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数控技术数控技术浙江师范大学浙江师范大学交通学院交通学院二二00八年八年前前 言言一、本课程性质等一、本课程性质等二、为什么要学习本课程二、为什么要学习本课程三、本课程要求三、本课程要求四、本课程目的四、本课程目的l l课程性质：课程性质：课程性质：课程性质：重要重要重要重要专业课专业课专业课专业课l l课程学时：课程学时：课程学时：课程学时：3 30 0（讲授学时：（讲授学时：（讲授学时：（讲授学时：2626；实验学时：；实验学时：；实验学时：；实验学时：4 4）l l周学时：周学时：周学时：周学时：2 2l l教材：郑堤主编教材：郑堤主编教材：郑堤主编教材：郑堤主编.数控机床与编程数控机床与编程数控机床与编程数控机床与编程.机械工业出版社，机械工业出版社，机械工业出版社，机械工业出版社，20052005l l参考书：参考书：参考书：参考书：朱晓春主编朱晓春主编朱晓春主编朱晓春主编.数控技术数控技术数控技术数控技术.机械工业出版社，机械工业出版社，机械工业出版社，机械工业出版社，2002006 6 李恩林主编李恩林主编李恩林主编李恩林主编.数控技术应用自学读本数控技术应用自学读本数控技术应用自学读本数控技术应用自学读本.机械工业机械工业机械工业机械工业出版社出版社出版社出版社，2002006 6 l l授课方式：课堂教学授课方式：课堂教学授课方式：课堂教学授课方式：课堂教学+实验实验实验实验+作业作业作业作业l l考核方式：期末考试（考核方式：期末考试（考核方式：期末考试（考核方式：期末考试（80%80%）+平时（出勤、答疑、平时（出勤、答疑、平时（出勤、答疑、平时（出勤、答疑、实验、作业）（实验、作业）（实验、作业）（实验、作业）（20%20%）一、本课程性质等一、本课程性质等l l是先进制造技术内容之一是先进制造技术内容之一l l是制造装备数字化的主要内容是制造装备数字化的主要内容l l是柔性自动化的基础是柔性自动化的基础l l数控机床是典型的机电一体化产品数控机床是典型的机电一体化产品l l数控机床的应用越来越普及数控机床的应用越来越普及l l数控机床应用人才需求量大且迫切数控机床应用人才需求量大且迫切l l数控技术适用领域广泛数控技术适用领域广泛l l是机械工程领域的人才必备的专业知识是机械工程领域的人才必备的专业知识二、为什么要学习本课程？二、为什么要学习本课程？蓝领：机床操作蓝领：机床操作蓝领：机床操作蓝领：机床操作银领（灰领）：工艺设计与编程，维修，数控改造银领（灰领）：工艺设计与编程，维修，数控改造银领（灰领）：工艺设计与编程，维修，数控改造银领（灰领）：工艺设计与编程，维修，数控改造金领（白领）：管理金领（白领）：管理金领（白领）：管理金领（白领）：管理金领金领金领金领银领银领银领银领蓝领蓝领社会急需的数控加工人才类型社会急需的数控加工人才类型：三、本课程要求三、本课程要求l l要求不缺课，认真听课，课前预习，课要求不缺课，认真听课，课前预习，课后复习后复习l l认真实验，按时独立完成作业，积极参认真实验，按时独立完成作业，积极参加课堂讨论加课堂讨论l l有问题及时答疑并反馈信息有问题及时答疑并反馈信息l l广泛查阅参考资料广泛查阅参考资料l l充分利用实验室的开放条件充分利用实验室的开放条件l l真正学到知识和本领。真正学到知识和本领。四、本课程目的四、本课程目的l l掌握数控技术的基本原理、数控机床的组成、掌握数控技术的基本原理、数控机床的组成、工作原理及特点工作原理及特点l l了解数控技术的发展历史、现状与趋势了解数控技术的发展历史、现状与趋势l l了解数控装置的构成、工作原理及性能特点了解数控装置的构成、工作原理及性能特点l l掌握数控机床机械系统的结构、性能特点及掌握数控机床机械系统的结构、性能特点及设计计算方法设计计算方法l l掌握数控机床手工编程方法，能够编制较简掌握数控机床手工编程方法，能够编制较简单零件的数控加工程序单零件的数控加工程序l l了解数控机床计算机辅助编程方法了解数控机床计算机辅助编程方法l l了解数控机床的选用、购置、维护与管理了解数控机床的选用、购置、维护与管理第一章第一章 绪绪 论论第一节第一节 数控技术基本概念与原理数控技术基本概念与原理第二节第二节 数控机床数控机床第三节第三节 数控机床的发展数控机床的发展本章要求本章要求了解并掌握数控技术基本原理；了解并掌握数控技术基本原理；了解并掌握数控机床的组成、工作原理、了解并掌握数控机床的组成、工作原理、分类与特点；分类与特点；掌握数控机床坐标系及其命名方法；掌握数控机床坐标系及其命名方法；了解数控机床的发展历史与发展趋势。