第一节数控机床的基本概念
公共基础知识数控机床基础知识概述
《数控机床基础知识概述》一、引言数控机床作为现代制造业的关键设备，在工业生产中发挥着至关重要的作用。
它融合了机械、电子、计算机、自动控制等多学科技术，具有高精度、高效率、高自动化程度等特点。
本文将对数控机床的基础知识进行全面的阐述与分析，包括基本概念、核心理论、发展历程、重要实践以及未来趋势。
二、基本概念1. 定义数控机床是一种装有程序控制系统的自动化机床。
该系统能够逻辑地处理具有控制编码或其他符号指令规定的程序，并将其译码，从而使机床动作并加工零件。
2. 组成部分数控机床主要由机床本体、数控系统、驱动装置、辅助装置等部分组成。
（1）机床本体包括床身、立柱、主轴箱、工作台等机械部件，为加工提供基础支撑。
（2）数控系统是数控机床的核心，它接收输入的程序指令，经过处理后控制机床的运动和加工过程。
数控系统通常由硬件和软件组成，硬件包括中央处理器、存储器、输入输出接口等，软件包括系统软件和应用软件。
（3）驱动装置包括主轴驱动和进给驱动，负责将数控系统的控制信号转换为机床的运动。
主轴驱动控制主轴的旋转速度和方向，进给驱动控制工作台或刀具的移动速度和方向。
（4）辅助装置包括自动换刀装置、冷却系统、排屑装置等，为加工过程提供辅助支持。
3. 工作原理数控机床的工作原理是通过数控系统将零件加工程序转换为机床的运动指令，驱动装置根据指令控制机床的运动，实现对零件的加工。
具体过程如下：（1）编程人员根据零件图纸编制加工程序，通常使用数控编程语言如 G 代码、M 代码等。
（2）将加工程序输入到数控系统中，数控系统对程序进行译码、预处理等操作。
（3）数控系统根据程序指令控制驱动装置，驱动装置带动机床的主轴和工作台等运动部件进行相应的运动。
（4）在加工过程中，数控系统通过传感器等装置实时监测机床的运行状态，并根据反馈信息进行调整和控制，以保证加工精度和质量。
三、核心理论1. 插补原理插补是数控机床实现复杂曲线加工的关键技术。
数控机床的电子知识点总结
数控机床的电子知识点总结一、数控机床的基本概念数控机床是一种利用数字控制系统来控制机床运动和加工加工零件的机床。
它可以实现自动化生产，提高加工精度和效率。
数控机床由数控系统、机床主体、执行部件和辅助设备组成。
数控系统是数控机床的大脑，它通过程序控制机床的运动和加工过程。
机床主体是数控机床的核心部件，包括机床床身、滑架、工作台、主轴、进给机构等。
执行部件包括数控系统驱动的伺服电机、液压元件、气动元件等。
辅助设备包括刀具库、自动换刀系统、自动送料系统、冷却系统等。
二、数控系统的组成1. 数控系统由数控器、伺服驱动器、编码器、控制电路、电源装置等部件组成。
2. 数控系统控制器通常由CPU、存储器、输入/输出接口、人机界面等组成。
3. 伺服驱动器是控制伺服电机的装置，它可以根据数控系统发送的指令控制伺服电机的转速和位置。
4. 编码器是用于测量机床轴的位置和速度的装置，它可以将机床轴的运动信息转化为数字信号，传输给数控系统。
5. 控制电路是用于对机床执行部件进行电气控制的装置，它可以根据数控系统发送的指令控制机床的运动和加工过程。
6. 电源装置为数控系统提供电源。
三、数控系统的工作原理数控系统的工作原理是：数控编程人员编写数控程序，将其存储在数控系统的存储器中。
数控系统控制器根据程序的指令，通过数控器向伺服驱动器发送信号，控制伺服电机的转速和位置。
伺服驱动器控制伺服电机驱动机床进行加工。
同时，编码器实时测量机床轴的位置和速度，并将测量结果传输给数控系统。
数控系统通过控制电路和执行部件实现对机床的自动化控制。
四、数控系统的主要功能1. 数控系统具有高精度的运动控制能力，可以实现对机床轴的高速、精密的位置控制。
2. 数控系统具有灵活的加工能力，可以按照不同的加工要求调整加工参数，实现多种加工方式和加工路径的控制。
3. 数控系统具有强大的编辑和存储能力，可以存储大量的加工程序和参数，并进行快速的编辑和调整。
4. 数控系统具有良好的人机界面，可以实现对机床的远程监控和操作，方便操作人员进行生产管理和维护。
简述数控机床的基本概念
3. 按伺服系统控制方式分类
