1、数控机床基本知识内容内容1.1 数控机床的产生与发展趋势 1.2 数控机床工作原理与分类 1.3 数控机床坐标系 1.4 数控机床的主要指标 1948年年，美国帕森斯公司在研制加工直升飞机叶片轮廓，美国帕森斯公司在研制加工直升飞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来加工样板曲线的机床来加工样板曲线的设想设想。后来受后来受美国空军美国空军委托，委托，帕森斯公司帕森斯公司与与麻省理工学院伺服麻省理工学院伺服机构研究所机构研究所合作进行研制工作。合作进行研制工作。1952年试制成功第一台三年试制成功第一台三坐标立式数控铣床坐标
2、立式数控铣床。后来，又经过改进并开展自动编程。后来，又经过改进并开展自动编程技术的研究，于技术的研究，于1955年进入实用阶段年进入实用阶段，这对于加工复杂曲，这对于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。面和促进美国飞机制造业的发展起了重要作用。下一页上一页返回 1958年我国开始研制数控机床年我国开始研制数控机床，1975年又研制出第年又研制出第一台加工中心一台加工中心。目前，在数控技术领域，我国同先。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小。数控技术的应
3、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。工业机器人等。上一页返回1.1 数控机床的产生与发展趋势数控机床的产生与发展趋势 1.1.1数控机床的产生与发展过程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。六年后，即在会奠定了基础。六年后，即在1952年，计算机技术应用到了机年，计算机技术应用到了机床上，在美国诞生了第一台数控机床。从此，传统机床产生床上，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
4、化。近半个世纪以来，数控机床经历了了质的变化。近半个世纪以来，数控机床经历了两个阶段和两个阶段和六代的发展六代的发展。1数控（数控（NC）阶段（）阶段（19521970年）年）早期计算机的运算速度低，这对当时的科学计算和数据处理早期计算机的运算速度低，这对当时的科学计算和数据处理影响还不大，但不能适应机床实时控制的要求。人们不得不影响还不大，但不能适应机床实时控制的要求。人们不得不采用采用数字逻辑电路数字逻辑电路制成一台机床专用计算机作为数控系统，制成一台机床专用计算机作为数控系统，被称为被称为硬件连接数控硬件连接数控（HARD-WIRED NC），简称为），简称为数控数控（NC）。随着元器件
5、的发展，）。随着元器件的发展，这个阶段历经了三代这个阶段历经了三代，即，即1952年第一代年第一代电子管；电子管；1959年第二代年第二代晶体管；晶体管；1965年第三年第三代代小规模集成电路小规模集成电路。下一页返回1.1 数控机床的产生与发展趋势数控机床的产生与发展趋势 2计算机数控（计算机数控（CNC）阶段（）阶段（1970现在）现在）直到直到1970年年，通用小型计算机通用小型计算机业已出现并成批生产，业已出现并成批生产，其运算速度比五、六十年代有了大幅度的提高，这比其运算速度比五、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。于是将它移逻辑电路专用计算机成本低、可
6、靠性高。于是将它移植过来作为数控系统的核心部件，从此进入了植过来作为数控系统的核心部件，从此进入了计算机计算机数控（数控（CNC）阶段）阶段。1971年年，美国，美国Intel公司公司在世界上在世界上第一次将计算机的两个最核心的部件第一次将计算机的两个最核心的部件运算器和控运算器和控制器，采用制器，采用大规模集成电路大规模集成电路技术集成在一块芯片上，技术集成在一块芯片上，称之为称之为微处理器微处理器（MICRO-PROCESSOR），又称），又称中央中央处理单元（简称处理单元（简称CPU）。1974年年，微处理器被应用于微处理器被应用于数控系统数控系统。上一页 下一页返回1.1 数控机床的产
