第一章 数控技术概述

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一、数控机床的组成及工作原理
五 轴 加 工 中 心
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一、数控机床的组成及工作原理
数 控 电 火 花 加 工 机 床
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（一）数控机床组成
数控机床一般由控制介质、数控装置、 数控机床一般由控制介质、数控装置、 伺服系统、 伺服系统、 测量反馈装置和机床主机等五部 分组成。 分组成。 控制 介质 数控 装置 伺服 系统 测量反 馈装置 机床 主机
二 特点 优点 1. 加工精度高、质量稳定； 加工精度高、质量稳定； 2. 生产效率高、经济效益好； 生产效率高、经济效益好； 3. 减轻操作者的劳动强度、操作简单； 减轻操作者的劳动强度、操作简单； 4. 有利于生产管理的现代化； 有利于生产管理的现代化； 5. 有利于向高级计算机控制方面发展； 有利于向高级计算机控制方面发展；
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1952年美国 Parsons公司 1952 年美国 Parsons 公司 与 麻省理工学院 年美国Parsons 公司与 伺服机构实验室合作 合作， 伺服机构实验室合作，成功地研制出一台三坐 标联动的试验型数控铣床， 标联动的试验型数控铣床，这是公认的世界上 台数控机床。 第一台数控机床。 当时的电子元件是电子管( 当时的电子元件是电子管 ( 属第一代数控 系统) 系统)。
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(四) 按工艺用途分类 1．一般数控机床 2．数控加工中心机床
在一般数控机床上加装一个刀库 (可容纳10～ 可容纳10 和传统的通用机床种类一样，有数控的车、 和传统的通用机床种类一样，有数控的车10～ 、 100多把刀具 磨床等，而且每一种又有很多 多把刀具) 100多把刀具)和自动换刀装置而构成的一种带自 铣、镗、钻、磨床等， 动换刀装置的数控机床 (又称多工序数控机床或 品种，如数控铣床中就有立铣、卧铣、 品种，如数控铣床中就有立铣、卧铣、工具 镗铣加工中心和车削中心，习惯上常简称为加工 镗铣加工中心和车削中心，习惯上常简称为加工 龙门铣等。 铣、龙门铣等。 中心——Machining Center)，使数控机床更进 中心 Machining Center)， 这类机床的工艺性和通用机床相似， 这类机床的工艺性和通用机床相似，所不同 一步地向自动化和高效化方向发展。 一步地向自动化和高效化方向发展。 的是它能加工复杂形状的零件。 的是它能加工复杂形状的零件。
直线控制。 直线控制。 意方向都可移动，个轴，但同时控制的只有2 意方向都可移动，个轴，但同时控制的只有2个 机床可能有3 因此可以进行三维 注：机床可能有3 因此可以进行三维的立体加工 同时控制四个坐标运动， 即在三个移动坐标之 同时控制四个坐标运动，即在三个移动坐标之 同时控制五个坐标运动， 。 同时控制五个坐标运动， 轴。 外，再加一外旋转坐标。 再加上围绕这些直线坐标旋转的旋转坐标A 外，再加一外旋转坐标。 再加上围绕这些直线坐标旋转的旋转坐标A B、C 中的任意两个坐标。 、可用来加工叶轮或圆柱凸轮。 中的任意两个坐标。 可用来加工叶轮或圆柱凸轮。 适合加工叶片、叶轮或机翼。 适合加工叶片、叶轮或机翼。
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§1.1数控技术的基本概念与特点 1.1数控技术的基本概念与特点
一 概念： 概念：
工作（加工，控制） 工作（加工，控制） 要求 数控程 序
数控设 备
工作（加工，控制） 工作（加工，控制） 结果
数控设备的工作原理图
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§1.1数控技术的基本概念与特点 1.1数控技术的基本概念与特点
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(一)按运动轨迹分类 1．点位控制系统（P） 点位控制系统（ 2．连续（轮廓）控制系统（C） 连续（轮廓）控制系统（
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(二)按进给伺服系统的控制方式分类 1．开环数控系统
