第一章 数控机床概述.doc
第一章数控机床概述数控技术是综合应用计算机、自动控制、自动检测及精密机械等高新技术的产物，它已开始在各个领域普及，并且它所带来的巨大效益已引起了世界各国科技与工业届的普遍重视。
20世纪40年代以来，汽车、飞机和导弹制造工业发展迅速，原来的加工设备已无法承担加工航空工业需要的复杂型面零件。
数控技术是为了解决复杂型面零件加工的自动化而产生的。
1948年，美国帕森斯（Parsons）公司在研制加工直升机叶片轮廓检验用样板的机床时，首先提出了应用电子计算机控制机床加工样板曲线的设想。
后来与美国空军签订合同，帕森斯（Parsons）公司与麻省理工学院（MIT）伺服机构研究所合作进行研制成功。
1952年试制成功第一台三坐标立式数控铣床。
后来，又经过改进并开展自动编程技术的研究，于1955年进入实验阶段，这对加工复杂曲面和促进美国飞机制造业的发展起了重要作用。
1958年我国开始研制数控机床，1975年研制出第一台加工中心。
目前，在数控技术领域，我国同先进国家之间还存在不小的差距，但这种差距正在缩小。
数控技术的应用也从机床控制拓展到其他控制设备，如数控电火花线切割机床、数控测量机和工业机器人等。
1.1数控机床的产生与发展科学技术和社会生产的不断发展，对机械产品的性能、质量、生产率和成本提出了越来越高的要求。
机械加工工艺过程自动化是实现上述要求的重要技术措施之一。
单件、小批生产占机械加工的80%左右，一种适合于产品更新换代快、品种多、质量和生产率高、成本低的自动化生产设备的应用已迫在眉睫。
而数控机床则能适应这种要求，满足目前生产需求。
1.1.1数控机床的产生与发展过程1946年诞生了世界上第一台电子计算机，它为人类进入信息社会奠定了基础。
1952年，计算机技术应用到机床上，在美国诞生了第一台数控机床。
从此，传统机床产生了质的变化。
近半个世纪以来，数控机床经历了两大阶段和六代的发展。
1.数控（NC）阶段（1952年-1970年）早期计算机的运算速度底,这对当时的科学计算和数据处理影响还不大,但不能适应机床的实施控制要求.人们不得不采用数字逻辑电路制成一台机床专用计算机作为数控系统,这被称为硬件连接数控(HARD-WIRED NC),简称为数控(NC) 。
随着元器件的发展,这个阶段经历了三代,即1952年的第一代——电子管数控机床；1959年的第二代——晶体管数控机床；1965年的第三代——集成电路数控机床。
2.计算机数控（CNC）阶段（1970年-现在）直到1970年,通用小型计算机业出现并成批生产,其运算速度比20世纪五六十年代有了大幅度的提高,这比逻辑电路专用计算机成本低，可靠性高。
于是将它移植过来作为数控系统的核心部件，从此进入了计算机数控（CNC）阶段。
1971年，美国Intel公司在世界上第一次将计算机的两个核心部件——运算器和控制器，采用大规模集成电路技术集成在一块芯片上，称之为微处理器（MICRO-PROCESSOR），又称中央处理单元（简称CPU）。
1974年，微处理器被应用于数控系统。
这是因为小型计算机功能强大，控制一台机床能力有多余，但不及采用微处理器经济合理，而且当时的小型计算机可靠性也不太理想。
虽然早期的微处理器速度和功能都还不够高，但可以通过多处理器结构来解决。
因为微处理器是通用计算机的核心部件，故称为计算机数控。
到了1990年，PC机（个人计算机，国内习惯称为微机）的性能已发展到很高的阶段，可满足作为数控系统核心部件的要求，而且PC机生产批量很大，价格便宜，可靠性高。
数控系统从此进入了基于PC的阶段。
总之，计算机数控阶段也经历了三代，即1970年的第四代——小型计算机数控机床；1974年的第五代——微型计算机数控系统；1990年的第六代——基于PC（国外称为PC—BASED）的数控机床。
1.1.2数控机床的发展趋势随着现代制造技术向着高速、高效、高精度方向的发展，制造业发生了根本性的变化。