7、生与发展趋势数控机床的产生与发展趋势 因为微处理器是通用计算机的核心部件，故仍称为计算机数因为微处理器是通用计算机的核心部件，故仍称为计算机数控。控。到了到了1990年年，PC机机（个人计算机，国内习称微机）的性（个人计算机，国内习称微机）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，而且求，而且PC机生产批量很大，价格便宜，可靠性高。机生产批量很大，价格便宜，可靠性高。数控系数控系统从此进入了基于统从此进入了基于PC的阶段。的阶段。总之，总之，计算机数控阶段也经历了三代计算机数控阶段也经历了三代，即，即1970年第四代年第四代
8、小型计算机；小型计算机；1974年第五代年第五代微处理器；微处理器；1990年第六代年第六代基于基于PC（国外称为（国外称为PC-BASED）。数字控制数字控制，简称数控（，简称数控（Numerical Control）是）是利用数字指令利用数字指令对机械动作进行控制的方法对机械动作进行控制的方法。它具有如下。它具有如下特点特点：上一页 下一页返回1.1 数控机床的产生与发展趋势数控机床的产生与发展趋势（1）可用不同的字长表示不同精度的信息，表达信息准确。）可用不同的字长表示不同精度的信息，表达信息准确。（2）可进行逻辑、算术运算，也可以进行复杂的信息处理。）可进行逻辑、算术运算，也可以进行复
9、杂的信息处理。（3）可不用改动电路或机械机构，通过改变软件来改变信息）可不用改动电路或机械机构，通过改变软件来改变信息处理的方式，具有柔性化。处理的方式，具有柔性化。数控系统数控系统（Numerical Control system）是采用数字控制的系统。）是采用数字控制的系统。计算机数控系统计算机数控系统（Computer Numerical Control）是用计算机）是用计算机控制实现数控功能的系统。控制实现数控功能的系统。上一页 下一页返回1.1 数控机床的产生与发展趋势数控机床的产生与发展趋势 数控机床数控机床（Numerical Control Machine Tools）是）是用
10、数字指令进用数字指令进行控制的机床行控制的机床，机床的所有运动，包括主运动、进给运动与各，机床的所有运动，包括主运动、进给运动与各种辅助运动都是用输入数控装置的数字信号来控制的，其加工种辅助运动都是用输入数控装置的数字信号来控制的，其加工过程可用如过程可用如图图1-1所示的框图来描述。所示的框图来描述。数控技术数控技术（Numerical Control technology）是）是用数字量及字符用数字量及字符发出指令并实现自动控制的技术发出指令并实现自动控制的技术。目前，计算机辅助设计与制。目前，计算机辅助设计与制造（造（CAD/CAM）、柔性制造系统（）、柔性制造系统（FMS）、计算机集成
11、制造系）、计算机集成制造系统（统（CIMS）、敏捷制造（）、敏捷制造（AM）和智能制造（）和智能制造（IM）等先进制造）等先进制造技术都建立在数控技术基础上。技术都建立在数控技术基础上。上一页 下一页返回1.1 数控机床的产生与发展趋势数控机床的产生与发展趋势 数控加工技术数控加工技术是是指高效、优质地实现产品零件特别是复杂零件指高效、优质地实现产品零件特别是复杂零件加工的技术加工的技术，它是自动化、柔性化、敏捷化和数字化制造加工，它是自动化、柔性化、敏捷化和数字化制造加工的基础与关键技术。的基础与关键技术。计算机辅助设计和制造计算机辅助设计和制造简称简称CAD/CAM，是以计算机作为主要技是
12、以计算机作为主要技术手段，处理各种数字信息与图形信息，辅助完成从产品设计术手段，处理各种数字信息与图形信息，辅助完成从产品设计到加工制造整个过程的各项活动到加工制造整个过程的各项活动。模具。模具CAD/CAM技术的主要特技术的主要特点是设计与制造过程的紧密联系点是设计与制造过程的紧密联系设计制造一体化，其实质是设计制造一体化，其实质是设计和制造的综合计算机化，主要设计与制造加工的是各类模设计和制造的综合计算机化，主要设计与制造加工的是各类模具零件。目前这类软件较多，具零件。目前这类软件较多，典型的典型的CAD/CAM软件主要软件主要有有Master CAM、CAXA、I-DEAS、UG、CAT
