数字控制技术与数控机床1

何谓数控技术和数控机床？
(1)数控技术(NumericalControlTechnology)是指用数字量及字符发出指令并实现自动控制的技术，是制造业实现自动化、柔性化、集成化生产的基础技术。

(2)数控机床(NumericalControlMachineTools)是指采用数字形式信息控制的机床。

凡是用数字化的代码将零件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量等记录在程序介质上，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，加工出所需要工件的一类机床称为数控机床。

国际上相关组织对数控机床下的定义是：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，或其他符号编码指令规定的程序。

简而言之，用数字化信息控制的自动控制技术称为数字控制技术；用数控技术控制的机床，或者说装备了数控系统的机床，称之为数控机床。

1。

数控机床与数控技术数控机床与数控技术数控机床是指利用数字化信息来控制机床动作和加工过程，在加工物料表面上快速而精确地形成给定形状和尺寸的机床。

它是现代机器制造的重要工具，广泛应用于航空、航天、汽车、模具、电子、医疗、轻工等领域。

与传统机床相比，数控机床具有许多优点，如高精度、高效率、高柔性、高可靠性等。

它可以通过编程来控制机床动作，从而实现计算机辅助制造。

通过优化加工过程、减少浪费、提高生产效率，数控机床显著降低了制造成本，提高了产品质量和可靠性。

数控技术是数字化信息技术在机械制造中的应用，是机械制造技术的重要领域。

数控技术包括数控系统、数控编程、数控加工和数控检测等方面，其中最核心的是数控系统。

数控系统是数控机床的核心，它包括程序输入、数据处理、控制指令和执行等部分，用于实现机床动作的精确控制。

数控编程是数控机床制造的必要条件，是数控技术的重要组成部分。

数控编程是制定数控机床加工成形的程序和命令，将加工过程转化为计算机能够理解的数值控制指令。

数控编程的精确性和可靠性是加工工艺准确性和可重复性的关键。

数控加工是利用数控机床对工件进行加工成形的过程，是数控技术最直接的体现。

数控加工的特点是处理精度高、速度快和精度稳定。

在传统的加工方式下，工艺质量和加工精度很难保证，而数控加工则可以在保证加工质量的同时大大提高加工效率。

数控检测是在数控加工完成后对工件进行质量检测和控制的过程。

数控机床本身具有一些检测功能，如运动精度检测、加工情况监测、自动调整等，这些功能可以帮助保证加工的一致性和可靠性。

同时，数控机床与测量设备的结合也可以实现对工件的数值比对、自动测试和数据分析等。

总之，数控机床和数控技术是现代化自动化制造的基础。

它们的发展不仅提高了机械制造行业的竞争力，而且对推进工业现代化和节能减排具有重要意义。

在不断发展的数控技术背景下，数控机床将成为未来制造的重要趋势，继续发挥着重要的作用。

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。

1、数字控制：一种借助数字、字符或其它符号对某一工作过程（如加工、测量、装配等）进行编程控制的自动化方法。

2、数控机床：是采用数字控制技术对机床的加工过程进行自动控制的一类机床3、加工中心：带有刀库和自动换刀装置的数控机床4、CNC：计算机数控系统以计算机为控制核心的数字控制系统5、DNC：直接数字控制系统是用一台通用计算机直接控制和管理一群数控机床进行零件加工或装配的系统6、FMC：柔性制造单元是由加工中心与自动交换工件的装置所组成，同时数控系统还增加了自动检测与工况自动监控等功能7、FMS：柔性制造系统由加工、物流、信息流组成的系统8、CIMS：计算机集成制造系统是生产设备的集成、以信息为特征的技术集成和功能集成。

9、插补：是根据给定进给速度和给定轮廓线形的要求，在轮廓的已知点之间，确定一些中间点的方法10、伺服系统：由伺服驱动电路和伺服驱动装置组成，并与机床上的执行部件和机械传动部件组成数控机床的进给系统11、开环进给伺服系统：不需要对实际位移和速度进行测量，不需要将所测得的实际位移和速度反馈到系统的输入端与输入的指令位置和速度进行比较的系统12、闭环进给伺服系统：将检测元件装在执行部件上，直接测量执行部件的实际位移来进行反馈的进给系统13、半闭环进给伺服系统：将检测元件安装在进给伺服系统传动链中的某一个环节上，间接测量执行部件的实际位移来进行反馈的进给系统14、PWM：晶体管脉冲调宽调速系统，是通过改变脉冲宽度的方法来改变电枢回路的平均电压，达到电机调速的目的15、脉冲当量：单位脉冲下，进给伺服系统驱动元件所给的最小位移。