由于数控技术的广泛应用，普通机械被高效率、高精度的数控机械所代替，形成了巨大的生产力。
机械制造业是国民经济的基础产业，是支撑整个工业和国民经济发展的基石。
数控机床作为机械制造的基本装备，又是基础的基础。
数控机床是集现代先进制造技术、计算机技术、通讯技术、控制技术、液压气动技术、光电技术于一体，具有高效率、高精度、高自动化、高柔性的特点，是典型的数字化控制技术与精密制造技术有机结合的机电一体化产品。
目前，国内外数控机床产品技术发展方向主要体现在高速、复合、精密、智能、环保等方面。
1.高速高速切削加工不仅可以提高生产效率，而且可以改善加工质量，所以自20世纪90年代初以来，便成为机床技术重要的发展方向。
各国相继推出了许多主轴转速10000r/min至60000r/min以上的加工中心和数控铣床。
高速切削加工正与硬切削加工、干切削和准干切削加工以及超精密切削加工相结合；从铣削向车、钻、镗等其它工艺扩展，向较大切削负荷方向发展。
高速加工对机床的要求是：主轴速度应能达到12000～40000r/min；进给速度应达到40～60 m/min；快速移动速度应达到80m/min；高刚性的机械结构；高稳定、高刚度、冷却良好的高速主轴；精确的热补偿系统；高速处理能力的控制系统（具有NURBS插补功能和预处理能力的控制系统）。
在数控机床高速化上，国外直线电机驱动技术，应用于进给驱动系统已实现实用化、普及化；机床的主轴转速和切削进给速度普遍提高。
主轴转速一般都在10000 r/min以上，快移速度也因普遍采用直线电机而提高到100m/min以上。
瑞士的MIKRON公司生产的HSM立式加工中心，它在主轴转速在30000r/min、进给速度40m/min、加速度17m/s2的情况下，实现平稳运行；日本安田公司生产的YBM950V型立式加工中心，其主轴在20000～30000 r/min高速运转时，仍十分平稳，铣削平面的粗糙度可达0.4μm。
2.复合数控机床复合以功能复合为基础，以提高工序集中度为目标，尽量减少重复装卡次数，可大幅度提高生产效率和工作精度。
近几年，数控机床复合又在向更高层次发展，国际上已经出现了加工中心与车削中心复合机床，加工中心与激光加工复合机床，集车、磨、铣、钻、铰、镗、滚齿等工序于一体的车磨复合机床，集平面磨、内圆磨、外圆磨为一体的磨削中心，集各种机床及测量机于一体的虚拟轴机床，五轴联动激光切割机等。
日本MAZAK公司的MACTURN 250/350系列车铣中心，可进行外径车削、倾斜面加工、滚齿加工、凸轮和偏心加工；德国BWF公司开发的STRATOS系列车磨中心，可以对齿轮和类似工件以及内孔、端面、锥面进行硬车和磨削。
我国复合加工机床从1999年刚刚起步，发展速度较快，主要是车铣复合加工机。
3.精密精密加工须由高精度机床保证。
高速高精度加工机床，不仅要有高切削速度，而且要有高进给速度和加速度，同时应当具有微米级的加工精度。
在高精度机床领域，直线电机驱动和滚珠丝杠驱动方式虽然还会并存相当长一段时间，但总的趋势是直线电机驱动所占比重愈来愈大，很有可能在不久的将来成为此种机床进给驱动的主流。
当前，在数控机床精密化方面，美国的水平最高，不仅生产中小型精密机床，而且由于国防和尖端技术的需要，研究开发了大型精密机床。
其代表产品有LLNL 实验室研制成功的DTM-3型精密车床和LODTM大型光学金刚石车床，它们是世界公认水平最高的，达到当前技术最前沿的大型精密机床。
其它国家也相应研制成功各种类似的装备，如英国的Cranfield、日本的东芝机械等。
近年来我国对超精密机床的研制也一直在进行。
北京机床研究所研制成功了JCS-027型超精密车床、JCS-031型超精密铣床、JCS-035型数控超精密车床等。