13、IA等，其中我国应用等，其中我国应用较多的有较多的有Master CAM、CAXA、Pro/E、UG等软件。等软件。上一页 下一页返回1.1 数控机床的产生与发展趋势数控机床的产生与发展趋势 1.1.2 数控机床的特点数控机床的特点 数控机床具有较普通机床切削加工无法比拟的优点：数控机床具有较普通机床切削加工无法比拟的优点：1对加工对象的适应性强对加工对象的适应性强 适应模具等产品单件生产的特点，为模具的制造提供了适合适应模具等产品单件生产的特点，为模具的制造提供了适合的加工方法。的加工方法。2加工精度高加工精度高 当前的数控装置脉冲当量一般达到了当前的数控装置脉冲当量一般达到了0.001mm
14、，而且运动执行，而且运动执行机构的误差（如反向间隙、螺距误差等）均可以通过数控系机构的误差（如反向间隙、螺距误差等）均可以通过数控系统的误差补偿计算予以消除，因此数控机床加工精度较高，统的误差补偿计算予以消除，因此数控机床加工精度较高，大大适应了模具高精度的加工要求。大大适应了模具高精度的加工要求。上一页 下一页返回1.1 数控机床的产生与发展趋势数控机床的产生与发展趋势 3生产效率高、经济效益好生产效率高、经济效益好 零件加工所需的时间包括机动时间和加工辅助时间两部分。数零件加工所需的时间包括机动时间和加工辅助时间两部分。数控机床的快速移动和停止采用了加、减速措施，提高了运动速控机床的快速移
15、动和停止采用了加、减速措施，提高了运动速度，且保证了定位精度，有效地缩短了加工时间。同时，由于度，且保证了定位精度，有效地缩短了加工时间。同时，由于数控机床对市场需求响应快，生产效率高，使总成本下降，可数控机床对市场需求响应快，生产效率高，使总成本下降，可获得良好的经济效益。获得良好的经济效益。4可靠性高可靠性高 衡量可靠性的重要量化指标是衡量可靠性的重要量化指标是平均无故障时间平均无故障时间（MTBF），即），即一台数控机床在使用中两次故障间隔的平均时间，一般用总工一台数控机床在使用中两次故障间隔的平均时间，一般用总工作时间除以总故障次数来计算。目前世界先进的作时间除以总故障次数来计算。目前
16、世界先进的CNC系统的系统的MTBF约为约为10000100000h，大部分在，大部分在1000030000h，而我国，而我国的的MTBF1500h。上一页 下一页返回1.1 数控机床的产生与发展趋势数控机床的产生与发展趋势 5减轻了操作者劳动强度减轻了操作者劳动强度 数控机床加工是自动进行的，工件加工过程不需要人工干预，数控机床加工是自动进行的，工件加工过程不需要人工干预，且自动化程度较高，大大改善了操作者的劳动强度。且自动化程度较高，大大改善了操作者的劳动强度。6有利于生产管理的现代化有利于生产管理的现代化 数控机床使用数字信息与标准代码处理、传递信息，使用了数控机床使用数字信息与标准代码
17、处理、传递信息，使用了计算机控制方法，为计算机辅助设计、制造及管理一体化奠计算机控制方法，为计算机辅助设计、制造及管理一体化奠定了基础。定了基础。7具有很强的通信功能具有很强的通信功能 数控机床通常具有数控机床通常具有RS-232接口，有的还备有接口，有的还备有DNC接口，可与接口，可与CAD/CAM软件的设计与制造相结合。高档机床还可与软件的设计与制造相结合。高档机床还可与MAP（制造自动化协议）相连，接入工厂的通信网络，适应于（制造自动化协议）相连，接入工厂的通信网络，适应于FMS、CIMS的应用要求。的应用要求。上一页 下一页返回1.1 数控机床的产生与发展趋势数控机床的产生与发展趋势
18、当然，当然，数控机床在应用中也有其数控机床在应用中也有其不足之处不足之处：1初始投资大；初始投资大；2维护工作量大；维护工作量大；3对操作者的技能水平要求较高对操作者的技能水平要求较高。1.1.3 数控机床的应用数控机床的应用 数控机床具有普通机床不具备的许多优点，数控机床的应用数控机床具有普通机床不具备的许多优点，数控机床的应用范围正在不断扩大，但范围正在不断扩大，但目前它并不能完全代替普通机床目前它并不能完全代替普通机床，也，也还不能以最经济的方式解决机械加工中的所有问题。还不能以最经济的方式解决机械加工中的所有问题。数控机数控机床最适合加工具有以下特点的工件：床最适合加工具有以下特点的工
19、件：上一页 下一页返回1.1 数控机床的产生与发展趋势数控机床的产生与发展趋势 1多品种小批量生产的工件。多品种小批量生产的工件。2形状结构比较复杂的工件。形状结构比较复杂的工件。3需要频繁改型的工件。需要频繁改型的工件。4价格昂贵，不允许报废的关键工件。价格昂贵，不允许报废的关键工件。5需要最少周期的急需工件。需要最少周期的急需工件。6批量较大、高精度、高要求的工件批量较大、高精度、高要求的工件。由于数控机床的自动化加工可减少操作工人，生产效率高。由于数控机床的自动化加工可减少操作工人，生产效率高。因此，用数控机床加工，在经济上也是可行的。因此，用数控机床加工，在经济上也是可行的。上一页 下