开环系统 ：无反馈,精度低,中小型设备,成本低 闭环系统：有反馈 ,精度高,精密、大型设备,成本高 半闭环系统：有部分反馈,精度较高,中小型设备,成本适中
4. 按同时控制的坐标轴分类 １）两坐标 NC 机床：
类型：线切割、二坐标铣（二轴半） 用途：可加工二维轮廓零件。 2) 三轴联动的 NC 机床: 可实现 X 、Y 、Z 三个坐标联动 用途：可用于加工曲面类零件 3) 四坐标联动: 除Ｘ、Ｙ、Ｚ外还可和另一旋转轴实现联动 按旋转轴划分：ＸＹＺＡ、ＸＹＺＢ、ＸＹＺＣ 用途：可加工各种曲面、四轴直纹面叶轮、螺旋类零
件和平面内斜孔的壳体类零件。 与三坐标机床相比它的加工范围、精度都得到了提高。
4) 五坐标联动： 除Ｘ、Ｙ、Ｚ外还可和两个旋转轴实现联动
（ＸＹＺＡＢ、ＸＹＺＡＣ、ＸＹＺＢＣ） 结构：两个旋转坐标都在主轴上；
两个旋转坐标都在工作台上； 一个旋转坐标在主轴上，另一个在工作台上 用途：理论上可实现空间在不干涉情况下任何复杂结构零 件的加工，如加工曲面变斜角、各种叶轮、闭式叶 盘、带有空间斜孔的复杂壳体类零件
数控机床基本概念
（2018-11-23）
一、数控机床的定义
1、定义：数控机床（Numerical Control Machine Tools） 是采用数字技术形式控 制的机床。即凡是用数字化的代码将加工过 程中所需的各种操作和步骤以及刀具与工件之间的相对位移等信息 用数字化的指令(记录在程序介质上)表示出来， 并送入计算机或数 控系统经过译码、运算及处理，控制机床的刀具与工件的相对运动， 加工出所需工件的一类机床即为数控(NC)机床。
数控机床基础知识
数控机床基础知识数控机床基础知识数控机床是以计算机控制系统为核心，利用数控技术实现的一种高精度、高效率的机械加工设备。
与传统机床相比，数控机床具有高精度、高效率、低能耗等优点。
本文将介绍数控机床的基本概念、分类、结构和原理等基础知识。
一、数控机床的基本概念数控机床是一种通过计算机控制系统控制机床各轴运动，并实现自动化加工的机械设备。
数控机床可大大提高生产效率和产品质量，减少人力资源浪费。
数控机床的加工过程是由计算机程序控制的，程序由操作人员编写或者由计算机辅助设计软件生成。
数控机床的工作精度可达到微米级别。
二、数控机床的分类数控机床根据加工方式分为车床、铣床、钻床、磨床、拉床等各种类型；根据机床结构分为立式数控机床、龙门式数控机床、万能数控机床等各种类型；根据加工精度和适用范围分为三个等级：高精度数控机床、精密数控机床和通用数控机床。
数控机床还可以根据加工对象的材料进行分类，比如金属数控机床、陶瓷数控机床、木材数控机床等。
三、数控机床的结构数控机床的结构包括机械部分和控制部分两部分。
机械部分包括机身、工作台、工作台滑块、主轴、刀具等，它们共同完成物理加工过程，并与控制系统产生反应；控制部分包括数控装置和编程装置两个部分。
数控装置一般安装在数控机床的底部，其作用是对机床各轴的运动进行控制。
编程装置则是由操作人员使用编程语言编写程序的设备，一般安装在数控机床的侧面或顶部。
四、数控机床的原理数控机床的核心是数控系统，其原理是将加工程序转换为机床可以听懂的机器指令，然后通过电气信号传输到数控装置，再通过电机驱动机械部分实现各轴的运动。
数控系统至少包含一台计算机、电动机、传感器、驱动器和执行器等组成的硬件，还需要相应的软件支持。
数控机床的工作过程从编写程序开始，包括图形输入、加工数据的设置、程序的编辑和调试；然后将程序放到执行单元中；接着执行单元将程序转化为电气信号，传递给数控装置；数控装置生成控制信号，控制各轴的运动实现工件的加工。
数控机床的基本概念
第一章、概述第一节、数控机床的基本概念1.1、数控机床分类数控机床的种类、型号繁多，按机床的运动方式进行分类，现代数控机床可分为点位控制（Position Control）、二维轮廓控制（2D Contour Control）和三维轮廓控制（3D Contour Control）数控机床三大类。
点位控制数控机床的数控装置只能控制刀具从一个位置精确地移动到另一个位置，在移动过程中不作任何加工。
这类机床有数控钻床、数控镗床、数控冲孔机床等。
二维轮廓控制数控机床的数控系统能同时对两个坐标轴进行连续轨迹控制，加工时不仅要控制刀具运动的起点和终点，而且要控制整个加工过程中的走刀路线和速度。