开环控制方式 调试方便， 调试方便，维 修简单，成本 修简单， 低，但控制的 精度和速度受 到限制。 到限制。 一般适用于 精度要求不高 的中、小型数 的中、 控设备。 控设备。
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§1.2数控机床工作原理 1.2数控机床工作原理 与数控系统的分类
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一、数控机床的组成及工作原理
数 控 车 床
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一、数控机床的组成及工作原理
数 控 立 式 铣 床
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（二）数控机床的工作原理
加工 图纸 编制数 控程序 输入 装置 数控 装置
伺服驱动 位置检测 辅助控制
机床 主运动 进给运动 辅助动作
加工 零件
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二、数控系统的分类
数控设备的数据处理和控制电路以及伺 服系统，统称为数控系统。 服系统，统称为数控系统。 目前，数控系统的种类很多， 目前，数控系统的种类很多，分类方法不 一。 根据数控系统的基本原理， 根据数控系统的基本原理，可以从如下几 个不同的角度进行分类。 个不同的角度进行分类。
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(五) 按联动轴(同时控制)数分类 按联动轴(同时控制) 1．2轴联动 2．3轴两联动(2.5轴联动) 轴两联动(2.5轴联动) (2.5轴联动 3．3轴联动
可同时控制2 可同时控制2轴 且相互独立。 4．4轴联动 ，且相互独立。 ，Y，Z)中任一 轴两联动是指三个坐标轴(X (X， Z)中任一 3 轴两联动是指三个坐标轴(X 一般适用于平面曲线的轮廓加工。 一般适用于平面曲线的轮廓加工。如数控车床 时刻只能控制任意 2轴联动，另一轴则是点位或 5．5轴联动 Y、Z 轴联动， 同时控制X、 同时控制X 三轴，这样刀具在空间有任 三轴， 数控镗铣床。 、数控镗铣床。
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(二)按所用进给伺服系统的不同分类 3．半闭环数控系统
半闭环伺服系 统介于开环和 闭环之间， 闭环之间，精 度比开环高， 度比开环高， 调试却比闭环 容易， 容易，成本也 比闭环低。 比闭环低。 目前这种伺 服系统适用于 大多数数控系 统上。 统上。
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(五) 按联动轴(同时控制)数分类 按联动轴(同时控制)
数控机床轮廓控制系统一般都有点位 和直线控制功能。 和直线控制功能。 目前世界上的数控系统， 目前世界上的数控系统，最多控制的轴 数是24 24轴 同时联动轴数已达到6 数是24轴，同时联动轴数已达到6轴。
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数控系统发展历史
数控系统发展历史
第一代电子管数控系统 第二代晶体管数控系统 第三代集成电路数控系统 第四代小型计算机数控系统 第五代微处理器数控系统 第六代基于PC平台的数控系统 第六代基于 平台的数控系统
世界产生年代
1952年 1952 年 1961年 1961 年 1965年 1965 年 1968年 1968 年 1974年 1974 年 1990年 1990 年
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课程说明
推荐教材及主要参考书 1.数控技术，张建钢，华中科技大学出版社 数控技术，张建钢， 2.机床数控技术，李郝林，机械工业出版社 机床数控技术，李郝林， 3.微机数控系统，黄大贵，电子源自文库技出版社 微机数控系统，黄大贵， 课程考核方案 考试方式:闭卷。 考试方式:闭卷。 成绩评定：出勤、作业和课堂表现占总成绩 成绩评定：出勤、 20% 期末考试成绩占总成绩的80 80% 的20%，期末考试成绩占总成绩的80%。
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一、数控机床的组成及工作原理
数 控 万 能 铣 床
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一、数控机床的组成及工作原理