了解数控机床的发展历史与发展趋势。第一节第一节 数控技术基本概念与原理数控技术基本概念与原理数字控制技术，简称数数字控制技术，简称数数字控制技术，简称数数字控制技术，简称数控技术（控技术（控技术（控技术（NCNC）：采用数：采用数：采用数：采用数字指令信号对机电产品字指令信号对机电产品字指令信号对机电产品字指令信号对机电产品或设备进行控制的一种或设备进行控制的一种或设备进行控制的一种或设备进行控制的一种自动控制技术。自动控制技术。自动控制技术。自动控制技术。数控技术与传统的设备数控技术与传统的设备数控技术与传统的设备数控技术与传统的设备自动控制技术的显著区自动控制技术的显著区自动控制技术的显著区自动控制技术的显著区别：别：别：别：坐标控制坐标控制坐标控制坐标控制采用采用采用采用数字指令信号对设备的数字指令信号对设备的数字指令信号对设备的数字指令信号对设备的运动部件的坐标运动进运动部件的坐标运动进运动部件的坐标运动进运动部件的坐标运动进行控制。行控制。行控制。行控制。Z ZY YX X数控技术的基本原理 将将将将被被被被控控控控设设设设备备备备末末末末端端端端执执执执行行行行部部部部件件件件的的的的运运运运动动动动（或或或或多多多多个个个个末末末末端端端端执执执执行行行行部部部部件件件件的的的的合合合合成成成成运运运运动动动动）纳纳纳纳入入入入到到到到适适适适当当当当的的的的坐坐坐坐标标标标系系系系中中中中，将将将将所所所所要要要要求求求求的的的的复复复复杂杂杂杂运运运运动动动动分分分分解解解解成成成成各各各各坐坐坐坐标标标标轴轴轴轴的的的的简简简简单单单单直直直直线线线线运运运运动动动动或或或或回回回回转转转转运运运运动动动动，并并并并用用用用一一一一个个个个满满满满足足足足精精精精度度度度要要要要求求求求的的的的基基基基本本本本长长长长度度度度单单单单位位位位（Basic Basic Length Length UnitUnit，BLUBLU）对对对对各各各各坐坐坐坐标标标标轴轴轴轴进进进进行行行行离离离离散散散散化化化化，由由由由电电电电子子子子控控控控制制制制装装装装置置置置（即即即即数数数数控控控控装装装装置置置置）按按按按数数数数控控控控程程程程序序序序规规规规定定定定的的的的运运运运动动动动控控控控制制制制规规规规律律律律产产产产生生生生与与与与基基基基本本本本长长长长度度度度单单单单位位位位对对对对应应应应的的的的数数数数字字字字指指指指令令令令脉脉脉脉冲冲冲冲对对对对各各各各坐坐坐坐标标标标轴轴轴轴的的的的运运运运动动动动进进进进行行行行控控控控制制制制，并并并并通通通通过过过过伺伺伺伺服服服服执执执执行行行行元元元元件件件件加加加加以以以以驱驱驱驱动动动动，从从从从而而而而实实实实现现现现所所所所要求的复杂运动。要求的复杂运动。要求的复杂运动。要求的复杂运动。几个基本概念qq插插插插补补补补：插插插插补补补补是是是是数数数数控控控控技技技技术术术术的的的的核核核核心心心心。插插插插补补补补装装装装置置置置的的的的功功功功用用用用是是是是将将将将期期期期望望望望的的的的设设设设备备备备运运运运动动动动轨轨轨轨迹迹迹迹沿沿沿沿各各各各坐坐坐坐标标标标轴轴轴轴微微微微分分分分成成成成基基基基本本本本长长长长度度度度单单单单位位位位，并并并并转转转转换换换换成成成成可可可可控控控控制制制制各各各各坐坐坐坐标标标标轴轴轴轴运运运运动动动动的的的的一一一一系系系系列列列列数字指令脉冲。数字指令脉冲。数字指令脉冲。数字指令脉冲。qq驱驱动动：将将插插补补装装置置输输出出的的数数字字指指令令脉脉冲冲进进行行转转换换与与放放大大，驱驱动动执执行行元元件件，实实现现由由数数字字指指令令脉脉冲冲序序列列规规定定的的坐坐标标运运动动，并并最最终终由由各各坐坐标标运运动动合合成成所所期期望望的的运运动动轨迹。轨迹。