二维轮廓控制数控机床也称为两坐标联动数控机床。
三维轮廓控制数控机床的数控系统能同时对三个或三个以上的坐标轴进行连续轨迹控制。
三维轮廓控制数控机床又可进一步分为三坐标联动、四坐标联动和五坐标联动数控机床。
1.2、数控加工及数控编程数控加工（NC Machining）——根据零件图样及工艺要求等原始条件编制零件数控加工程序（简称为数控程序），输入数控系统，控制数控机床中刀具与工件的相对运动，从而完成零件的加工。
数控程序（NC Program）——输入NC或CNC机床，执行一个确定的加工任务的一系列指令，称为数控程序或零件程序。
数控编程（NC Programming）——生成用数控机床进行零件加工的数控程序的过程，称为数控编程。
第二节、数控机床的坐标系统数控机床的坐标系统，包括坐标系、坐标原点和运动方向，对于数控加工及编程，是一个十分重要的概念。
每一个数控编程员和数控机床的操作者，都必须对数控机床的坐标系统有一个完整且正确的理解，否则，程序编制将发生混乱，操作时更会发生事故。
2.1、坐标系数控机床的坐标系采用右手直角坐标系，其基本坐标轴为X、Y、Z直角坐标，相对于每个坐标轴的旋转运动坐标为A、B、C。
2.2、坐标轴及其运动方向不论机床的具体结构是工件静止、刀具运动，还是工件运动、刀具静止，数控机床的坐标运动指的是刀具相对静止的工件坐标系的运动。
第1章 概论1.1NC的基本概念
数控技术（NC技术）: 数控技术（NC技术） 技术
数字化信息对机械运动及加工过程进行控制的技 指用数字化信息对机械运动及加工过程进行控制的技 即数字控制（ Control）技术。 术，即数字控制（Numerical Contr常是位置、角度、速度等机械量和与机械能量流向有 的开关量。 关的开关量。
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我国第一台数控机床
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4、数控机床的世界水平
目前世界最大的厂商是：日本 目前世界最大的厂商是：日本FANUC、 Mazak ；德 、 国Siemens、DMG；美国 、 ；美国HAAS、哈挺；其余还有西班牙 、哈挺； Fagao、法国扭姆等。 、法国扭姆等。 （1）数控机床发展方向 ） 一、高速高效 高速高效 高精度 二、高精度 三、高可靠性 四、多功能 五、智能化 六、柔性化 例如： 例如： 五轴及以上联动数控机床； 五轴及以上联动数控机床； 高速数控机床； 高速数控机床；* 复合化的数控机床； 复合化的数控机床； 主轴转速： 主轴转速：10000~100000r/min 快移速度： 快移速度：30~100m/min 加 速 度：0.5~5G(1gal=1cm/s2) 换刀时间： 左右(T-T) 换刀时间：1.5~2s左右 左右 重复定位精度： 重复定位精度：1µm 9
5、信息化的车铣加工中心
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1.1.2 数控机床的组成和工作原理
1、数控机床的组成
强电输入
NC机床组成： 机床组成： 机床组成
输 入 装 置
程 序 载 体
数 控 装 置
强电控制装置
主轴
伺服驱动控制
工 作 台
检测反馈装置
机床
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CNC机床组成： 机床组成： 机床组成
操作面板 输入 输出 装置
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。
第一单元 数控机床简介
第一单元数控机床简介第一节数控机床基本概述随着社会生产和科学技术的飞速发展，机械制造技术发生了深刻的变化，机械产品日趋精密复杂，且改型频繁，尤其是在宇航、军事、造船等领域所需的零件，精度要求高，形状复杂，批量又小。
传统的普通加工设备已难以适应市场对产品多样化的要求。
为了满足上述要求，以数字控制技术为核心的新型数字程序控制机床应运而生。
