第一章 概论1.1 数控技术与装备的基本概念 1.1.1 什么是数控技术数控技术术是数字控制（NC，Numerical Control）技术的简 称，是用数字化的信息对对机械运动动和工作过过程进进行控制的 技术术。 1.1.2 什么是数控装备数控装备备是指应用数控技术对工作机械的过程进行控制的 装备，是以数控技术为术为 代表的新技术对传统术对传统 制造产业产业 和新 兴兴制造业业渗透形成的机电电一体化产产品，即所谓谓的数字化装 备备。最典型的数控装备是数控机床（ Numerical Controlled Machine tools )装备工业的技术水平和现代化程度决定着整个 国民经济的水平和现代化程度，数控技术是当 今先进制造技术和装备工业最核心的技术。 数控技术及装备是发展新兴高新技术产业和尖 端工业（如信息技术及其产业、生物技术及其 产业、航空、航天等国防工业产业）的使能技 术和最基本的装备。1数控技术应用最早、最成功的应用行业是制造业， 最典型的代表是数控机床。现在数控技术的已广泛应用于国民经济各行业（如 轻工、农业、能源、交通、材料、医疗、环保、信 息、国防工业等）的生产装备和成套技术装备。例如制造行业（工业机器人等）、医疗诊断治疗设备（CT机、刀治疗 机的等）、电子制造行业（键合机、光刻机的等）、轻工行业（多色印 刷机、木工机械等）都是各行业典型的数控装备。1数字控制和装备技术综术综 合很多技术领术领 域 ：l(1)机械制造技术术； l(2)信息处处理、加工、传输传输 技术术； l(3)自动动控制技术术； l(4)伺服驱动驱动 技术术； l(5)传传感器技术术； l(6)软软件技术术等。11数控车床1数控铣床1数控龙门铣床1数控卧式加工中心1五轴数控加工中心1五轴数控加工中心1.1.3 数控机床的组成图1.3 数控机床的组成控制介质数控装置伺服系统 机床检测反馈装置控制介质数控装置伺服系统控制介质数控装置伺服系统控制介质数控装置伺服系统控制介质数控装置伺服系统控制介质数控装置伺服系统控制介质数控装置伺服系统控制介质数控装置伺服系统控制介质数控装置伺服系统111）信息输入：程序、参数、数据等的输入通道。输 入设备为穿孔纸带、磁带、磁盘、通讯接口由 上位机输入，也可以在MDI方式下，用手动按键 输入。12）数控装置：由CPU、存储器、总线、功能部件和 相应软件组成的专用计算机。作用为将加工程 序译码轨迹计算（速度计算）、插补计算、补 偿计算，向各坐标的伺服驱动系统 分配速度 、位移命令 。这一部分是数控机床的核心。 1多轴联动、多坐标控制。 多种函数插补：直线、圆弧、抛物线、螺旋线、样条等。 多种程序输入功能。 信息转换功能：EIA/ISO、公制/英制、绝对值/增量值、坐标变换等。 补偿功能：刀具长度补偿、刀具半径补偿、间隙、螺距误差补偿等。 多种加工方式选择。 故障自诊断功能。 显示功能：字符、轨迹、平面图形、三维动态图形。 通讯和联网功能。数控装置功能：3）伺服驱动装置：接受数控装置来的指令，将信号进行调解、转换、放大后驱动伺服电机，带动机床执行部件运动。4）检测反馈装置：电流、速度、位置检测反馈装置。5）机床本体：主运动部件、进给运动部件、执行部件和基础部件。特点：传动链短，结构简单。刚度高、阻尼小、耐磨、热变形性能好。无级变速。高效传动件：直线滚动导轨、滚珠丝杠螺母副等。新结构：刀库机械手、自动主轴、动力刀架、交换工作台、高性能的排屑冷却防护机构等等。1主轴电机带制动器伺服电机伺服电机刀库刀具定位电机机械手旋转定位电机数控系统机械本体1数控机床组成西门子 840Di数控系统840Di是全集成式的基于PC平台的开放式,更加灵活的数控系统，建立在标准的微软新操作系统和带奔腾处理器（ P2 ）的个人计算机基础之上，它不再需要数控处理器，而运动控制的应用范围更广，可靠性更高，向智能化前进了一大步。 1数控系统的组成 驱动 模块数控 系统 模块显示、输入单元I/O接口1数字驱动模块 1主轴电机带制动器伺服电机伺服电机刀库刀具定位电机机械手旋转定位电机数控系统机械本体1数控机床组成FANUC伺服电机：i系列1FANUC伺服电机：i系列11.1.4 数控机床的特点：1). 广泛的适应性和较大的灵活性； 2). 加工零件一致性好、重复精度高； 3). 高自动化高效率；4). 只要改变程序就可改变加工件，不需要大量复杂工 装夹具； 5). 可以采用复合工艺； 6). 工艺设计会经常变化的零件；11.1.5 数控机床的优势： 1). 小批量而又轮番生产的零件； 2). 几何形状复杂的零件； 3). 需进行多种工序加工的零件；4). 切削余量大的零件； 5). 加工精度高的零件； 6). 工艺设计会经常变化的零件； 7). 贵重零件； 8). 需全部检测的零件 1缺点：实现数控加工的要求1). 初次设备投资大；2). 对使用者技术要求高1.2 数控机床的分类 1.2.1 按运动控制的特点分类1.2.2 按伺服系统的类型分类 开环控制的数控机床 闭环控制的数控机床 半闭环控制的数控机床点位控制数控机床 直线控制数控机床 轮廓控制的数控机床111.2.3 按工艺方法分类1.2.4 按功能水平分类高档 中档 低档 金属切削类数控机床 金属成型类及特种加工类 数控机床1948年，美国帕森（Parsons）公 司在研制加工直升机螺旋桨叶片轮廓用 检查样板的机床时，首先提出计算机控 制机床的设想，在麻省理工学院（MIT ）的协助下，于1952年研制成功了世界 上第一台三坐标直线插补且连续控制的 立式数控铣床。我国于1958年由清华大 学和北京第一机床厂合作研制了我国第 一台数控铣床。1.3 数控技术的产生与发展11.3.1 数控机床的发展1.3.2 数控系统的发展 普通数控（NC）阶段电子管时代（1952年）晶体管时代（1959年）小规模集成电路时代（1965年）小型计算机控制的计算机数控基于PC数控系统微型机数控（MNC）开放式数控系统CNC+PC基于PC开发的软件全开放型PC+NC卡1计算机数字控制(CNC)阶段