20、一页返回1.1 数控机床的产生与发展趋势数控机床的产生与发展趋势 由于数控系统本身的复杂性，又由于数控系统本身的复杂性，又增加了维修的技术难度和维修增加了维修的技术难度和维修费用费用。广泛推广数控机床的最大障碍是设备的初始投资大。广泛推广数控机床的最大障碍是设备的初始投资大。考虑到上述种种原因，在决定选择数控机床加工时，需要进行考虑到上述种种原因，在决定选择数控机床加工时，需要进行科学的技术经济分析，使数控机床发挥它最大的经济效益。科学的技术经济分析，使数控机床发挥它最大的经济效益。1.1.4 数控机床的发展趋势数控机床的发展趋势 回顾数控机床的发展，其回顾数控机床的发展，其主要经历了三个阶段
21、主要经历了三个阶段：NC阶段、阶段、CNC阶段和阶段和ONC（Open Numerical Control)阶段阶段。上一页 下一页返回1.1 数控机床的产生与发展趋势数控机床的产生与发展趋势 NC与与CNC的主要区别在于的主要区别在于：NC的内部结构为的内部结构为硬接线系统硬接线系统，机床，机床的控制功能不能轻易改变；的控制功能不能轻易改变；CNC的内部结构为的内部结构为软接线系统软接线系统，机，机床的控制功能随系统控制程序（软件）的变化而变化。床的控制功能随系统控制程序（软件）的变化而变化。为了满足市场和科学技术发展的需要，为了达到现代制造技术为了满足市场和科学技术发展的需要，为了达到现代
22、制造技术对数控技术提出的更高的要求，对数控技术提出的更高的要求，当前，世界数控技术及其装备当前，世界数控技术及其装备发展趋势主要体现在以下几个方面发展趋势主要体现在以下几个方面：1高速、高效、高精度、高可靠性高速、高效、高精度、高可靠性 要提高加工效率，首先必须提高切削和进给速度，同时还要缩要提高加工效率，首先必须提高切削和进给速度，同时还要缩短加工时间；要确保加工质量，必须提高机床部件运动轨迹的短加工时间；要确保加工质量，必须提高机床部件运动轨迹的精度，而可靠性则是上述目标的基本保证。为此，必须要有高精度，而可靠性则是上述目标的基本保证。为此，必须要有高性能的数控装置作保证。性能的数控装置作
23、保证。上一页 下一页返回1.1 数控机床的产生与发展趋势数控机床的产生与发展趋势（1）高速、高效）高速、高效 机床向高速化方向发展，可充分发挥现代刀具材料的性能，机床向高速化方向发展，可充分发挥现代刀具材料的性能，不但可大幅度提高加工效率、降低加工成本，而且还可提高不但可大幅度提高加工效率、降低加工成本，而且还可提高零件的表面加工质量和精度。超高速加工技术对制造业实现零件的表面加工质量和精度。超高速加工技术对制造业实现高效、优质、低成本生产有广泛的适用性。高效、优质、低成本生产有广泛的适用性。新一代数控机床（含加工中心）只有通过高速化大幅度缩短新一代数控机床（含加工中心）只有通过高速化大幅度缩
24、短切削工时才可能进一步提高其生产率。超高速加工特别是超切削工时才可能进一步提高其生产率。超高速加工特别是超高速铣削与新一代高速数控机床特别是高速加工中心的开发高速铣削与新一代高速数控机床特别是高速加工中心的开发应用紧密相关。随着超高速切削机理、超硬耐磨长寿命刀具应用紧密相关。随着超高速切削机理、超硬耐磨长寿命刀具材料和磨料磨具，大功率高速电主轴、高加材料和磨料磨具，大功率高速电主轴、高加/减速度直线电机减速度直线电机驱动进给部件以及高性能控制系统（含监控系统）和防护装驱动进给部件以及高性能控制系统（含监控系统）和防护装置等一系列技术领域中关键技术的解决，应不失时机地开发置等一系列技术领域中关键
25、技术的解决，应不失时机地开发应用新一代高速数控机床。应用新一代高速数控机床。上一页 下一页返回1.1 数控机床的产生与发展趋势数控机床的产生与发展趋势 依靠快速、准确的数字量传递技术对高性能的机床执行部件进依靠快速、准确的数字量传递技术对高性能的机床执行部件进行高精密度、高响应速度的实时处理，由于采用了新型刀具，行高精密度、高响应速度的实时处理，由于采用了新型刀具，车削和铣削的切削速度已达到车削和铣削的切削速度已达到50008000 m/min以上；主轴转以上；主轴转数在数在30000 r/min(有的高达有的高达10万万r/min)以上；工作台的移动速度以上；工作台的移动速度（进给速度），在
