电机驱动单元接收到 一个脉冲相应旋转一个角度，称为步距角，通过机床传动部件， 使工作台相应产生一个位移量。
开环控制系统没有反馈装置，不能消除步进电机失步产生 的误差。因此开环控制系统一般用于运动速度较低和加工精度 不高的机床。
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2)闭环控制系统(Closed Loop Control System)
装置等。数控机床的刚度要求更高，传动装置间隙要小，
摩擦系数要小且要有恰当的阻尼。
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1.3 数字控制系统
1.3.1 数控系统的组成和分类 （1）数控系统：
是一种能控制机器运动的装置。加工程序输入系统 后能够自动解释指令，进行运算，并由系统的输出装置 向机床的执行机构发出指令，完成规定的运动或动作。
改革开放以来，通过技术引进、科学攻关和技术改造， 我国的数控技术有了较大的进步，逐步形成产业。 1980年北 京机床研究所引进日本FANUC5、7、3、6数控系统，上海 机床研究所引进美国GE公司的MTC－1数控系统，辽宁精密 仪器厂引进美国Bendix公司的Dynapth LTD10数控系统。
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第一章 绪论
数控技术是现代制造技术的基础，数控技术水平的高低、 数控设备的拥有量以及数控技术的普及程度，已经成为衡 量一个国家综合国力和工业现代化水平的重要标志。
数控技术经过几十年的发展（1952年第一台数控机床问世 ），已广泛应用于现代工业的各领域，成为制造业现代化 的基础。数控技术不仅应用于金属切削机床，还应用于其 他多种设备。如机器人、坐标测量机、数控雕刻机、数控 绘图机、电火花加工机床等。
闭环控制系统在机床运动方向上增加测量工作台实际 位移的传感器，将工作台实际位置的信息反馈给CNC 的比较器，如有误差，由CNC发指令，使工作台运动 直至误差消失。 采用闭环控制系统的机床的位置精度大大提高。
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3)半闭环控制系统(Semi-closed Loop Control System)
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3. 计算机数控
随着电子技术、计算机技术的发展，数控系统经历了电
子管、晶体管、集成电路的过程。将计算机引入数控系统 称为计算机数控（Computer Numerical Control）简称 CNC，具有如下优点：
（1）柔性好：以往数控系统功能由硬件实现，一旦设计成功 则不能改变。CNC可由软件灵活改变系统功能。
（2）CNC系统：由输入、处理、输出三部分组成。加工程 序送CNC后，由解析程序解释为计算机信息，由控制程
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序按系统规定逐步存储处理，将处理结果通过输出部分发 出位置、速度指令给伺服系统和主运动控制部分。
数控机床的辅助工作，如刀具的选择与更换、切削液的启 停等都采用可编程控制器（PLC）进行控制。
数控技术及应用
第一章 绪论 第二章 数控加工程序的编制 第三章 计算机数控系统 第四章 数控机床的机械结构 第五章 数控机床的位置传感器 第六章 数控机床的电气驱动 第七章 数控机床进给伺服系统的控制原理 第八章 数控机床的精度 第九章 数控机床的故障诊断
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由于数控机床的优越性和国防工业的需要，国际竞争日益 激烈，各国都致力于开发和生产各种数控机床。
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我国早在1958年就开始研制数控机床，但由于历史原因 及工业基础较差，一直没有取得实质性成果。
20世纪60年代末70年代初，我国曾掀起研制数控机床的 热潮，主要有数控线切割机、数控铣床等，采用晶体管分立 元件或小规模集成电路，性能不稳定，可靠性较差。我校数 学系与校仪器厂在1970年研制出晶体管的数控线切割机，73 年为龙岩风动厂研制出小规模集成电路数控铣床。
数控设备工作原理
工作 要求
数控 程序
数控 设备
工作 结果
数控技术是集计算机、自动控制、精密测量、电工电子 、机械制造与信息管理为一体的现代控制技术，广泛应用 于机械制造领域，是制造业实现自动化、柔性化、集成化 生产的基础。
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1.1 数控技术的产生和特点
在第一台数控机床问世后，随着微电子技术的迅猛发 展数控系统也不断更新换代，先后经历电子管（1952年）、 晶体管（1960年）、小规模集成电路（1965年）、小型计 算机（1970年）、微处理器或微机（1974年）和PC－NC 智能数控系统（1990年以后）。前3代采用专用的控制计 算机硬逻辑数控系统，简称NC（numerical control）。第 四代以后采用通用计算机，数控功能由软件实现，提高了 系统的功能特色与可靠性，称为计算机数控CNC （computer numerical control）。
