专题一 现代数控技术概述
数控加工技术概述
刀架）； ➢铣镗钻磨复合—复合加工中心（ATC，动力磨头）； ➢可更换主轴箱的数控机床—组合加工中心；
1.2 数控机床的产生与发展
۞控制智能化
随着人工智能技术的不断发展，并为满足制 造业生产柔性化、制造自动化发展需求，数控 技术智能化程度不断提高，具体体现在以下几 个方面：
3. 数控加工编程基础
３.1 机 床 坐 标 系
３.1.1 机床坐标系和主运动方向 1．标准坐标系的规定
对数控机床中的坐标系和运动方向的命名，ISO标准和我 国JB3052—82部颁标准都统一规定采用标准的右手笛卡儿直 角坐标系，一个直线进给运动或一个圆周进给运动定义一个 坐标轴。
(3)由于机床自动化程度大大提高，减轻了工人劳动强度， 改善了劳动条件
(4)加工能力提高，应用数控机床可以很准确的加工出曲线、 曲面、圆弧等形状非常复杂的零件，因此，可以通过编写 复杂的程序来实现加工常规方法难以加工的零件
1.5 数控系统的组成
现 代 数 控 机 床 一 般 由 数 控 装 置 (NC unit) 、 伺 服 系 统 (servo system) 、 位 置 测 量 与 反 馈 系 统 (feedback system)、辅助控制单元(accessory control unit)和机 床主机(main engine)组成，下图是各组成部分的逻辑结 构简图：
2.6 数控加工原理（续）
•当 F>0 时 ， NC 发 出 移 动 微 指 令 ， 使 控 如 如制何图轴确所向定示控，+制刀X轴具方X由、向OZ至移的A走，动向直一呢线？个OA是步其长理论；轨迹。 •当用F逐<点0比时较，法：N每C走发一出步与移理动论轨微迹指比较令一，下，使 控从制而轴确向定下+一Z步方的向走移向。动一个步长； •当起 于F点是=坐直0标线时（OA，0的，方可0程）以，为规终：点 X定/Z坐=NX标eC/（Z使eXe;,控Ze）制轴向 + X即或：+ZXeZ-方XZe向=0;移动一个步长 这 ① ②样可若 若点点以（（不XX,,ZZ断））在在地直 直趋线 线向上 下方 方终， ，点则 则： ：，ZZ图XXee--中XXZZee，><00;;带 箭 于头是的：折取F线=ZX轨e-X迹Ze是, 机床实际运动的插 补 在 由轨N插迹C判补，断运F算直的过符线程号O中。，A控是制理轴论每移轨动迹一，步之由前于，插先 补运算所取的步长很小，所以可以近 似地认为插补轨迹就是直线OA的理论
数控技术主要概念
数控技术主要概念一、数控技术概述数控技术（Numerical Control, NC）是把数字控制系统应用于机床、仪器仪表等设备上的一种现代制造技术。
它是以数字信号形式控制机床等设备运动的一种自动化系统，利用计算机数控程序进行控制，实现自动化计算、运算和控制过程。
数控技术可以提高加工精度、降低零件自重和耗时、增强设备的灵活性和可靠性，从而提高生产效率和降低成本。
二、数控技术的基本要素1.数控机床数控机床是数控技术的核心。
它是将数控系统应用于机床制造中的一种特殊机床。
数控机床首先需具备常规机床的功能，如切削、钻孔、铣削、车削等，而且能够接受由计算机输出的数字控制指令，实现运动轨迹的精确控制。
数控机床的主要优点在于控制精度高、加工速度快、可编程性强、重复性好、操作简便等，广泛应用于各个生产领域。
2.数控系统数控系统是一套完整的自动化控制系统，由数控设备、计算机、输入设备、输出设备和控制器等组成。
数控系统可以通过计算机编程来实现机床的自动化控制，确保其运行精度和稳定性。
数控系统的常见类型有独立式数控系统、组合式数控系统、网络式数控系统等。
3.数控程序数控程序是指用程序语言对机床的加工流程、加工轨迹等进行编程的过程。
其目的是将产品的图形设计从计算机转化为数学模型，计算出机床的加工轨迹，使机床按照程序指令进行加工。
数控程序具有高度的可编程性，改变程序代码可以随时改变机床加工的形态。
4.数学模型数学模型是数控程序的基础，是将产品数字化后所得到的图形G代码进行转换所形成的三维模型。
数学模型中包含了产品的各种参数、材质和形态，是数控机床进行加工时所需的基础数据。
数学模型的建立可以通过CAD软件进行，也可以使用扫描仪将实物扫描为数字信号后进行建模。
三、数控技术的优点1.提高生产效率数控技术实现了机床的自动化、智能化，可以通过计算机编程精确控制工件的加工流程，提高加工效率和质量。
2.提高加工精度采用数控技术可以实现对机床各轴运动的精确控制，从而保证了加工精度、稳定性和一致性。
现代数控技术
控技术是指用数字、文字和符号组成的数字指令来实现一台或多台机械设备动作控制的技术。
它所控制的通常是位置、角度、速度等机械量和与机械能量流向有关的开关量。
数控的产生依赖于数据载体和二进制形式数据运算的出现。
1908年，穿孔的金属薄片互换式数据载体问世；19世纪末，以纸为数据载体并具有辅助功能的控制系统被发明；1938年，香农在美国麻省理工学院进行了数据快速运算和传输，奠定了现代计算机，包括计算机数字控制系统的基础。
数控技术是与机床控制密切结合发展起来的。
1952年，第一台数控机床问世，成为世界机械工业史上一件划时代的事件，推动了自动化的发展。
