第1章数控技术概论
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第一章 数控机床概论
第一章 概论
1
（2）模块化、专门化与个性化；智能化；柔性化和集成化 模块化、专门化与个性化：机床结构模块化，数控功能专门 化，机床性能价格比显著提高并加快优化。个性化是近几年 来特别明显的发展趋势。 智能化：智能化的内容包括在数控系统中的各个方面：为追 求加工效率和加工质量方面的智能化，如自适应控制，工艺 参数自动生成；为提高驱动性能及使用连接方便方面的智能 化，如前馈控制、电机参数的自适应运算、自动识别负载自 动选定模型、自整定等；简化编程、简化操作方面的智能化， 如智能化的自动编程，智能化的人机界面等； 柔性化和集成化：柔性自动化技术是制造业适应动态市场需 求及产品迅速更新的主要手段，是各国制造业发展的主流趋 势，是先进制造领域的基础技术。
第一章 概论
1
3.
按伺服控制方式分类
1. 开环控制数控机床 开环控制系统的特点是不带反馈检测装置。这种数控机床主 要使用步进电机。数控装置经过控制运算发出脉冲信号，每 一脉冲信号使步进电机转动一定的角度，通过滚珠丝杠推动 工作台移动一定的距离。
开环控制系统图
第一章 概论
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2. 闭环控制系统 闭环控制系统是指在机床的运动部件上安装位置测量装置。 是在机床移动部件位置上直接装有直线位置检测装置，将检 测到的实际位移反馈到数控装置的比较器中，与输入的原指 令位移值进行比较，用比较后的差值控制移动部件作补充位 移，直到差值消除时才停止移动，达到精确定
第一章 概论
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1.4.2 数控机床的使用特点
1. 对操作维修人员的技术水平要求较高 2. 对夹具和刀具的要求较高 单件生成时，一般采用通用夹具，成批量生成时，为节省加 工时间，应采用专用夹具，而且夹具应该定位可靠，能自动 夹紧或松开工件，具有良好的排屑、冷却结构。
第一章 概论
第一章概论第一节概述一、数控技术的基本概念数字控制技术，简称数控（Numerical Control，NC），是一种自动控制技。
它是利用数字化的信息对机床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，或者说装备了数控系统的机床就称为数控（NC）机床。
数控系统是一种控制系统，它能自动完成信息的输入、译码、运算，从而控制机床的运动及加工过程。
数控系统一般包括数控装置、可编程序控制器、主轴与进给伺服驱动装置等部分。
自从1952年世界上第一台三坐标数控铣床诞生以来，数控机床在制造工业中得到了越来越广泛的应用。
数控系统无论在硬件或软件方面，发展和更新的速度都很快，已经经历了许多代。
目前，在市场上已见不到传统的硬件数控机床，取而代之的是计算机数控机床。
计算机数控（Computerized Numerical Control，CNC）也是一种数控系统。
在这个系统中，采用专用或通用的计算机为主实现部分或全部数控功能。
计算机数控是数控的新的发展阶段。
目前所说的数控，一般均指计算机数控。
数控机床是一种灵活、通用、高效、具有柔性的自动化机床。
它综合应用了计算机技术、微电子技术、自动控制技术、检测技术、和机械技术等多方面的最新技术成果。
是一种典型的机电一体化产品，也是一种典型的高新技术产品。
二、数控机床的工作过程数控机床加工零件时首先应编制零件的加工程序，这是数控机床的工作指令。
然后将加工程序输入到数控装置，再由数控装置控制机床主运动的变速、启停，进给运动的方向、速度和位移量，以及其它如刀具的选择、交换，工件的夹紧、松开和切削液的开关等动作，使刀具与工件及其它辅助装置严格地按照加工程序规定的顺序、轨迹和参数进行工作，从而加工出符合要求的零件。
第二节数控机床的组成和分类一、数控机床的组成数控机床一般由输入输出设备、数控装置、伺服系统、测量反馈装置和机床本体组成，见图1-1。
图1-1 数控机床的组成框图1．输入输出设备输入输出设备主要实现程序编制、程序和数据的输入以及显示、存储和打印。
第01章机床数控技术概论
1.2 数控机床的特点
1.3 数控机床的组成结构及工作原理 1.4 数控机床的分类
前言
21世纪机械制造业的竟争，其 实质是数控技术的竟争。
覆盖领域：(1)机械制造技术；(2)信 息处理、加工、传输技术；(3)自动控制 技术；(4)伺服驱动技术；(5)传感器技术； (6)软件技术
1.1 数控机床的产生与发展
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
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。
二、数控机床的适用范围
