调节范围一般是10%-120%，每档间隔10%
2018年5月25日
第1章 概论
数控系统主要技术指标
主轴转速和调节范围

主轴转速—主轴每分钟的转速；
转速调节—通过操作面板上的主轴倍率开关调整，
调节范围一般是50%〜120%，每档间隔5%；
主轴恒线速—保证诸如车床端面切削的恒定切削速度。
单位mm/min，
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我国第一台数控机床
2018年5月25日
立式数控铣床
立式数控车床
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卧 式 数 控 铣 床
滑枕立式加工中心
龙门数控铣床
2018年5月25日
固定立柱立式加工中心 固定立柱立式加工中心
2018年5月25日
第1章 概论
随着计算机技术的发展，数控 技术不断采用计算机、控制理 论等领域的最新技术成就，使 其朝着下述方向发展。
2018年5月25日
第1章 概论
伺服系统：把来自数控装置的脉冲信号转换为机床 移动部件的运动，使工作台（或溜板）精确定位 或按规定的轨迹作严格的相对运动。
脉冲当量：相对于每个脉冲信号，机床移动部件的位移量。 常用脉冲当量：0.01mm/脉冲，0.005mm/脉冲， 0.001mm/脉冲 常用的伺服驱动元件：功率步进电机，电液伺服马达，直流 伺服电机，交流伺服电机
目前已开发出自学习功能的神经网络电火花加工系统。日本大隈公司的7000系列 数控系统具有人工智能自动编程功能。
2018年5月25日
第1章 概论
趋势——控制智能化
智能故障诊断与自修复技术 –智能故障诊断技术：根据已有的故障信息，应用现代智 能方法，实现故障快速准确定位。 –智能故障自修复技术：根据诊断故障原因和部位，以自 动排除故障或指导故障的排除技术。集故障自诊断、自 排除、自恢复、自调节于一体，贯穿于全生命周期。 –智能故障诊断技术在有些数控系统中已有应用，智能化 自修复技术还在研究之中。
2018年5月25日
第1章 概论
1.2 数控机床的组成及分类
1.2.1 数控机床的组成
控制介质
数控装置
伺服系统
机床
测量装置
2018年5月25日
第1章 概论
控制介质：在人和数控机床之间建立某种联系的媒介
物。 把加工零件所需的动作及刀具相对于工件的位置 等信息，用数控装置所能接受的数字和文字代码来 表示，并把这些代码储存在控制介质上。
C
经济型 - 位置反馈 中档型 高档型
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+
图1-6 开环补偿型控制图 图1-5 半闭环控制系统框图
第1章 概论
数控系统主要技术指标
控制轴数
CNC最多可以控制多少坐标轴 （包括直线轴和回转轴） CNC可同时控制且按一定规律完成一定轨迹 插补的协调运动的坐标轴数 插补直线、圆弧、 抛物线、椭圆、正弦曲线、 螺旋曲线、样条函数等，甚至可对曲面直接插补。 插补坐标系也从直角坐标系扩展到极坐标系、 圆筒坐标系。
–主轴最高转速达40000～50000r/min。 –主轴转速的最高加（减）速为1.0g ，即仅需1.8 秒即可从0提速到15000r/min。
2018年5月25日
趋势——加工高精化
第1章 概论
提高机械的制造和装配精度；提高数控系统的控制精度；采用 采用误差补偿技术： 误差补偿技术。纳米控制。 – 采用反向间隙补偿、丝杆螺距误差补偿和刀具误差补偿 提高 CNC系统控制精度： ; – 等技术 采用高速插补技术，以微小程序段实现连续进给，使 CNC –控制单位精细化； 设备的热变形误差补偿和空间误差的综合补偿技术。研 60 – 究表明，综合误差补偿技术的应用可将加工误差减少 采用高分辨率位置检测装置，提高位置检测精度（日本交 ％～ 80％。三井精机的 JidicH5D 型超精密卧式加工中心 流伺服电机已有装上 106 脉冲/转的内藏位置检测器，其位 的定位精度为± 0.10.01 m。 置检测精度能达到 m/脉冲） – 位置伺服系统采用前馈控制与非线性控制等方法。
2018年5月25日
第1章 概论
数控系统主要技术指标
准备功能（G功能）用来指令机床动作的方式功能
辅助功能（M功能）
规定主轴的起停、转向，冷却液的通断，刀库的起停等
刀具管理和刀具补偿
T指令—CNC从刀库中选择刀具
刀具半径补偿、长度补偿、刀具寿命管理、自动刀具测量等
2018年5月25日
数控技术
2018年5月25日
课程内容
第 1 章 概述
第 2 章 数控装置的轮廓控制原理 第 3 章 数控机床的程序编制
第 4 章 计算机数字控制装置
第 5 章 位置检测装置
第 6 章 伺服驱动系统