1948年，美国帕森斯公司（Parsons Co）受美国空军委托与麻省理工学院伺服机构研究所（Servo Mechanismus Laboratory of the Massachusetts Institute of Technology）合作进行数控机床的研制工作。
1952年，第一台三坐标立式铣床试制成功，但第一台工业用数控机床直到1954年11月才生产出来。
我国数控机床的研制是从1958年起步的，由清华大学研制出了最早的样机。
早期的数控机床控制系统采用电子管，其体积大，功耗高，只在军事部门应用，只有在微处理机用于数控机床后，才真正使数控机床得到了普及。
一、何谓数控机床数控（NC）是数字控制（Numerical Control）的简称，是20世纪中叶发展起来的一种用数字化信息进行自动控制的一种方法。
装备了数控技术的机床，称为数控机床，也简称为NC机床。
70年代初，随着计算机技术的发展，使小型计算机的价格急剧下降，采用小型计算机代替专用控制计算机的第四代数控系统，不仅在经济上更为合算，而且许多功能可用编制的专用程序来实现，将它存储在小型计算机的存储器中，构成所谓控制软件，提高了系统的可靠性和功能特色。
这种数控系统又称为软接线（软线）数控，即计算机数控系统，简称CNC （Computerized NC）。
1976年制成以微处理机为核心的数控系统，称为第五代微型机数控系统。
简称MNC （Microcomputerized NC）。
国际信息联盟第五技术委员会对数控机床做了如下定义：数控机床是一个装有程序控制系统的机床。
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4. 插补计算 一个程序段的加工控制信息预处理完毕后进行插补处
理。所谓“插补”就是指在一条已知起点和终点的曲线上 进行数据点的密化。插补的任务就是根据进给速度的要求， 在一段零件轮廓的起点和终点之间，计算出若干个中间点， 分别向各个坐标轴发出方向、大小和速度都确定的运动序 列指令。
5. 位置控制 各个坐标轴的伺服系统将插补结果作为各个坐标轴位
输入设备 程序 输出设备
计算机 数字控 制装置 （CNC 装置）
可编程控 制器（PLC）
主轴控制单元
主轴电机 机 床
速度控制单元
进给电机 位置检测器
图1-1 CNC系统框图
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1. 用户程序 它是零件加工程序。根据零件图纸，用手工编程或自
动编程的方法编制出数控加工程序并存储在一种信息载 体上。 2. 输入输出设备
统主要指数控设备的主轴驱动和进给驱动，是CNC系统的 执行部分。伺服系统的作用是把来自CNC装置的各种指令 （脉冲信号），转换成数控设备移动部件的运动。
在数控机床的伺服驱动机构中，常用的驱动元件有功 率步进电机、直流伺服电机和交流伺服电机，后二者都带 有感应同步器、编码器等位置检测元件。
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（二）CNC系统的主要工作过程 1. 正常工作前的准备工作 在接通电源后，CNC装置将对数控系统及数控机床的 各组成部分的工作状态进行检查和诊断，并设置初始状态。 2. 零件加工控制信息的输入 CNC系统具备了正常工作条件后，开始输入零件加工 程序、刀具长度补偿数值、刀具半径补偿数值以及工件坐 标系原点相对机床原点的坐标值。 3. 数控加工程序的译码和预处理 加工控制信息输入后，启动加工运行，此时CNC装置 在系统控制程序的作用下，对数控程序进行预处理，即进 行译码和预计算（刀补计算、坐标变换等）。
CNC系统对数控设备进行自动控制所需的各种外部 控制信息及加工数据,都是通过输入设备存入CNC装置的 存储器中。输入CNC装置的有零件加工程序、控制参数、 补偿数据等。
输出设备主要的功能为显示、打印、输出加工程序、 控制参数、补偿参数等。
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3. CNC装置 CNC装置由硬件和软件组成。 硬件主要由微处理器、存储器、位置控制、输入/输出
由于计算机数控是数控系统的一种，再加上现在已经 没有硬件数控，所以我们现在管数控系统统称为CNC系统。
