第一章数控机床基本知识
数控机床基础知识
数控机床基础知识第一节概述一、什么是数控机床数字控制机床（Numerical Control Machine Tools）简称数控机床，这是一种将数字计算技术应用于机床的控制技术。
它把机械加工过程中的各种控制信息用代码化的数字表示，通过信息载体输入数控装置。
经运算处理由数控装置发出各种控制信号，控制机床的动作，按图纸要求的形状和尺寸，自动地将零件加工出来。
数控机床较好地解决了复杂、精密、小批量、多品种的零件加工问题，是一种柔性的、高效能的自动化机床，代表了现代机床控制技术的发展方向，是一种典型的机电一体化产品。
二、数控机床的加工原理数控机床加工工件的过程如图1-1所示。
图1-1数控机床的加工过程1）在数控机床上加工工件时，首先要根据加工零件的图样与工艺方案，用规定的格式编写程序单，并且记录在程序载体上；2）把程序载体上的程序通过输入装置输入到数控装置中去；3）数控装置将输入的程序经过运算处理后，向机床各个坐标的伺服系统发出信号；4）伺服系统根据数控装置发出的信号，通过伺服执行机构（如步进电动机、直流伺服电动机、交流伺服电动机），经传动装置（如滚珠丝杠螺母副等），驱动机床各运动部件，使机床按规定的动作顺序、速度和位移量进行工作，从而制造出符合图样要求的零件。
由上述数控机床的工作过程可知，数控机床的基本组成包括加工程序载体、数控装置、伺服驱动装置、机床主体和其他辅助装置。
下面分别对各组成部分的基本工作原理进行概要说明。
1.加工程序载体数控机床工作时，不需要工人直接去操作机床，要对数控机床进行控制，必须编制加工程序。
零件加工程序中，包括机床上刀具和工件的相对运动轨迹、工艺参数（进给量主轴转速等）和辅助运动等。
将零件加工程序用一定的格式和代码，存储在一种程序载体上，如穿孔纸带、盒式磁带、软磁盘等，通过数控机床的输入装置，将程序信息输入到CNC单元。
2.数控装置数控装置是数控机床的核心。
现代数控装置均采用CNC（Computer Numerical Control）形式，这种CNC 装置一般使用多个微处理器，以程序化的软件形式实现数控功能，因此又称软件数控（Software NC）。
数控机床考点复习整理
数控机床考点复习整理第⼀章绪论考核知识点与考核要求⼀.机床数控技术的基本概念识记：数控机床的⼯作流程：1.数控加⼯程序的编制（根据零件的图样规定的零件的形状、尺⼨、材料、技术要求确定零件的⼯艺过程、⼯艺参数、⼏何参数，然后根据规定的代码和程序格式编程）2.输⼊（把零件程序、控制参数、补偿数据输⼊到数控装置中去，⼯作⽅式：边加⼯变输⼊、⼀次性将整个零件程序输⼊）3.译码4.⼑具补偿（作⽤：把零件轮廓轨迹换成⼑具中⼼轨迹运动，加⼯所要求的零件轮廓。
包括：⼑具半径补偿&⼑具长度补偿）5.插补（作⽤：控制加⼯运动，使⼑具相对于⼯件做出符合零件轮廓轨迹的相对运动，只有辅助功能完成后才允许插补）6.位置控制和机床加⼯（在每个采样周期内，将插补计算出的指令位置与实际反馈位置相⽐较，⽤其差值控制伺服电机，使运动部件带动⼯具相对于⼯件进⾏加⼯）理解：数字控制以及数控技术的概念。
1.数字控制：利⽤数字化的信息对机床的运动及加⼯过程进⾏控制的⼀种⽅法。
⽤数控技术实施加⼯控制的机床称为数控机床2.数控系统包括：数控装置、可编程控制器、主轴驱动、进给装置⼆、数控机床的组成和分类1.输⼊输出设备(实现程序编制、程序和数据的输⼊以及显⽰、存储和打印)2.数控装置<机床控制器>（接受来⾃输⼊设备的程序和数据，并按输⼊信息要求完成数值计算、逻辑判断和输⼊输出控制功能），机床控制器的作⽤：实现对机床辅助功能M、主轴功能S、⼑具功能T的控制。