现在，数控技术也叫计算机数控技术，目前它是采用计算机实现数字程序控制的技术。
这种技术用计算机按事先存贮的控制程序来执行对设备的控制功能。
由于采用计算机替代原先用硬件逻辑电路组成的数控装置，使输入数据的存贮、处理、运算、逻辑判断等各种控制机能的实现，均可通过计算机软件来完成。
什么是数控加工技术？简单的说就是利用数字化控制系统在加工机床上完成整个零件的加工。
这一类的机床称为数控机床。
这是一种现代化的加工手段。
同时数控加工技术也成为一个国家制造业发展的标志。
利用数控加工技术可以完成很多以前不能完成的曲面零件的加工，而且加工的准确性和精度都可以得到很好的保证。
总体上说，和传统的机械加工手段相比数控加工技术具有以下优点：1、加工效率高。
利用数字化的控制手段可以加工复杂的曲面。
而加工过程是由计算机控制，所以零件的互换性强，加工的速度快。
2、加工精度高。
同传统的加工设备相比，数控系统优化了传动装置,提高分辨率,减少了人为误差，因此加工的效率可以得到很大的提高。
3、劳动强度低。
由于采用了自动控制方式，也就是说加工的全部过程是由数控系统完成，不象传统加工手段那样烦琐，操作者在数控机床工作时，只需要监视设备的运行状态。
所以劳动强度很低。
4、适应能力强。
数控加工系统就象计算机一样，可以通过调整部分参数达到修改或改变其运作方式，因此加工的范围可以得到很大的扩展。
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。
现代数控技术.
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；
专家们预言: 二十一世纪机械制造业的竞争，其实
质是数控技术的竞争。
2018年8月5日9时35分
数控
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现在数控技术已成为制造业实现自动化、柔性 化、集成化生产的基础技术，现代的CAD/CAM， FMS和CIMS、敏捷制造和智能制造等，都是建 立在数控技术之上；源自2018年8月5日9时35分
数控
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第一节 数控技术与数控机床
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；
第 一 章 数 控 机 床 概 述
第一章
内容提要：
第 一 章 数 控 机 床 概 述
数控机床概述
本章主要介绍数控技术、数控机床的基本 概念、体系结构、工作原理及分类；数控机床
的应用范围及发展动向。
2018年8月5日9时35分
数控
1
第一节 数控技术与数控机床
自从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。
第 一 章 数 控 机 床 概 述
第1章数控技术概述-1
1.1 数控机床简介 数 控 技 术
第 一 章 数 控 技 术 概 述
1.1.1 数控机床的基本概念
数控机床（Numerical Control Machine Tools）是用计算 Tools） 数控机床（ 机通过数字信息来自动控制机械加工的机床。具体地说， 机通过数字信息来自动控制机械加工的机床。具体地说， 数控机床是通过编制程序，即通过数字(代码)指令来自动 数控机床是通过编制程序，即通过数字(代码) 完成机床各个坐标的协调运动，正确地控制机床运动部件 完成机床各个坐标的协调运动， 的位移量， 的位移量，并且按加工的动作顺序要求自动控制机床各个 部件的动作。数控机床是集计算机应用技术、自动控制、 部件的动作。数控机床是集计算机应用技术、自动控制、 精密测量、微电子技术、机械加工技术于一体的一种具有 精密测量、微电子技术、 高效率、高精度、高柔性和高自动化的光机电一体化数控 高效率、高精度、 装备。 装备。
参数，切削用量以及各种辅助操作等加工信息——用规定 参数，切削用量以及各种辅助操作等加工信息——用规定 的文字、数字和符号组成的代码，按一定的格式编写成加 的文字、数字和符号组成的代码， 工程序单，将加工程序通过控制介质输入到数控装置，经 工程序单，将加工程序通过控制介质输入到数控装置， 过数控装置的处理、运算，按各坐标轴的分量送到各轴的 过数控装置的处理、运算， 驱动电路，经过转换、放大进行伺服电机的驱动，带动各 驱动电路，经过转换、放大进行伺服电机的驱动， 轴运动，并进行反馈控制，使刀具、 轴运动，并进行反馈控制，使刀具、工件以及其它辅助装 置严格按程序规定的顺序、轨迹和参数有条不紊的工作， 置严格按程序规定的顺序、轨迹和参数有条不紊的工作， 从而加工出所需要的零件。 从而加工出所需要的零件。
浅谈现代数控技术
浅谈现代数控技术 This manuscript was revised by the office on December 10, 2020.浅谈现代数控技术摘要：在机械制造业中，数控技术是关键技术，它集微电子、计算机、信息处理、自动检测、自动控制等高新技术于一体，具有高速度、高精度、高可靠性等特点。
本文主要介绍了基于数控技术的高精度的特点，具体说明提高精度的关键技术。