16、并行处理：软件系统在同一时刻或同一时间间隔内完成两个或两个以上任务处理的方法17、主从结构：CNC装机上的多机系统，以一个CPU对资源有控制权，而其他CPU对资源无控制权；18、MTBF：平均无故障时间，是CNC系统寿命范围内总工作时间和总故障次数之比。

19、系统增益：进给伺服系统时间常数的导数。

数字控制的基本概念随着科技的不断发展，数字控制技术越来越普及，成为现代工业的重要组成部分。

数字控制技术的实现需要了解一些基本概念，下面将从数字控制技术的定义、分类、工作原理、应用领域等方面进行讨论。

一、数字控制技术的定义数字控制技术，简称NC技术，是指通过计算机控制数控设备进行加工、锻造、焊接、搬运等操作的技术。

它是数字化信息技术和机电一体化技术的融合，相对于传统的手工操作和机械操作，具有高效、精准、自动化等优点，可以大大提高生产效率和产品质量。

二、数字控制技术的分类数字控制技术按照控制对象可以分为数控机床、数控车床、数控行业机器人、数控搬运装置等；按照控制方式可以分为点位控制、直线控制、循环控制、插补控制等，其中插补控制是最为常用的控制方式。

三、数字控制技术的工作原理数字控制技术的工作原理是将人类设计好的数学模型转换成数控指令，由计算机控制数控系统进行加工或操作。

具体流程如下：1.设计加工零件的数学模型，通过CAD等软件制作出完整的3D模型。

2.将3D模型导入CAM软件，对加工路径进行编程，生成符合加工要求的数控指令。

3.将数控指令上传至数控系统，通过解码器等硬件装置，将指令转换成驱动数控机床的电气信号。

4.数控驱动器根据信号控制马达或液压缸的运动，实现加工或操作。

四、数字控制技术的应用领域数字控制技术在制造业、航空航天、汽车制造、电子行业等领域得到广泛应用。

其中在数控机床领域，NC技术的应用已经成为机床的标准配置，它也是制造业实现智能化生产的基石之一。

在数控行业机器人领域，RC技术的应用使得机器人可以进行更为复杂的操作，如装配、焊接、喷涂等，给生产带来了极大的便利。

总之，数字控制技术是一种高效、精准、自动化的加工与操作技术。

了解数字控制技术的基本概念，对于掌握相关的编程和操作技术至关重要，同时，它也是推动制造业现代化的重要手段之一。

模块一数控机床概论§1-1 数控机床简介数控技术是综合了计算机、自动控制、电机、电气传动、测量、监控、机械制造等学科领域最新成果而形成的一门边缘科学技术。

在现代机械制造领域中，数控技术较早地应用于机床装备中，本课程中的数控技术具体指机床数控技术。

一、基本概念1.数字控制：用数字化信号进行控制的一种现代控制方法，简称数控。

2.计算机数字控制（CNC）：由工业计算机控制程序来实现部分或全部基本控制。

3.数控机床就是采用了数字控制技术的机床。

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代码，或其它符号编码指令规定的程序。

”换言之，数控机床是一种采用计算机，利用数字信息进行控制的高效、能自动化加工的机床，它能够按照机床规定的数字化代码，把各种机械位移量、工艺参数、辅助功能(如刀具交换、冷却液开与关等)表示出来，经过数控系统的逻辑处理与运算，发出各种控制指令，实现要求的机械动作，自动完成零件加工任务。