补偿包括：⼑具半径补偿、⼑具长度补偿、传动间隙补偿、螺距误差补偿3.伺服系统（接受数控装置的命令，驱动机床执⾏机构运动的驱动部件）4.测量反馈装置（检测速度和位移，并将信息反馈给数控装置构成闭环控制系统）5.机床本体（⽤于完成各种切削加⼯的机械部分）a)点位控制数控机床b)直线控制数控机床简易数控铣床，⼀般有2~3个可控制轴，但同时可控制的只有⼀轴。
c)轮廓控制数控机床功能等，有数控车床、车削中⼼、加⼯中⼼d)开环控制数控机床（⽤于经济型中⼩型数控机床）这类机床不带有位置检测装置，数控装置将零件程序处理后，输出数字指令信号给伺服系统，驱动机床运动。
数控机床的基础知识介绍
第1章 绪 论教学提示：数控机床是采用数字控制技术对机床各移动部件相对运动进行控制的机床，它是典型的机电一体化产品，是现代制造业的关键设备。
计算机、微电子、信息、自动控制、精密检测及机械制造技术的高速发展，加速了数控机床的发展。
目前数控机床正朝着高速度、高精度、高工序集中度、高复合化和高可靠性等方向发展，同时其应用范围也越来越广泛。
教学要求：本章主要讲述数控机床的基本概念和特点、主要技术参数、分类以及技术与发展水平等。
本章内容是数控机床的基本知识和内容，要求学生理解并掌握数控机床的基本概念、组成与特点以及分类，了解其发展趋势和在先进制造技术中的作用。
1.1 概 述1.1.1 数控机床的定义数控即数字控制(Numerical Control ，NC)。
数控技术是指用数字信号形成的控制程序对一台或多台机械设备进行控制的一门技术。
数控机床，简单的说，就是采用了数控技术的机床。
即将机床的各种动作、工件的形状、尺寸以及机床的其他功能用一些数字代码表示，把这些数字代码通过信息载体输入给数控系统，数控系统经过译码、运算以及处理，发出相应的动作指令，自动地控制机床的刀具与工件的相对运动，从而加工出所需要的工件。
实际上，数控机床就是一种具有数控系统的自动化机床。
所以说数控机床是最典型的机电一体化产品。
1.1.2 数控机床的组成及特点1. 数控机床的组成 数控机床主要由程序介质、数控装置、伺服系统、机床主体四部分组成，如图1.1所示。
图1.1 数控机床的组成机床数控技术其中，程序介质用于记载机床加工零件的全部信息。
如零件加工的工艺过程、工艺参数、位移数据、切削速度等。
常用的程序介质有磁带、磁盘等。
也有一些数控机床采用操作面板上的按钮和键盘将加工程序直接输入或通过串行接口将计算机上编写的加工程序输入到数控系统。
在计算机辅助设计与计算机辅助制造(CAD/CAM)集成系统中，加工程序可不需要任何载体而直接输入到数控系统。
第一章 数控机床的基本知识
驱动系统
南通航院
其作用是把来自数控装置的脉冲信号转换成机床移 动部件的运动，包括信号放大和驱动元件。其性能好坏 动部件的运动，包括信号放大和驱动元件。 直接决定加工精度、表面质量和生产率。 直接决定加工精度、表面质量和生产率。 脉冲当量δ 相对于每个脉冲信号， 脉冲当量δ ——相对于每个脉冲信号，机床移动部 相对于每个脉冲信号 件的位移，常见的有：0.01mm、0.005mm、 件的位移，常见的有：0.01mm、0.005mm、 0.001mm
第一章、 第一章、数控机床概述
三、数控机床的基本概念
南通航院
数控机床是由普通机床发展而来的， 数控机床是由普通机床发展而来的，它们之间最主 是由普通机床发展而来的 要的区别是： 要的区别是： 前者可以按事先编制好的加工程序自动地对工件进 行加工； 行加工；而后者的整个加工过程必须通过技术工人的手 工操作来完成。 工操作来完成。 示例：
第一章 数控机床概述
步进电机 常用的伺服元件 直流伺服电机 交流伺服电机
南通航院
编码盘 常用的检测元件 光栅 磁珊
（2）主轴驱动系统
第一章 数控机床概述