4.智能智能机床是指能对制造过程主动做出最优运动决策的机床，它能采集整个制造过程中的参数，通过诊断分析、应用监控、补偿等措施及时进行调整，并能判断机床中轴承、导轨等关键件的磨损和刀具的寿命情况，作出维修和更换的合理时间建议。
因此，智能机床将为实现全盘自动化创造条件，减少机床管理的工作量，并能获得最大功效和稳定的加工精度。
在上世纪80年代，虽然美国曾提出智能化雏形的适应控制机床，但由于受到自动化检测、控制和动态补偿等技术的制约，除了在控制因素较简单的电加工机床和注塑机上得到应用外，总体上进展较为缓慢。
但是进入本世纪后，由于信息技术和控制技术的发展，出现了新一代智能型数控系统，它具有强大的信息分析处理能力和优化控制的功能。
其次微机电系统型传感器技术的应用，以及机床结构的振动、热误差等机理的深入研究，可实施在多信息融合下的优化重构，实现经济地优质高产的集约制造。
计算机技术及其软件控制技术在数控机床技术含量中所占比重越来越大，计算机系统及应用软件的复杂化同时带来机床系统及其硬件结构的简化。
通过赋予机床网络化功能，使机床的远程通讯、远程控制、远程故障排除和维护、远程服务成为可能。
日本MAZAK公司的日本工厂是世界上为数不多的智能管理的代表。
整个工厂实行计算机网络智能化管理。
2006年的美国IMTS和日本JIMTOF国际机床展览会上，日本MAZAK公司展出智能机床具有自动抑制振动、优化控制热位移、防止碰撞的智能安全防护以及语音提示等四大智能。
日本OKUMA公司也推出了称之为Thinc的智能化数字控制系统，它可以在不需人的干预下做出“聪明”决策，并通过自学习功能使其功能不断优化增长。
美国GEFANUC公司展示的效率机床4.0可收集完整的基本数据作出判断分析，使机床的平均无故障时间（MTBF）增长。
此外，美国辛辛那提公司开发的自动平衡装置以及瑞士MIKRON公司研发的高级工艺控制系统有助于提高切削性能和效率。
这些事例说明智能机床已取得了突破性的进展，预计在今后的若干年内年内它将在不断完善的基础上逐步推广应用，成为高档数控机床的一个主要技术发展方向。
5.环保随着人们环境保护意识的加强，对环保的要求越来越高。
不仅要求机床在制造过程中不产生对环境的污染，也要求机床在使用过程中不产生二次污染。
在这种形势下，装备制造领域对机床提出了无冷却、无润滑、无气味的环保要求，机床的排屑、除尘等装置也发生了深刻的变化。
绿色加工工艺愈来愈受到机械制造业的重视，目前在欧洲的大批量机械加工中，已有10％～15％的加工实行了干切削或准干切削。
美国HARDING的QUEST系列车床、德国HUELLER的高速加工中心均采用了干切削技术；日本原洲公司加工中心采用了液氮冷却技术；日本富士公司的数控车床采用了冷风冷却技术。
我国干切削技术的研究也已起步。
成都工具研究所、山东工业大学和清华大学等单位对超硬刀具材料（如陶瓷、立方氮化硼、金刚石等）及刀具涂层技术进行过系统的研究，并取得了不少的研究成果。
数控机床概述
控制装置
对于数控机床的控制是由数控（ NC ）和程控（ PC ） 两组装置有机结合来实现的。数控装置是以数值 信息对机床进行控制，即，进行数值信息的读入、 存储、运算处理，产生表示移动量和速度的脉冲， 去控制伺服电动机。而程控装置则是按所定的动 作顺序，按着输入输出的条件使各机构动作，即： 由程序中的辅助功能 M 、刀具功能 T 等来控制主轴 的正反转，切削液的开、停，刀具交换等动作。
（三）进给机构 现在的进给机构均已采用了精密的滚珠丝杠，使丝 杠的旋转运动变为床身的直线运动。导轨的滑动面 采用了具有低摩擦、较高振动衰减特性的氟化物树 脂材料。为了保持机床精度，对机床的进给轴、滚 珠丝杠、滑动面及平衡链条等还必须进行润滑，现 在机床上广泛使用自动给油装置，对各部分进行定 时、定量的润滑。