功率功率功率功率放大放大放大放大伺服伺服伺服伺服电动机电动机电动机电动机传动传动传动传动机构机构机构机构工作台工作台工作台工作台指令指令指令指令脉冲脉冲脉冲脉冲qq脉脉冲冲当当量量：对对应应于于插插补补装装置置输输出出的的每每一一个个数数字字指指令令脉脉冲冲，伺伺服服驱驱动动系系统统末末端端执执行行部部件件所所实实现现的的理理论论位位移移被被称称为为脉脉冲冲当当量量，它它是是系系统统所所能能控控制制的的最最小小位位移移，又又称称系系统统的的控控制制分分辨辨率率，一一般般取取为为基基本本长长度单位（度单位（BLU）。）。BLUNC与CNCl lNCNCNCNC早期采用硬件数字电路实现的数控。早期采用硬件数字电路实现的数控。早期采用硬件数字电路实现的数控。早期采用硬件数字电路实现的数控。l lCNCCNCCNCCNC现代采用微型计算机实现的数控，称计现代采用微型计算机实现的数控，称计现代采用微型计算机实现的数控，称计现代采用微型计算机实现的数控，称计算机数字控制技术，简称计算机数控算机数字控制技术，简称计算机数控算机数字控制技术，简称计算机数控算机数字控制技术，简称计算机数控（Computer Numerical Computer Numerical ControlControl，CNCCNC）。）。）。）。l lCNCCNCCNCCNC是先进制造技术或生产模式的基础，是现代是先进制造技术或生产模式的基础，是现代是先进制造技术或生产模式的基础，是现代是先进制造技术或生产模式的基础，是现代制造业的基础制造业的基础制造业的基础制造业的基础柔性自动化（柔性自动化（柔性自动化（柔性自动化（FMSFMSFMSFMS）计算机集成制造（计算机集成制造（计算机集成制造（计算机集成制造（CIMCIMCIMCIM）智能制造（智能制造（智能制造（智能制造（IMIMIMIM）敏捷制造（敏捷制造（敏捷制造（敏捷制造（AMAMAMAM）虚拟制造（虚拟制造（虚拟制造（虚拟制造（VMVMVMVM）第二节第二节 数控机床数控机床 一、数控机床的组成与工作原理一、数控机床的组成与工作原理 程程程程序序序序编编编编制制制制数数数数控控控控装装装装置置置置检测反检测反检测反检测反馈系统馈系统馈系统馈系统机机机机床床床床本本本本体体体体伺服驱伺服驱伺服驱伺服驱动系统动系统动系统动系统图样图样图样图样产品产品产品产品强电控强电控强电控强电控制系统制系统制系统制系统毛坯毛坯毛坯毛坯数控系统数控系统数控系统数控系统二、数控机床的分类二、数控机床的分类1.1.1.1.按数控机床的加工工艺分类按数控机床的加工工艺分类按数控机床的加工工艺分类按数控机床的加工工艺分类 数控车床数控车床数控车床数控车床数控铣床数控铣床数控铣床数控铣床加工中心机床：具有自动换刀功能，工序集中，可一次装加工中心机床：具有自动换刀功能，工序集中，可一次装加工中心机床：具有自动换刀功能，工序集中，可一次装加工中心机床：具有自动换刀功能，工序集中，可一次装夹连续自动地完成铣削、钻削、镗削、铰孔、扩孔、攻丝夹连续自动地完成铣削、钻削、镗削、铰孔、扩孔、攻丝夹连续自动地完成铣削、钻削、镗削、铰孔、扩孔、攻丝夹连续自动地完成铣削、钻削、镗削、铰孔、扩孔、攻丝等多道工序的加工。等多道工序的加工。等多道工序的加工。等多道工序的加工。数控钻床数控钻床数控钻床数控钻床数控磨床数控磨床数控磨床数控磨床数控镗床数控镗床数控镗床数控镗床数控剪板机数控剪板机数控剪板机数控剪板机数控折弯机数控折弯机数控折弯机数控折弯机数控电加工机床数控电加工机床数控电加工机床数控电加工机床数控三坐标测量机数控三坐标测量机数控三坐标测量机数控三坐标测量机 数控车床数控车床数控车床数控车床数控车削中心数控车削中心数控车削中心数控车削中心数控立式倒置主轴车床数控立式倒置主轴车床数控立式倒置主轴车床数控立式倒置主轴车床数控立式车床数控立式车床数控立式车床数控立式车床立式加工中心机床立式加工中心机床立式加工中心机床立式加工中心机床卧式加工中心机床卧式加工中心机床卧式加工中心机床卧式加工中心机床数控磨床数控磨床数控磨床数控磨床数控冲床数控冲床数控冲床数控冲床数控激光切割机床数控激光切割机床数控激光切割机床数控激光切割机床三维数控三维数控三维数控三维数控激光加工机床激光加工机床激光加工机床激光加工机床数控滚齿机数控滚齿机数控滚齿机数控滚齿机数控折弯机数控折弯机数控折弯机数控折弯机电火花成型机床电火花成型机床电火花成型机床电火花成型机床数控线切割机床数控线切割机床数控线切割机床数控线切割机床 三坐标测量机三坐标测量机三坐标测量机三坐标测量机2.2.按数控机床运动轨迹控制方式分类按数控机床运动轨迹控制方式分类l l点位控制数控机床点位控制数控机床l l连续控制数控机床（轮廓控制数控机床）连续控制数控机床（轮廓控制数控机床）X XZ ZY Y3.3.