件按数控程序预定要求 动作。数控装置是由中央处理单元（CPU）、存储器、 总线和相应的软件构成的专用计算机。整个数控机床 的功能强弱主要由这一部分决定。
后将加工程序输入数控装置，按照程序的要
求，经过数控系统信息处理、分配，使各坐
标移动若干个最小位移量，实现刀具与工件 的相对运动，完成零件的加工。
图1-7 数控加工过程
1.2 数控机床的特点及分类 1.2.1 数控机床的特点
•⑴数控机床有广泛的适应性和较大的灵活 性求变换加工程序，可解决单件、 小批量生产的自动化问题。数控机床能完 成很多普通机床难以胜任的零件加工工作， 如叶轮等复杂的曲面加工。
• ④军事装备：现代的许多军事装备，都大量采用 伺服运动控制技术，如火炮的自动瞄准控制、雷 达的跟踪控制和导弹的自动跟踪控制等。
• ⑤其他行业：在轻工行业，采用多轴伺服控制 （最多可达几十个运动轴）的印刷机械、纺织机 械、包装机械以及木工机械等；在建材行业，用 于石材加工的数控水刀切割机；用于玻璃加工的 数控玻璃雕花机；用于席梦思加工的数控行缝机 和用于服装加工的数控绣花机等。
•⑵数控机床的加工精度高，产品质量稳定。 数控机床按照预先编制的程序自动加工， 加工过程不需要人工干预，加工零件的重 复精度高，零件的一致性好。对于同一批 零件，由于使用同一机床和刀具及同一加 工程序，刀具的运动轨迹完全相同，并且 数控机床是根据数控程序实现计算机控制 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性好，且质量稳 定可靠。
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山 西 师 范 大 学 20 07—2008 学 年 第 一 学 期 期 末 考 试 试 题（卷）
院系：_________________ 专业： ___________________ 班级：______________ 姓名：____________ 学号：_______________
密 封 线 密 封 线 以 内 不 准 作 任 何 标 记 密 封 线
11、光栅尺是一种（）传感器,由（）和( )之分。
二、选择题（选择正确的答案序号填在括号内，每题2分，共20分）
1、数控机床的驱动装置目前大都采用直流或交流( )作为执行机构。
A、伺服电动机
B、发电机
C、自整角机 D 旋转变压器
2、F功能指的是( )。
A、进给功能
B、主轴功能
C 刀具功能
D 辅助功能
3、( )是微型计算机的核心。
A、CPU
B、RAM
C、ROM D BUS
4、步进电动机的转速与控制脉冲（）成正比,改变它即可在很宽的范围内调节电动机的转速。
Ａ频率Ｂ电压
Ｃ极对数 D 转差率。
5、步进电动机通过改变绕组的（）,可以方便的控制电动机正反转。
Ａ通电顺序Ｂ极数
Ｃ首尾端Ｄ排列方式
6．永磁同步电动机调速的关键是( ).
A 变频器
B 整流器
C 逆变器
7. 在下面的位置检测元件中属于直接测量的是( ).
A 光栅尺
B 旋转变压器
C 测速发电机
8. 目前交流主轴驱动中均采用( ).
A 笼型电动机
B 绕线型电动机
C 同步电动机
9. 在数控机床的进给驱动方式中,目前绝大数采用( ).
A 电气伺服进给系统
B 液压伺服驱动系统
C 混合型进给系统
10. 机床的( )是选型的重点.
A 刚度
B 精度
C 可靠度
三、问答题（每题5分，共30分）
1、数控机床是由哪些部分构成的？各部分具有什么功能？
2、数控机床程序编制的目的是什么？其步骤是怎样的？
3、数控机床编程中,经常使用的程序代码有哪些？其含义是什么？
4、数控机床在机械结构方面有哪些主要特点和要求？
5. 什么是数字控制系统？数控系统都包括哪些装置？
6. 交流主轴电动机的结构有什么特点？其工作原理如何？
四、编程题（每题10分，共20分）
１．在数控机床上加工图一所示零件的外轮廓,请采用教材中给定的指令代码格式编制加工程序。
要求︰
1) 在给定工件坐标内采用绝对尺寸编程.
2) 进给速度30mm／min, 主轴转速600r／min.
2．在数控机床上加工图二所示零件的外轮廓(不含端面),请采用教材中给定的代码格式编制加工程序.要求︰
1) 在给定工件坐标内采用相对尺寸编程.
2) 进给速度58mm／min, 主轴转速630r／min.
3）图示刀尖位置为程序的起点和终点,切入点为锥面的延长线上其坐标为152.
图1
图2
山 西 师 范 大
学 2007——2008 密 封 线
3.答：在数控机床编程中,经常使用的程序代码是1)G00其含义是快速定位;2)G01其含义是直线插补;3)G02其含义是顺圆插补;4)G03其含义是逆圆插补;5)G90 G91其含义是绝对坐标和增量坐标编程指令;6)M03 M04其含义是主轴顺时针方向和逆时针方向旋转;7)M30其含义是程序结束;8)F S T代码其含义分别是进给功能指令;主轴转速功能指令;刀具功能指令.
4.答：为了高精度高效率高自动化的加工,数控机床结构应具有以下特点和要求.1)高刚度;2)高灵敏度;3)高抗震性;4)热变形小;5)高精度保持性;6)高可靠性;7)刀具先进.
5.答：计算机数控系统是用计算机控制加工功能,实现数值控制的系统.数控系统包括程序.输入装置.输出装置 CNC装置 PLC主轴驱动装置和进给驱动装置.
6.答：交流主轴电动机的结构包括固定的定子和旋转的转子两部分,其转子结构是笼型转子;其工作原理是对称的电源通过对称的三相定子绕组时,就产生三相对称的电流,其合成的磁动势是旋转的就形成旋转磁场,闭合的转子导体切割旋转磁场就产生转子电流形成电磁转矩,电动机转子就旋转起来了.
四.编程题
1.按照要求编程如下(绝对尺寸)：
O1010；
N10 G90 G17 G00 X40.0 Y-40.0；
N20 S700 M03；
N30 G01 X-80.0 F50.0；
N40 Y-20.0；
N50 G02 X-40.0 Y20.0 R40.0 F50.0；
N60 G03 X20.0 Y80.0 R60.0；
N70 G01 X40.0 F50.0；
N80 Y-40.0；
N90 G00 X0.0 Y0.0 M05；
N100 M30；
2.按照要求编程如下(相对尺寸)
O1020；
N10 G91 G18 G00 X100.0 Z152.0；
N20 S800 M03；
N30 G01 U25.0 W-250.0 F55.0；
N40 W-45.0；
N50 U10.0 ；
N60 W-51.0；
N70 G03 U10.0 W-4.0 I0.0 K-4.0 F55.0；
N80 G01 U45.0 W-25.0；
N90 G00 X100.0 Z195.0；
N100 M30；。