第一章数控机床概述
第一节数控加工的概念
一、概念：
数字控制(Numerical Control，简称NC)技术是用数字化信息进行控制的自动控制技术。数控机床：是以数字化的信息实现机床控制的机电一体化产品，它把刀具和工件之间的相对位置，机床电动机的起动和停止，主轴变速，工件松开夹紧，刀具的选择，冷却泵的起停等各种操作和顺序动作等信息用代码化的数字信息送入数控装置或计算机，经过译码、运算，发出各种指令控制机床伺服系统或其它执行元件，使机床自动加工出所需要的工件。
数控加工：根据零件图样及工艺要求等原始条件，编制零件数控加工程序，并输入到数控机床的数控系统，以控制数控机床中刀具与工件的相对运动，从而完成零件的加工。
二、产生：1952年美国帕森斯公司（Parsons）和麻省理工学院(MIT)合作研制成功了世界上第一台数控机床，它是一台三坐标数控铣床，用于加工直升飞机叶片轮廓检查用样板。
第二节数控机床的组成与分类
一、数控机床的组成
数控机床是机电一体化的典型产品，是集机床、计算机、电机及拖动、自动控制、检测等技术为一体的自动化设备。现代数控系统都为计算机数控系统(Computer Numerical Control，简称CNC)。数控机床的基本组成包括加工程序、输入/输出装置、数控装置、伺服系统、辅助控制装置、反馈系统及机床本体。
图一数控机床的组成
第二节数控机床的组成与分类
CNC装置(CNC单元)：
CNC装置是数控机床的核心部件。
组成：计算机系统、位置控制板、PLC接口板，通讯接口板、特殊功能模块
以及相应的控制软件。
作用：根据输入的零件加工程序进行相应的处理（如运动轨迹处理、机床输
入输出处理等），然后输出控制命令到相应的执行部件(伺服单元、驱动装置
和PLC等)，所有这些工作是由CNC装置内硬件和软件协调配合，合理组
织，使整个系统有条不紊地进行工作的。
1. 操作面板
操作面板的是操作人员与机床数控装置进行信息交流的工具。
组成：按钮站、状态灯、按键阵列（功能与计算机键盘一样）和显
示器；。
它是数控机床特有的部件。
第二节数控机床的组成与分类
2. 控制介质与输入输出设备
控制介质记录零件加工程序的媒介
输入输出设备CNC系统与外部设备进行交互装置。交互的信息通
常是零件加工程序。即将编制好的记录在控制介质上的零件加工程
序输入CNC系统或将调试好了的零件加工程序通过输出设备存放
或记录在相应的控制介质上。
1. 操作面板
操作面板的是操作人员与机床数控装置进行信息交流的工具。
组成：按钮站、状态灯、按键阵列（功能与计算机键盘一样）和显
示器；。
它是数控机床特有的部件。
表1 控制介质和输入输出设备表
3. 通讯
现代的数控系统除采用输入输出设备进行信息交换外，一般都具有用通讯方式进行信息交换的能力。它们是实现CAD/CAM的集成、FMS和CIMS的基本技术。采用的方式有：
串行通讯（RS-232等串口）、
自动控制专用接口和规范（DNC，MAP等）
网络技术（internet，LAN等）。
第二节数控机床的组成与分类
4. CNC装置(CNC单元)
CNC装置是数控机床的核心部件。
组成：计算机系统、位置控制板、PLC接口板，通讯接口板、特殊功能模块
以及相应的控制软件。
作用：根据输入的零件加工程序进行相应的处理（如运动轨迹处理、机床输
入输出处理等），然后输出控制命令到相应的执行部件(伺服单元、驱动装置
和PLC等)，所有这些工作是由CNC装置内硬件和软件协调配合，合理组
织，使整个系统有条不紊地进行工作的。
第二节数控机床的组成与分类
伺服单元、驱动装置和测量装置
伺服单元和驱动装置
主轴伺服驱动装置和主轴电机
进给伺服驱动装置和进给电机
测量装置
位置和速度测量装置。以实现进给伺服系统的闭环控制。
作用保证灵敏、准确地跟踪CNC装置指令：
进给运动指令：实现零件加工的成形运动（速度和位置控制）。
主轴运动指令，实现零件加工的切削运动（速度控制）
第二节数控机床的组成与分类
PLC (P rogrammable L ogic C ontroller)、机床I/O电路和装置
PLC：用于控制机床顺序动作，完成与逻辑运算有关的开关量I/O控制，它
由硬件和软件组成；
机床I/O电路和装置：实现开关量I/O控制的执行部件，即由继电器、电磁
阀、行程开关、接触器等电器组成的逻辑电路；
功能：
接受CNC的M、S、T指令，对其进行译码并转换成对应的控制信
号，控制辅助装置完成机床相应开关动作
接受操作面板和机床侧的I/O信号，送给CNC装置，经其处理后，
输出指令控制CNC系统的工作状态和机床的动作。
第二节数控机床的组成与分类
7. 机床
机床：数控机床的主体，是实现制造加工的执行部件。
组成：由主运动部件、进给运动部件（工作台、拖板以及相应的传动机构）、支承件
（立柱、床身等）以及特殊装置（刀具自动交换系统工件自动交换系统）和辅助装置（如排屑装置等）。
二、数控机床的分类
按用途分类
1、金属切削类数控机床
金属切削类数控机床有数控车床、数控铣床、数控钻床、数控镗床、数控磨床、数控镗铣床等。加工中心MC是带有刀库和自动换刀装置的数控机床。
2、金属成形类数控机床
金属成形类数控机床有数控折弯机、数控弯管机和数控压力机等。
3、数控特种加工机床
数控特种加工机床有数控电火花线切割机床、数控电火花加工机床、数控激光加工机床等。
按运动方式分类
1、点位控制系统
这类控制系统只控制工具相对工件从某一加工点移到另一个加工点之间的精确坐标位置。而对于点与点之间移动的轨迹不进行控制，且移动过程中不作任何加工。通常采用这一类系统的设备有数控钻床、镗床、冲床等。
2、直线控制系统
这类系统不仅要控制点与点的精确位置，还要控制两点之间的移动轨迹是一条直线，且在移动中能以给定的进给速度进行加工。采用此类控制方式的设备有数控车床、数控铣床等。
3、连续控制系统
连续控制系统又称为轮廓控制系统或轨迹控制系统。这类系统能够对两个或两个以上坐标方向进行严格控制，即不仅控制每个坐标的行程位置，同时还控制每个坐标的运动速度。各坐标的运动按规定的比例关系相互配合，精确地协调起来连续进行加工，以形成所需要的直线、斜线或曲线、曲面。采用此类控制方式的设备有数控车床、铣床、加工中心、电加工机床、特种加工机床等。
按控制原理分类 1、开环控制系统
这类系统不装备位置检测装置，即无位移的实际值反馈与指令值进行比较修正，因而控制信号的流程是单向的。
工作台
按控制原理分类 2、闭环控制系统
这种系统是带有位置检测装置，将位移的实际值反馈回去与指令值比较，用比较后的差值去控制，直至差值消除时才停止修正动作的系统。
按运动方式分类
点位控制系统 直线控制系统 连续控制系统
指令进给脉冲 驱动电路 步进电动机 传动结构
按控制原理分类
3、半闭环控制系统
这种系统是闭环系统的一种派生。它与闭环系统的不同之处仅在将检测元件装在传动链的旋转部位，它所检测得到的不是工作台的实际位移量，而是与位移量有关的旋转轴的转角量。因此，其精度比闭环系统稍差，但这种系统结构简单，便于调整，检测元件价格也较低，因而是广泛使用的一种数控系统。
按数控系统类型分类
1、经济型数控系统（又称简易数控系统）
这一档次的数控机床仅能满足一般精度要求的加工，能加工形状较简单的直线、斜线、圆弧及带螺纹的零件，采用的微机系统为单板机或单片机系统，具有数码显示，CRT字符显示功能，机床进给由步进电动机实现开环驱动，控制的轴数和联动轴数在3轴或3轴以下。
2、普及型数控系统（通常称之为全功能数控系统）
这类数控系统功能较多，除了具有一般数控系统的功能以外，还具有一定的图形显示功能及面向用户的宏程序功能等，采用的微机系统为16位或32位微处理机，具有RS-232C 通信接口，机床的进给多用交流或直流伺服驱动，一般系统能实现4轴或4轴以下联动控制。
3、高档数控系统
采用的微机系统为32位以上微处理机系统，机床的进给大多采用交流伺服驱动，除了具有一般数控系统的功能以外，应该至少能实现5轴或5轴以上的联动控制。具有三维动画图形
按数控系统类型分类
功能和宜人的图形用户界面，同时还具有丰富的刀具管理功能、宽调速主轴系统、多功能智能化监控系统和面向用户的宏程序功能，还有很强的智能诊断和智能工艺数据库，能实现加工条件的自动设定，且能实现与计算机的联网和通信。
4、基于PC的开放式数控系统
用通用微机技术开发数控系统可以得到强有力的硬件与软件支持，这些软件和硬件的技术是开放式的，此时的通用微机除了具备本身的功能外，还具备了全功能数控系统的所有功能。
第三节数控机床的控制对象
从数控机床最终要完成的任务看，主要应对以下三方面进行控制：
1、主运动
和通用机床一样，主运动主要完成切削任务，其动力约占整台机床动力的70%-80%，数控车床的主轴旋转运动如图1所示。基本控制要实现主轴的正、反转和停止，可自动换档及无级调速；对加工中心和一些数控车床还必须具有准停控制和C轴控制功能。
2、进给运动
数控机床的进给运动是通过进给伺服系统来实现的，这是数控机床区别于通用机床的重要方面之一。伺服控制的最终目的就是实现对机床工作台或刀具的位置控制，伺服系统中所采取的一切措施，都是为了保证进给运动的位置精度。图2为数控车床的刀架的Z向进给运动，图3为数控车床的刀架的X向进给运动。
3、输入/输出(I/O)
数控系统对加工程序处理后输出的控制信号除了对进给运动轨迹进行连续控制外，还要对机床的各种状态进行控制，这些状态包括主轴的变频控制，主轴的正、反转及停止，冷却和润滑装置的起动和停止，刀具自动交换，工件夹紧和放松及分度工作台转位等，图4所示为数控车床的换刀运动。
主运动
X向进给运动
Z向进给运动
换刀运动
第四节数控机床的工作原理