按伺服系统控制方式分类按伺服系统控制方式分类 1)1)1)1)开环控制数控机床开环控制数控机床 数控数控数控数控装置装置装置装置步进电步进电步进电步进电动机动机动机动机机床工作台机床工作台机床工作台机床工作台2)2)2)2)闭环控制数控机床闭环控制数控机床 数控装置数控装置数控装置数控装置伺服马达伺服马达伺服马达伺服马达机床工作台机床工作台机床工作台机床工作台位置检测器位置检测器位置检测器位置检测器3)3)3)3)半闭环控制数控机床半闭环控制数控机床 数控装置数控装置数控装置数控装置伺服马达伺服马达伺服马达伺服马达位置位置位置位置检测器检测器检测器检测器机床工作台机床工作台机床工作台机床工作台位置位置位置位置检测器检测器检测器检测器4.4.按数控机床功能强弱分类按数控机床功能强弱分类 l l经济型数控机床经济型数控机床简易数控，脉冲当简易数控，脉冲当量：量：0.001-0.010.001-0.01mmmm l l全功能数控机床全功能数控机床 普及型数控机床，普及型数控机床，脉冲当量：脉冲当量：0.1-1 0.1-1mm l l高档型数控机床高档型数控机床五轴以上联动控制、五轴以上联动控制、高度柔性、超高速、超精密高度柔性、超高速、超精密,脉冲当量：脉冲当量：0.10.1 mm5.5.按控制联动坐标轴数分类按控制联动坐标轴数分类 l l二坐标数控机床主要用于加工二维平面轮廓；二坐标数控机床主要用于加工二维平面轮廓；二坐标数控机床主要用于加工二维平面轮廓；二坐标数控机床主要用于加工二维平面轮廓；l l三坐标数控机床主要用于加工三维立体轮廓；三坐标数控机床主要用于加工三维立体轮廓；三坐标数控机床主要用于加工三维立体轮廓；三坐标数控机床主要用于加工三维立体轮廓；l l四坐标和五坐标数控机床主要用于加工空间复四坐标和五坐标数控机床主要用于加工空间复四坐标和五坐标数控机床主要用于加工空间复四坐标和五坐标数控机床主要用于加工空间复杂曲面或一些高精度、难加工的特殊型面。杂曲面或一些高精度、难加工的特殊型面。杂曲面或一些高精度、难加工的特殊型面。杂曲面或一些高精度、难加工的特殊型面。三、数控机床的特点三、数控机床的特点 1.1.1.1.自动化程度高自动化程度高 2.2.2.2.加工精度高加工精度高 3.3.3.3.生产率高生产率高 4.4.4.4.对工件的适应性强对工件的适应性强 5.5.5.5.有利于生产管理信息化有利于生产管理信息化 四、数控机床坐标系四、数控机床坐标系 l l数控机床最重要的功能是坐标控制功能。数控机床最重要的功能是坐标控制功能。l l数控机床坐标系是设计、制造和使用数数控机床坐标系是设计、制造和使用数控机床的基础。控机床的基础。l l有关数控机床坐标系的国际标准：有关数控机床坐标系的国际标准：ISO8411974 l lJB/T30511999数控机床坐标和运动数控机床坐标和运动方向的命名方向的命名 1 1数控机床坐标系数控机床坐标系 采用右手笛卡儿直角坐标系采用右手笛卡儿直角坐标系采用右手笛卡儿直角坐标系采用右手笛卡儿直角坐标系 ：坐标轴坐标轴坐标轴坐标轴X X、Y Y、Z Z的正向采用右手定则确定的正向采用右手定则确定的正向采用右手定则确定的正向采用右手定则确定坐标轴坐标轴坐标轴坐标轴A A、B B、C C的正向采用右手螺旋定则确定的正向采用右手螺旋定则确定的正向采用右手螺旋定则确定的正向采用右手螺旋定则确定 通常在命名数控机床坐标系时，总是假通常在命名数控机床坐标系时，总是假定工件不动，刀具相对于工件运动，则定工件不动，刀具相对于工件运动，则坐标系用坐标系用XYZABC表达；表达；若刀具不动，工件相对于刀具运动，则若刀具不动，工件相对于刀具运动，则相应的坐标系用相应的坐标系用XYZABC来表达。来表达。两种坐标系中的正运动方向正好相反。两种坐标系中的正运动方向正好相反。