4、机床
南通航院
早期采用通用机床，现在采用了新的加强刚性、 早期采用通用机床，现在采用了新的加强刚性、减 小热变形、提高精度等方面的设计措施， 小热变形、提高精度等方面的设计措施，使其发生了很 大的变化。 大的变化。 目前已模块化生产， 目前已模块化生产，分为六大块
第一章
数控机床概述
南通航院
二、自动化加工与数控机床 机床数控技术是以数字化的信息处理实现机床自 动控制的一门技术。 动控制的一门技术。 数控机床把刀具和工件之间的相对位置，机床电 数控机床把刀具和工件之间的相对位置， 动机的启动和停止，主轴变速，工件松开夹紧， 动机的启动和停止，主轴变速，工件松开夹紧，刀具 的选择，冷却泵的启动、 的选择，冷却泵的启动、停止等各种操作和顺序动作 等信息用数码化的数据送入数控装置或计算机， 等信息用数码化的数据送入数控装置或计算机，经过 译码、运算， 译码、运算，发出各种指令控制机床伺服系统或其他 执行元件，使机床自动加工出所需工件。 执行元件，使机床自动加工出所需工件。
数控机床编程新手入门教程
数控机床编程新手入门教程前言数控机床编程是现代制造业中至关重要的一环，掌握数控机床编程技能可以提高生产效率并降低成本。
本教程旨在帮助新手快速入门数控机床编程，通过逐步介绍基础知识和实用技巧，帮助读者建立起对数控机床编程的基本理解和掌握。
第一章：数控机床概述在开始学习数控机床编程之前，我们先了解一下数控机床的基本概念和工作原理。
数控机床是一种根据预先输入的程序指令自动控制机床运动和加工过程的机床。
它能够实现高精度、高效率的加工，广泛应用于各种制造行业中。
第二章：数控机床编程基础1.G代码和M代码–G代码是数控机床的运动控制代码，用于控制机床的移动及加工动作；–M代码是辅助功能代码，用于控制机床的辅助功能，如冷却润滑等。
2.坐标系–绝对坐标系：以机床工作台的某一位置为参考点，所有坐标值均以该点为基准；–相对坐标系：以机床工作台当前位置为参考点，所有坐标值均以当前位置为基准。
3.编程方式–手动编程：通过输入G代码和M代码进行编程；–自动编程：使用CAM软件进行零件设计和数控程序生成。
第三章：数控编程实例为了更好地理解数控机床编程，我们通过一个简单的实例来演示编程过程。
假设我们需要在一块方形工件上进行铣削加工，首先确定工件坐标系和加工路线，然后编写如下程序：G90 (选择绝对坐标)G17 (选择XY平面)G21 (选择单位为毫米)M06 T1 (选择刀具1)S2000 F500 (主轴转速2000转/分钟，进给速度500毫米/分钟)G00 X0 Y0 (快速定位到工件原点)G01 Z0 (下刀到工件表面)G01 X50 (沿X轴移动50毫米)G01 Y50 (沿Y轴移动50毫米)G01 X0 (回到X轴原点)G01 Y0 (回到Y轴原点)M30 (程序结束)结语本教程介绍了数控机床编程的基础知识和实例应用，希望能够帮助读者初步了解数控机床编程的原理和方法，为进一步深入学习打下坚实的基础。
数控机床编程是一个需要不断练习和实践的技能，希望读者能够在实际应用中不断提升自己的编程水平，为制造业的发展贡献自己的力量。
数控机床的基本知识
模块一 数控机床的基本知识
数控机床拓展项目 项目一 数控加工地位
“考克斯报告”
1999年的考克斯报告，专门提到中国把从美国进口的16台 二手四、五轴联动数控机床用于军工生产，要求对我加强禁 运。
胡锦涛：对美中国无意追求贸易顺差
模块一 数控机床的基本知识
2002年，我国机床市场消费额达59亿美元，成为 世界第一。 我国数控机床总量供给能力不凡，产品品种无重 要缺门空白，数控机床进入成熟期。但与先进国家相 比尚有30-50年的差距。 机床数控化率<10%，数控机床应用水平较低。