1.批量小而又多次重复生产的零件； 2.几何形状复杂的零件； 3.贵重零件加工； 4.需要全部检验的零件； 5.试制件。
1.3 数控机床的组成结构及工作原理
1.3.1 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。
数控技术第1章绪论
和可靠性。
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
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-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
第1章机床数控技术概论
第1章机床数控技术概论
1.1数控技术发展概述
数控技术，是利用数据处理用计算机指挥机器工具来进行机械加工的
技术。
它可以将加工工艺、制造要求及加工条件记录在计算机内，提高了
加工的质量、精度和速度。
数控技术是现代制造业的主要技术，广泛应用
于机械、航空航天、汽车、工矿企业等行业，在大规模实现个性化制造，
改变传统制造方式及技术，提高了生产力和产品质量，改善了生产条件，
提高了劳动生产率，实现了精密加工的可能。
从上世纪50年代起，数控技术就开始了研究和发展，形成了工业上
应用最为广泛的数控设备，数控机床。
数控机床目前已经成为机械加工行
业的主要设备，它结合了计算机、机械、检测和测量等技术，具有高精度、高速度、自动化程度高等特点，在机械加工中得到了广泛的应用。
数控技术的发展已经取得较好的成绩，极大地改变和提高了传统机械
加工的工作效率。
无论是加工小件、复杂曲面还是加工特殊材料，数控机
床都可以实现，为实现高精度、高效率的加工提供了有力的保证。
1.2数控机床的通用结构
数控机床一般由主轴系统、工作台系统、进给系统和控制系统组成。
主轴系统由电机、传动装置和主轴组成。
机床数控技术 第五版 第一章 数控技术概论
2.闭环数控机床
1.3 数控机床的分类
第1章 数控技术概论
3.半闭环数控机床
1.3 数控机床的分类
第1章 数控技术概论
1.3 数控机床的分类
1.3.4 按功能水平分类
按数控系统功能水平的不同 , 数控机床可分为低 、 中 、 高三档 , 这种 分类方式在我国被广泛使用 。 低 、 中 、 高档的界线是相对的 , 不同时期的 划分标准有所不同 。 就目前的发展水平来看 , 可以根据表 1-2 所列举的功能 指标进行数控系统档次的区分 。 其中 , 中 、 高档一般称为全功能型数控或 标准型数控 。 在我国还有经济型数控的提法 , 经济型数控属于低档数控 ,是 由单片机和步进电动机组成的简易数控系统 , 或者是其他功能简单 、 价格较 低廉的数控系统 。 经济型数控系统主要用于车床 、 线切割机床以及由用户 自行改造的旧机床等 。
数控机床是指装备了计算机数控系统的机床 , 简称 CNC 机床 。
第1章 数控技术概论
1.2 数控机床的组成
3.数控技术(Numerical Control Technology)
数控技术是指用数字化信息对某一对象进行控制的技术 , 被控制对象可以是位移 、 转角 、 速度等机械量 , 也可以是温度 、 压力 、 流量 、 颜色等物理量 , 这些量的量值不仅可以测量 ,而 且可以经 A/D 或 D/A 转换 , 用数字信号来表达或控制 。 数控技术是近代发展起来的一种自动控 制技术 , 是机械加工现代化的重要基础与关键技术 。
早期的计算机运算速度低 , 不能适应数控机床实时控制的要求 , 人们只好 用与门 、 或门 、非门等数字逻辑电路 “ 搭 ” 成一台专用计算机作为数控系 统 , 这就是硬件连接数控 , 简称数控(NC)。 随着电子元器件的发展 , 硬件连接 数控阶段经历了三代 :
1.3 数控机床的分类
第1章 数控技术概论
3.半闭环数控机床
1.3 数控机床的分类
第1章 数控技术概论
1.3 数控机床的分类
1.3.4 按功能水平分类
按数控系统功能水平的不同 , 数控机床可分为低 、 中 、 高三档 , 这种 分类方式在我国被广泛使用 。 低 、 中 、 高档的界线是相对的 , 不同时期的 划分标准有所不同 。 就目前的发展水平来看 , 可以根据表 1-2 所列举的功能 指标进行数控系统档次的区分 。 其中 , 中 、 高档一般称为全功能型数控或 标准型数控 。 在我国还有经济型数控的提法 , 经济型数控属于低档数控 ,是 由单片机和步进电动机组成的简易数控系统 , 或者是其他功能简单 、 价格较 低廉的数控系统 。 经济型数控系统主要用于车床 、 线切割机床以及由用户 自行改造的旧机床等 。
数控机床是指装备了计算机数控系统的机床 , 简称 CNC 机床 。
第1章 数控技术概论
1.2 数控机床的组成
3.数控技术(Numerical Control Technology)