几种坐标系几种坐标系1)1)1)1)机床坐标系：机床坐标系：机床上固有的坐标系，并设有固定的坐标机床上固有的坐标系，并设有固定的坐标机床上固有的坐标系，并设有固定的坐标机床上固有的坐标系，并设有固定的坐标原点，称机床零点或机械零点；原点，称机床零点或机械零点；原点，称机床零点或机械零点；原点，称机床零点或机械零点；由数控机床制造商提供，机床出厂时该坐由数控机床制造商提供，机床出厂时该坐由数控机床制造商提供，机床出厂时该坐由数控机床制造商提供，机床出厂时该坐标系就已确定，用户不能轻易修改；标系就已确定，用户不能轻易修改；标系就已确定，用户不能轻易修改；标系就已确定，用户不能轻易修改；与机床的位置检测系统相对应，是数控机与机床的位置检测系统相对应，是数控机与机床的位置检测系统相对应，是数控机与机床的位置检测系统相对应，是数控机床的基准；床的基准；床的基准；床的基准；机床每次上电开机后，应首先使运动部件机床每次上电开机后，应首先使运动部件机床每次上电开机后，应首先使运动部件机床每次上电开机后，应首先使运动部件返回机床零点，对机床坐标系进行校准。返回机床零点，对机床坐标系进行校准。返回机床零点，对机床坐标系进行校准。返回机床零点，对机床坐标系进行校准。2)2)2)2)工件坐标系工件坐标系工件坐标系工件坐标系 是为编程和加工方便由编是为编程和加工方便由编是为编程和加工方便由编是为编程和加工方便由编程人员在编制零件数控加程人员在编制零件数控加程人员在编制零件数控加程人员在编制零件数控加工程序时设置的，可以任工程序时设置的，可以任工程序时设置的，可以任工程序时设置的，可以任意设置；意设置；意设置；意设置；不同的零件或不同的编程不同的零件或不同的编程不同的零件或不同的编程不同的零件或不同的编程人员可以根据习惯或工艺人员可以根据习惯或工艺人员可以根据习惯或工艺人员可以根据习惯或工艺特点而采用不同的工件坐特点而采用不同的工件坐特点而采用不同的工件坐特点而采用不同的工件坐标系；标系；标系；标系；采用工件坐标系进行编程采用工件坐标系进行编程采用工件坐标系进行编程采用工件坐标系进行编程时，可以不考虑加工时所时，可以不考虑加工时所时，可以不考虑加工时所时，可以不考虑加工时所采用的具体机床的坐标系采用的具体机床的坐标系采用的具体机床的坐标系采用的具体机床的坐标系及工件在机床上的装夹位及工件在机床上的装夹位及工件在机床上的装夹位及工件在机床上的装夹位置，为编程人员带来很大置，为编程人员带来很大置，为编程人员带来很大置，为编程人员带来很大方便。方便。方便。方便。Y YY Y1 1O OO O1 1X XX X1 1工件坐标系偏置工件坐标系偏置工件坐标系偏置工件坐标系偏置工件坐标系工件坐标系工件坐标系工件坐标系机床坐标系机床坐标系机床坐标系机床坐标系3)3)3)3)绝对坐标系和相对坐绝对坐标系和相对坐绝对坐标系和相对坐绝对坐标系和相对坐标系标系标系标系 绝对坐标系是指刀具运绝对坐标系是指刀具运绝对坐标系是指刀具运绝对坐标系是指刀具运动轨迹上动轨迹上动轨迹上动轨迹上所有点所有点所有点所有点的坐标的坐标的坐标的坐标值值值值均均均均从某一固定坐标原从某一固定坐标原从某一固定坐标原从某一固定坐标原点计量的坐标系；点计量的坐标系；点计量的坐标系；点计量的坐标系；相对坐标系（又称增量相对坐标系（又称增量相对坐标系（又称增量相对坐标系（又称增量坐标系）是指刀具运动坐标系）是指刀具运动坐标系）是指刀具运动坐标系）是指刀具运动轨迹的轨迹的轨迹的轨迹的终点终点终点终点坐标是相对坐标是相对坐标是相对坐标是相对于于于于起点起点起点起点计量的坐标系；计量的坐标系；计量的坐标系；计量的坐标系；绝对坐标系和相对坐标绝对坐标系和相对坐标绝对坐标系和相对坐标绝对坐标系和相对坐标系可通过标准数控代码系可通过标准数控代码系可通过标准数控代码系可通过标准数控代码G90G90G90G90（绝对坐标指令代绝对坐标指令代绝对坐标指令代绝对坐标指令代码）和码）和码）和码）和G91G91G91G91（相对坐标相对坐标相对坐标相对坐标指令代码）进行转换。指令代码）进行转换。指令代码）进行转换。指令代码）进行转换。O OO O1 1X X1 1Y YX XA AB BY Y1 130301212353515154)4)4)4)附加坐标系附加坐标系 机床在主坐标系机床在主坐标系机床在主坐标系机床在主坐标系XYZABCXYZABC的坐标运动之外的坐标运动之外的坐标运动之外的坐标运动之外还有与之平行的坐标运动，构成附加坐标还有与之平行的坐标运动，构成附加坐标还有与之平行的坐标运动，构成附加坐标还有与之平行的坐标运动，构成附加坐标系系系系UVWPQRUVWPQRUVWPQRUVWPQR；附加坐标系一般仅在大型数控机床上会出附加坐标系一般仅在大型数控机床上会出附加坐标系一般仅在大型数控机床上会出附加坐标系一般仅在大型数控机床上会出现。现。现。现。