數控機床的基本知識第1頁，共38頁，2023年，2月20日，星期五

模塊一數控機床的基本知識數控機床認識項目項目一數控機床的產生項目二數控機床特點項目三數控機床的構成與工作原理項目四數控機床的分類數控機床拓展項目項目一數控加工地位項目二數控機床發展方向第2頁，共38頁，2023年，2月20日，星期五

數控機床認識項目模塊一數控機床的基本知識項目一數控機床的產生

1.原因—社會生產發展（軍備競賽的產物）

2.目的—解決單件、中小批量精密復雜零件的加工問題

3.時間—1948195219581959

第3頁，共38頁，2023年，2月20日，星期五模塊一數控機床基本知識－NC機床認識項目項目一數控機床的產生第一臺數控機床的研制是為了為美國空軍用整塊材料而不是將材料鉚接或焊接起來制造飛機上的大型零部件

1948年，美國帕森斯公司接受美國空軍委托，研制飛機螺旋槳葉片輪廓樣板的加工設備。由于樣板形狀復雜多樣，精度要求高，一般加工設備難以適應，于是提出計算機控制機床的設想。

1949年，該公司在美國麻省理工學院伺服機構研究室的協助下，開始數控機床研究，

1952年試制成功第一臺由大型立式仿形銑床改裝而成的三坐標數控銑床，不久即開始正式生產。

利用傳統工藝，如利用模塊或模板來加工，不僅耗時，而且成本昂貴，工藝復雜，由于大型零件的外輪廓尺寸容易利用數學函數式來表達，在此基礎上開發一套控制系統來加工零件,并保證其精度。1959年第一臺加工中心誕生。第4頁，共38頁，2023年，2月20日，星期五模塊一數控機床基本知識－NC機床認識項目項目一數控機床的基本概念NC

數控技術，簡稱數控（NumericalControl—NC），是利用數字化信息對機械運動及加工過程進行控制的一種方法。(2)CNC由于現代數控都采用了計算機進行控制，因此，也可以稱為計算機數控（ComputerizedNumericalControl—CNC）。(3)數控系統（NumericalControlSystem）用來實現數字化信息控制的硬件和軟件的整體(4)數控裝置（NumericalController）數控系統的核心。第5頁，共38頁，2023年，2月20日，星期五

模塊一數控機床的基本知識我國第一臺數控機床第6頁，共38頁，2023年，2月20日，星期五

模塊一數控機床的基本知識1.用于復雜零件加工，加工精度和尺寸重復精度高,加工質量穩定性好

2.柔性好，通用性強

3.易于實現多功能、高復雜程度的控制

4.加工生產率高

5.減輕勞動強度,改善勞動條件

6.可靠性高,經濟性好

7.有利于向高級制造系統發展

數控機床的不足之處：投資大、使用費用高，維修維護難度大以及對技術人員的技術水平要求較高。項目二數控機床特點及工作原理一、數控機床與普通機床的區別第7頁，共38頁，2023年，2月20日，星期五

模塊一數控機床的基本知識1.批量小而又多次重復生產的零件；多品種小批量生產的零件用通用機床加工時，要求設計制造復雜的專用工裝或需很長調整時間。圖1-3表示了通用機床、專用機床和數控機床加工批量與成本的關系。從圖中可以看出，在多品種、中小批量生產情況下，采用數控機床生產成本更為合理。

2.幾何形狀復雜的零件；幾何形狀復雜的零件特別是形狀復雜、加工精度要求高或用數學方法定義的復雜曲線、曲面輪廓。從圖1-2中可以看出，數控機床非常適合加工形狀復雜的零件。

3.貴重的、不允許報廢的關鍵零件；

4.必須嚴格控制公差的零件。

5.需要全部檢驗的零件；

6.試制件。（也可采用快速成形機）二、數控機床的適用范圍

第8頁，共38頁，2023年，2月20日，星期五

模塊一數控機床的基本知識三、數控機床加工的不足之處

數控加工的不足之處

（1）數控機床價格較貴，加工成本高，提高了起始階段的投資。

（2）技術復雜，增加了電子設備的維護，維修困難。

（3）對工藝和編程要求較高，加工中難以調整，對操作人員的技術水平要求較高。第9頁，共38頁，2023年，2月20日，星期五

模塊一數控機床的基本知識

圖1-2各種機床的使用范圍

圖1-3各種機床的加工批量與成本的關系

第10頁，共38頁，2023年，2月20日，星期五

模塊一數控機床基本知識－構成與工作原理

項目三數控機床的工作原理及構成零件加工程序程序載體輸入裝置數控裝置伺服驅動裝置輔助控制裝置檢測反饋裝置機床本體加工圖紙注：機床本體：機床主運動，進給運動，輔助運動加工零件第11頁，共38頁，2023年，2月20日，星期五