数控机床加工零件时，首先要将零件图纸上的几何信息和工艺信息用规定的代码和格式编写成加工程序，然后将加工程序输入数控装置，经过计算机的处理、运算，按各坐标轴的分量送到相应的驱动电路，经过转换、放大去驱动伺服电动机，使各坐标移动若干个最小位移量，并进行反馈控制，使各轴精确走到程序要求的位置，实现刀具与工件的相对运动，完成零件全部轮廓的加工。
第四节 数控机床的工作原理
所谓插补，就是指在被加工轨迹的起点和终点之间，插进若干中间点，然后用已知线型（如直线、圆弧）逼近。通常把数控机床上刀具运动轨迹是直线加工的称为直线插补；刀具运动轨迹是圆弧加工的称为圆弧插补。一般的数控系统都具有直线和圆弧插补，能加工出各象限直线和圆弧。对于复杂功能的数控机床，通过多轴控制、多轴联动实现空间曲线、曲面的加工。
第四节 数控机床的工作原理
数控机床的数字控制功能是由数控系统完成的。数控装置能接受零件图纸加工要求的信息，进行插补运算，实时地向各坐标轴发出速度控制指令。伺服驱动装置能快速响应数控装置发出的指令，驱动机床各坐标轴运动，同时能提供足够的功率和扭矩。伺服系统中常用的驱动装置，根据控制系统的类型不同而不同，开环伺服系统常用步进电动机，闭环伺服系统常采用脉宽调速直流电动机和交流伺服电动机等。检测装置将坐标位移的实际位置检测出来，反馈给数控装置中的比较器与指令位置进行比较，实现偏差控制。伺服系统中常用的检测装置有测量线位移的光栅、磁栅、感应同步器等，测量角位移的旋转变压器、数字脉冲编码器等。可编程控制器PLC,
在数控机床中一般用来对一些逻辑开关量进行控制，如：主轴
直线插补
圆弧插补
(5,2)
X
Y
O
3
X
O
的启、停，刀具更换、冷却液开关等。
第五节数控加工的特点及应用范围
?数控机床的应用范围
零件复杂程度
价值昂贵，不允许报费的关键零件；需要最少周期的急需零件；批量较大精度要求高的零件。第五节数控加工的特点及应用范围
?数控机床的特点
1、数控系统取代了通用机床的手工操作，具有充分的柔性，只要重新编制零件程序，更换相应工装，就能加工出新的零件。
2、零件加工精度一致性好，避免了通用机床加工时人为因素的影响。
3、生产周期短，特别适合小批量、单件零件的加工。
4、可加工复杂形状的零件，如二维轮廓或三维轮廓加工。
5、易于调整机床，与其他加工方法相比，所需调整时间较少。
6、易于建立计算机通信网络。
7、设备初期投资大。
8、由于系统本身的复杂性，增加了维修的技术难度和维修费用。
第五节数控机床机械结构的特点
?对数控机床机械结构的要求
?提高机床的动、静刚度
?减少机床的热变形
?减少运动副的摩擦，提高传动精度
?提高机床的寿命和精度保持性
?自动化的机构，宜人的操作性
?安全防护和宜人的造型
对数控机床机械结构的要求
一. 提高机床的静、动刚度
?合理选择支承件的结构形式
?合理的结构布局
?采用补偿变形的措施
?合理选用构件的材料
二.减少机床热变形的措施
?减少机内发热
?改善散热和隔热条件
?合理设计机床的结构与布局
?进行热变形补偿
三. 减少运动副的摩擦
?采用滚动导轨或静压导轨
?采用贴塑滑动导轨
?用滚珠丝杠代替滑动丝杠
?采用无间隙滚珠丝杠传动和无间隙齿轮传动以提高传动精度
数控机床的主传动系统
?数控机床的主传动系统概述
主运动系统是指驱动主轴运动的系统，主轴是数控机床上带动刀具和工件旋转，产生切削运动的运动轴，它往往是数控机床上单轴功率消耗最大的运动轴。
?主传动系统的作用：
①传递动力，传递切削加工所需要的动力
②传递运动，传递切削加工所需要的运动；
③运动控制，控制主运动运行速度的大小、方向和起停。
与进给伺服系统相比，它具有转速高、传递的功率大等特点，是数控机床的关键部件之一，对它的运动精度、刚度、噪声、温升、热变形都有较高的要求。
?数控机床的主传动系统要求：
1、动力功率高
由于对高效率的要求日益增长，加之刀具材料和技术的进步，大多数NC机床均要求有足够高的功率来满足高速强力切削。一般NC机床的主轴驱动功率在3.7kW～250kW之间2、调速范围宽
除了功率方面的要求外，还应使主轴转速具有足够大的调整范围。调速范围是指最高转速与最低转速之比，即Rn=nmax/nmin
3、控制功能多样化
4、性能要求高
主传动功率
?机床主传动的功率N可根据切削功率N c与主运动传动链的总效率η由下式来确定N=N c/η
?数控机床的加工范围一般都比较大，切削功率可以根据有代表性的加工情况，由其主切削力P z按下式来确定
调速范围宽
?在主运动系统中调速范围有恒扭矩、恒功率调速范围之分，如图所示，在基本转速(额定转速n c )以下是恒转速调速范围，通过调整电枢电压来实现，在n c以上是恒功率调速，通过调磁调速。而且现在恒功率调速范围尽可能大，以便在尽可能低的速度下，利用其全功率(在低速时往往由于电流的限制，只能进行恒扭矩调速。因为加工一些难加工材料所需求的转速范围相差很大，例如，钛需要低速加工，而铝合金材料却需要高速加工，而采用齿轮变速箱扩大变速范围的方法已不能满足要求。
? 主运动为旋转运动的机床，主轴转速n (r/min)由切削速度v (m/min)和工件或刀具的直径d (mm)来确定
?
对于数控机床，为了适应切削速度和工件（或刀具）直径的变化，主轴的最低和最高转速可根据下式确定
数控机床的主传动变速方式 ? 无级变速 ? 分段无级变速
? 内置电动机主轴变速（电主轴） ? 有级变速（机械变速）
现代数控机床均采用交流主轴电机及交流变频驱动装置，下图为主轴输出特性曲线
主轴转速（r/min)
转矩（N .m )
功率（k w )
连续）（极限）
主轴输出特性曲线----转速功率特性
转矩（N .m )
控制功能多样化
由于NC机床的种类繁多，不同的机床对主轴功能有不同的要求。
?NC车床车螺纹时要求有同步控制功能；
?加工中心为了能进行自动换刀需要主轴准停功能；
?NC车床和NC磨床在进行端面加工时，为了保证端面加工的粗糙度要求，要求接触点处的线速度为恒值，需要恒线速切削功能；
?还有些NC机床有C轴控制功能
性能要求高
对主轴电机的性能要求如下：
?电机抗过载能力强，要求有较长时间(1～30min)和较大倍数的抗过载能力；
?在断续负载下，电机转速波动要小；
?速度响应要快，升降速时间要短；
?电机温升低，振动和噪音小；
?可靠性高，寿命长，维护容易；
?体积小，重量轻，与机床联接容易
普通电机—机械变速系统—主轴部件配置方式
该配置方式是一种传统的配置方式，它能够满足各种切削运动转矩输出的要求，但变速范围不大，由于是有级变速使切削速度的选择受到限制，而且该配置的结构较复杂，所以现在仅有少数经济型数控机床采用该配置，其他已很少采用。
变频器—交流电机—1～2级机械变速—主轴部件配置方式
特点：
?变频电机经一对齿轮变速后，再通过二联滑移齿轮传动主轴，使主轴获得高速段和低速段转速。
?优点是能够满足各种切削运动的转矩输出，且具有大范围的速度变化能力；
?具有结构简单、安装调试方便，且在传动上能满足转速与转矩的输出要求；
?调速范围及动力特性相对于交、直流主轴电机系统而言要差一些；
?主要用于经济型或中低档数控机床上。
变频器—交流电机—1～2级机械变速—主轴部件配置方式
特点：
?变频电机经一对齿轮变速后，再通过二联滑移齿轮传动主轴，使主轴获得高速段和低速段转速。
?优点是能够满足各种切削运动的转矩输出，且具有大范围的速度变化能力；
?具有结构简单、安装调试方便，且在传动上能满足转速与转矩的输出要求；
?调速范围及动力特性相对于交、直流主轴电机系统而言要差一些；
?主要用于经济型或中低档数控机床上?￡
交、直流主轴电机—主轴部件配置方式
特点：
?电机经同步齿形带传动主轴
?电机是性能更好的交、直流主轴电机，变速范围宽，最高转速可达8000 r/min
?在传动上能基本能满足目前大多数数控机床的要求，易于实现丰富的控制功能
?结构简单、安装调试方便，可满足现在中高档数控机床的控制要求
?对于越来越高的速度的需求，该配置方式已难以满足
电主轴
?这种电机由三个基本部分组成：空心轴转子、带绕组的定子、速度检测元件。空心轴转子，它既是电机的转子，也是主轴，中间是空心的，用于装夹刀具或工件；带绕组的定子，它和其他电机相似。这种电机构成了较简单的主运动部件。
?它不仅可以使转速提高，若在其内应用较先进的轴承（如陶瓷轴承、磁悬浮轴承等）而且可使主轴部件结构紧凑、重量轻、惯量小，可提高启动、停止的响应特性，利于控制振动和噪声。转速高，目前最高可达200000 r/min。它的出现大大简化了主运动系统结构，实现了所谓的“零传动”，因而使传动精度大大提高，由于它具有上述特点，在高速数控机床大量采用。
?在目前也存在着一些缺点，主要是电机运转产生的振动和热量将直接影响到主轴，因此，主轴组件的整机平衡、温度控制和冷却是内装式主轴电机的关键问题。
数控机床的主轴部件
?组成：主轴部件由主轴的支承、安装在主轴上的传动零件及装夹刀具或工件的附件组成。
?主要作用：①夹持工件或刀具实现切削运动；②传递运动及切削加工所需要的动力。
?机床对其主轴部件的主要要求有：
①主轴的精度要高。精度包括运动精度(回转精度、轴向窜动)和安装刀具或夹
持工件的夹具的定位精度(轴向、径向)。
②部件的结构刚度和抗振性。
③运转温升不能太高以及较好的热稳定性。
④部件的耐磨性和精度保持能力。
对数控机床除上述要求外，在机械结构方面还应有：
①刀具的自动夹紧装置。
②主轴的准停装置。
③主轴孔的清理装置等
进给传动系统装置
?概述
进给系统机械传动结构是进给伺服系统的重要组成部分，它是实现成形加工运动所需的运动及动力的执行机构。它主要由传动机构、运动变换机构、导向机构、执行件组成。如下图所示。其中常用的传动机构有传动齿轮和同步带；运动变换机构有丝杠螺母副、蜗杆齿条副、齿轮齿条副等；导向机构有滑动导轨、滚动导轨、静压导轨、轴承等。
?数控机床对进给运动的要求
减少摩擦阻力
提高传动精度和刚度
消除传动间隙
减小运动件的惯量
进给传动系统装置
?对进给传动系统装置的要求：