由于它将钻、铣等多种机床的功能集一身，不但省 却了工件的反复搬动、安装、换刀等手续而且使加 工精度大为提高。从此，数控机床的一个新的种 类——加工中心（machining center）诞生了，并逐 步成了数控机床中的主力。 现在，数控技术已经应用在各种加工机床上，例如 数控车床、数控铣床、数控齿轮加工机床、数控电 火花、线切割、激光加工机床等等 数控机床已发展到不但具有刀具自动交换装置，而 且具有工件自动供给、装卸、刀具寿命检测、排屑 等各种附加装置，可以进行长时间的无人运转加工。 当今的数控机床已经在机械加工部门占有非常重 要的地位，是FMS( Flexible Manufacturing System )、 CIMS(ComputerIntegrated Manufacturing System )、 FA ( Factory Automation )的基本构成单位。
数控机床(1.概论)
数控机床通过程序调试、试切削后，进入正常批量加工时，操作者一般只要进行工件上 下料装卸，再揿一下程序自动循环按钮，机床就能自动完成整个加工过程。 对于零件程序编制分为手动编程和自动编程。手动编程是指编程员根据加工图纸和工艺， 采用数控程序指令。（目前一般都采用ISO数控标准代码）和指定格式进行程序编写。然 后通过操作键盘送入数控系统内，再进行调试、修改等。对于自动编程目前已较多地采用 了计算机CAD/CAM图形交互式自动编程，通过计算机有关处理后，自动生成的数控程序， 可通过接口直接输入数控系统内。图1-2框图中所示的程序介质目前主要有三种： ⑴ 纸带 需要利用纸带穿孔机和光电阅读机进行程序纸带制作和输送。 ⑵ 磁带 既采用录音机进行程序输入、输出。 ⑶ 软盘 既计算机软盘，需借助于软驱进行程序输入、输出。 这里需要特别说明的是，由于目前一般都采用微处理机数控系统，系统内存容量已大大 增加，数控系统内存ROM中本身就有编程软件，实现了在线编程，并且零件程序也能较多 地直接保存在数控系统内存RAM中， 对于程序存储介质的使用，主要是指某一数控机床所 加工的零件品种较多时，为了工厂均衡生产的需要，把某些暂时不用的零件程序保存在程 序介质中，等以后要用时再输入。既程序介质只起到外存储器的作用。它与以前硬线联接 的NC数控机床对程序介质的使用要求是有本质区别的，既要求数控机床与程序介质同步运 行来加工零件。
G
件
D
工 件 批 量
专用机床
工
专用机床
普通机床
k
C F 通用机床 E B 数控机床 数控机床
工件复杂程度
nmin
nmax
生产批量n
a)
b)
图1-1 数控机床的适用范围示意图
数控机床总费用更为合理。 另外就数控机床的应用特点还有： 1）采用数控加工方法将为产品质量的稳定性提供可靠的保证，同时也为宣传本企业 产品质量提供了一定的广告效益。 2）数控机床的高柔性，使新产品开发周期短，可加速企业产品的更新换代。 3）人员安排的不同。数控机床的使用对机床操作工的技能要求较低，但对数控编程 和维修人员的技术素质要求较高。可采用一人操作多台数控机床的生产模式，来适当减少 生产所需的职工人数。 4）从图1-1b所示平均单件工艺成本与生产批量的关系曲线图可知，数控机床适用于 中小批量的加工，即图1-1b中数控机床最小经济批量nmin与最大经济批量nmax是其适用范围。
第一章 数控机床概论
第一章 概论
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（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
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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 数控机床概述
第一节 数控机床的加工特点及其应用