数控技术是指用数字化信息对某一对象进行控制的技术 , 被控制对象可以是位移 、 转角 、 速度等机械量 , 也可以是温度 、 压力 、 流量 、 颜色等物理量 , 这些量的量值不仅可以测量 ,而 且可以经 A/D 或 D/A 转换 , 用数字信号来表达或控制 。 数控技术是近代发展起来的一种自动控 制技术 , 是机械加工现代化的重要基础与关键技术 。
早期的计算机运算速度低 , 不能适应数控机床实时控制的要求 , 人们只好 用与门 、 或门 、非门等数字逻辑电路 “ 搭 ” 成一台专用计算机作为数控系 统 , 这就是硬件连接数控 , 简称数控(NC)。 随着电子元器件的发展 , 硬件连接 数控阶段经历了三代 :
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1-1-2 数控技术发展的几个主要阶段
电子管
晶体管和印 刷电路板
计算机数控 装置
小规模的集 成电路
微计算机数 控装置
基于PC的通 用CNC系统
1-1-3 我国数控技术发展概况
1958年 开始研制 1966年 第一台晶体管数控系统 1970年 集成电路数控系统
1-1-4 数控技术发展趋势
高精度 高速度 高可靠性 高智能化 高通信功能
。2020年11月18日星期三上午11时24分13秒11:24:1320.11.18
• •
T H E E N D 15、会当凌绝顶，一览众山小。2020年11月上午11时24分20.11.1811:24November 18, 2020
16、如果一个人不知道他要驶向哪头，那么任何风都不是顺风。2020年11月18日星期三11时24分13秒11:24:1318 November 2020
1-2 数控机床的工作原理及基 本组成
1-2-1 数控机床的工作原理
数控机床是按数字形式给出的指令进行加工
1-2-2数控机床的组成
加
输
数
工
入
控
程装系
序
置
统
伺服系统
机
械
部
辅助控制装置
分
反馈系统
1-3 数控机床的分成型机床 3．特种加工机床 4．其它类
1-3-2按控制系统功能分类
• 13、志不立，天下无可成之事。20.11.1820.11.1811:24:1311:24:13November 18, 2020
• 14、Thank you very much for taking me with you on that splendid outing to London. It was the first time that I had seen the Tower or any of the other famous sights. If I'd gone alone, I couldn't have seen nearly as much, because I wouldn't have known my way about.
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1-3 数控机床的分类
•1-3-1按加工方式分类
•1．切削机床 •2．成型机床 •3．特种加工机床 •4．其它类
第1章数控技术概论
1-3-2按控制系统功能分类
1、点位控制
第1章数控技术概论
2、直线控制
第1章数控技术概论
3、轮廓控制
第1章数控技术概论
1-3-3 按伺服控制方式分类
1、开环控制（无反馈）
电子管
晶体管和印 刷电路板
计算机数控 装置
小规模的集 成电路
微计算机数 控装置
基于PC的通 用CNC系统
第1章数控技术概论
1-1-3 我国数控技术发展概况
1958年 开始研制 1966年 第一台晶体管数控系统 1970年 集成电路数控系统
第1章数控技术概论
1-1-4 数控技术发展趋势
高精度 高速度 高可靠性 高智能化 高通信功能
第1章数控技术概论
1-2 数控机床的工作原理及基 本组成
•1-2-1 数控机床的工作原理 •数控机床是按数字形式给出的指令进行加 工
第1章数控技术概论
1-2-2数控机床的组成
•加 •输 •数 •工 •入 •控 •程 •装 •系 •序 •置 •统
•伺服系统
•机
•械
•部
•辅助控制装置
•分
•反馈系统
第1章数控技术概论
第1章数控技术概论
2020/11/25
第1章数控技术概论
1-1 数控技术的发展
1-1-1 数控机床的出现
1952年 •1953年 •1959年 1967年 1970年后
•第一台数控机 床 •开始研制自动编程系统 •加工中心诞生 柔性制造系统(FMS)
微处理器数控系统广泛应用
第1章数控技术概论
1-1-2 数控技术发展的几个主要阶段
第1章数控技术概论
2、闭环环控制（全反馈） 直接检测工作台的位移量
第1章数控技术概论
3、半闭环控制（半反馈） 检测丝杠的转角，反馈环内不包含工作台
第1章数控技术概论
•1-3-4 按数控系统的功能水平分类
•分为高档、中档、低档三完毕，谢谢听讲!
再见，see you again
2020/11/25
第1章数控技术概论