由于机械传动结构的刚性、制造精度、摩擦阻尼特性等，对执行件运动特性和运动精度有重要影响，因此进给伺服系统对机械传动机构提出了较高的要求，主要有：
①摩擦力小，尤其是动静摩擦系数之差要小，故广泛采用如滚动摩擦等摩擦力较小的传动件及导轨；
②传动精度和刚度要高，要求消除传动间隙，并进行适当的预紧。以增加传动系统刚度；
③运动惯量要小，尽可能减小运动部件质量，以提高响应速度。
进给传动系统装置
?齿轮传动及齿轮消隙
齿轮传动在伺服进给系统中的作用是：改变运动方向、降速、增大扭矩、适应不同丝杠螺距和不同脉冲当量的配比等。当在伺服电机和丝杠之间安装齿轮（直齿、斜齿、锥齿等）时，必然产生齿侧间隙，造成反向运动的死区，必须设法消除。目前消除齿侧间隙普遍采用双片齿轮结构。
键联接消隙
?当齿轮与轴联接时，键两侧的间隙也必须设法消除。
联轴节
由于伺服电机性能的提高，目前许多场合都采用伺服电机与丝杠直接相联，由于伺服系统对传动精度要求较高，因而对联轴节也提出了较高的要求，主要有无间隙、传动中弹性变形小、高速传动平稳、稳定可靠等。图是较典型的联轴节的结构形式。
滚珠丝杠螺母副
?丝杠螺母副是运动变换机构，其功用是将旋转运动变换成直线运动。按丝杠与螺母的摩擦性质分类：①滑动丝杠螺母副，主要用于旧机床的数控化改造、经济型数控机床等；②滚珠丝杠螺母副，广泛用于中、高档数控机床；③静压丝杠螺母副，主要用于高精度数控机床、重型机床。
?工作原理
丝杠（螺母）旋转，滚珠在封闭滚道内沿滚道滚动、迫使螺母（丝杠）轴向移动，从而实现将旋转运动变换成直线运动。
滚珠丝杠螺母副
?滚珠循环方式
滚珠丝杠螺母副的滚珠循环方式常用的有两种：滚珠在循环过程中有时与丝杠脱离接触的称为外循环；始终与丝杠保持接触的称内循环。滚珠丝杠螺母副的每个循环称为一列，每个导程称为一圈。
?外循环
这种结构是在螺母体上轴向相隔2.5圈或3.5圈螺纹处钻两个孔与螺旋槽相切，作为滚珠的进口与出口。再用弧形铜管插入进口和出口内，形成滚珠返回通道，由弯管的端部来引导滚珠；这种弯管由两半合成，采用冲压件，工艺性好。
外循环方式制造工艺简单、应用广泛，但螺母径向尺寸较大，因用弯管端部作挡珠器，故刚性差、易磨损，噪音较大。外循环的工作圈数是2.5圈或3.5圈，1～2列。
滚珠丝杠螺母副
?内循环
图为滚珠内循环方式，它采用圆柱凸键反向器实现滚珠循环，反向器的圆柱部分嵌入螺母内，端部开有反向槽，反向槽靠圆柱外圆面及其上端的凸键定位，以保持对准螺纹滚道方向。在一个螺母上沿螺纹周向错开120°，轴向错开（t为导程），装三个反向器，形成三圈滚珠循环。内循环螺母结构紧凑，定位可靠，刚性好，不易磨损，反回滚道短，不易产生滚珠堵塞，摩擦损失小。缺点是结构复杂、制造较困难。内循环的工作圈数是3列。
滚珠丝杠螺母副
?滚珠丝杠螺母副的特点
1。传动效率高达85%～98%，是普通滑动丝杠的2～4倍，
2。摩擦阻力小:静摩擦阻力及动静摩擦阻力差值小，采用它是提高进给系统灵敏度、定位精度和防止爬行的有效措施之一；
3。传动精度高，可消除传动间隙，实现无间隙传动；
4。由于效率高，无自锁能力，故对于垂直使用的情况，应增加自锁装置。
滚珠丝杠副的选用
?选用要点
应该根据机床的精度要求来选用滚珠丝杠副的精度，根据机床的载荷来选定丝杠的直径，并且要验算丝杠扭转刚度、压曲刚度、临界转速与工作寿命等。
?精度等级的选择
滚珠丝杠副的精度将直接影响数控机床各坐标轴的定位精度。普通精度的数控机床，一般可选用D级，精密级数控机床选用C级精度的滚珠丝杠副。丝杠精度中的导程误差对机床定位精度影响最明显。而丝杠在运转中由于温升引起的丝杠伸长，将直接影响机床的定位精度。通常需要计算出丝杠由于温升产生的伸长量，该伸长量称为丝杠的方向目标。用户在定购滚珠丝杠时，必须给出滚珠丝杠的方向目标值。
滚珠丝杠副的选用
?结构尺寸的选择
滚珠丝杠副的结构尺寸主要有：丝杠的名义直径D0、螺距t、长度L、滚珠直径d0等，尤其是名义直径与刚度直接相关，直径大、承载能力和刚度越大，但直径大转动惯量也随之增加，使系统的灵敏度降低。所以，一般是在兼顾二者的情况下选取最佳直径。
?有关资料推荐：
?名义直径D0对于小型加工中心采用32、40（mm），中型加工中心选用40、50(mm)，大型加工中心采用50、63(mm)的滚珠丝杠，但通常应大于L/30--L/35；
?螺距t：t越小，螺旋升角小，摩擦力矩小，分辨率高，但传动效率低，承载能力低，应折中考虑；
?丝杆长度L：一般为工作行程+螺母长度+（5～10）；滚珠直径d0越大，承载能力越高，尽量取大值。一般取d0 =0.6t；
?滚珠的工作圈数、列数和工作滚珠总数对丝杆工作特性影响较大；当前面三项确定后，后两项也确定了，一般不用用户考虑。
滚珠丝杠副的选用
?验算
当有关结构参数选定后，还应根据有关规范进行扭转刚度、临界转速和寿命的验算校核：?刚度验算
丝杠属细长杆，受扭矩会引起扭转变形，从而“吃掉”若干输入的位置指令，致使执行间的输出不到位，这些被“吃掉”的输入称为失动量。刚度验算就是校验丝杠在额定轴向（扭转）载荷作用下，执行件的失动量。失动量的计算方法如下：
滚珠丝杠副的选用
?临界转速验算
对于数控机床来说，滚珠丝杠的最高转速是指快速移动时的转速。因此，只要此时的转速不超过临界转速就可以了。应校核丝杠轴的转速与丝杠自身的自振频率是否接近，如果很接近，会导致强迫共振，影响机床正常工作。应根据有关计算公式进行的校核。
?寿命验算
滚珠丝杠副的寿命，主要是指疲劳寿命。在工程计算中，采用"额定疲劳寿命"这一概念，它指一批尺寸、规格、精度相同的滚珠丝杠，在相同条件下回转时，其中90%不发生疲劳剥落的情况下运转的总转数。也可用总回转时间或总走行距离来表示。可根据有关经验公式校核，应保证总时间寿命L t≥20 000(h)。如果不能满足这一条件，而且轴向载荷已由工作要求所决定不能减小，则只有选取直径较大，即额定动载荷较大的丝杠，以保证L t≥20000(h)。
滚珠丝杠的支承结构
?滚珠丝杠的主要载荷是轴向载荷，径向载荷主要来自于卧式丝杠的自重。由于滚珠丝杠的轴向刚度对位移精度的影响很大，因此，如何从利用支撑结构来提高滚珠丝杆的轴向刚度是至关重要的。
美国CINCINNA TI 10HC卧式加工中心的Z坐标（立柱水平方向移动）的滚珠丝杠支承采用一端固定，一端自由的结构形式如图5-19（a），固定端采用四个接触角为60°的推力角接触球轴承，两个同向、面对面安装，加上预紧，轴向刚度和承载能力都很高。该固定端连同伺服电机都安装在支架2上。丝杠的另一端自由悬伸，滚珠丝杠螺母4固定在底座3上。可视为一种辅助支承。工作时，伺服电机12带动滚珠丝杠5旋转，并推动支架和重达5吨的立柱1（包括主轴箱和刀库）沿Z方向运动。
滚珠丝杠的制动
滚珠丝杠副的传动效率高但不能自锁，用在垂直传动或高速大惯量场合时需要制动装置。目前常见的有机械式和电气式两种。
电气方式制动是采用电磁制动器，而且这种制动器就做在电机内部。
滚珠丝杠螺母副
?滚珠丝杠螺母副的安装
一般要求
滚珠丝杠螺母副在安装时首先应满足以下要求：
①滚珠丝杠螺母副相对工作台不能有轴向窜动；
②螺母座孔中心应与丝杠安装轴线同心；
③滚珠丝杠螺母副中心线应平行于相应的导轨;
④能方便地进行间隙调整、预紧和预拉伸。
?预紧
滚珠丝杠螺母副的预紧是使两个螺母产生轴向位移（相离或靠近），以消除它们之间的间隙并施加预紧力，预紧目的是消除运动间隙,提高运动精度及传动刚度。
滚珠丝杠副的轴向间隙的消除和预紧
?轴向间隙：指丝杠和螺母无相对转动时，丝杠和螺母之间最大轴向窜动。除了结构本身的游隙之外，还包括在施加轴向载荷之后弹性变形所造成的窜动。
?预紧消隙的方法：
1 修磨垫片厚度
2 用锁紧螺母消隙
3 齿差式调整
双螺母消隙
特点：调整方便，不能精确调整
修磨垫片消隙
齿差式调整
螺距P
左螺母齿数Z1
右螺母齿数Z2
同向各转一个齿调整量为：
△=P（1/Z1-1/Z2）
特点：能精确调整间隙
数控机床的导轨
?对数控机床导轨的要求：
摩擦系数小、运动平稳、噪声低、传动灵活、精度高
?常用导轨类型：
滚动导轨：滚动导轨块
直线滚动导轨
静压导轨：
滑动导轨：贴塑导轨
数控机床的导轨
?直线滚动导轨
数控机床的导轨
?贴塑导轨：
数控机床的导轨
?静压导轨
第四节刀具、刀库及自动换刀装置
?数控机床对刀具的要求
?数控机床所用刀具的材料及其选择
?数控机床用刀具类型
?自动换刀系统的组成原理
?刀库与刀具管理
?刀具交换装置
数控机床对刀具的要求
?适应高速切削要求。高速度、大进给是数控加工的特点，数控机床的刀具必须具有良好的切削性能。
?高的可靠性
?较高的尺寸耐用度。刀具在两次调整之间所能加工出合格零件的数量，称为刀具的尺寸耐用度。
?高精度。为适应数控机床加工的高精度和自动换刀的要求，刀具及其装夹结构也必须有很高的精度，以保证它在机床上的安装精度和重复定位精度。
?可靠的断屑及排屑措施
?刀具的调整、更换方便、快速而且精确
?符合标准化、模块化、通用化及复合化
数控机床刀具材料的性能、种类
刀具材料的性能
?较高的硬度和耐磨性。刀具切削部分的硬度必须高于工件材料的硬度，刀具材料的硬度越高耐磨性就越好。
?足够的强度和韧性。以抵抗切削过程中的冲击和振动
?较高的耐热性。是指刀具材料在高温下保持硬度、耐磨性和强度及韧性的性能，是衡量刀具材料切削性能的主要标志
?较好的导热性
刀具材料的种类
?高速钢：通用型高速钢、高性能高速钢、粉末冶金高速钢
?硬质合金：硬质合金的硬度和耐磨性都很高，其切削性能比高速钢高得多，刀具耐用度可提高几倍到几十倍；但抗弯强度和冲击韧性较差。
?涂层刀具：涂层刀具是在韧性较好的硬质合金刀具基体上，涂覆一薄层耐磨性高的难熔金属化合物。