6)数控机床加工的自动化程度很高，除刀具的进给运动外， 对零件的装夹、刀具的更换、切屑的排除等工作均能自动 完成。 7)采用数控机床加工，能通过选用最佳工艺路线和切削用 量，有效地减少加工中的辅助时间，较大地提高生产效率。 8)在数控机床上加工零件，一般可省去前期划线、中间检 验等工作，通常还可省去复杂的工装，减少对零件的安装、 调整等工作，故能明显缩短加工的准备时间，降低生产费 用。
新型数控车床的空转动时间大为缩短。
第三节 数控车床概述
(3)高柔性 数控车床具有高柔性，适应70%以上的多品 种、小批量零件的自动加工。 (4)高可靠性 随着数控系统的性能提高，数控机床的无故 障时间迅速提高。 (5)工艺能力强 数控车床既能用于粗加工又能用于精加工， 可以在一次装夹中完成其全部或大部分工序。 (6)模块化设计 数控车床的制造采用模块化原则设计。 三、数控车床的组成及布局
第一章
第一节 数控机床的加工特点及其应用
一、数控机床的加工特点 1)能加工超精零件。 2)能加工轮廓形状特别复杂或难以控制尺寸的零件。 3)能加工普通机床不能(或不便)加工的多种零件。 4)能加工经一次装夹定位后，需进行多道工序加工的零件。 5)一台数控机床可同时加工两个或多个相同的零件，也可 同时加工多工序的不同零件。
一、数控机床的组成
图1-16 数控机床的组成
第二节 数控机床的组成及工作原理
1.输入装臵 (1)控制介质输入 所谓控制介质就是数控信息的物质载体， 通常有穿孔纸带、磁带、磁盘等；相应的输入装臵是光电 纸带阅读机、录音机、磁盘驱动器等。 (2)手工输入 利用键盘和显示屏，输入控制机床运动和刀 具运动的指令。 (3)直接输入存储器 从自动编程机上、其他计算机上或网 络上，将编制好的加工程序通过通信接口直接输入数控装 臵的存储器，这是现代数控机床的发展趋势。
第一章数控机床概述
第一章数控机床概述第一节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，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。
1948年帕森斯公司（Parsons）正式接受美国空军的委托，与麻省理工学院(MIT)伺服机构实验室（Servo 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）。
1．1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）。
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）。
微型计算机控制系统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。
第1章 数控机床概述
1.3.1 数控机床的组成
数控机床的组成如图1.2所示， 数控机床的组成如图1.2所示，通常由控 1.2所示 制介质、数控装置、伺服系统、 制介质、数控装置、伺服系统、检测及反馈 系统、机床主机及辅助装置组成。 系统、机床主机及辅助装置组成。
图1.2 数控机床组成
1．控制介质
控制介质有多种，如早期使用的穿孔带、 控制介质有多种，如早期使用的穿孔带、 磁带，现在一般使用磁盘、光盘等， 磁带，现在一般使用磁盘、光盘等，采用何 种控制介质取决于数控装置的类型。 种控制介质取决于数控装置的类型。
（2）金属成形类数控机床。 金属成形类数控机床。 数控特种加工机床。 （3）数控特种加工机床。 其他类型的数控机床。 （4）其他类型的数控机床。
2．按运动轨迹控制方式分类
数控机床按运动轨迹控制方式可分为点 位控制数控机床、 位控制数控机床、直线控制数控机床和轮廓 控制数控机床。 控制数控机床。
（1）点位控制数控机床。 点位控制数控机床。
5．机床主机
主机是数控机床的主体，包括床身、 主机是数控机床的主体，包括床身、箱 导轨、主轴、进给机构等机械部件。 体、导轨、主轴、进给机构等机械部件。
6．辅助装置