项目四 数控机床的分类
一、按加工工艺分
二、按控制刀具与工件相对运动方式分 三、按伺服装置的功能水平分类
四、按联动轴数分
五、按控制系统的功能水平分类
模块一 数控机床的基本知识－分类（一）
模块一 数控机床的基本知识－分类（一）
立式综合切削中心机
卧式综合切削中心机
模块一 数控机床的基本知识－分类（一）
图1-3 各种机床的加工批量与成本的关系
模块一 数控机床基本知识－构成与工作原理
项目三 数控机床的工作原理及构成
程 序 载 输 入 装 数 控 辅助控制装置 装 本 零 伺服驱动装置 机 床 加 工
加 工 图 纸
零 件 加 工 程 序
体
置
置
检测反馈装置
体
件
注：机床本体：机床主运动，进给运动，辅助运动
模块一 数控机床的基本知识
项目二 数控机床发展方向
一、高速、高效
MOV1 高速铣削
模块一 数控机床的基本知识
二、多功能 三、智能化 四、高精度 五、高可靠性 六、柔性化
模块一 数控机床的基本知识
数控机床编程与操作教科书电子版
数控机床编程与操作教科书电子版第一章：数控机床入门数控机床是一种高精度、自动化程度高的机床，它通过预先编写好的程序来控制机床的运动。
本章将介绍数控机床的基本概念和发展历史，并对数控机床的分类和特点进行详细介绍。
1.1 数控机床的概念数控机床是指通过计算机控制系统来实现机床加工自动化的机床。
数控机床不仅提高了生产效率，还提高了加工精度和稳定性。
它是现代制造业中不可或缺的设备之一。
1.2 数控机床的发展历史数控机床的发展可以追溯到20世纪50年代，随着计算机技术的发展，数控技术得到了快速发展。
目前，数控机床已经成为现代制造业中的重要设备。
1.3 数控机床的分类根据加工方式和控制系统的不同，数控机床可以分为数控铣床、数控车床、数控磨床等多种类型。
每种类型的数控机床都有着独特的特点和应用范围。
1.4 数控机床的特点数控机床具有高精度、高效率、灵活性强等特点，能够满足复杂零部件加工的需求。
在现代制造业中，数控机床已经成为主流设备。
第二章：数控机床编程基础数控机床的编程是控制机床加工的关键，只有掌握了编程方法，才能正确地实现加工目标。
本章将介绍数控机床编程的基础知识，包括编程语言、坐标系、插补原理等内容。
2.1 数控机床的编程语言数控机床有多种编程语言，如G代码、M代码等。
每种编程语言都有着特定的功能和应用场景，程序员需要根据实际需求选择合适的编程语言。
2.2 数控机床的坐标系数控机床的坐标系是确定机床加工位置的基础，包括绝对坐标系和相对坐标系。
掌握坐标系的概念对于正确编写程序至关重要。
2.3 数控机床的插补原理插补是数控机床实现复杂轨迹运动的基本方法。
通过插补原理，程序员可以准确控制机床的运动轨迹，实现高精度的加工目标。
第三章：数控机床操作技术数控机床的操作技术是保证机床正常运行和实现加工质量的关键。
本章将介绍数控机床的操作技术，包括机床开机操作、程序加载、零点设置等内容。
3.1 数控机床的开机操作数控机床的开机操作是使用前的必要步骤，包括电源启动、系统检查等。
数控编程习题作业及答案
第一章数控机床基础知识一、单项选择题1、世界上第一台数控机床是( C ) 年研制出来的。
A)1942B)1948C)1952D)19582、以下对于数控机床构成的描绘不正确的选项是( D ) 。
A)数控机床往常是由控制装置、数控系统、机床本体构成B)数控机床往常是由控制装置、数控装置、伺服系统、丈量反应装置、协助控制装置和机床组成C)数控机床往常是由控制装置、数控系统、伺服系统、机床构成D)数控机床往常是由键盘、数控装置、伺服系统、丈量反应装置和机床构成3、闭环控制系统的反应装置是装在( C ) 。