?陶瓷刀具：陶瓷刀具材料是在陶瓷基体上重添加各种碳化物、氮化物、硼化物和氧、氮化物等并按一定生产工艺制成的。它具有很高的硬度、耐磨性、耐热性和化学稳定性等独特的优越性，在高速切削范围以及加工某些难加工材料，特别是加热切削法方面，包括涂层刀具在内的任何高速钢和硬质合金刀具都无法与之相比。
数控车床所用刀具
数控镗铣床所用刀具
自动换刀装置
?概述
自动换刀系统应该满足换刀时间短，刀具重复定位精度高，刀具储存数量足够，结构紧凑，便于制造、维修、调整，应有防屑、防尘装置，布局应合理等要求。同时也应具有较好的刚性，冲击、振动及噪声小，运转安全可靠等特点。
?组成：自动换刀系统由刀库、选刀机构、刀具交换机构(如机械手)、刀具在主轴上的自动装卸机构等部分组成。
换刀方式：分为两大类
由刀库和主轴的相对运动实现刀具交换。
用这种形式交换刀具时，主轴上用过的刀具送回刀库和从刀库中取出新刀，这两个动作不能同时进行，选刀和换刀由数控定位系统来完成，因此换刀时间长，换刀动作也较多。由机械手进行刀具交换。
由于刀库及刀具交换方式的不同，换刀机械手也有多种形式。
刀具必须装在标准的刀柄内，我国TSG刀具系统规定了刀柄标准，有直柄及7∶24锥度的锥柄两类。分别用于圆柱形主轴孔及圆锥形主轴孔。刀具的轴向尺寸和径向尺寸应先在调刀仪上调整好，才可装入刀库中。丝锥、铰刀要先装在浮动夹具内，再装入标准刀柄内。圆柱形刀柄在使用时需在轴向和径向夹紧，因而主轴结构复杂，圆柱柄安装精度高，但磨损后不能自动补偿。
而锥柄稍有磨损也不会过分影响刀具的安装精度。在换刀过程中，由于机械手抓住刀柄要作快速回转，拔、插刀具的动作，还要保证刀柄键槽的角度位置对准主轴上的驱动键。因此，机械手的夹持部分要十分可靠，并保证有适当的夹紧力，其活动爪要有锁紧装置，以防止刀具在换刀过程中转动或脱落。
柄式夹持：
刀柄前端有V形槽，供机械手夹持用，目前我国数控机床较多采用这种夹持方式。
法兰盘式夹持
法兰盘式夹持，也称径向夹持或碟式夹持，刀柄的前端有供机械手夹持用的法兰盘，到另一个辅助机械手上去，法兰盘式夹持方式、换刀动作较多，不如柄式夹持方式应用广泛。
刀臂式换刀动作流程
刀库和刀具管理
刀库类型：数控机床上普遍采用盘式刀库和链式刀库。密集型的鼓刀库或格子式刀库虽然占地面积小，但由于结构的限制，很少用于单机加工中心。密集型的固定刀库目前多用于FMS 中的集中供刀系统。
盘式刀库：盘式刀库一般用于刀具容量较少的刀库
链式刀库：一般刀具数量在30～120把时，多采用链式刀库
自动换刀的选刀方式
?顺序选刀
将刀具按预定工序的先后顺序插入刀库的刀座中，使用时按顺序转到取刀位置。用过
的刀具放回原来的刀座内，也可以按加工顺序放入下一个刀座内。
特点：不需要刀具识别装置，驱动控制也较简单，工作可靠。但刀库中每一把刀具在不同的工序中不能重复使用，为了满足加工需要只有增加刀具的数量和刀库的容量，这就降低了刀具和刀库的利用率。此外，装刀时必须十分谨慎，如果刀具不按顺序装在刀库中，将会产生严重的后果。这种方式现在已很少采用。
?刀具编码方式：采用特殊的刀柄结构，对每把刀进行编码
?刀座编码方式：永久性编码、临时性编码（钥匙编码）方式
?任意选刀：软件选刀
软件选刀方式
ATC（自动换刀）控制和刀号数据表
刀具识别与换刀
1。刀具在刀库中任意放置，刀具编号可任意设定
2。刀具表中刀具号与刀套号的对应关系应始终与刀具在刀库中的实际位置对应
3。计算机通过查刀具表识别刀具
4。换刀时，通过软件修改刀具表，使相应刀具表中的刀号与交换后的刀号一致。
刀具交换装置的形式
?回转刀架换刀
回转刀架换刀装置，常用于数控车床。可设计成四方、六方刀架或圆盘式轴向装刀刀架，并相应地安装四把、六把或更多的刀具。
换刀流程如下：
?更换主轴换刀
?更换主轴箱换刀
?更换刀库换刀
?带刀库的自动换刀系统
更换主轴换刀
特点：结构复杂，主轴刚性差，适应切削力不大的场合。
更换主轴箱换刀
更换刀库换刀
带刀库的自动换刀系统
这类换刀装置由刀库、选刀机构、刀具交换机构及刀具在主轴上的自动装卸机构等四部分组成，应用最广泛。
刀库可装在机床的工作台上、立柱上或主轴箱上，也可作为一个独立部件装在机床之外。
特点：带刀库的自动换刀系统，整个换刀过程比较复杂。换刀时，根据选刀指令先在刀库上选刀，由刀具交换装置从刀库和主轴上取出刀具，进行刀具交换。这种换刀装置和转塔主轴头相比，由于机床主轴箱内只有一根主轴，在结构上可以增强主轴的刚性，有利于精密加工和重切削加工；可采用大容量的刀库，以实现复杂零件的多工序加工，从而提高了机床的适应性和加工效率。但换刀过程的动作较多，换刀时间较长。
1。刀库装在工作台上
2。刀库装在立柱上
工件上某一工序加工完，主轴准停，主轴箱返回换刀点准备换刀，刀库上的“新刀”按预定指令转到换刀位置上。
这种换刀装置换刀时间较短，刀库可储存较多的刀具，适用于加工较复杂的工件。3。刀库装在主轴箱上
为刀库2装在主轴箱上方，刀库中刀具轴线与机床主轴轴线相差90°，不能用一个机械手1直接换刀。需通过刀具回转机构3先将刀具翻转90°，使其轴线与主轴轴线平行，再由机械手一端卡爪抓取回转机构上的刀具，另一端卡爪抓取主轴4上的刀具5，实现刀具的相互交换，从主轴上卸下的刀具只能由机械手送至刀具的回转机构中，然后反转90°送回刀库。
4。刀库独立装在机床之外
刀库的容量大、刀具较重或机床总体布局等原因，刀库也可作为一个独立部件，装在机床之外。链式刀库置于机床左侧，通过机械手实现刀具的交换。
刀库远离机床
这种换刀系统常常要附加运输装置，来完成刀库与主轴之间刀具的运输。机床左侧的链式刀库由四排刀链组成，双臂式交叉机械手要在四排刀链的任一排刀链上选择所需的刀具，所以机械手必需上下移动，并可停在四个换刀位置上取刀。为了能在刀库及主轴上装卸刀具，机械手回转架可回转180°，装刀手与卸刀手还必沿本身导轨作直线往复运动，以装卸刀具。
数控机床的性能指标
1.精度指标
定位精度、重复定位精度、分辨率、脉冲当量等
2.坐标轴指标
可控轴数、联动轴数
3.运动性能指标
主轴转速、进给速度、行程、换刀时间等
4.加工能力指标
每分钟最大金属切除率
数控机床结构性能与布局特点
一、对数控机床结构的基本要求
1.数控机床应具有更高的静、动刚度
（1）提高静刚度的措施
1）基础大件采用封闭整体箱形结构
2）合理布置加强筋
3）提高部件之间的接触刚度。
2）提高动刚度的措施
1）改善机床的阻尼特性（如填充阻尼材料）
2）床身表面喷涂阻尼涂层
3）充分利用结合面的摩擦阻尼
4）采用新材料，提高抗震性
2.数控机床应有更小的热变形
控制热变形的措施：对机床热源进行强制冷却，采用热对称结构。
4. 主轴的润滑、冷却方式
（1）主轴轴承润滑方式：油脂润滑、油液循环润滑、油雾润滑、油气润滑
（2）主轴冷却方式：减少轴承及切割磁力线发热，有效地排除已产生的热量
四、进给运动传动部件
一入门知识 本课题主要讲述的内容： 1. 数控铣床安全操作规程 2. 数控铣削在工业生产中的地位及加工范围 3. 编程基础知识(一)： ①机床的坐标轴及运动代号； ②基本指令； ③加工程序编制初步； 实训目的： 1.了解掌握数控铣床的安全操作及基本指令和基础编程知识。 2. 了解掌握机床坐标轴的判别方式和动运代号，运动方向。 一、安全文明生产 (一) 文明生产 1. 严格遵守车间记律，准时上下班； 2. 操作结束要清扫机床和清洁量具； 3. 下班前要清扫工场、清点和清洁量具、清点和清洁刀具、清理整齐工件和毛坯； 4. 废品工件加工、折断的刀具必须回收，不得丢弃和藏幂； 5. 严禁不文明行为。 (二) 安全生产 1. 严禁在工场追逐、打闹、快速奔跑； 2. 严禁着拖鞋、高跟鞋，严禁着不符合工作服要求的服装（如
宽大的、衣领或套袖上有装饰带的），头发长的同学必须戴帽子，头 发必须盘在帽子内； 3. 操作机床严格按照老师规定的步骤执行； 4. 一台机床只能单人操作！同组其他同学在旁边只能观察操作 过程、口头指出错误，严禁动手！唯一的例外是：发生紧急情况时， 可代操作者拍按“急停”按钮！ 5. 发生事故要及时停机，并马上报告老师处理；严禁私自处理！严禁隐瞒不报！ 6. 对刀时要及时调整“进给倍率”旋钮（按键）：刀具远离工件时（大于50mm），可用较大倍率；靠近工件时（50～10mm），必须用较小倍率（10％～20％）；准备切到工件时（1～10mm），必须选用1～2％倍率档！ 7. 加工工件过程：检查平口钳装夹是否牢靠→正确装夹工件→ 对刀、设置坐标偏置→登录程序→检查程序→提高坐标偏置（如G54）中的Z坐标偏置100mm（即 +Z 方向）→正确设置刀具补偿→选择“空运行”、“单段”之后，自动运行程序；观察走刀轨迹是否正确。若正确，则取消“空运行”、恢复坐标偏置、保留“单段”→开始加工； 8. 切削前必须确认已经取消“空运行”、调整“进给倍率”旋钮（按键）到较低档、坐标偏置正确、“单段”已经选用。切入工件后 可取消“单段”、调整“进给倍率”到100％或适当倍率； 9. 加工过程必须值守在机床操作位； 10. 严格遵守学校颁布的《数控铣床安全操作规程》。
数控机床基础技术与关键共性技术 一. 可靠性设计与性能试验技术 1、研究目标 开展可靠性设计技术、可靠性试验方法、运行可靠性技术研究，提供在数控机床、重型装备及功能部件上能付诸应用的可靠性设计方法、试验分析方法和精度保持措施，在高速/精密数控机床、重型装备及主要功能部件上验证应用。 2、考核指标 分别针对高速/精密数控机床、重型装备及主要功能部件等产品开展可靠性综合设计方法和试验技术，提出基于运行状态的可靠性建模、设计和评估方法；在高速/精密数控机床、重型装备、数控系统、功能部件等方面实施应用，大幅度提高精度保持性。形成2-3项专利技术或专有技术，提出相关技术规范与标准。 3、研究内容 分别针对高速/精密数控机床、重型装备及主要功能部件等产品开展以下研究： （1）可靠性设计技术 数控机床现场运行状态的研究，分析影响整机及零部件可靠性的因素，给出整机及零部件的可靠性模型、评估方法和维护规范，提出可靠性评价方法、分配设计准则及若干可靠性增长技术。 （2）可靠性试验方法研究 系统提出机床及其主要零部件的可靠性测试技术、试验方法及其评价指标，建立机床及主要零部件的可靠性试验规范，开发若干适用的可靠性测试系统。 （3）运行可靠性技术研究