26、分辨率为（进给速度），在分辨率为1微米时，在微米时，在100 m/min（有的到（有的到200 m/min）以上，在分辨率为）以上，在分辨率为0.1um时，在时，在24 m/min以上；自动换以上；自动换刀速度在刀速度在1秒以内；小线段插补进给速度达到秒以内；小线段插补进给速度达到12 m/min。一方面。一方面根据高效率、大批量生产的需求和电子驱动技术的飞速发展以根据高效率、大批量生产的需求和电子驱动技术的飞速发展以及高速直线电机的推广应用，另一方面根据新产品更新换代周及高速直线电机的推广应用，另一方面根据新产品更新换代周期加快，模具、航空、军事等工业的加工零件不但复杂而且品期加快，模具、航
27、空、军事等工业的加工零件不但复杂而且品种增多。因此开发出一批高效、高速响应的数控机床以满足模种增多。因此开发出一批高效、高速响应的数控机床以满足模具、汽车和农机等行业的需求势在必行。具、汽车和农机等行业的需求势在必行。上一页 下一页返回1.1 数控机床的产生与发展趋势数控机床的产生与发展趋势（2）高精度）高精度 从精密加工发展到超精密加工（特高精度加工），是世界各工从精密加工发展到超精密加工（特高精度加工），是世界各工业强国致力发展的方向。其精度从微米级到亚微米级，乃至纳业强国致力发展的方向。其精度从微米级到亚微米级，乃至纳米级（米级（10nm），其应用范围日趋广泛。超精密加工主要包括），其应
28、用范围日趋广泛。超精密加工主要包括超精密切削（车、铣）、超精密磨削、超精密研磨抛光以及超超精密切削（车、铣）、超精密磨削、超精密研磨抛光以及超精密特种加工（三束加工及微细电火花加工、微细电解加工和精密特种加工（三束加工及微细电火花加工、微细电解加工和各种复合加工等）。随着现代科学技术的发展，对超精密加工各种复合加工等）。随着现代科学技术的发展，对超精密加工技术不断提出了新的要求。新材料及新零件的出现，更高精度技术不断提出了新的要求。新材料及新零件的出现，更高精度要求的提出等都需要超精密加工工艺，发展新型超精密加工机要求的提出等都需要超精密加工工艺，发展新型超精密加工机床，完善现代超精密加工技术
29、，以适应现代科技的发展。床，完善现代超精密加工技术，以适应现代科技的发展。上一页 下一页返回1.1 数控机床的产生与发展趋势数控机床的产生与发展趋势 精密化是为了适应高新技术发展的需要，也是为了提高数控机精密化是为了适应高新技术发展的需要，也是为了提高数控机床的性能、质量和可靠性，减少其装配时的工作量从而提高装床的性能、质量和可靠性，减少其装配时的工作量从而提高装配效率的需要。随着高新技术的发展和对数控机床性能与质量配效率的需要。随着高新技术的发展和对数控机床性能与质量要求的提高，机床用户对机床加工精度的要求也越来越高。为要求的提高，机床用户对机床加工精度的要求也越来越高。为了满足用户的需要，
30、近了满足用户的需要，近10多年来，普通级数控机床的加工精度多年来，普通级数控机床的加工精度已由已由10m提高到提高到5m，精密级加工中心的加工精度则从，精密级加工中心的加工精度则从35m，提高到，提高到11.5m。上一页 下一页返回1.1 数控机床的产生与发展趋势数控机床的产生与发展趋势（3）高可靠性）高可靠性 高可靠性是指数控系统的可靠性要高于被控设备的可靠性在一高可靠性是指数控系统的可靠性要高于被控设备的可靠性在一个数量级以上，但也不是可靠性越高越好，仍然是适度可靠，个数量级以上，但也不是可靠性越高越好，仍然是适度可靠，因为是商品，受性能价格比的约束。对于每天工作两班的无人因为是商品，受性
31、能价格比的约束。对于每天工作两班的无人工厂而言，如果要求在工厂而言，如果要求在16小时内连续正常工作，无故障率小时内连续正常工作，无故障率P(t)99%以上的话，则数控机床的平均无故障运行时间以上的话，则数控机床的平均无故障运行时间MTBF就必就必须大于须大于3000小时。小时。上一页 下一页返回1.1 数控机床的产生与发展趋势数控机床的产生与发展趋势 MTBF大于大于3000小时，对于由不同数量的数控机床构成的无人小时，对于由不同数量的数控机床构成的无人化工厂差别就大多了，我们只对一台数控机床而言，如主机与化工厂差别就大多了，我们只对一台数控机床而言，如主机与数控系统的失效率之比为数控系统的