A)传动丝杠上B)电机轴上C)机床工作台上D)装在减速器上4、用来确立生产对象上几何因素间的( B )所依照的那些点、线、面称为基准。
A)尺寸关系B) 几何关系C) 地点关系D)相对关系5、工件夹紧的三因素是 ( A )。
A)夹紧力的大小、夹紧的方向、夹紧力的作用点B)夹紧力的大小、机床的刚性、工件的蒙受能力C)工件变形小、夹具稳固、定位精度高D)工件的大小、资料、硬度6、为了保障人身安全，在正常状况下，电气设施的安全电压规定为( C ) 。
A) 12V B) 24V C) 36V D)48V7、利用计算机协助设计与制造技术，进行产品的设计和制造，能够提升产质量量，缩短产品研制周期。
它又称为 ( C )。
A) CD/CM B) CAD/COM C) CAD/CAM D) CAD/CM8、数控装置将所必到的信号进行一系列办理后，再将其办理结果以( D ) 形式向伺服系统发出履行命令。
A)输入信号B) 位移信号C) 反应信号D) 脉冲信号9、开环伺服系统的主要特色是系统内( B )地点检测反应装置。
A)有B)没有C)某一部分有D) 可能有10、CNC系统中的 PLC是 ( A )。
A)可编程序逻辑控制器B) 显示器C) 多微办理器D) 环形分派器11、对于配有设计完美的地点伺服系统的数控机床，其定位精度和加工精度主要取决于( C ) 。
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4．辅助控制系统
辅助控制系统是介于数控装置和机床 机械、液压部件之间的强电控制装置。
5．机床本体
机床本体是数控机床的主体，由机床 的基础大件（如床身、底座）和各运动部 件（如工作台、床鞍、主轴等）所组成。
1.2.2 数控机床的关键结构部件
1．伺服系统驱动电机
（1）步进电动机
步进电动机通常用于开环伺服系统机床。
第1章 数控机床基本知识
1.1 数控机床的产生与发展 1.2 数控机床的组成结构及工作原理 1.3 数控机床的分类
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，
磁栅位置检测电路的特点是：容易制造， 检测精度高（能达到每米±3m），安装使用方 便，对环境条件要求较低，若磁性标尺膨胀系数 与机床一致，可在一般车间使用。由于磁头与磁 栅为有接触的相对运动，因而有磨损，使用寿命 受到一定的限制。一般使用寿命可达到5年，涂 上保护膜后寿命则可进一步延长。
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 应运而生了 。
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
（2）直流伺服电动机
① 小惯量直流电动机 Hale Waihona Puke 宽调速直流电动机 ③ 无刷直流电动机
（3）交流伺服电动机
近年来新型功率开关器件、专用集成 电路和新的控制算法等的发展带动了交流 驱动电源的发展，使其调速性能更能适应 数控机床伺服系统的要求。交流速度控制 系统正逐步取代直流速度控制系统。
2．位置检测装置
3．伺服系统
伺服系统由伺服驱动电动机和伺服驱 动装置组成，它是数控系统的执行部分。 伺服系统接受数控系统的指令信息，并按 照指令信息的要求带动机床的移动部件运 动或使执行部分动作，以加工出符合要求 的工件。每一个脉冲使机床移动部件产生 的位移量叫做脉冲当量。目前所使用的数 控系统脉冲当量通常为0.001mm/脉冲。
检测装置是把位移和速度测量信号作 为反馈信号，并将反馈信号转换成数字送 回计算机，和脉冲指令信号相比较，以控 制驱动元件正确运转。
（1）感应同步器