研究机床运行状态的故障发生及精度衰退规律，建立机床运行可靠性模型；提出加工精度评估方法，实现机床精度衰退预报及精度恢复，提出精度保持方法和维护技术。 二. 动态综合补偿技术 1、研究目标 形成机床运行误差的在线检测、预测及软硬件补偿的技术；在高速、重型、精密类数控机床中应用，显著提高其工作精度。 2、考核指标 在国产高档数控机床上实现运行误差预测、测量与数控在线补偿，加工轮廓误差降低30%以上；分别在高速、精密、重型数控机床进行示范应用。 形成2-3项专利技术或专有技术。 3、研究内容 分别针对高速数控机床、精密数控机床或重型数控机床，开展综合误差补偿技术研究。 研究数控机床几何误差、多轴伺服误差和加工状态下的综合误差建模、监测、识别及补偿技术；研究主轴、进给机构及整机热变形建模、识别与预测技术；研究工艺系统误差检测及精度保证技术；开发可嵌入数控系统的综合误差实时补偿的软硬件技术。 三. 数字化设计技术 1、研究目标 以提升机床产品性能和开发效率为研究目标，开展机床整机与关键部件的数字化设计技术研究，开发相关的支撑软件系统与机床多学科仿真分析与优化设计知识库，支持机床向高速、精密及复合化发展，
广州市XXXX技工学校 教案册 ( 生产实习 ) 课题数控车床基本知识 教师 时间
课题学习要求（引言） 本课题的教学目的 掌握数控加工的入门知识、组成及工作原理，及数控编程的基础知识；熟练数控的基本功能。掌握数控编程通用G代码、M功能、S功能、T功能。 一、数控车床加工特点以及加工流程（0.3课日） 1、数控的定义： 数控是指用数字来控制，通过计算机进行自动控制的技术通称为数控技术。 2、数控机床的特点： 1)、具有高度柔性， 2)、加工精度高， 3)、加工质量稳定、可靠。 4)、生产率高。 5)、改善劳动条件。 6)、利于生产管理现代化。 3、数控机床的组成和工作原理 1）、数控机床的组成 数控机床一般由输入输出设备、CNC装置（或称CNC单元）、伺服单元、驱动装置（或称执行机构）、可编程控制器PLC及电气控制装置、辅助装置、机床本体及测量装置组成。 下图是数控机床的组成框图，其中除机床本体之外的部分统称为计算机数控(CNC)系统。
4、数控车床编程的基础知识 数控车床之所以能够自动加工出不同形状、尺寸及高精度的零件，是因为数控车床按事先编制好的加工程序，经其数控装置“接收”和“处理”，从而实现对零件的自动加工的控制。 使用数控车床加工零件时，首先要做的工作就是编制加工程序。从分析零件图样到获得数控车床所需控制介质（加工程序单或数控带等）的全过程，称为程序编制，其主要内容和一般过程如下图所示： 1）图样分析 根据加工零件的图纸和技术文件，对零件的轮廓形状、有关标注、尺寸、精度、表面粗糙度、毛坯种类、件数、材料及热处理等项目要求进行分析并形成初步的加工方案。 2）辅助准备 根据图样分析确定机床和夹具、机床坐标系、编程坐标系、刀具准备、对刀方法、对刀点位置及测定机械间隙等。 3）制定加工工艺 拟定加工工艺方案、确定加工方法、加工线路与余量的分配、定位夹紧方式并合理选用机床，刀具及切削用量等。 4）数值计算 在编制程序前，还需对加工轨迹的一些未知坐标值进行计算，作为程序输入数据，主要包括：数值换算、尺寸链解算、坐标计算和辅助计算等。对于复杂的加工曲线和曲面还须使用计算机辅助计算。 5）编写加工程序单 根据确定的加工路线、刀具号、刀具形状、切削用量、辅助动作以及数值计算的结果按照数控车床规定使用的功能指令代码及程序段格式，逐段编写加工程序。此外，还应附上必要的加工示意图、刀具示意图、机床调整卡、工序卡等加工条件说明。 6）制作控制介质 加工程序完成以后，还必须将加工程序的内容记录在控制介质上，以便输入到数控装置中。如穿孔带、磁带及软盘等，还可采用手动方式将程序输入给数控装置。 7）程序校核 加工程序必须经过校验和试切削才能正式使用，通常可以通过数控车床的空运行检查程序格式有无出错或用模拟防真软件来检查刀具加工轨迹的正误，根据加工模拟轮廓的形状，与图纸对照检查。但是，这些方法尚无法检查出刀具偏置误差和编程计算不准而造成的零件误差大小，及切削用量选用是否合适、刀具断屑效果和工件表面质量是否达到要求，所以必须采用首件试切的方法来进行实际效果的检查, 以便对程序进行修正。
《数控机床编程与操作》 指导书 系: ___ 专业: _ 年级:__ 指导教师姓名:_
实训管理制度 一、实训时间：周（138课时）。于年月日开始至年月日 结束。每天上午1—4节，下午5——6节课。 二、实训地点：本校“数控技术中心”。 三、实训准备：实训前教师作好实习设备、场地、工具、资料的准备。 四、安全教育：实训中，要严格遵守安全操作规程，不许违章作业；爱护设备、工具和 量具，注意防火和人身安全。 五、实训纪律要求：实训中，明确每日出勤、请假制度以及实训过程中的纪律要求，及 时记录学生考勤和实习日志，总结当天的纪律情况。 六、实训指导：实训前，教师对学生要讲解实习大纲，使学生明确实习内容及要求；实 训中，教师要按实习大纲要求指导到位，注意发挥学生的自主性，学生在教师的指导下，要积极动手操作，发挥主观能动性；实训后，应做好当天的实习笔记，写好实训总结，增加实践经验。 七、实训清扫要求：每天实训结束后，学生要清理各自的设备，正确关闭电源及水源； 最后值日组清扫实训场地。
一、实践类型：校内实训训练层次：基本功训练、综合训练 二、实践学时：131学时 三、实践目标 学生在掌握数控技术编程与加工的基本理论与技能基础上，通过数控加工集中实训，熟练掌握数控加工工艺流程，会使用数控机床对复杂零件进行工艺设计、编程和加工。并在此过程中，灵活运用识图、金工及加工工艺等基本技能。通过本课程的学习，培养学生在工作中创新意识和对数控加工行业特点的理解。 四、实践内容 组织教学、分析图纸、确定工艺、测量工件尺寸、分析工件加工情况、卫生。 五、组织形式 校内以课题形式的组织。 六、实训内容
天津市高档数控机床产业 发展三年行动方案（2018-2020年） 数控机床作为制造业发展的基石，处于价值链高端和产业链核心环节，对制造强国至关重要。加快高档数控机床产业发展，对于提升装备制造业的整体实力和竞争力，促进天津市产业升级具有重要意义。依据《中国制造2025》《智能制造工程实施指南（2016-2020年）》《天津市国民经济和社会发展第十三个五年规划纲要》《天津市工业经济发展“十三五”规划》,特制定本行动方案，期限为2018-2020年。 一、发展现状 （一）产业基本情况 2016年我国数控机床产业规模约1350亿元，产品种类1500种以上，年产量超30万台。其中，高档数控机床约占数控机床产业10%。目前，我国中低档数控机床已基本实现产业化，并开始走向国际化，产品质量和技术整体接近于国际先进水平，部分产品处于国际领先水平。但是，高档数控机床方面，还与瑞士、德国、日本、美国等国际先进水平存在差距。国产高档数控机床在国内的市场占有率仅在5%左右，部分产品完全依赖于进口。2017年，我国数控机床市场受益于我国汽车、航空航天、船舶、电力设备、工程机械等行业快速发展，对机床市场尤其是数控机床产生了巨大需求，数控机床行业成长迅猛。 2017年天津市机床制造工业产业产值达到73亿元，同比增加近13亿元，增长约28%。我市聚集了一机床、二机
床、天锻、天二锻压、建科机械、精诚机床、天森智能等多家数控机床制造厂家及泰森数控一家数控系统生产厂家。天锻是中国机床制造行业“30强”企业。泰森数控主要从数控系统的研发和生产，并积极开展数控领域其他关键核心零部件的科技研发项目。依托天津大学、天津理工大学、河北工业大学等高校，成立天锻液压机专业研究所、天津市数控系统技术工程中心等多家工程技术中心，对数控机床领域重点技术进行攻关。目前我市拥有国家级技术中心1个、市级技术中心多个，有3家企业入选天津市科技小巨人领军企业，2家企业入选国家创新型企业，其中重点骨干企业研发投入占营业收入的比重超过4%，专利授予量超过1000件。 （二）重点产品和技术 天津第一机床厂的数控弧齿锥齿轮拉齿机，市场占有率达50%，年产能力200台，居行业首位。天津市天锻压力机有限公司、天津工业大学的ZS-THP29-6300汽车纵梁数控生产线项目，获得2016年度天津市科学技术进步二等奖。天津市泰森数控科技有限公司的嵌入式可重构数控系统技术，完成了相关技术成果的初步产业化，已形成了中高档数控系统与普及型数控系统系列化产品。 我市高档数控机床产业部分产品和科学技术处于国内领先水平。天锻压力机拥有我国液压机行业首家国家级企业技术中心及行业唯一的液压机专业研究所，负责液压机行业产品标准制定和修订；天津市数控系统技术工程中心是中国机械工程学会机床专业委员会的主任委员单位，在自主数控