关键词：数控技术；高精度；检测0 引言现代数控技术集机械制造技术、计算机技术、成组技术与现代控制技术、传感检测技术、信息处理技术、网络通讯技术、液压气动技术、光机电技术于一体，是现代制造技术的基础，它的发展和应用，开创了制造业的新时代，使世界制造业的格局发生了巨大的变化。
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，它的广泛使用给机械制造业生产方式、产业结构、管理方式带来深刻的变化，它的关联效益和辐射能力更是难以估计；数控技术是制造业实现自动化、柔性化、集成化生产的基础，现代的CAD/CAM、FMS、CIMS等，都是建立在数控技术之上。
数控技术是国际商业贸易的重要构成，发达国家把数控机床视为具有高技术附加值、高利润的重要出口产品，世界贸易额逐年增加。
大力发展以数控技术为核心的先进制造技术已成为世界各发达国家加速经济发展、提高综合国力和国家地位的重要途径。
因此数控技术是衡量一个国家制造业现代化程度的核心标志，实现加工机床及生产过程数控化是当今制造业的发展方向，机械制造的竞争其实质是数控的竞争。
1 数控技术的发展现状目前，数控技术正在发生根本性变革，由专用型封闭式开环控制模式向通用型开放式实时动态全闭环控制模式发展。
在集成化基础上，数控系统实现了超薄型、超小型化；在智能化基础上，综合了计算机、多媒体、模糊控制、神经网络等多学科技术，数控系统实现了高速、高精、高效控制，加工过程中可以自动修正、调节与补偿各项参数，实现了在线诊断和智能化故障处理；在网络化基础上，CAD/CAM与数控系统集成为一体，机床联网，实现了中央集中控制的群控加工。
数控行业入门知识点总结
数控行业入门知识点总结一、数控技术基本概念1. 数控技术概述数控技术是一种利用数值信号控制机床（包括车床、铣床、磨床、钻床等）进行加工操作的技术。
它以数字指令作为控制手段，实现各种加工动作的控制，具有高精度、高效率和灵活性。
2. 数控技术的发展历史数控技术是20世纪50年代发展起来的，随着计算机技术和自动控制技术的不断发展，数控技术也得到了迅速的发展。
在数控技术的发展过程中，出现了多种数控系统，如数控直线系统、数控曲线系统、数控联动系统等，分别适用于不同的加工需求。
3. 数控技术的特点数控技术具有高精度、高效率、高稳定性和灵活性的特点。
它可以实现复杂的加工操作，提高加工精度和生产效率，减少人力资源成本，适应了现代化生产的需要。
二、数控技术的应用领域1. 汽车制造业数控技术在汽车制造业中得到了广泛的应用，包括汽车零部件的加工、汽车模具的制造等方面。
数控技术可以实现汽车零部件的高精度加工和复杂形状的加工，提高了汽车制造的质量和效率。
2. 航空航天制造业航空航天制造业对零部件的精度和表面质量要求非常高，数控技术可以满足这一要求，实现对航空航天零部件的高精度加工，提高了零部件的质量和性能。
3. 电子设备制造业电子设备制造业对零部件的加工精度和表面光洁度要求较高，数控技术可以实现对电子设备零部件的高精度加工和表面处理，提高了零部件的质量和性能。
4. 工业机械制造业工业机械制造业对零部件的加工要求多样化且复杂，数控技术可以实现对工业机械零部件的高精度加工和复杂形状的加工，提高了零部件的质量和效率。
5. 其他行业数控技术还被广泛应用于其他行业，如船舶制造业、军工制造业、模具制造业等。
三、数控技术的基本知识点1. 数控系统数控系统是数控技术的核心，它由数控装置、执行机构和辅助设备组成。
数控装置负责对加工过程进行控制，执行机构负责执行数控装置的指令，辅助设备负责辅助加工。
2. 数控编程数控编程是数控加工的基础，它是将零件的几何形状和尺寸信息转换为数控系统可识别的指令代码，以实现数控加工的自动化。
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制造业结构仍然偏轻
装备制造在制造业中的比例仅为 26.5%(1999 年), 低于美国(41.9%)、日 本(43.6%)、德国(46.4%)
现代数控技术
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1.1 数控技术的发展趋势
数控系统功能和性能的发展
• 1、 高速、高精度 数控系统：0.001μm,120m/min 伺服系统及电机：8000r/min， 直线电机：200m/min 主轴变速电机：50000~180000r/min 2、多通道，多轴联动功能 FANUC 15i系统：24轴联动。 SIEMENS 840D 控制轴数：31，10通道，12轴联动。 3、特种数控加工设备 电加工、激光切割、水切割等。 4、智能化 新的控制技术 适应控制、学习控制 诊断技术 系统诊断、用户诊断、远程诊断
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1.1 数控技术的发展趋势
精密化是机械制造发展的核心
自动化是机械制造发展的途径 信息化是机械制造发展的方向
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1.1 数控技术的发展趋势