32、失效率之比为10：1的话（数控的可靠比主机高一个的话（数控的可靠比主机高一个数量级）。此时数控系统的数量级）。此时数控系统的MTBF就要大于就要大于33333.3小时，而其小时，而其中的数控装置、主轴及驱动等的中的数控装置、主轴及驱动等的MTBF就必须大于就必须大于10万小时。万小时。当前国外数控装置的当前国外数控装置的MTBF值已达值已达6000小时以上，驱动装置达小时以上，驱动装置达30000小时以上。小时以上。上一页 下一页返回1.1 数控机床的产生与发展趋势数控机床的产生与发展趋势 2模块化、智能化、柔性化和集成化模块化、智能化、柔性化和集成化（1）模块化、专门化与个性化）模块化、专门
33、化与个性化 为了适应数控机床多品种、小批量的特点，机床结构模块化，为了适应数控机床多品种、小批量的特点，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。个性化是近几年来数控机床特别明显的发展趋势。性化是近几年来数控机床特别明显的发展趋势。（2）智能化）智能化 智能化的内容包括在数控系统中的各个方面，分别如下：智能化的内容包括在数控系统中的各个方面，分别如下：上一页 下一页返回1.1 数控机床的产生与发展趋势数控机床的产生与发展趋势 为追求加工效率和加工质量方面的智能化，如自适应控制，为追求加工效率和加工质量方面的智能化，如自
34、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；智能诊能化，如智能化的自动编程，智能化的人机界面等；智能诊断、智能监控方面的内容，方便系统的诊断及维修等。断、智能监控方面的内容，方便系统的诊断及维修等。（3）柔性化和集成化）柔性化和集成化 数控机床向柔性自动化系统发展的趋势是：从
35、点（数控单机、数控机床向柔性自动化系统发展的趋势是：从点（数控单机、加工中心和数控复合加工机床）、线（加工中心和数控复合加工机床）、线（FMC、FMS、FTL、FML）向面（工段车间独立制造岛、）向面（工段车间独立制造岛、FA）、体（）、体（CIMS、分布、分布式网络集成制造系统）的方向发展，另一方面向注重应用性式网络集成制造系统）的方向发展，另一方面向注重应用性和经济性方向发展。柔性自动化技术是制造业适应动态市场和经济性方向发展。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
36、技术。趋势，是先进制造领域的基础技术。上一页 下一页返回1.1 数控机床的产生与发展趋势数控机床的产生与发展趋势 其重点是以提高系统的可靠性、实用化为前提，以易于联网和其重点是以提高系统的可靠性、实用化为前提，以易于联网和集成为目标；注重加强单元技术的开拓、完善；集成为目标；注重加强单元技术的开拓、完善；CNC单机向高单机向高精度、高速度和高柔性方向发展；数控机床及其构成柔性制造精度、高速度和高柔性方向发展；数控机床及其构成柔性制造系统能方便地与系统能方便地与CAD、CAM、CAPP、MTS联结，向信息集成方联结，向信息集成方向发展；网络系统向开放、集成和智能化方向发展。向发展；网络系统向开放
37、、集成和智能化方向发展。3开放性开放性 为适应数控进线、联网、普及型个性化、多品种、小批量、柔为适应数控进线、联网、普及型个性化、多品种、小批量、柔性化及数控迅速发展的要求，最重要的发展趋势是体系结构的性化及数控迅速发展的要求，最重要的发展趋势是体系结构的开放性，设计生产开放式的数控系统，例如美国、欧共体及日开放性，设计生产开放式的数控系统，例如美国、欧共体及日本发展开放式数控的计划等。本发展开放式数控的计划等。上一页 下一页返回1.1 数控机床的产生与发展趋势数控机床的产生与发展趋势 4出现新一代数控加工工艺与装备出现新一代数控加工工艺与装备 为适应制造自动化的发展，向为适应制造自动化的发展
38、，向FMC、FMS和和CIMS提供基础设提供基础设备，要求数字控制制造系统不仅能完成通常的加工功能，而备，要求数字控制制造系统不仅能完成通常的加工功能，而且还要具备自动测量、自动上下料、自动换刀、自动更换主且还要具备自动测量、自动上下料、自动换刀、自动更换主轴头（有时带坐标变换）、自动误差补偿、自动诊断、进线轴头（有时带坐标变换）、自动误差补偿、自动诊断、进线和联网等功能，广泛地应用于和联网等功能，广泛地应用于机器人和物流系统机器人和物流系统。FMC、FMS，Web-based制造制造及及无图纸制造技术无图纸制造技术。围绕数控技术、制造过程技术在围绕数控技术、制造过程技术在快速成型快速成型、并