随着计算机技术的不断进步，世界各主要国家均意识到数控机床对于整个工业的支撑地位，特别是为了应对国际金融危机，它们纷纷调整数控机床产业政策，竞相发展高档数控机床，以促进工业和国民经济的发展。 在国际竞争加剧的同时，我国数控机床需求始终维持在旺盛状态。2000年以来，在巨大市场需求的拉动下，国内数控机床以年均30%的速度增长，从2003年开始，中国连续7年成为全球最大的机床消费国，目前是世界上最大的数控机床进口国。中国国际经济发展研究中心行业特邀研究员罗百辉表示，目前我国处于装备更新换代的高峰期和工业产业升级的关键期，对数控机床尤其是高档数控机床的需求仍将维持30%以上的高增长水平，预计这一增长速度仍将维持35年。 罗百辉认为机床产业的发展可以分两步走：到2015年，我国中高档数控机床生产基本满足国内需要，产品性能基本达到国际先进水平；到2020年，形成完善的数控机床产业链，国产数控系统和功能部件等配套件基本满足国内主机需要。国产中高档数控机床在国内市场占有主导地位，拥有几家掌握核心知识产权、具有国际竞争力和影响力的机床企业（集团），实现由机床生产大国向机床生产强国转变。 特别需要注意的是，世界著名机床工具企业在华都有经销商、生产基地（用SKD 办企业以避税）。如美国哈挺公司，专业生产小型数控车床及加工中心，近年快速扩大在华生产能力，计划从月产100台增加到300台，并在全国各地设立十余家具有4S店性质的销售服务店。北京Fanuc合资公司，这几年在华最高年产量为5.2万套各种数控系统及伺服、主轴系统，现在准备搞新的一期工程，达到月产两万套的能力，并细分市场，进行二次开发，增加相应的销售服务人员。 虽然我国大型机床生产企业在国际机床企业排名靠前，如沈阳机床集团排名第一，大连机床集团排名第四。从面子工程看，中国机床工业己跃居世界第一位，但业内人士及用户自己心里都有一杆秤。如处在世界前十位的德国DMG公司是由三家机床厂联合组成，每个厂仅有二三百人或稍多一些，总计才有近千名员工，与沈阳机床集团、大连机床集团拥有员工数以万计相比，是喜还是忧呢？ 目前的机床行业多数企业都是依靠降低产品售价来获得市场，造成的后果是产品价格低、附加值低、利润低，企业没有足够的资金持续发展。罗百辉指出，随着产业的发展和竞争的升级，提高产品技术含量，拥有自主的专利、设计，注重品牌的打造和营销才是企业长期发展的最佳选择。我国机床产业的发展需要以市场需求为导向，以发展数控机床为主导、主机为龙头、完善配套为基础，力争早日实现数控机床产品从低端到高端、从初级产品加工到高精尖产品制造的转变。 数控英才网整理发布
数控机床主要应用在四大领域 2018-11 《国家中长期科学和技术发展规划纲要（2006-2020年）》明确规定了“高档数控机床与基础制造装备”科技重大 专项要“重点开发航空航天、船舶、汽车制造、发电设备制造等需 要的高档数控机床”，“逐步提高我国高档数控机床与基础制造成 套装备的自主开发能力，满足国内主要行业对制造装备的基本需求”。专项实施方案提出：到2020年，形成高档数控机床与基础制 造装备主要产品的自主开发能力，总体技术水平进入国际先进行列，部分产品国际ling先；建立起完整的功能部件研发和配套能力；形 成以企业为主体、产学研相结合的技术创新体系；培养和建立一支 高素质的研究开发队伍；航空航天、船舶、汽车、发电设备制造所 需要的高档数控机床与基础制造装备80%立足国内。 ??为了更准确全面掌握行业最新发展情况，进一步了解重点用户需求和机床行业的发展情况，为专项实施提供 参考依据，中国机床工具工业协会接受国家发展与改革委员会工业 司的委托，组织了30多名行业专家，于2008年6-7月，由机床工 具协会主要领导带队，分4个调研组对航空、船舶、汽车、发电设 备和机床工具行业61家企业和院所进行了专项调研。通过深入行业 用户现场调研和交流，更加清楚地了解了这些用户行业的发展情况、典型零件的特点以及对设备的需求情况。 航空工业 ??航空工业典型零件的结构特点是大量采 用整体薄壁结构，形状复杂。为了增加航空器的机动性，增加有效 载荷和航程，降低成本，进行轻量化设计和广泛采用新型轻质材料，对材料性能要求越来越高。现在大量采用铝合金、高温合金、钛合
金、高强度钢、复合材料、工程陶瓷等。结构复杂的薄壁件、蜂窝 件形状复杂，孔、空穴、沟槽、加强筋等较多，工艺刚性差。 ??根据航空工业加工件的结构特点和加工 要求，需要带A、B摆角或A、C摆角的五轴联动加工中心、高速加 工中心、大型双龙门立式加工中心、大型数控龙门镗铣床、精密数 控车床、大型数控精密立式车削中心、车铣复合加工中心、叶盘高 效加工中心、端面弧齿磨床、高速转子叶尖磨床、缓进给强力磨床、拉床、相关电加工机床、激光熔覆加工机床、板类件无模多点成形 压力机、定向单晶熔炼炉、电液束流设备等。要求机床具有足够的 刚性，操作简单，人机界面清楚，要求样条插补（NURBS），过程均 匀控制，以减少对拐角处加工精度的影响，具有在线测量仿真功能。 船舶工业 ??大型船舶的关键加工件集中在大功率柴 油机的机座、机架、气缸体、缸盖、活塞杆、十字头、连杆、曲轴，以及减速箱传动轴、舵轴和推进器（螺旋桨）等，关键加工件材质 为特种合金钢，一般为小批加工，要求加工成品率100%。关键加工 件具有重量大，形状复杂、精度高，加工难度大等特点。大型船舶 关键件加工需要具有大功率、大扭矩、高可靠性以及多轴的重型、 超重型数控机床和专用加工机床，如重型、超重型数控龙门镗铣床，大型旋风车床，数控重型龙门铣和重型数控落地镗、数控车、磨床、深孔钻床，以及大型钢板压制、酸洗、热处理和火焰切割机等。其 中重型、超重型曲轴和大型螺旋桨加工具有典型性，需要超重型数 控专门机床、超重型多轴联动机床加工。 汽车工业 ??汽车发动机和车身冲压件生产线具有连续、高效、高可靠性的特点，汽车行业迫切希望机床制造厂能专门
2.1高档数控机床与基础制造装备 高档数控机床是指具有高速、精密、智能、复合、多轴联动、网络通信等功能的数控机床，基础制造装备是制造各种机器和设备的装备之总称。高档数控机床与基础制造装备包括金属切削加工机床、特种加工机床、铸、锻、焊、热处理等热加工工艺装备、增材制造装备等，具有基础性、通用性、和战略性的特征。 2.1.1需求 我国已连续多年成为世界最大的机床装备生产国、消费国和进口国。未来十年，电子与通讯设备、航空航天装备、轨道交通装备、电力装备、汽车、船舶、工程机械与农业机械等重点产业的快速发展以及新材料、新技术的不断进步将对数控机床与基础装备提出新的战略性需求和转型挑战。对数控机床与基础制造装备的需求将由中低档向高档转变、由单机向包括机器人上下料和在线检测功能的制造单元和成套系统转变、由数字化向智能化转变、由通用机床向量体裁衣的个性化机床转变，电子与通讯设备制造装备将是新的需求热点。 2.1.2目标 到2020年，高档数控机床与基础制造装备国内市场占有率超过70%，数控系统标准型、智能型国内市场占有率分别达到60%、10%，主轴、丝杠、导轨等中高档功能部件国内市场占有率达到50%。 到2025年，高档数控机床与基础制造装备国内市场占有率超过80%，其中用于汽车行业的机床装备平均无故障时间达到2000小时，精度保持性达到5年；数控系统标准型、智能型国内市场占有率分别达到80%、30%；主轴、丝杠、导轨等中高档功能部件国内市场占有率达到80%；高档数控机床与基础制造装备总体进入世界强国行列。 2.1.3发展重点 1.重点产品
重点针对航空航天装备、汽车、电子信息设备等重点产业发展的需要，开发高档数控机床、先进成形装备及成组工艺生产线。 （1）电子信息设备加工装备 重点开发20000～60000r/min高速钻攻中心、五轴联动高速加工中心、PSA 贴敷机以及机器人化智能检测装配生产线等。 （2）航空航天装备大型结构件制造与装配装备 重点开发铝/镁/钛/高温合金等难加工材料用多轴联动龙门数控铣床、五坐标蒙皮镜像加工机床,机器人集群自动钻铆、复合材料自动铺丝/铺带、多维摩擦焊、超塑/扩散成形、精密控制热处理、结构疲劳及承载力测试装备、大飞机及大型火箭数字化总装等。 （3）航空发动机制造关键装备 重点开发针对叶片、叶轮、涡轮盘、机匣、主轴等关键零部件加工用的精加工卧式加工中心、车铣中心、镗床、内外圆磨机床以及重载惯性摩擦焊、碾压成形、单晶铸造、高温真空热处理、表面强化、激光微孔成形装备等。 （4）船舶及海洋工程装备关键制造装备 重点开发船舶及海工高强钢板单面焊双面成形（FCB）、曲面分段柔性支撑、高功率激光复合焊、多点压力成形等平面、曲面分段流水线关键装备；大型柴油机缸体、曲轴、齿轮、叶片、海工齿条等先进加工成形工艺装备；水深超过1000米饱合潜水焊接装备等。 （5）轨道交通装备关键零部件成套加工装备 重点开发铝镁合金/不锈钢车体的高效激光/搅拌摩擦焊新型装备，30吨轴重重载电力机车核心制造装备、120Km/h以上移动式高速焊轨设备,时速350Km/h 以上列车用齿轮、轴承、轮对、转向架、制动系统等轻量化加工成形成套装备等。 （6）汽车关键零部件加工成套装备及生产线
模块二数控车床编程入门知识 数控车床的程序编制必须严格遵守相关的标准，数控编程是一项很严格的工作，首先必须掌握一些基础知识，才能学好编程的方法并编出正确的程序。 一、数控车床的坐标系与运动方向的规定 （一）建立坐标系的基本原则 1．永远假定工件静止，刀具相对于工件移动。 2．坐标系采用右手直角笛卡尔坐标系。如图1-28所示大拇指的方向为X轴的正方向，食指指向为Y轴的正方向，中指指向为Z轴的正方向。在确定了X、Y、Z坐标的基础上，根据右手螺旋法则，可以很方便地确定出A、B、C三个旋转坐标的方向。 图1-28 右手笛卡尔直角坐标系 3、规定Z坐标的运动由传递切削动力的主轴决定，与主轴轴线平行的坐标轴即为Z轴，X轴为水平方向，平行于工件装夹面并与Z轴垂直。 4、规定以刀具远离工件的方向为坐标轴的正方向。 依据以上的原则，当车床为前置刀架时，X轴正向向前，指向操作者，如图1-29所示；当机床为后置刀架时，X轴正向向后，背离操作者，如图1-30所示。 学习目标 知识目标：●掌握数控车床坐标系的定义。 ●掌握数控加工程序的格式与组成。 ●熟悉数控车床编程常用符号及指令代码。 能力目标：●掌握数控车床编程的入门知识，并能灵活运用。