模塊一數控機床基本知識－構成與工作原理

第12頁，共38頁，2023年，2月20日，星期五

模塊一數控機床基本知識－構成與工作原理

在數控機床上加工零件時，要事先根據零件加工圖樣的要求確定零件加工的工藝過程、工藝參數和刀具參數，再按規定編寫零件數控加工程序，然后通過手動數據輸入（MDI）方式或與計算機通訊等方式將數控加工程序送到數控系統，在數控系統控制軟件的支持下，經過分析處理與計算后發出相應的指令，通過伺服系統使機床按預定的軌跡運動，從而控制機床進行零件的自動加工。下面通過介紹數控機床的組成對這一過程進行說明。第13頁，共38頁，2023年，2月20日，星期五

模塊一數控機床基本知識－構成與工作原理項目三數控機床的構成操作面板2.控制介質與輸入輸出設備3.通訊4.CNC裝置(CNC單元)5.伺服單元、驅動裝置和測量裝置6.PLC(ProgrammableLogicController)、機床I/O電路和裝置7.機床第14頁，共38頁，2023年，2月20日，星期五

模塊一數控機床的基本知識－分類

一、按加工工藝分

二、按控制刀具與工件相對運動方式分

三、按伺服裝置的功能水平分類

四、按聯動軸數分

五、按控制系統的功能水平分類項目四數控機床的分類第15頁，共38頁，2023年，2月20日，星期五

模塊一數控機床的基本知識－分類（一）

第16頁，共38頁，2023年，2月20日，星期五

模塊一數控機床的基本知識－分類（一）

立式綜合切削中心機

臥式綜合切削中心機

第17頁，共38頁，2023年，2月20日，星期五

模塊一數控機床的基本知識－分類（一）

盤型刀具庫鏈條型刀具庫有臂式的換刀臂第18頁，共38頁，2023年，2月20日，星期五

模塊一數控機床的基本知識－分類（一）

第19頁，共38頁，2023年，2月20日，星期五問題1、NC、CNC含義如何？2、按加工工藝分數控機床分為哪幾類？第20頁，共38頁，2023年，2月20日，星期五

模塊一數控機床的基本知識－分類（二）

二、按控制刀具與工件相對運動方式分1.點位控制的數控機床2.點位-直線控制的數控機床3.輪廓控制的數控機床第21頁，共38頁，2023年，2月20日，星期五

模塊一數控機床的基本知識－分類（二）

1.點位控制數控系統（PositioningControl）

僅能實現刀具相對于工件從一點到另一點的精確定位運動；對軌跡不作控制要求；運動過程中不進行任何加工。適用范圍：數控鉆床、數控鏜床、數控沖床和數控測量機。第22頁，共38頁，2023年，2月20日，星期五

模塊一數控機床的基本知識－分類（二）

2.點位-直線控制的數控機床（Straight-lineControl）不但要求實現刀具相對于工件從一點到另一點的精確定位運動；控制刀具或機床工作臺以給定速度,沿平行于某一坐標軸方向，或沿著與坐標軸成一定角度的斜線方向，由一個位置到另一個位置的精確移動并進行切削加工。適用范圍：數控鏜銑床、數控車床、加工中心等。一般情況下這些數控機床有兩到三個可控軸，但同時控制軸數只有一個。第23頁，共38頁，2023年，2月20日，星期五

模塊一數控機床的基本知識－分類（二）

3.輪廓控制的數控機床（ContourControl）

具有控制幾個進給軸同時諧調運動(坐標聯動)，使工件相對于刀具按程序規定的軌跡和速度運動，在運動過程中進行連續切削加工的數控系統。運動軌跡是任意斜率的直線、圓弧、螺旋線等。適用范圍：數控車床、數控銑床、加工中心等用于加工曲線和曲面零件的機床。現代的數控機床基本上都是裝備的這種數控系統。第24頁，共38頁，2023年，2月20日，星期五