39、联机构机床并联机构机床、机器人化机床机器人化机床、多功能机床多功能机床等整机方面和高速电主轴、直线等整机方面和高速电主轴、直线电机、软件补偿精度等单元技术方面先后有所突破。并联杆电机、软件补偿精度等单元技术方面先后有所突破。并联杆系结构的新型数控机床实用化。这种虚拟轴数控机床用软件系结构的新型数控机床实用化。这种虚拟轴数控机床用软件的复杂性代替传统机床机构的复杂性，开拓了数控机床发展的复杂性代替传统机床机构的复杂性，开拓了数控机床发展的新领域。的新领域。上一页 下一页返回1.1 数控机床的产生与发展趋势数控机床的产生与发展趋势 以计算机辅助管理和工程数据库、因特网等为主体的制造信以计算机辅助管
40、理和工程数据库、因特网等为主体的制造信息支持技术和智能化决策系统。对机械加工中海量信息进行息支持技术和智能化决策系统。对机械加工中海量信息进行存储和实时处理。应用数字化网络技术，使机械加工整个系存储和实时处理。应用数字化网络技术，使机械加工整个系统趋于资源合理支配并高效地应用。统趋于资源合理支配并高效地应用。由于采用了由于采用了神经网络控制技术神经网络控制技术、模糊控制技术模糊控制技术、数字化网络数字化网络技术技术，机械加工向，机械加工向虚拟制造虚拟制造的方向发展。的方向发展。总之，新一代数控系统技术水平大大提高，促进了数控机床总之，新一代数控系统技术水平大大提高，促进了数控机床性能向高精度、
41、高速度、高柔性化方向发展，使柔性自动化性能向高精度、高速度、高柔性化方向发展，使柔性自动化加工技术水平不断提高。加工技术水平不断提高。上一页返回补充：虚拟制造 虚拟制造（虚拟制造（VM：Virtual Manufacturing）是对真实产）是对真实产品制造的动态模拟，是一种在计算机上进行而不消耗品制造的动态模拟，是一种在计算机上进行而不消耗物理资源的模拟制造软件技术。它具有建模和仿真环物理资源的模拟制造软件技术。它具有建模和仿真环境，使产品从生产过程、工艺计划、调度计划、后勤境，使产品从生产过程、工艺计划、调度计划、后勤供应以及财会、采购和管理等一种集成的、综合的制供应以及财会、采购和管理等
42、一种集成的、综合的制造环境，在真实产品的制造活动之前，就能预测产品造环境，在真实产品的制造活动之前，就能预测产品的功能以及制造系统状态，从而可以作出前瞻性的决的功能以及制造系统状态，从而可以作出前瞻性的决策和优化实施方案。策和优化实施方案。虚拟现实技术、建模技术与仿真技术是虚拟制造的核虚拟现实技术、建模技术与仿真技术是虚拟制造的核心技术。心技术。1.2 数控机床工作原理与分类数控机床工作原理与分类 1.2.1 数控机床的组成数控机床的组成 数控机床数控机床是是利用数控技术，准确地按照事先编制好利用数控技术，准确地按照事先编制好的程序，自动加工出所需工件的机电一体化设备。的程序，自动加工出所需工
43、件的机电一体化设备。数控机床的组成数控机床的组成通常是由通常是由程序载体、程序载体、CNC装置、伺装置、伺服系统、检测与反馈装置、辅助装置、机床本体，服系统、检测与反馈装置、辅助装置、机床本体，如如图图1-2所示所示。1程序载体程序载体 程序载体是用于存取零件加工程序的装置。可将加程序载体是用于存取零件加工程序的装置。可将加工程序以特殊的格式和代码存储在载体上，常用的工程序以特殊的格式和代码存储在载体上，常用的有磁盘、磁带、硬盘和闪存卡等有磁盘、磁带、硬盘和闪存卡等。下一页返回1.2 数控机床工作原理与分类数控机床工作原理与分类 由于复杂模具和大型零件的加工程序占用内存空间大与网络由于复杂模具
44、和大型零件的加工程序占用内存空间大与网络DNC技术的发展，目前将技术的发展，目前将加工程序的执行方式按数控机床控制加工程序的执行方式按数控机床控制系统的内存空间大小分为两种方式系统的内存空间大小分为两种方式：一种是采用一种是采用CNC方式，即方式，即先将加工程序输入机床，然后调出来执行；另一种是采用先将加工程序输入机床，然后调出来执行；另一种是采用DNC方式，即将机床与计算机连接，机床的内存作为存储缓冲区，方式，即将机床与计算机连接，机床的内存作为存储缓冲区，加工程序由计算机一边传送，机床一边执行加工程序由计算机一边传送，机床一边执行。2CNC装置（又称计算机数控装置）装置（又称计算机数控装置