立 式 加 工 中 心
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一、数控机床的组成及工作原理
卧 式 加 工 中 心
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§1.3 数控技术的发展状况
数控机床的产生及其发展 我国数控机床发展情况
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一、数控机床的产生及其发展
采用数字控制技术进行机械加工的思想， 采用数字控制技术进行机械加工的思想， 最早是20世纪40年代初提出的。 20世纪40年代初提出的 最早是20世纪40年代初提出的。 1947年 1947年，美国北密执安一个小型飞机承包 商帕森斯公司(Parsons Corporation)在制造 商帕森斯公司(Parsons Corporation)在制造 飞机框架和直升飞机的机翼叶片时， 飞机框架和直升飞机的机翼叶片时 ， 利用全 数字电子计算机对叶片轮廓的加工路径进行 了数据处理， 了数据处理 ， 并考虑了刀具半径对加工路径 的影响，使得加工精度达到了 0381mm mm。 的影响，使得加工精度达到了±0.0381mm。
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§1.1数控技术的基本概念与特点 1.1数控技术的基本概念与特点
二 特点 缺点 1．造价相对较高。 造价相对较高。 2．维护比较复杂，需要专门的维护人员。 维护比较复杂，需要专门的维护人员。 3．需要高度熟练和经过培训零件编程人员。 需要高度熟练和经过培训零件编程人员。
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第一章 数控技术概述 目 录 1.1 基本概念与特点 1.2 工作原理与分类 1.3 发展状况
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§1.1数控技术的基本概念与特点 1.1数控技术的基本概念与特点
一 概念： 概念： 数控技术 以数字量编程实现控制机械 或其它设备自动工作的技术。 或其它设备自动工作的技术。 数控设备 一种设备的控制过程是以数 字形式来描述的， 字形式来描述的 ， 工作过程是可编程序 的并能在程序控制下自动地运行。 的并能在程序控制下自动地运行。
数控技术
主讲人：李国平 主讲人： 济南大学机械工程学院
课程说明
本课程是机械工程及自动化专业学生必修 的一门专业方向课。 的一门专业方向课 。 主要以数控机床为对象研 究计算机数控系统的工作原理、 组成及其应用。 究计算机数控系统的工作原理 、 组成及其应用 。 通过理论课教学和实验教学， 通过理论课教学和实验教学 ， 使学生掌握 简单数控编程， 简单数控编程 ， 数控系统的硬件和软件设计思 伺服进给系统组成和检测系统组成等。 想，伺服进给系统组成和检测系统组成等。 先修课程有： 微机原理与应用， 测试技术， 先修课程有 ： 微机原理与应用 ， 测试技术 ， 机电传动控制，控制工程基础等。 机电传动控制，控制工程基础等。
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(三) 按所用数控装置的构成方式分类 1．硬线数控系统(NC) 硬线数控系统(NC) 2．计算机数控系统(CNC) 计算机数控系统(CNC)
使用硬线数控装置，它的输入处理、插补 使用硬线数控装置，它的输入处理、 由小型或微型计算机， 由小型或微型计算机，加上通用或 运算和控制功能， 运算和控制功能，都由专用的固定组合逻 专用的大规模集成电路制成，数控机床 专用的大规模集成电路制成， 辑电路来实现，不同功能的机床， ， 辑电路来实现，不同功能的机床，其组合 主要功能几乎全部由系统软件来实现， 主要功能几乎全部由系统软件来实现 逻辑电路也不相同。 逻辑电路也不相同。 所以不同功能的机床其系统软件也就不 而修改或增减系统功能时， 同，而修改或增减系统功能时，也不需 变动硬件电路，只需改变系统软件。 变动硬件电路，只需改变系统软件。
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(二)按所用进给伺服系统的不同分类 2．闭环数控系统
闭环控制方式 的优点是精度 速度快， 高，速度快， 但调试和维修 比较复杂、 比较复杂、成 本高。 本高。 一般用于运动 速度和精度要 求较高的大、 求较高的大、 中型和精密数 控系统上。 控系统上。