2数控机床坐标轴的确定数控机床坐标轴的确定 1)1)Z Z轴及其方向轴及其方向轴及其方向轴及其方向 有主轴机床（车、铣、钻镗等），有主轴机床（车、铣、钻镗等），有主轴机床（车、铣、钻镗等），有主轴机床（车、铣、钻镗等），Z Z轴与主轴轴线轴与主轴轴线轴与主轴轴线轴与主轴轴线平行；平行；平行；平行；无主轴机床（刨、插等），或多主轴机床（龙门无主轴机床（刨、插等），或多主轴机床（龙门无主轴机床（刨、插等），或多主轴机床（龙门无主轴机床（刨、插等），或多主轴机床（龙门式轮廓铣床等），式轮廓铣床等），式轮廓铣床等），式轮廓铣床等），Z Z Z Z轴与工件装夹面（即工作台面）轴与工件装夹面（即工作台面）轴与工件装夹面（即工作台面）轴与工件装夹面（即工作台面）的法线平行。的法线平行。的法线平行。的法线平行。使刀具远离工件或使工件尺寸增大的运动方向为使刀具远离工件或使工件尺寸增大的运动方向为使刀具远离工件或使工件尺寸增大的运动方向为使刀具远离工件或使工件尺寸增大的运动方向为Z Z Z Z轴的正方向。轴的正方向。轴的正方向。轴的正方向。2)2)X轴及其方向轴及其方向 一般位于与主轴轴线垂直或与工件装夹面平行一般位于与主轴轴线垂直或与工件装夹面平行一般位于与主轴轴线垂直或与工件装夹面平行一般位于与主轴轴线垂直或与工件装夹面平行的水平面内。的水平面内。的水平面内。的水平面内。在工件旋转的机床上，如车床等，在工件旋转的机床上，如车床等，在工件旋转的机床上，如车床等，在工件旋转的机床上，如车床等，X X X X轴垂直于轴垂直于轴垂直于轴垂直于主轴轴线且平行于横向滑板，使刀具远离工件主轴轴线且平行于横向滑板，使刀具远离工件主轴轴线且平行于横向滑板，使刀具远离工件主轴轴线且平行于横向滑板，使刀具远离工件或使工件尺寸增大的运动方向为或使工件尺寸增大的运动方向为或使工件尺寸增大的运动方向为或使工件尺寸增大的运动方向为X X X X轴的正方向。轴的正方向。轴的正方向。轴的正方向。在刀具旋转的机床上在刀具旋转的机床上在刀具旋转的机床上在刀具旋转的机床上若主轴是水平的，如卧式铣床等，则逆着若主轴是水平的，如卧式铣床等，则逆着若主轴是水平的，如卧式铣床等，则逆着若主轴是水平的，如卧式铣床等，则逆着Z Z Z Z轴正向由轴正向由轴正向由轴正向由刀具（主轴）向工件看，刀具（主轴）向工件看，刀具（主轴）向工件看，刀具（主轴）向工件看，X X X X轴的正向指向右边；轴的正向指向右边；轴的正向指向右边；轴的正向指向右边；若主轴是垂直的，如立式铣床等，则由刀具向立柱若主轴是垂直的，如立式铣床等，则由刀具向立柱若主轴是垂直的，如立式铣床等，则由刀具向立柱若主轴是垂直的，如立式铣床等，则由刀具向立柱看，看，看，看，X X X X轴的正向指向右边。轴的正向指向右边。轴的正向指向右边。轴的正向指向右边。3)3)Y轴及其方向轴及其方向 Y Y轴及其方向可在已经确定好轴及其方向可在已经确定好轴及其方向可在已经确定好轴及其方向可在已经确定好Z Z轴和轴和轴和轴和X X轴的轴的轴的轴的基础上，按右手定则来确定。基础上，按右手定则来确定。基础上，按右手定则来确定。基础上，按右手定则来确定。Z ZX X卧式数控车床坐标系卧式数控车床坐标系卧式数控车床坐标系卧式数控车床坐标系+X+X+X+X+Z+Z+Z+ZX XY YZ ZZ ZX XY Y第三节第三节 数控机床的发展数控机床的发展 一、数控机床发展简史一、数控机床发展简史 l l19481948年，美国人年，美国人年，美国人年，美国人John ParsonsJohn Parsons提出设想；提出设想；提出设想；提出设想；l l19521952年，年，年，年，试制成功世界上第一台数控机床试制成功世界上第一台数控机床试制成功世界上第一台数控机床试制成功世界上第一台数控机床 ；l l1952195919521959：第一代电子管数控系统；：第一代电子管数控系统；：第一代电子管数控系统；：第一代电子管数控系统；l l1959195919591959 1965196519651965：第二代晶体管数控系统：第二代晶体管数控系统：第二代晶体管数控系统：第二代晶体管数控系统 ；l l1965196519651965 1970197019701970：第三代集成电路数控系统：第三代集成电路数控系统：第三代集成电路数控系统：第三代集成电路数控系统 ；l l1970197019701970 1974197419741974：第四代大规模集成电路及：第四代大规模集成电路及：第四代大规模集成电路及：第四代大规模集成电路及 小型通用计算机数控系统；小型通用计算机数控系统；小型通用计算机数控系统；小型通用计算机数控系统；l l1974197419741974 ：第五代微型计算机数控系统第五代微型计算机数控系统第五代微型计算机数控系统第五代微型计算机数控系统 ；l l20202020世纪末世纪末世纪末世纪末 ：第六代基于第六代基于第六代基于第六代基于PC PC 的的的的数控系统。