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主编：何雪明 等

湖北工业大学机械工程学院

华中科技大学出版社 2006 年 9月版

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第一章 绪论1.1 数控技术的产生及特点

1.1.1 数控技术的产生 上世纪 40 年代以来，生产力迅速发展，人们要加工

的零件越来越多，零件形状也越来越复杂，原来用自动专用机床和仿形机床去满足要求现在显得力不从心。因此：

灵活、通用、高精度、高效率的“柔性”自动化生产技术 ------- 数控技术应运而生

1948 年美国 Persons 受军方委托研制直升机叶片轮廓检验样板的机床。他们与 MIT 合作，提出用计算机控制机床加工复杂曲线的新理念，并于 1952 年研制出第一台立式数控铣床。 1955 年实现该机床的产业化。

由于该机床采用的是先进的数字控制技术，具有普通机床和专用机床无法比拟的优点，故数控技术具有强大的生命力。从此，数控技术在世界各地得到了迅速的发展。

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1.1.2 数控加工的特点

1. 可以 加工具有复杂型面的工件 2. 加工精度高，质量稳定 3. 生产效率高 4. 改善劳动条件 5. 有利于生产过程的现代化： 生产管理的现代化 CAD/CAM 的基础 数控加工的对象 1. 几何形状复杂的工件 2. 新产品的工件 3. 精度及表面粗糙度要求高的工件 4. 需要多道工序的工件 5. 原材料特别贵重的工件

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1.2 数控机床特点及分类 1.2.1 数控机床特点 适应性：强（对象 . 发

展 .CAD 、 CAM 、 FMS 、 CIMS ） 自动化：优 质量： 好 效率： 高 缺点：要求高素质的操作员 （掌握了数控技术，招聘较易）

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1.2 数控系统的组成及分类 1.2.1 数控技术的基本概念 数控技术，简称数控（ Numerical Control ）是

利用数字化信息对机械运动及加工过程进行控制的一种方法。现在又称为计算机数控（ computer numerical control ， CNC ）

CNC 有三种含义 1. 代表一种控制技术 2. 代表一种控制系统的实体 3. 代表一种控制装置

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1.2.2 数控系统的构成

数控系统的构成如下图所示：

信息载体信息载体

键盘键盘

如步进电机等 工作台

如编码器和光栅

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1.2.3 数控基本原理

在进行数控加工之前，要预先编制加工程序清单： 1. 确定工件的加工工序及加工所用刀具和切削速度 2. 确定工件的轮廓衔接点 3. 确定起刀和收刀的位置以及坐标原点的位置 按规定的语句格式写出数控指令集，将指令集输入到

数控装置里进行处理（译码，运算等），通过驱动电路把信号放大，驱动伺服电机输出角位移及角速度，又通过执行部件转换成工作台的直线位移以实现进给

另外，数控装置还要通过 PLC 控制强电部件以进行一些辅助性工作，如 ：照明，冷却。排屑等

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1.2.4 数控系统的分类 1.2.4 按控制系统的特点分类 1. 点位控制系统。如数控钻床、冲床等 2. 直线控制系统。如平面铣床、数控磨床 数控车床 3. 轮廓控制系统。 3 维加工机床（中心）

1.2.2.2 按伺服系统的类型 1.开环控制系统

2.半闭环控制系统 3.闭环控制系统

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1.2.2.4按功能水平分类： 低档：分辨率： 10μm 进给速度： 8-15m/min 进给类型：开环，步进电机 联动轴数： 2-3 主 CPU ： 8 位 (通信、显示、

PLC) 中档：分辨率 1 μm 半闭环系统控制 高档： 分辨率 0.1 μm 闭环系统控制 5 轴以上联动

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1.3数控技术的发展1.3.1 机床数控系统的发展介绍1952 年 Persons 与麻省理工学院试制第 1 台数控机床其电路是电子管1955年 美国空军和麻省理工学院合作，研制成功APT语言1954年 第 1 台工业用数控机床有 Bendix公司研制成功（加工中心）1967 柔性加工中心 FMS(英国 )1970 小型计算机数控加工中心 CNC, 多机床控制系统 DNC1973 微处理器数控机床 CIMS1980 数控装置可以人机对话、动态图形显示的智能数控机床 FMC 柔性制造单元

其中， 80 年代提出的计算机集成制造 CIMSCIMS 的概念值得一提：企业生产的各个环节‘从市场分析、产品设计、加工制造、经营管理到售后服务是一个不可分割的整体。整个生产过程实质上是一个数据的采集、传递和加工处理过程，最终形成的产品可以看成是数据的物质表现。数控机床是这个过程的节点

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我国发展数控的过程 1958 年开始研究数控技术（电子管） 1965 年开始研究晶体管数控系统 70 年代研制成功数控非园齿轮插齿机及立式数

控铣床 80 年代以来，引进技术与自行研制相结合，我

国的数控技术得到明显的进步（ FANUC 系统比较广泛）。现在我国多家机床厂均能生产 5坐标联动的数控机床。

我国数控技术与先进国家的差距正在缩小我国数控技术与先进国家的差距正在缩小。

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1.3.2 数控系统的发展趋势 1.3.2.1 数控系统 1. 模块化、小型化 2. 大容量存储器、大容量 PLC 。使机床能长时间工作。 3. 配有多种接口 （ FMS,CIMS) 形成通信网络 4. 可靠性高 (自诊断、自排除） 5. 经济、使用方便

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1.3.2.1 机床结构的发展

1. 提高机床的刚度：基于一个道理，即任何物体在受力时均会变形，这种变形会导致加工的误差。

2. 提高主轴的转速：转速较高时加工精度也较高

3. 提高机床的精度：机床主轴的跳动导致加工的误差。

4.扩充机床的加工范围：组合机床

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1.3.2.2 编制程序系统 1. 简化编程： G 代码编程讲究格式，定义。且

可读性很差。改进有：固定循环、子程序 2.集成化编程：与 CIMS 或 CAD 系统集成 3.智能化编程：图形自动编程（所见即所得）例如， MASERCAM,PRO/E,SOLIDEAGE,CAXA,

开目 CAD 等等。