模塊一數控機床的基本知識－分類（三）

三、按伺服裝置的功能水平分類

按數控系統的進給伺服子系統有無位置測量裝置可分為1開環數控系統2閉環數控系統：根據位置測量裝置安裝的位置又可分為（1）全閉環（2）半閉環開環控制的數控機床半閉環控制的數控機床閉環控制的數控機床第25頁，共38頁，2023年，2月20日，星期五

模塊一數控機床的基本知識－分類（三）三、按伺服裝置的功能水平分類

1.開環控制系統（OpenLoopControl）

系統沒有位置反饋元件，通常用功率步進電機或電液伺服電機作為執行機構。精度主要取決于伺服元件和機床傳動元件的精度、剛度和動態特性。特點：系統簡單，調試維修方便，工作穩定，成本較低，步進驅動、步進電機，無位置速度反饋，控制精度較低第26頁，共38頁，2023年，2月20日，星期五

模塊一數控機床的基本知識－分類（三）2.閉環控制系統（ClosedLoopControl）

在機床移動部件上裝有位置檢測裝置，用偏差進行控制，使移動部件按照實際的要求運動，最終實現精確定位。精度主要取決于測量元件的精度。

優點：精度高，采用交流或直流伺服驅動及伺服電機，有直線位移、速度檢測裝置，價格貴，調試困難主要用于：精度要求較高的機床。第27頁，共38頁，2023年，2月20日，星期五

模塊一數控機床的基本知識－分類（三）3.半閉環控制系統（Semi-closedLoopControl）

位置檢測裝置安裝在傳動絲杠的端部，間接測量執行部件的實際位置。

特點：精度介于開環與閉環之間，調試方便，穩定性好，應用較廣。精度較高，采用交流或直流伺服驅動及伺服電機，有角位移、角速度檢測裝置，結構緊湊。第28頁，共38頁，2023年，2月20日，星期五

模塊一數控機床的基本知識－分類（四）四、按聯動軸數分2軸聯動（平面曲線）3軸聯動（空間曲面，球頭刀）4軸聯動（空間曲面）5軸聯動及6軸聯動（空間曲面，端銑刀）。

聯動軸數越多數控系統的控制算法就越復雜。

第29頁，共38頁，2023年，2月20日，星期五

模塊一數控機床的基本知識－分類（五）五、按控制系統的功能水平分類控制系統功能高檔中檔低檔（經濟型）主軸功能無級變速、C軸功能機械變速分辯率0.1μm1μm10μm進給速度15~100m/min15~24m/min8~15m/min伺服驅動閉環半閉環開環電機交、直流伺服電機步進電機聯動軸數2~4軸或2~5軸2~3軸通信功能MAP，聯網功能RS232C、RS485無顯示功能三維圖形彩顯CRT圖形顯示數碼或CRT字符內裝PLC有有無主CPU32位或64位16位或32位8位第30頁，共38頁，2023年，2月20日，星期五

模塊一數控機床的基本知識數控機床拓展項目工業化國家經濟總產值的50%（日本）至68%（美國）是由制造業創造的，制造業對發展國家經濟有決定性的影響，而發展機床業是發展制造業的根本。

數控機床是典型的機電一體化產品，是現代制造業的主流設備，是體現現代機床技術水平、現代機械制造業工藝水平的重要標志，是關系國計民生、國防尖端建設的戰略物資。當年的“東芝事件”和“考克斯報告”都與此有關。

項目一數控加工地位第31頁，共38頁，2023年，2月20日，星期五

模塊一數控機床的基本知識數控機床拓展項目“東芝事件”（1）東芝賺錢蘇聯獲利（2）蘇日聯手借道挪威

1987年5月27日，日本警視廳逮捕了日本東芝機械公司鑄造部部長林隆二和機床事業部部長谷村弘明。東芝機械公司曾與挪威康士堡公司合謀，非法向前蘇聯出口大型銑床等高技術產品，林隆二和谷村弘明被指控在這起高科技走私案中負有直接責任。此案引起國際輿論一片嘩然，這就是冷戰期間對西方國家安全危害最大的軍用敏感高科技走私案件之一,克格勃從日本成功走私了一批高科技產品，大大降低了潛艇噪音，使美國海軍難以追蹤，美國海軍第一次喪失對蘇聯海軍艦艇的水聲探測優勢，直到今天，美國海軍仍沒有絕對把握去發現新型的俄羅斯潛艇。

數控加工地位