图1-29 水平床身前置刀架式数控车床的坐标系 图1-30 倾斜床身后置刀架式数控车床的坐标系 （二）机床坐标系 机床坐标系是以机床原点为坐标系原点建立起来的ZOX轴直角坐标系。 1．机床原点 机床原点（又称机械原点）即机床坐标系的原点，是机床上的一个固定点，其位置是由机床设计和制造单位确定的，通常不允许用户改变。数控车床的机床原点一般为主轴回转中心与卡盘后端面的交点，如图1-31所示。 图1-31 机床原点 2．机床参考点 机床参考点也是机床上的一个固定点，它是用机械挡块或电气装置来限制刀架移动的极限位置。作用主要是用来给机床坐标系一个定位。因为如果每次开机后无论刀架停留在哪个
目录一数控机床的发展史 二数控机床的组成与结构 三操作时的安全事项 1.开机前的检查 2.正常的开机步骤 3.操作时的注意事项 4.工作中断时的注意事项 5.工作完成后的注意事项 四 NC面板说明 五操作 1.操作面板说明 2.正确的操作顺序 六程序 1.G码 2.M码 3.程序的基本格式 4.主程序和副程序 5.几种宏程序的编制 6.手工编制三维程序 七第四轴的使用 1.注意事项 2.角度的计算 3.当四轴、工件、夹具不同心时怎么处理 八机床的保养和维修 1.环境 2.油 3.水 4.气 5.电 6.液压 7.夹具 8.刀具 9.辅助工具 10.换刀中断时的处理方法 九数控刀具的认识和使用 十加工中刀具的选配及附件的认识 十一易变形工件的加工 1.箱体 2.薄板形工件
第一章 数控机床发展史 制造业作为国民经济发展的支柱产业，正在发生根本性的变化。现代社会正在由工业经济时代进入知识经济时代，伴随着信息技术的发展，一方面我们发展了以数控机床为主的自动化技术。另一方面发展了新的加工工艺。如：激光，水射流等。 几十年来，人们解决机械加工中最主要的问题是：如何提高产品质量和加工效率，因为它关系到企业的信誉和效益。 在数控机床出现以前，加工工件的70%的时间用于零件的上下料、测量、换刀和调整机床，减少加工过程中的辅助时间就成为迫切需要，所以以数控机床为基础的加工自动化技术得到发展。 普通机床————CNC 铣床————CNC 加工中心——自动化工厂 上下料、测量 上下料、换刀 上下料 全自动 换刀、调整机床 目前加工中心最短的换刀时间为1秒，快速进给30-60米/分，此时，为了提高切削效率，除了优化生产工艺外就在切削时间上做文章。如果要提高切削速度就要提高机床转速和进给速度，就会导致机床动平衡难以保持，切削热增加，刀具磨损加剧，这是提高切削速度所面临的根本问题。 萨洛蒙原理 德国切削物理学家萨洛蒙经过实验发现，在常规的切削速度范围内，切削温度随着切削速度的增大而提高，对于每一种工件原料都存在着一个速度范围，在这个范围内，由于切削温度太高，任何刀具都无法承受，切削不可能进行。但当切削速度超出这个范围后，切削温度反而降低，同时切削力也会大副下降。所以在高速切削条件下，切削过程要比常规下容易和轻松，加工表面质量明显提高。下图是切削速度和切削温度的变化关系。 切削速度 温度 第二章 数控机床的组成与结构 一、数控机床的分类： 按运动方式分：点位控制数控机床（数控钻、数控冲）；直线控制数控机床（数控镗）；连续 控制数控机床（数控车、数控铣、加工中心） 按控制方式分：开环数控机床、闭环数控机床、半闭环数控机床、 按加工方式分：立式数控机床、卧式数控机床、
“高档数控机床与基础制造装备” 科技重大专项课题预算书 （2009年度） 课题编号： 课题名称： 课题责任单位：（盖章） 课题责任单位法定代表人：（签章） 课题组长：（签章） 课题责任单位财务部门负责人：（签章） 课题起止日期：年月日至年月日编制日期：年月日
编报说明 一、“高档数控机床与基础制造装备”科技重大专项课题预算书甲方为专项实施管理办公室，乙方为课题责任单位，丙方为地方主管部门。 二、课题预算书是课题执行的重要依据。课题责任单位应根据课题预算申报书和课题预算评审报告，遵循目标相关性、政策相符性和经济合理性的原则，认真填报课题预算书。 三、所有课题责任单位的名称，应当填写法人单位全称。预算数据以“万元”为单位，精确到小数点后两位。各类标准或单价以“元”为单位，精确到个位。课题预算书中不同地方出现的相同设备、材料等实物信息应当填写规范和统一的名称。 四、表3-1、3-2的分年度预算表和预算说明，按实际执行年度填写。 五、课题预算书一式五份。专项实施管理办公室两份，财政部一份，课题责任单位一份，地方主管部门一份。
承诺书 本课题预算书的编制是在认真阅读理解科技重大专项资金管理办法及国家相关财务规章制度基础上，按程序和规定编制的。本单位法定代表人、财务部门负责人、课题组长保证预算书各项内容真实、客观，并承担由此引起的相关责任。 法定代表人（签章）： 年月日 财务部门负责人（签章）： 年月日 课题组长（签章）： 年月日
中央财政资金以外其他渠道资金来源证明 （单位全称），承诺为科技重大专项课题提供配套资金万元，资金来源为（1.地方财政资金；2.单位自筹资金；3.其他渠道获得的资金（需详细说明））。 配套资金的使用和管理要求（包括使用方向、用途、开支项目等）： 。 特此证明！
《中国制造2025》解读之：推动高档数控机床发展 【发布时间：2015年05月22日】【来源：工信部装备工业司】 《中国制造“2025”》将数控机床和基础制造装备列为“加快突破的战略必争领域”，其中提出要加强前瞻部署和关键技术突破，积极谋划抢占未来科技和产业竞争制造点，提高国际分工层次和话语权。这一战略目标的提出，是由数控机床和基础制造装备产业的战略特征以及发展阶段特征所决定的，我们应认真学习领会，深入贯彻落实。 一、数控机床和基础制造装备具有战略必争的产业特质 1.锚定我国装备制造业全球竞争地位 数控机床和基础制造装备是装备制造业的“工作母机”，一个国家的机床行业技术水平和产品质量，是衡量其装备制造业发展水平的重要标志，“中国制造”2025将数控机床和基础制造装备行业列为中国制造业的战略必争领域之一，主要原因是其对于一国制造业尤其是装备制造业的国际分工中的位置具有“锚定”作用：数控机床和基础制造装备是制造业价值生成的基础和产业跃升的支点，是基础制造能力构成的核心，唯有拥有坚实的基础制造能力，才有可能生产出先进
的装备产品，从而实现高价值产品的生产。 2.支撑国防和产业安全的战略需求 在国防安全方面，数控机床和基础制造装备对制造先进的国防装备具有超越经济价值的战略地。现代国防装备中许多关键零部件的材料、结构、加工工艺都有一定的特殊性和加工难度，用普通加工设备和传统加工工艺无法达到要求，必须采用多轴联动、高速、高精度的数控机床才能满足加工要求。即使在全球一体化的今天，发达国家仍对我国采取技术封锁与限制。在产业安全方面，随着国内制造业升级速度加快，以装备制造业为代表的高技术含量高附加值产业与发达国家竞争加剧，工程机械、电气机械、交通运输装备正处于打入国际高端市场的攻坚期，而国内机床产品在加工精度、可靠性、效率、自动化、智能化和环保等方面还存在一定差距，进而导致产业整体竞争力不强。 3.满足用户领域转型升级的重要支撑 当前机床行业下游用户需求结构出现高端化发展态势，多个行业都将进行大范围、深层次的结构调整和升级改造，对于高质量、高技
欢迎阅读数字控制是用数字化信号对设备运行及其加工过程进行控制的一种自动 化技术，简称数控。 控制坐标运动来完成各种不同的空间曲面的加工，是数控的主要任务。曲线加工时刀具的运动轨迹与理论上的曲线（包括直线）不吻合。 数控机床的工作工程：1、数控编程2、程序输入3、译码4、数据处 理5 3。 ， 高4、 数控加工过程中，数控系统要解决控制刀具或工件运动轨迹的问题，在数控机床中，刀具或工件能够移动的最小位移量称为数控机床的脉冲当量或最小分辨率。 计算出轮廓线上中间点位置坐标值的过程称为“插补”。
基准脉冲插补：每个脉冲使各坐标轴仅产生一个脉冲当量，代表了刀具或工件的最小位移；脉冲的数量代表了刀具或工件移动的位移量；脉冲序列的频率代表了刀具或工件运动的速度。仅适用于一些由步进电机驱动的中等精度或中等速度要求的开环数控系统。 数据采样插补：这种插补方法的特点是数控装备产生的不是单个脉冲， R成反比。 δ度F 若令半径误差相等，则内外差分弦的轮廓步长l或角步距是内接弦的√2. 数字积分法又称数字微分分析器法，是利用数字积分的原理，计算刀具沿坐标轴的位移，使刀具沿着所加工的轨迹运动。积分运算→累加和运算DDA直线插补的整个过程要经过n2次累加才能到达直线的终点。n = m2
DDA直线插补的分析可知，判断终点是用累加次数N为条件的，当累加寄存器的位数一旦选定，比如m位，累加次数即为常数m 了，而不 N2 管加工行程长短都需作N次计算。这就造成行程长进给速度加快，行程短进给速度变慢，使之各程序段进给速度不均匀，其结果将影响进给表面质量和效率。为此要进行速度均化处理。 得多； G42 B C 线与圆弧；圆弧与圆弧。 根据两段程序轨迹的矢量夹角α和刀具补偿方向的不同，又有伸长型、缩短型和插入型几种转接过渡方式。 区别：1直线插补时，被积函数寄存器的数值为常用Xe和Ye，而圆弧插补时，被积函数寄存器的数值Xi和Yi
2020年高端数控机床扩能建设项目可行性研究报告 2020年2月
目录 一、项目概况 (3) 二、项目建设的必要性和可行性 (3) 1、项目的实施有利于夯实国产高档数控机床基础技术，提升我国数控机床的技术水平和竞争力 (3) 2、本项目是实现公司发展战略的需要，也是提升公司高端数控机床的装备水平和产能水平，解决高端数控机床产能不足问题的有效途径 (4) 3、项目符合国家产业政策 (5) 4、公司具有本项目所需的生产技术和客户资源 (6) 三、项目投资概算 (6) 四、项目环境保护 (6) 五、项目实施计划 (7)