在被加工零件或加工工序变换时，它只需改变控制的指令程序就可以实现新的加工。

所以，数控机床是一种灵活性很强、技术密集度及自动化程度很高的机电一体化加工设备。

二、数控机床的组成数控机床是由程序载体、数控装置、伺服系统和机床本体组成，如图1-1所示。

图1-1 数控机床的组成1.程序载体：是人与机床之间联系的中间媒介物质，反映了数控加工中的全部信息。

2.人机交换装置：通过人机交换装置对数控机床进行操作和控制。

3.数控系统：由I/O接口线路，PLC、主控系统等组成。

4.伺服系统：是数控系统和机床本体之间的纽带。

5.机床本体：数控机床的机械结构实体。

6.辅助装置：自动换刀装置、自动交换工作台、润滑排屑装置。

§1-2 数控机床的分类数控机床的品种规格繁多，分类方法不一。

根据数控机床的功能、结构、组成不同，可从控制方式、伺服系统类型、功能水平、工艺方法几个方面进行分类，如表1-1所示。

广东省高等教育自学考试《数控原理与数控技术运用》（课程代码：05785）课程考试大纲目录一、课程性质与设置目的二、考试内容与考核目标第一章概述第一节数字控制与数控机床第二节数控机床的分类第三节数控机床的选型第四节数控技术的发展第二章零件加工程序的编制第一节数控编程的基本知识第二节数控加工工艺基础第三节数控加工指令第四节数控编程典型实例第五节自动编程第三章数控机床加工控制原理第一节数控装置的工作过程第二节插补原理第三节进给速度控制原理第四节刀具补偿原理第四章数控装置第一节数控装置的组成及作用第二节数控装置的硬件系统第三节数控装置的软件系统第四节数控装置的输入/输出接口第五节数控装置的PLC控制功能第六节基于PC的数控系统开发实例第五章位置检测装置第一节概述第二节光栅第三节脉冲编码器第四节旋转变压器第五节感应同步器第六节磁栅第七节球栅第六章数控机床的伺服系统第一节伺服系统的基本概念第二节步进电动机及其驱动装置第三节交流伺服系统第四节机床进给伺服系统设计第五节伺服系统的性能对加工精度的影响第七章机床的数控化改造第一节机床数控化改造的意义第二节数控化改造的内容与改造方案第三节机械部分改造设计第四节数控系统的选型第五节普通车床数控化改造实例三、关于大纲的说明与考核实施要求【附录】题型举例一、课程性质与设置目的（一）课程性质与特点《数控原理与数控技术运用》是全国高等教育自学考试机械制造与自动化专业一门重要的专业课，它以数控机床为对象，研究数控加工程序编制、数字控制系统的工作原理、组成及其在数控机床上的应用，是为培养自学应考者在掌握数控机床基本结构、工作原理的基础上熟练进行数控加工编程而设置的一种应用型课程，共5个学分。

本课程注重实践教学环节，岗位适应性与实用性强。

（二）课程的基本要求通过本课程的学习，自学应考者应掌握数控加工程序编制、数控技术的基本原理和基础知识；学会合理地选用和设计组成数控机床的数控装置及伺服系统，具备编写典型零件数控加工程序、正确使用数控设备的能力。

数字控制技术概述
数字控制技术是一种通过数字信号来控制机器运动的自动化技术。

它基于计算机和数控机床的技术，可以将计算机程序转换为控制机器工具的指令，从而实现自动化加工。

数字控制技术的优点包括高效、精度高、重复性好、生产周期短等特点，应用广泛于各个领域。

数字控制技术的核心是数控系统。

数控系统由计算机、数控器和机床三部分组成。

计算机用来编写数控程序和控制数控系统的运行，数控器是数控系统的核心，负责将计算机编写的程序转换为机器工具的运动指令。

机床是数控系统的执行部分，根据数控器发出的指令来完成工件的加工。

数字控制技术的应用范围广泛，主要包括机械制造、电子制造、航空航天、汽车制造、医疗器械等行业。

数字控制技术的发展，推动了制造业向智能化、数字化的方向发展，对于提高生产效率和产品质量具有重要意义。

数字控制技术的发展趋势是网络化、智能化和集成化。

网络化指的是将数控系统与互联网相连接，实现远程监控和控制。

智能化是指利用先进的人工智能技术提高数控系统的智能水平，实现更高效的生产。

集成化是指集成数控系统与其他工业自动化设备，实现全面的自动化生产。

总之，数字控制技术是制造业发展的重要支撑，其应用广泛、技术不断创新，将
会为制造业的未来带来更加美好的发展前景。