2018年5月25日
第一章 概 论
1.1 基本概念 1.2 数控机床的组成及分类 1.3 数控技术的发展
2018年5月25日
第1章 概论
趋势——控制智能化
随着人工智能技术的不断发展，为满足制造业生产柔性 化、制造自动化发展需求，数控技术智能化程度不断提高， 体现在： 加工参数的智能优化:将零件加工的一般规律、特殊工艺经 加工过程自适应控制技术：通过监测主轴和进给电机的功 验，用现代智能方法，构造基于专家系统或基于模型的 智能化交流伺服驱动装置：自动识别负载、自动调整控制参 率、电流、电压等信息，辩识出刀具的受力、磨损以及破损 “加工参数的智能优化与选择器”，获得优化的加工参数， 数，包括智能主轴和智能化进给伺服装置，使驱动系统获得最 状态，机床加工的稳定性状态；并实时修调加工参数（主轴 提高编程效率和加工工艺水平，缩短生产准备时间。使加 佳运行。 转速，进给速度）和加工指令，使设备处于最佳运行状态， 工系统始终处于较合理和较经济的工作状态。 以提高加工精度、降低工件表面粗糙度以及设备运行的安全 性。
2018年5月25日
第1章 概论
1952年在美国成功研制出第一台三坐标直 线插补连续控制数控铣床。1955年进入实 用阶段。
2018年5月25日
第1章 概论
什么是数控？
数控机床有哪些与传统 机床不同的特点？
2018年5月25日
1.1.2 数控的基本概念
第1章 概论
数控（Numerical Control,简称NC）：利 用数字化信息来实现自动控制的方法。
穿孔卡
穿孔带 磁带
磁盘
2018年5月25日
第1章 概论
数控装置：是数控机床的中枢，接收输入介质的信息， 通过对代码的识别、存储和运算等操作，最终输出 数控装置所具备的主要功能： 指令脉冲驱动伺服系统进而控制机床动作。
多坐标控制 多种函数的插补 多种程序输入功能 信息转换功能 补偿功能 多种加工方式选择 故障自诊断功能 显示功能 通讯和联网功能
1. 运行高速化 2. 加工高精化
3. 控制智能化
4. 功能复合化
5. 交互网络化
2018年5月25日
第1章 概论
趋势——运行高速化
进给、主轴、刀具交换、托盘交换等实现高 速化，并具有高加（减）速度。 进给率高速化：
–在分辨率为0.1m时，Fmax=24m/min，可获得 复杂型面的精确加工； –在程序段长度为1mm时，Fmax=30m/min，并且 具有1.5g的加减速率；
第1章 概论
从1952年至今，数控机床按照控制机的发展，已经历了六代。 • 1952年试制成功的世界上第一台数控机床是一台三坐标数控立式铣床， 采用的是脉冲乘法器原理，其数控系统全部采用电子管元件，我们称之 为第一代数控系统。 • 1959年，由于在计算机行业中研制出晶体管元件，因而在数控系统中 广泛采用晶体管和印刷电路板，从而跨入了第二代。1959年3月，美国发 明了带有自动换刀装置的数控机床，称为“加工中心”。 • 1965年，出现了小规模集成电路，由于它体积小，功耗低，使数控系 统的可靠性得以进一步提高。数控系统发展到第三代。 以上三代，都是采用专用控制的硬件逻辑数控系统（NC）。 • 1967年，出现了柔性制造系统（FMS）。由计算机作控制单元的数控系 统（CNC） ——数控机床的第四代。 • 1974年，美、日等国的数控系统生产厂首先研制出以微处理器为核心 的数控系统（MNC） 。 ——数控机床的第五代。 • 1990年开始，出现了采用工控PC机的开放式CNC系统。 ——数控机床 的第六代。
2018年5月25日
目
标
掌握数控机床 掌握数控机床的组成及各部分的作用与功能 了解数控机床的分类 了解数控机床的特点 了解数控机床及数控技术的发展
2018年5月25日
1.1 基本概念
1.1.1 数控机床的产生
第1章 概论
2018年5月25日
※ ※ ※ ※
精度高 形状复杂 批量小
第1章 概论
数控系统主要技术指标
操作功能
程序段跳步、机械闭锁、辅助功能闭锁、单段、试运行、 录返、示教等。
开关量接口
M、S、T功能以BCD码形式输出；机床其它开关量信号， 如急停、循环起动、进给保持等。
字符图形显示 自诊断功能 通信与通信协议 2018 年5月25日
1.3 数控技术的发展
2018年5月25日
第1章 概论
在高效加工中心上达到90 m/min的快移速度和 1g的加速度。 直线电机作为高效驱动元件正被广为应用，尤 其在激光切割和高速加工中。
2018年5月25日
第1章 概论
换刀速度
–0.9秒（刀到刀） –2.8秒（切削到切削） –工作台（托盘）交换速度
6.3秒。
主轴高速化：采用电主轴（内装式主轴电 机），主轴电机的转子轴就是主轴部件。
2018年5月25日
第1章 概论
机床：执行机构
传动链较短