一、项目概况 公司拟投资25,866.00万元建设“高端数控机床扩能建设项目”。本项目实施达产后，公司在现有产能上新增年产900台高端数控机床的生产能力（包含T系列高端数控车床、自动化加工单元、并行复合加工机等产品）。 二、项目建设的必要性和可行性 1、项目的实施有利于夯实国产高档数控机床基础技术，提升我国数控机床的技术水平和竞争力 目前中国数控机床消费总额占全球消费总额比例高达42.00%，机床保有量不断提高。经过多年发展，我国的数控机床整体技术水平大幅提升，无论是在高速化、精密化还是复合化等方面都取得了突破性进展，并形成了一批具有一定实力的数控机床生产企业，企业在产值规模上和技术创新能力上也具有较强实力。但是总体上看，我国的数控机床在可靠性、精度等方面还是和国际先进水平有一定差距，国产高端数控系统与国外相比在功能、性能和可靠性方面也存在一定差距。因此，高端数控机床的技术开发和产业化仍然是机床行业发展的重点课题。 本项目拟生产的产品是公司多年来研发的最先进的产品成果，部分已投入生产，技术水平已达到国内领先、国际先进水平。项目产品采用了同步电主轴技术、数控机床热变形误差补偿技术、并行复合加
数字控制是用数字化信号对设备运行及其加工过程进行控制的一种自动化技术，简称数控。 控制坐标运动来完成各种不同的空间曲面的加工，是数控的主要任务。 曲线加工时刀具的运动轨迹与理论上的曲线（包括直线）不吻合。 数控机床的工作工程：1、数控编程2、程序输入3、译码4、数据处理5、插补6、伺服控制与加工。 插补的任务就是通过插补计算程序，根据程序规定的进给要求，完成在轮廓起点和终点之间的中间点的坐标值计算，也即数据点的密化工作。 控制轴数：机床数控装置能够控制的坐标轴数，车床为2，铣床为3。 联动轴数：机床数控装置能够同时控制的坐标轴数目。平面曲面2.5，空间曲面3及以上。 定位精度：数控设备停止时实际到达的位置和你要求到达的位子误差。 重复定位精度：同一个位置两次定位过去产生的误差。通常重复定位精度比定位精度要高的多。 数控机床的优缺点：1、适应性强2、精度高，质量稳定3、生产效率高4、减轻疲劳强度，改善劳动条件5、有利于生产管理现代化6、使用、维护技术要求高。
数控加工过程中，数控系统要解决控制刀具或工件运动轨迹的问题，在数控机床中，刀具或工件能够移动的最小位移量称为数控机床的脉冲当量或最小分辨率。 计算出轮廓线上中间点位置坐标值的过程称为“插补”。 基准脉冲插补：每个脉冲使各坐标轴仅产生一个脉冲当量，代表了刀具或工件的最小位移；脉冲的数量代表了刀具或工件移动的位移量；脉冲序列的频率代表了刀具或工件运动的速度。仅适用于一些由步进电机驱动的中等精度或中等速度要求的开环数控系统。 数据采样插补：这种插补方法的特点是数控装备产生的不是单个脉冲，而是标准二进制字。第一步粗插补，采用时间分割思想，把加工一段直线或圆弧的整段时间细分为许多相等的时间间隔，称为插补周期T 。第二步为精插补，一般将粗插补运算称为插补，由软件完成，而精插补可由软件实现，也可由硬件实现。 逼近误差δ与进给速度F 、插补周期T 的平方成正比，与圆弧半径R 成反比。 进给速度F 、圆弧半径R 一定的条件下，插补周期T 越短，逼近误差δ就越小，当δ给定及插补周期T 确定之后，可根据圆弧半径R 选择进给速度F ，以保证逼近误差δ不超过允许值。 弦线逼近：R FT R l l R R 8)(8)2()(22222==→=--δδ
数控机床培训资料 第一节数控技术实践的重要性 随着科学技术的飞速发展，社会对机械产品的结构、性能、精度、效率和品种的要求越来越高，单件与中小批量产品的比重越来越大（目前已占到70%以上），传统的通用、专用机床和工艺装备已经不能很好地适应高质量、高效率、多样化加工的要求，因而，以微电子技术和计算机技术为基础的数控技术，将机械技术、现代控制技术、传感检测技术、信息处理技术、网络通信技术和成组技术等有机地结合在一起，使机器制造行业的生产方式和机器制造技术发生了深刻的、革命性的变化。 当今机床行业的计算机数控化已成为技术进步的大趋势。数控机床是电子信息技术和传统机械加工技术结合的产物，它集现代精密机械、计算机、通讯、液压气动、光电等多学科技术为一体，具有高效率、高精度、高自动化和高柔性的特点，是当代机械制造业的主流装备。数控机床大大提高了机械加工的性能（可以精确加工传统机床无法处理的复杂零件）。有效提高了加工质量和效率，实现了柔性自动化（相对于传统技术基础上的大批量生产的刚性自动化），并向智能化、集成化方向发展。所以，可以毫不夸张地说，（计算机）数控技术，是现代先进制造技术的基础和核心。 数控机床在机械制造业中得到日益广泛的应用（美国的数控机床已占机床总数的80% 以上），是因为它有效地解决了复杂、精密、小批多变的零件加工问题，能满足高质量、高效益和多品种、小批量的柔性生产方式的要求，适应各种机械产品迅速更新换代的需要，经济效益显著，代表着当今机械加工技术的趋势与潮流，也是现代机械制造企业在市场竞争激烈的条件下生存与发展的必然要求。 在数控机床发展过程中，值得一提的是数控加工中心的出现。这是一种具有自动换刀装置的数控机床，它能实现一次装夹并进行多工序加工。这种机床在刀库中装有钻头、丝锥、铰刀、镗刀等刀具，通过程序指令自动选择刀具，并利用机械手将刀具装在主轴上，这样可大大缩短零件装卸时间和换刀时间。数控加工中心现在已经成为数控机床中一个非常重要的品种，不仅有立式、卧式等镗铣类加工中心用于箱体类零件的加工，还有车削加工中心用于回转体零件加工以及磨削加工中心等。这些高性能、高精度、高自动化的数控机床就组成了完整的数控机床家族。 随着社会生产和科学技术的进步，数控技术不仅应用于机床的控制，还用于控制其他的设备，诸如数控线切割机、数控绘图机、数控测量机、数控冲剪机等，仅数控机床就有数控车床、数控铣床、数控钻床、数控磨床、数控镗床以及数控加工中心等。 因此，在学习完数控技术这门课的同时，应进一步增强学生的数控技术实践操作能力，以便能够系统、完整地掌握数控机床技术，更快更好地适应机械行业发展的需要。
第一章项目建设背景 一、产业发展分析 智能制造是基于新一代信息通信技术与先进制造技术深度融合， 贯穿于设计、生产、管理、服务等制造活动的各个环节，具有自感知、自学习、自决策、自执行、自适应等功能的新型生产方式。加快发展 智能制造，是培育我国经济增长新动能的必由之路，是抢占未来经济 和科技发展制高点的战略选择，对于推动我国制造业供给侧结构性改革，打造我国制造业竞争新优势，实现制造强国具有重要战略意义。 （一）发展现状和形势 全球新一轮科技革命和产业变革加紧孕育兴起，与我国制造业转 型升级形成历史性交汇。智能制造在全球范围内快速发展，已成为制 造业重要发展趋势，对产业发展和分工格局带来深刻影响，推动形成 新的生产方式、产业形态、商业模式。发达国家实施“再工业化”战略，不断推出发展智能制造的新举措，通过政府、行业组织、企业等 协同推进，积极培育制造业未来竞争优势。 经过几十年的快速发展，我国制造业规模跃居世界第一位，建立 起门类齐全、独立完整的制造体系，但与先进国家相比，大而不强的 问题突出。随着我国经济发展进入新常态，经济增速换挡、结构调整
阵痛、增长动能转换等相互交织，长期以来主要依靠资源要素投入、 规模扩张的粗放型发展模式难以为继。加快发展智能制造，对于推进 我国制造业供给侧结构性改革，培育经济增长新动能，构建新型制造 体系，促进制造业向中高端迈进、实现制造强国具有重要意义。 随着新一代信息技术和制造业的深度融合，我国智能制造发展取 得明显成效，以高档数控机床、工业机器人、智能仪器仪表为代表的 关键技术装备取得积极进展；智能制造装备和先进工艺在重点行业不 断普及，离散型行业制造装备的数字化、网络化、智能化步伐加快， 流程型行业过程控制和制造执行系统全面普及，关键工艺流程数控化 率大大提高；在典型行业不断探索、逐步形成了一些可复制推广的智 能制造新模式，为深入推进智能制造初步奠定了一定的基础。但目前 我国制造业尚处于机械化、电气化、自动化、数字化并存，不同地区、不同行业、不同企业发展不平衡的阶段。发展智能制造面临关键共性 技术和核心装备受制于人，智能制造标准/软件/网络/信息安全基础薄弱，智能制造新模式成熟度不高，系统整体解决方案供给能力不足， 缺乏国际性的行业巨头企业和跨界融合的智能制造人才等突出问题。 相对工业发达国家，推动我国制造业智能转型，环境更为复杂，形势 更为严峻，任务更加艰巨。我们必须遵循客观规律，立足国情、着眼
数控机床 是数字控制机床的简称，是一种装有程序控制系统的自动化机床。该控制系统能够逻辑地处理具有控制编码或其他符号指令规定的程序，并将其译码，从而使机床动作并加工零件的控制单元,数控机床的操作和监控全部在这个数控单元中完成，它是数控机床的大脑。 加工精度高,具有稳定的加工质量; 可进行多坐标的联动，能加工形状复杂的零件； 加工零件改变时，一般只需要更改数控程序,可节省生产准备时间； 机床本身的精度高、刚性大,可选择有利的加工用量,生产率高(一般为普通机床的3~５倍); 机床自动化程度高,可以减轻劳动强度; 对操作人员的素质要求较高，对维修人员的技术要求更高。 数控机床一般由下列几个部分组成： 主机，是数控机床的主体,包括机床身、立柱、主轴、进给机构等机械部件。它是用于完成各种切削加工的机械部件。 数控装置，是数控机床的核心,包括硬件（印刷电路板、ＣＲT显示器、键盒、纸带阅读机等)以及相应的软件,用于输入数字化的零件程序,并完成输入信息的存储、数据的变换、插补运算以及实现各种控制功能。 驱动装置,是数控机床执行机构的驱动部件，包括主轴驱动单元、进给单元、主轴电机及进给电机等。它在数控装置的控制下通过电气或电液伺服系统实现主轴和进给驱动。当几个进给联动时，可以完成定位、直线、平面曲线和空间曲线的加工。 辅助装置，指数控机床的一些必要的配套部件,用以保证数控机床的运行，如冷却、排屑、润滑、照明、监测等。它包括液压和气动装置、排屑装置、交换工作台、数控转台和数控分度头，还包括刀具及监控检测装置等。 编程及其他附属设备,可用来在机外进行零件的程序编制、存储等。 数控机床加工流程说明 CAＤ：Ｃoｍputer Aideｄ Design,即计算机辅助设计。２D或3Ｄ的工件或立体图设计