45、）CNC装置是装置是CNC系统的核心，系统的核心，主要包括主要包括微处理器（微处理器（CPU）、存储）、存储器、局部总线、外围逻辑电路和输入器、局部总线、外围逻辑电路和输入/输出控制输出控制等。等。CNC装置接受的是输入装置送来的脉冲信号；信号经过数控装装置接受的是输入装置送来的脉冲信号；信号经过数控装置的系统软件或逻辑电路进行编译、运算和逻辑处理后，输出置的系统软件或逻辑电路进行编译、运算和逻辑处理后，输出各种信号和指令，控制机床的各部分，使其进行规定的、有序各种信号和指令，控制机床的各部分，使其进行规定的、有序的动作。的动作。上一页 下一页返回1.2 数控机床工作原理与分类数控机床工作原理
46、与分类 3伺服系统伺服系统 伺服系统的作用伺服系统的作用是把来自数控装置的运动指令进行放大处理，是把来自数控装置的运动指令进行放大处理，驱动机床移动部件的运动，使工作台和主轴按规定的轨迹运驱动机床移动部件的运动，使工作台和主轴按规定的轨迹运动，加工出符合要求的产品动，加工出符合要求的产品。它的伺服精度和动态响应是影。它的伺服精度和动态响应是影响数控机床加工精度、表面质量和生产率的重要因素之一。响数控机床加工精度、表面质量和生产率的重要因素之一。伺服系统是数控系统和机床本体之间的电传动联系环节。伺服系统是数控系统和机床本体之间的电传动联系环节。伺伺服系统包括服系统包括驱动装置驱动装置和和执行装置
47、执行装置两大部分两大部分，常用的伺服电动，常用的伺服电动机有步进电动机、直流伺服电动机和交流伺服电动机。机有步进电动机、直流伺服电动机和交流伺服电动机。具体具体主要由主要由伺服电动机伺服电动机、驱动控制系统驱动控制系统和和位置检测与反馈装置位置检测与反馈装置等等组成。组成。上一页 下一页返回1.2 数控机床工作原理与分类数控机床工作原理与分类 伺服电动机是系统的执行元件，驱动控制系统则是伺服电动伺服电动机是系统的执行元件，驱动控制系统则是伺服电动机的动力源机的动力源。数控系统发出的指令信号与位置反馈信号比较。数控系统发出的指令信号与位置反馈信号比较后作为位移指令，再经过驱动系统的功率放大后，驱
48、动电动后作为位移指令，再经过驱动系统的功率放大后，驱动电动机运转，通过机械传动装置带动工作台或刀架运动。机运转，通过机械传动装置带动工作台或刀架运动。4检测与反馈装置检测与反馈装置 检测与反馈装置的作用是：检测与反馈装置的作用是：将机床导轨和主轴移动的位移量、将机床导轨和主轴移动的位移量、移动速度等参数检测出来，通过模数转换变成数字信号，并移动速度等参数检测出来，通过模数转换变成数字信号，并反馈到数控装置中，数控装置根据反馈回来的信息进行判断反馈到数控装置中，数控装置根据反馈回来的信息进行判断并发出相应的指令，纠正所产生的误差并发出相应的指令，纠正所产生的误差。上一页 下一页返回1.2 数控机
49、床工作原理与分类数控机床工作原理与分类 5辅助装置辅助装置 辅助装置是把计算机送来的辅助控制指令经机床接口转换成辅助装置是把计算机送来的辅助控制指令经机床接口转换成强电信号，用来控制主轴电动机起停、冷却液的开关及工作强电信号，用来控制主轴电动机起停、冷却液的开关及工作台的转位和换刀等动作台的转位和换刀等动作。辅助装置主要包括辅助装置主要包括自动换刀装置自动换刀装置ATC(Automatic Tool Changer）、自动交换工作台机构）、自动交换工作台机构APC(Automatic Pallet changer）、工件夹紧放松机构、回转工）、工件夹紧放松机构、回转工作台、液压控制系统、润滑装
50、置、切削液装置、排屑装置、作台、液压控制系统、润滑装置、切削液装置、排屑装置、过载和保护装置等。过载和保护装置等。6机床本体机床本体 数控机床的本体指其机械结构实体数控机床的本体指其机械结构实体。它与传统的普通机床相。它与传统的普通机床相比较，同样由主传动系统、进给传动机构、工作台、床身以比较，同样由主传动系统、进给传动机构、工作台、床身以及立柱等部分组成，但数控机床的整休布局、外观造型、传及立柱等部分组成，但数控机床的整休布局、外观造型、传动机构、工具系统及操作机构等方面都发生了很大的变化。动机构、工具系统及操作机构等方面都发生了很大的变化。为了满足数控技术的要求和充分发挥数控机床的特点，为