感应同步器是一种电磁式的高精度 位移检测元件，按其结构方式的不同可 分为直线式和旋转式两种，前者用于长 度测量，后者用于角度测量。
感应同步器的特点是：精度高，工 作可靠，抗干扰性强，维护简单，寿命 长，可测量长距离位置，成本低，易于 批量生产。
（2）光栅
光栅就是在一块长条形的光学玻璃上 均匀地刻划很多条与运动方向垂直的条纹， 条纹之间的距离成为栅距。
光栅测量装置是一种非接触式测量， 利用光路减少了机械误差，具有精度高， 响应速度快等特点，因此是数控机床和数 显系统常用的检测元件。
（3）磁栅
磁栅是用电磁的方法计算磁波数目的一种 位置检测元件，磁栅测量装置由磁性标尺、读取 磁头和检测电路组成。
1.1.4 数控机床的发展趋势
从数控机床技术水平看，高精度、高 速度、高柔性、多功能和高自动化是数控 机床的重要发展趋势。
数控系统都采用了16位和32位微处理 器，标准总线及软件模块和硬件模块结构， 内存容量扩大到1MB以上，机床分辨率可 达0.1m，高速进给可达100m/min，控制 轴数可达16个。
1.2 数控机床的组成结构及工作原理
1.2.1 数控机床的组成
1．控制介质
数控机床工作时，不需要操作工人 直接操纵机床，但机床又必须执行人的 意图，这就需要在人与机床之间建立某 种联系，这种联系的中间媒介物即称为 控制介质。
2．数控系统
数控装置是一种控制系统，是数控机 床的中心环节。它能自动阅读输入载体上 事先给定的数字，并将其译码，从而使机 床进给并加工零件，数控系统通常由输入 装置、控制器、运算器和输出装置4大部 分组成 。
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专用数控装置 （NC）。
第2代数控机床：从1959年开始采用 晶体管电路的NC系统。
第3代数控机床：从1965年开始采用 小、中规模集成电路的NC系统。
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）。
3．计算机集成制造系统
计算机集成制造系统（ComputerIntegrated Manufacturing System， CIMS），是指用最先进的计算机技术， 控制从定货、设计、工艺、制造到销售的 全过程，以实现信息系统一体化的高效率 的柔性集成制造系统。
1.1.3 我国数控机床发展概况
1958年开始并试制成功第一台电子管数控 机床。1965年开始研制晶体管数控系统，直到20 世纪60年代末至70年代初成功。从20世纪80年代 开始，先后从日本、美国、德国等国家引进先进 的数控技术。如北京机床研究所从日本FANUC 公司引进FANUC3、FANUC5、FANUC6、 FANUC7系列产品的制造技术；上海机床研究所 引进美国GE公司的MTC-1数控系统等。
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。 1959年，美国克耐·杜 列克公司（Keaney & Trecker）首次成功 开发了加工中心（Machining Center） 。
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）。
1．计算机直接数控系统
所谓计算机直接数控（Direct Numerical Control，DNC）系统，即使用 一台计算机为数台数控机床进行自动编程， 编程结果直接通过数据线输送到各台数控 机床的控制箱。
2．柔性制造系统
柔性制造系统（Flexible Manufacturing System，FMS）也叫做计 算机群控自动线，它是将一群数控机床用 自动传送系统连接起来，并置于一台计算 机的统一控制之下，形成一个用于制造的 整体。