辅助装置主要包括： 辅助装置主要包括：工件自动交换机构 APC）、刀具自动交换机构（ATC）、 ）、刀具自动交换机构 ）、工件 （APC）、刀具自动交换机构（ATC）、工件 夹紧与松开机构、回转工作台、 夹紧与松开机构、回转工作台、液压控制系 润滑冷却装置、排屑照明装置、 统、润滑冷却装置、排屑照明装置、过载与 限位保护功能以及对刀仪等部分。 限位保护功能以及对刀仪等部分。
图1.5 按加工控制路线分类
（2）直线控制数控机床。 直线控制数控机床。 轮廓控制数控机床。 （3）轮廓控制数控机床。
第一章 数控机床概述
*第四节 数控系统的插补原理
一、对插补计算的要求
（1）对插补所需要的数据最少。 （2）插补理论误差要满足精度要求。 （3）沿插补路线或称插补矢量的合成进给速度要满足轮 廓表面粗糙度一致性的工艺要求，即进给速度变化要在许可范 围内。 （4）控制联动坐标轴数的能力强，即易实现多坐标轴的 联动控制。 （5）插补算法简单可靠。
精品文档
第三节 数控机床的分类及应用
3）整体叶轮类零件
精品文档
第三节 数控机床的分类及应用
4）模具类零件
精品文档
第三节 数控机床的分类及应用
5）异形零件 拨叉
精品文档
第三节 数控机床的分类及应用
一、按工艺用途分类 一般数控机床和数控加工中心。
二、按加工路线分类 点位控制、直线控制和轮廓控制。
精品文档
第二节 数控机床的组成与工作原理
常用控制介质及输入输出装置
Байду номын сангаасCF卡
精品文档
第二节 数控机床的组成与工作原理
2．操作装置
（1）显示装置 （2）NC键盘 （3）机床控制面板MCP （4）手持单元
MPG手持单元结构
精品文档
第二节
功 能 软 键
数控机床的组成与工作原理
FANUC系统操作装置
N C 键 盘
精品文档
*第四节 数控系统的插补原理
二、插补算法的种类
1．硬件插补
由专门的硬件接成的数字电路装置 。
2．软件插补
软件插补法可分成基准脉冲插补法和数据采样插补法 (Sampled-data)(也称数字增量插补法)两类。
3．软硬件插补
数控系统将软件插补法与硬件插补法结合起来，软件插补完 成粗插补，硬件完成精插补。
第1章 数控机床概述
二、基准脉冲插补
逐点比较插补法 逐点比较插补法又称代数运算法、醉步法，它
是一种最早的插补算法，其原理是：CNC系统 在控制加工过程中，能逐点计算和判别刀具的 运动轨迹与给定轨迹的偏差，并根据偏差控制 进给轴向给定轮廓方向靠近，使加工轮廓逼近 给定轮廓曲线。逐点比较法是以折线来逼近直 线或圆弧曲线，它与给定的直线或圆弧之间的 最大误差不超过一个脉冲当量，因此只要将脉 冲当量，即坐标轴进给一步的距离取得足够小， 就可满足加工精度的要求。
数控系统（CNC装置）：是数控机床的控制核心，一 般是一台专用的计算机。
驱动装置：是数控机床执行机构的驱动部分，包括主 轴电动机、进给伺服电动机等。
辅助装置：指数控机床的一些配套部件，包括刀库、 液压装置、气动装置、冷却系统、排屑装置、夹具、 换刀机械手等。
数控机床的组成
机床数控系统的基本工作流程如图l.1所 示。
每向x或y方向进给一步，均进行∑N减1计算，当∑N减至零时即到终点，停止 插补。另一种方法是分别求出x坐标和y坐标应进给的步数，即∣xe∣和 ∣ye∣的值，当沿x方向进给一步时，Nx－1；当沿y方向进给一步时， Ny－1；当Nx和Ny都为零时，达到终点，停止插补。
逐点比较直线插补
举例 设在第一象限插补直线段OA，起点为坐
拢，以缩小偏差。当时，向+x方向前进一步；当时，向+y方向前进一步。 （3）新偏差计算 进给一步后，计算新加工点与零件轮廓的偏差，作为下一步偏差判别的依据。
计算公式为式（1.1）或式（1.2）。 （4）终点判别 判别终点的方法有两种，一是计算出x和y方向坐标所要进给的总步数，即
N ( xe x0 ) ( ye y0 ) xe ye