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二、CNC系统的组成
（一）CNC系统的组成
数控机床在数控系统的控制下，自动地按给定的程序 进行机械零件的加工。数控系统是由用户程序、输入输出 设备、计算机数字控制装置（CNC装置）、可编程控制器 （PLC）、主轴驱动装置和进给驱动装置等组成。
数控设备用PLC有内装型和独立型两种。内装型PLC 从属于CNC装置，PLC硬件电路可与CNC装置其它电路 制作在同一块印刷板上，也可以作成独立的电路板。独立 型PLC独立CNC装置，本身具有完备的硬、软件功能，可 以独立完成所规定的控制任务。
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5. 伺服系统 伺服系统包括驱动部分和执行机构两大部分。伺服系
第一节数控机床 的基本概念
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《数控技术》说明
• 参考教材：《微机数控技术》，北京理工大学出版社，焦 振学主编。《机床计算机数控技术》，北京理工大学出版 社，任玉田等编著。
• 《微机数控技术》 的数控部分的章节是单独排列的，相 关的内容都可以在《微机数控技术》中找到。
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第一章 概 述
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第一节 数控机床的基本概念
一、数控设备和数控机床 (一)数控设备和数控机床的概念 ⒈数控，即数字控制（Numerical Control，简称NC）是近 代发展起来的一种自动控制技术，在机床领域是指用数字 化信号对机床运动及其加工过程进行控制的一种方法。定 义中的“机床”不仅指金属切削机床，还包括其它各类机 床，如线切割机床、三坐标测量机等。 ⒉采用数控技术的控制系统称为数控系统。装备了数控系 统的受控设备称为数控设备。受控设备包括机床行业的各 种数控机床和其它行业的许多数控设备，如数控火焰切割 机、电火花加工机、数控冲剪机、数控测量机等。
第一节 数控机床的基本概念 一、数控设备和数控机床 二、CNC系统的组成 三、CNC机床的特点 第二节 计算机数控机床的分类 一、按控制系统的特点分类 二、按伺服系统的控制方式分类 三、按照CNC装置的功能水平分类 第三节 数控技术与现代制造系统 一、数控设备和数控系统的发展趋势 二、数控技术与计算机集成制造系统
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⒊装备了数控系统的机床叫数控机床，数控机床包含在数 控设备中。国际信息处理联盟第五技术委员会对数控机床 作了如下定义：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号码，或其它符号编码指 令规定的程序。 ⒋数控系统是一种控制系统，它能自动阅读输入载体上事 先给定的数字值和指令，并将其译码、处理，从而自动地 控制机床移动和加工零件。
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（二）数控（NC）与计算机数控（CNC）
数控装置是数控机床的控制核心，通常由一台通用或 专用的微、计算和控制，实现其数控功能。
以前数控设备的数控功能是用专用计算机的硬件结构 来实现，所以称为硬件数控，简称NC。现在主要以计算 机的系统控制程序来实现部分或全部数控功能，所以称为 软件数控或计算机数控，简称CNC。
接口、可编程控制器、图形控制、电源等模块组成。 软件由管理软件和控制软件组成。管理软件系指零件
加工程序的输入输出、系统的显示功能和诊断功能。控制 软件则包括译码处理、刀具补偿、插补运算、位置控制和 速度控制。
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4. 可编程控制器(PLC) 数控设备用可编程控制器主要完成数控设备的各种执
行机构的逻辑顺序控制，即用PLC程序代替用继电器控制 线路，实现数控设备的辅助功能、主轴转速功能、刀具功 能的译码和控制。