精密化是机械制造发展的核心 加工精度及其发展：
1—车、铣
2—磨 3—CNC机床 4—研磨、工具磨 5—光学磨、金刚石车、磨 6—金刚石超精车、磨、 电解 加工 7—衍射光栅刻线机 8—电子束、离子束、X射线 9—分子束生长、离子注 10 — 扫描隧道技术 现代数控技术
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1.3 数控技术的发展历程
• 数控的产生与发展历程
软件越来越复杂、开发工作量和成本越来越高。 许多控制器制造商已将注意力越来越多的放在使软件具有可重用性、可互 换性、可移植性上。开放式控制器正是基于这种思想的产物:
美国：NGC，SOSAC(Specification for an Open System
3 现代数控技术的其他应用
绣花机
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3 现代数控技术的其他应用
造波机
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结束！
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1.3 数控技术的发展历程
• 数控的产生与发展历程 专用结构：
大板结构 FANUC 0, 10/11/12, 模块化结构 FANUC 15/16/18, SIEMEN: SINUMERIK810/820,850/880,840C； PLC:STEP7 90年代初，基于个人电脑的CNC系统开始出现。 PC＋CNC CNC in PC 美国：DELTA TAU PMAC 运动控制器， MAZATROL640C。 PC in CNC FANUC 160i/180i， SIEMENS 840D，NUM1060 全软件化CNC PA8000，SOFTSERVO
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1.2 数控技术的基本概念和特点
• 数控的基本概念
NC(numerical control)定义：
数字化控制（区别于工业过程控制，PLC控制）：主要解决高精度运动的控制问题 （定位、位移、速度、加速度。）
数控系统：
通过规定的程序输入信息，用数字化指令进行控制的设备。其基本框图如图所示
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1.2 数控技术的基本概念和特点
数控机床的组成：
数控机床由控制介质、数控装置、伺服系统、测量反馈装置和机床主机组成。
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1.2 数控技术的基本概念和特点
数控机床的优点：
有广泛的适应性和较大的灵活性，能够完成很多普通机床不能加工的复 杂型面的零件的加工。 加工精度高，质量稳定性好，采用数控机床可以提高零件的加工精度， 稳定产品质量。 加工生产效率高，数控机床能采用最佳切削参数和最佳走刀路径，能缩 短加工时间，从而提高生产率，减轻劳动者的劳动强度，减少操作失误， 降低废品、次品。 可以实现一机多用，具有良好的经济效益。 有利于生产管理的现代化,是CIMS和FMS的支撑技术。
现代数控技术
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1.3 数控技术的发展历程
开放式数控系统的优点
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1.3 数控技术的发展历程
OSACA技术介绍
OSACA的体系结构
OSACA控制系统的体系结构 可分为应用软件和系统平台。 应用软件即控制系统所包括的 各 个 功 能 模 块 ， 以 下 称 为 AO （ Architecture Object）。AO之间通 过OSACA的通讯系统可相互操作 ，通过OSACA提供的API接口可 运行于不同平台之上。系统平台 包括系统软件（操作系统、通讯 系统、设备驱动器等）和系统硬 件（处理器、I/O板等）。系统平 台通过标准应用程序接口（API） 向外提供服务，API隐藏了系统平 台实现的内部机制，使得AO能运 行于不同的平台之上。
within Automation System)简介
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1.3 数控技术的发展历程
开放式数控系统的产生
现代制造业在大量使用数控设备的同时，为了实现低成本和维护、更新、使用的 方便，希望CNC系统应能运行于各种计算机软、硬件平台上，并提供统一风格的人机交 互环境。 不同行业对高精度位置控制的需求的增加（有超过机床行业的趋势），需要根据不 同用户的需求，迅速、高效、低成本的构筑面向客户的控制系统，并能添加用户的私有功 能。这就要求系统具有模块化、可重新配置的特点和满足软、硬件的互换性需求。 用户的软件功能的开发不依赖于控制器制造商，不同的开发商的软件可以相互移 植。用户的软件可运行于不同的控制器之上，用户可采用市场上流行的控制器产品而不会 带来使用的困难。