第一章 数控机床概述
第一章数控机床概述数控技术是综合应用计算机、自动控制、自动检测及精密机械等高新技术的产物，它已开始在各个领域普及，并且它所带来的巨大效益已引起了世界各国科技与工业届的普遍重视。
20世纪40年代以来，汽车、飞机和导弹制造工业开展迅速，原来的加工设备已无法承当加工航空工业需要的复杂型面零件。
数控技术是为了解决复杂型面零件加工的自动化而产生的。
1948年，美国帕森斯〔Parsons〕公司在研制加工直升机叶片轮廓检验用样板的机床时，首先提出了应用电子计算机控制机床加工样板曲线的设想。
后来与美国空军签订合同，帕森斯〔Parsons〕公司与麻省理工学院〔MIT〕伺服机构研究所合作进行研制成功。
1952年试制成功第一台三坐标立式数控铣床。
后来，又经过改良并开展自动编程技术的研究，于1955年进入实验阶段，这对加工复杂曲面和促进美国飞机制造业的开展起了重要作用。
1958年我国开始研制数控机床，1975年研制出第一台加工中心。
目前，在数控技术领域，我国同先进国家之间还存在不小的差距，但这种差距正在缩小。
数控技术的应用也从机床控制拓展到其他控制设备，如数控电火花线切割机床、数控测量机和工业机器人等。
机床的产生与开展科学技术和社会生产的不断开展，对机械产品的性能、质量、生产率和本钱提出了越来越高的要求。
机械加工工艺过程自动化是实现上述要求的重要技术措施之一。
单件、小批生产占机械加工的80%左右，一种适合于产品更新换代快、品种多、质量和生产率高、本钱低的自动化生产设备的应用已迫在眉睫。
而数控机床那么能适应这种要求，满足目前生产需求。
数控机床的产生与开展过程1946年诞生了世界上第一台电子计算机，它为人类进入信息社会奠定了根底。
1952年，计算机技术应用到机床上，在美国诞生了第一台数控机床。
从此，传统机床产生了质的变化。
近半个世纪以来，数控机床经历了两大阶段和六代的开展。
1.数控〔NC〕阶段〔1952年-1970年〕早期计算机的运算速度底,这对当时的科学计算和数据处理影响还不大,但不能适应机床的实施控制要求.人们不得不采用数字逻辑电路制成一台机床专用计算机作为数控系统,这被称为硬件连接数控(HARD-WIRED NC),简称为数控(NC) 。
第1章数控机床概述
X、Y、Z的行程大小决定了加工零件的大小。
坐标行程可直接体现机床的加工能力。 （4）摆角范围
主轴摆角大小直接影响加工零件空间部位的能力。
（5）刀库容量和换刀时间 刀库容量和换刀时间直接影响数控机床的生产效率。
目前常见的中小型加工中心刀库容量多为24把，大型加工 心可达100把以上。
目前国外先进加工中心的刀具交换时间普遍已在1s左右，高 的已达0.5s。
2.直线控制数控机床
控制刀具或工作台以一定的速 度沿直线从一个点移动到另一 个点。 移动过程中进行切削加工。
可控轴数一般为2～3个，但联 动轴数只有1个。 代表机床：简易数控车、数控 铣。
第1章 数控机床概述
3.轮廓控制数控机床 可以同时控制两个或两个以上的坐标 轴进行加工 连续控制加工过程中每个点的坐标和 速度，以形成所需的曲线或曲面。 根据联动轴数可细分为2轴联动、2.5 轴联动、3轴联动、4轴联动、5轴联动。 除了少数专用数控机床，如数控钻床、 冲床等以外，现代数控机床都具有轮 廓控制功能。
第1章 数控机床概述
第二代：1959年 采用晶体管电路的NC系统
同年，出现了带有刀库和自动换刀装置的数控机床，称为“ 工中心”。
从1960年开始，德国、日本等工业国家都陆续开发、生产 用数控机床。
第三代：1965年 采用小规模集成电路
以上三代属于NC阶段（1952～1970年）， 即硬件逻辑数控系统。其特点是：由硬件数字 逻辑电路“搭”成专用的计算机作为数控系统。
第1章 数控机床概述
本章教学学时：4学时
本章教学要求
数控机床的基本概念和分类； 数控机床的组成 。 数控机床的组成和分类
重点