数控系统。数控系统。数控系统。第一阶段第一阶段第一阶段第一阶段NCNC第二阶段第二阶段第二阶段第二阶段CNCCNC柔柔柔柔性性性性自自自自动动动动化化化化体体体体积积积积减减减减小小小小，功功功功能能能能性性性性能能能能提提提提高高高高数控机床布局数控机床布局数控机床布局数控机床布局数控机床结构数控机床结构数控机床结构数控机床结构数控机床传动机构数控机床传动机构数控机床传动机构数控机床传动机构主传动主传动主传动主传动进给传动进给传动进给传动进给传动导向机构导向机构导向机构导向机构数控机床造型数控机床造型数控机床造型数控机床造型数控机床功能数控机床功能数控机床功能数控机床功能数控机床性能数控机床性能数控机床性能数控机床性能 随着数控技术的发展，对机械系统要求越来随着数控技术的发展，对机械系统要求越来随着数控技术的发展，对机械系统要求越来随着数控技术的发展，对机械系统要求越来越高，促使精密机械技术得到了快速的发展越高，促使精密机械技术得到了快速的发展越高，促使精密机械技术得到了快速的发展越高，促使精密机械技术得到了快速的发展我国数控机床发展的三个阶段我国数控机床发展的三个阶段第一阶段：第一阶段：第一阶段：第一阶段：1958-19791958-1979，封闭式发展阶段封闭式发展阶段封闭式发展阶段封闭式发展阶段 第二阶段：第二阶段：第二阶段：第二阶段：“六五六五六五六五”、“七五七五七五七五”期间以及期间以及期间以及期间以及“八五八五八五八五”的前期的前期的前期的前期，引进技术，消化吸收，初步建引进技术，消化吸收，初步建引进技术，消化吸收，初步建引进技术，消化吸收，初步建立起国产化体系阶段立起国产化体系阶段立起国产化体系阶段立起国产化体系阶段第三阶段：第三阶段：第三阶段：第三阶段：“八五八五八五八五”后期和后期和后期和后期和“九五九五九五九五”期间期间期间期间，实施产实施产实施产实施产业化的研究，进入市场竞争阶段业化的研究，进入市场竞争阶段业化的研究，进入市场竞争阶段业化的研究，进入市场竞争阶段 目目目目 前：前：前：前：国产数控机床的国内市场占有率达国产数控机床的国内市场占有率达国产数控机床的国内市场占有率达国产数控机床的国内市场占有率达5050，配置的国产数控系统（普及型）也达到配置的国产数控系统（普及型）也达到配置的国产数控系统（普及型）也达到配置的国产数控系统（普及型）也达到了了了了1010；数控机床的普及率迅速提高，；数控机床的普及率迅速提高，；数控机床的普及率迅速提高，；数控机床的普及率迅速提高，数控机床拥有率目前已接近数控机床拥有率目前已接近数控机床拥有率目前已接近数控机床拥有率目前已接近3%3%3%3%二、数控机床发展趋势二、数控机床发展趋势 l l智智智智能能能能化化化化：与与与与人人人人工工工工智智智智能能能能相相相相结结结结合合合合；模模模模糊糊糊糊控控控控制制制制、学学学学习习习习控控控控制制制制、自自自自适适适适应应应应控控控控制制制制、运运运运动动动动参参参参数数数数动动动动态态态态补补补补偿偿偿偿、自自自自动动动动识识识识别别别别负负负负载载载载并并并并自自自自动动动动优优优优化化化化调调调调整整整整参参参参数数数数、自自自自诊诊诊诊断断断断和和和和故故故故障障障障监监监监控控控控专专专专家家家家系系系系统统统统；更更更更好好好好地地地地实实实实现现现现对对对对人人人人类类类类智力的延伸。智力的延伸。智力的延伸。智力的延伸。l l开开开开放放放放化化化化 ：基基基基于于于于PCPC，硬硬硬硬件件件件、软软软软件件件件和和和和总总总总线线线线规规规规范范范范均均均均对对对对外外外外开开开开放放放放，便便便便于于于于系系系系统统统统集集集集成成成成和和和和二二二二次次次次开开开开发发发发，使使使使数数数数控控控控系系系系统统统统具具具具有有有有更更更更好好好好的的的的通通通通用用用用性性性性、柔性、适应性、扩展性。柔性、适应性、扩展性。柔性、适应性、扩展性。柔性、适应性、扩展性。