三轴船模加工机-双刀架
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3 现代数控技术的其他应用
五轴船模加工机-德国
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3 现代数控技术的其他应用
五轴船模加工机-国技术的其他应用
高速数控钻床
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3 现代数控技术的其他应用
激光切割/雕刻机
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3 现代数控技术的其他应用
工业机器人控制 喷漆、弧焊作业机器人 能满足一定速度下的轨迹跟踪控制。 点焊、搬运、装配作业机器人 能满足点到点（PTP）定位控制的精度要求。
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3 现代数控技术的其他应用
鞋楦加工测量机
鞋楦测量机
鞋楦加工机
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3 现代数控技术的其他应用
提要
1. 现代数控技术发展概述 1.1 数控技术的发展趋势 1.2 数控技术的基本概念和特点 1.3 数控技术的发展历程
2. 制造系统中的数字化技术
3. 数控技术的其他应用
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1.1 数控技术的发展趋势
改革开放30年来中国制造业的进步：
我国目前已有上百种制造产品（覆盖了10多个行业）的产量在世界 上位居首位。2001年，在家电制造业中，彩电的产量为3936万台，占世 界份额29%；洗衣机为1443万台，占世界份额24%；电冰箱为1279万台， 占世界份额16%；电风扇和照相机年产量分别为7661万台和5514万台， 占世界份额都超过50%。在电子及通信设备制造业中，电话机年产9598 万台，占世界份额50%。在机械装备工业中，拖拉机和集装箱的世界份 额更是高达83%，是中国制造业中世界份额最高的两类产品。我国已成 为世界最大的服装纺织品出口国。 2002年以来连续七年，中国都是机床的第一大消费国和进口国,2004 年数控机床进口41.4亿美元,我国已成为制造大国。
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2 制造系统中的数字化技术
三维实体表面形状数字化测量手段
三座标测量 机
轮廓扫描 机
计算机图象处理
X-射线三视图法 三视图法
规则表面
任意曲面
光顺外表 面
非光顺外 表面(地形
光顺内表 面(断层)
非金属内 表面
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3 现代数控技术的其他应用
仿人运动控制
本田推出的“Asimo”智能机器人
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1.1 数控技术的发展趋势
自动化是机械制造发展的途径
高速加工录像 特种加工录像 复杂曲面加工录像
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1.1 数控技术的发展趋势
信息化是机械制造发展的方向
数字化设计 制造装备数字化 生产过程数字化 管理数字化 企业数字化 只有实现制造装备数字化才能实现加工自动化和精密化，提 高产品精度和加工装配的效率。 只有实现制造装备数字化才能实现生产过程的自动化和智能 化，提高企业生产过程的自动化水平。
。
信息输入 输出 计算机数 控 伺服控制 辅助控制
执 行 设 备
数控系统基本框图
最典型的机电一体化产品：
对执行设备的影响。对电机的要求高。使机械系统大大简化。 如：凸轮控制＋机械传动＋机械支承、外壳、――数控＋简单机械传动＋机械支承、 外壳、――数控＋直线电机、电子轴承、电子主轴＋机械支承、外壳、等。 与其他控制系统的融合：在CNC系统中加入PLC控制。在其他控制器中加入运动控制 器。如：在PLC中加入位控单元。
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3 现代数控技术的其他应用
仿人运动控制
The Utah/MIT Dexterous Hand (1987)
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3 现代数控技术的其他应用
仿人运动控制
DLR hand (Germany, 1993)
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3 现代数控技术的其他应用
仿人运动控制
Dexterous Robot Hand ( Japan)
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2 制造系统中的数字化技术
CAD/CAM与数控加工