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20世纪90年代，出现了包括市场预测、生产决策、产品 设计与制造和销售等全过程均由计算机集成管理和控制的计算 机集成制造系统CIMS。其中，数控是其基本控制单元。
20世纪90年代，基于PC-NC的智能数控系统开始得到发展， 它打破了原数控厂家各自为政的封闭式专用系统结构模式，提 供开放式基础，使升级换代变得非常容易。充分利用现有PC 机的软硬件资源，使远程控制、远程检测诊断能够得以实现。
半闭环控制系统与闭环控制系统相类似，主要区别在电机轴 上装有表示角位移的编码器，可控制电机做精确的角位移， 不能纠正机床运动部件产生的误差。采用半闭环控制系统的 机床的结构较简单，控制方便，价格便宜又有较高的精度， 在数控机床上得到广泛应用。
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1.3.3 点位控制系统与连续控制系统
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在引进、消化、吸收国外先进技术的基础上，北京机 床研究所又开发出BS03经济型数控和BS04全功能数控系统， 航天部706所研制出MNC864数控系统。
“八五”期间国家又组织近百个单位进行以发展自主 版权为目标的“数控技术攻关”，从而为数控技术产业化 建立了基础。20世纪90年代末，华中数控自主开发出基于 PC-NC的HNC数控系统，达到了国际先进水平，加大了我 国数控机床在国际上的竞争力度。目前我国数控机床生产 企业有200多家，品种满足率达80％，在有些企业实施了柔 性制造系统FMS和计算机集成制造系统CIMS。
（2）连续控制系统的特点：
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直线插补运算
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圆弧插补运算
（2）功能强：可利用计算机技术及外围设备，增强系统功能 。如图形功能、网络功能、纠错功能等。
（3）可靠性高：利用计算机的输入、存储设备（如硬盘）避 免原来的光电机、纸带机出错率高的问题。减少了硬件电 路即减少焊点、接插件、外部连线，提高可靠性。
（4）易于实现机电一体化：由于采用大规模集成电路和印刷 电路版技术，将数控系统装在机床上，实现机电一体化。
（2）数控系统的类型：
根据伺服系统的控制原理，可分为开环控制系统和闭 环控制系统、半闭环控制系统。
根据控制运动方式，可分为点位控制系统和连续控制 系统。
按数控系统的功能分类，可分为经济型数控系统、普 及型数控系统、高档型数控系统。
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1)开环控制系统(Open Loop Control System)
1953年麻省理工学院开发出只需确定零件轮廓、指定 切削路线，即可生成NC程序的自动编程语言。
1959年美国Keaney&Trecker公司开发成功了带刀库， 能自动进行刀具交换，一次装夹中即能进行铣、钻、镗、 攻丝等多种加工功能的数控机床，这就是数控机床的新种 类——加工中心。
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1、点位控制系统仅控制刀具相对工件的位置，刀具或 工件在移动过程不进行切削，要保证点间相对位置的 准确，移动速度要快速。多用于孔加工的数控机床。
2、连续控制系统，又称为轮廓控制系统。可实现复杂 轮廓型状的加工。同时运动轨迹和速度要进行控制。
（1）插补运算原理： 使刀具与工件相对运动的轨迹为线或园弧，系统不能 将坐标无限细分，只能按最小设定单位（脉冲当量） 移动。不同形状的工件轮廓都可以直线或圆弧来逼近 ，一般的数控系统都具有直线和圆弧的插补功能。有 的系统还有抛物线、螺旋线、渐开线等插补功能。
（5）经济性好：采用CNC，使系统性价比大为提高。
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1.2 数控机床的组成和作用
1、数控机床的组成：
程序载体
输入装置
CNC系统
伺服系统
反馈信号 辅助信号
机床
（1）程序载体、输入装置：
数控机床按程序加工，加工程序存放的硬件。如U盘 硬盘、加工程序清单等。通过输入装置读入CNC。输入 装置包括数控系统的面板按钮、键盘、或上位机、网络 通信方式将加工程序输入CNC系统。
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DNC(直接数控)技术始于20世纪60年代末期。它是 使用一台通用计算机，直接控制和管理一群数控机床及 数控加工中心，进行多品种、多工序的自动加工。各台 数控机床只配置机床控制器用于数据传送、驱动控制和 手动操作。
DNC群控技术是FMS柔性制造技术的基础，现代数 控机床上的DNC接口就是机床数控装置与通用计算机 之间进行数据传送及通讯控制用的，也是数控机床之间 实现通讯用的接口。DNC具有生产管理、作业调度、 工况监控、刀具管理等功能。实现分级管理，随着 DNC数控技术的发展，数控机床已成为无人控制工厂 的基本组成单元。
数控技术虽不附属数控机床，但却是伴随数控机床发展起 来的。20世纪40年代后期，汽车、飞机和导弹制造业发展 迅速，原来的加工设备已无法承担精度要求高、形状复杂 的工件的加工任务。数控技术应运而生。