l l网网网网络络络络化化化化 ：企企企企业业业业底底底底层层层层生生生生产产产产控控控控制制制制系系系系统统统统的的的的集集集集成成成成更更更更加加加加简简简简便便便便有有有有效效效效 ；促促促促进进进进企企企企业业业业间间间间的的的的合合合合作作作作与与与与资资资资源源源源共共共共享享享享 ；使使使使制制制制造造造造商商商商能能能能够够够够通通通通过过过过计计计计算算算算机机机机网网网网络为用户提供远程故障诊断、维修、技术咨询等服务。络为用户提供远程故障诊断、维修、技术咨询等服务。络为用户提供远程故障诊断、维修、技术咨询等服务。络为用户提供远程故障诊断、维修、技术咨询等服务。l l高速化高速化高速化高速化 ：充分发挥现代刀具材料的性能，大幅度提高加工效充分发挥现代刀具材料的性能，大幅度提高加工效充分发挥现代刀具材料的性能，大幅度提高加工效充分发挥现代刀具材料的性能，大幅度提高加工效率、降低加工成本，提高零件的表面加工质量和精度，适应率、降低加工成本，提高零件的表面加工质量和精度，适应率、降低加工成本，提高零件的表面加工质量和精度，适应率、降低加工成本，提高零件的表面加工质量和精度，适应制造业对高效、优质、低成本生产的广泛需求制造业对高效、优质、低成本生产的广泛需求制造业对高效、优质、低成本生产的广泛需求制造业对高效、优质、低成本生产的广泛需求；目前，；目前，；目前，；目前，电主电主电主电主轴转速可达轴转速可达轴转速可达轴转速可达15,00015,000100,000 100,000 r/minr/min、进给运动部件快移速度进给运动部件快移速度进给运动部件快移速度进给运动部件快移速度达达达达6060120 120 m/minm/min，切削进给速度达切削进给速度达切削进给速度达切削进给速度达60 60 m/minm/min。l l精密化：精密化：精密化：精密化：近近近近10101010多年来，普通级数控机床的加工精度已由多年来，普通级数控机床的加工精度已由多年来，普通级数控机床的加工精度已由多年来，普通级数控机床的加工精度已由10 10 10 10 mmmm提高到提高到提高到提高到5 5 5 5 mmmm，精密级加工中心的加工精度则从精密级加工中心的加工精度则从精密级加工中心的加工精度则从精密级加工中心的加工精度则从33335 5 5 5 mmmm提高到提高到提高到提高到11111.5 1.5 1.5 1.5 mmmm，超精密数控机床加工精度已开始超精密数控机床加工精度已开始超精密数控机床加工精度已开始超精密数控机床加工精度已开始进入纳米级进入纳米级进入纳米级进入纳米级(0.01(0.01(0.01(0.01 mmmm)。l l复合化：复合化：复合化：复合化：工序高度集中，减少工序间转换时间；工序高度集中，减少工序间转换时间；工序高度集中，减少工序间转换时间；工序高度集中，减少工序间转换时间；5 5 5 5轴联动轴联动轴联动轴联动5 5 5 5面面面面加工数控机床是典型的复合化数控机床；数控五面加工龙门加工数控机床是典型的复合化数控机床；数控五面加工龙门加工数控机床是典型的复合化数控机床；数控五面加工龙门加工数控机床是典型的复合化数控机床；数控五面加工龙门铣床，可使生产周期缩短至非数控机床的铣床，可使生产周期缩短至非数控机床的铣床，可使生产周期缩短至非数控机床的铣床，可使生产周期缩短至非数控机床的16%16%16%16%，使切削时间，使切削时间，使切削时间，使切削时间比率由比率由比率由比率由17%17%17%17%增至增至增至增至70%70%70%70%，大大提高了机床的利用率，同时由于减，大大提高了机床的利用率，同时由于减，大大提高了机床的利用率，同时由于减，大大提高了机床的利用率，同时由于减少多次安装零件引起的误差，易于保证加工精度。少多次安装零件引起的误差，易于保证加工精度。少多次安装零件引起的误差，易于保证加工精度。少多次安装零件引起的误差，易于保证加工精度。本章小结本章小结数控技术的基本概念与原理；数控技术的基本概念与原理；数控技术的基本概念与原理；数控技术的基本概念与原理；数控技术与其他自动控制技术的主要区别；数控技术与其他自动控制技术的主要区别；数控技术与其他自动控制技术的主要区别；数控技术与其他自动控制技术的主要区别；数控机床的组成、分类、与特点；数控机床的组成、分类、与特点；数控机床的组成、分类、与特点；数控机床的组成、分类、与特点；数控机床坐标系及其命名方法、确定方法；数控机床坐标系及其命名方法、确定方法；数控机床坐标系及其命名方