数控技术是综合应用计算机、自动控制、自动检测及精密机械等高新技术的产物，它已开始在各个领域普及，且且它所带来的巨大效益已引起了世界各国科技和工业届的普遍重视。

　　20世纪40年代以来，汽车、飞机和导弹制造工业发展迅速，原来的加工设备已无法承担加工航空工业需要的复杂型面零件。数控技术是为了解决复杂型面零件加工的自动化而产生的。1948年，美国帕森斯（Parsons）X公司在研制加工直升机叶片轮廓检验用样板的机床时，首先提出了应用电子计算机控制机床加工样板曲线的设想。后来和美国空军签订合同，帕森斯（Parsons）X公司和麻省理工学院（MIT）伺服机构研究所合作进行研制成功。1952年试制成功第壹台三坐标立式数控铣床。后来，又经过改进且开展自动编程技术的研究，于1955年进入实验阶段，这对加工复杂曲面和促进美国飞机制造业的发展起了重要作用。

　　1958年我国开始研制数控机床，1975年研制出第壹台加工中心。目前，在数控技术领域，我国同先进国家之间仍存在不小的差距，但这种差距正在缩小。数控技术的应用也从机床控制拓展到其他控制设备，如数控电火花线切割机床、数控测量机和工业机器人等。

　　科学技术和社会生产的不断发展，对机械产品的性能、质量、生产率和成本提出了越来越高的要求。机械加工工艺过程自动化是实现上述要求的重要技术措施之壹。单件、小批生产占机械加工的80%左右，壹种适合于产品更新换代快、品种多、质量和生产率高、成本低的自动化生产设备的应用已迫在眉睫。而数控机床则能适应这种要求，满足目前生产需求。

　　1946年诞生了世界上第壹台电子计算机，它为人类进入信息社会奠定了基础。1952年，计算机技术应用到机床上，在美国诞生了第壹台数控机床。从此，传统机床产生了质的变化。近半个世纪以来，数控机床经历了俩大阶段和六代的发展。

　　早期计算机的运算速度底,这对当时的科学计算和数据处理影响仍不大,但不能适应机床的实施控制要求.人们不得不采用数字逻辑电路制成壹台机床专用计算机作为数控系统,这被称为硬件连接数控(HARD-WIREDNC),简称为数控(NC)。随着元器件的发展,这个阶段经历了三代,即1952年的第壹代——电子管数控机床；1959年的第二代——晶体管数控机床；1965年的第三代——集成电路数控机床。

　　直到1970年,通用小型计算机业出现且成批生产,其运算速度比20世纪五六十年代有了大幅度的提高,这比逻辑电路专用计算机成本低，可靠性高。于是将它移植过来作为数控系统的核心部件，从此进入了计算机数控（CNC）阶段。1971年，美国IntelX公司在世界上第壹次将计算机的俩个核心部件——运算器和控制器，采用大规模集成电路技术集成在壹块芯片上，称之为微处理器

　　（MICRO-PROCESSOR），又称中央处理单元（简称CPU）。1974年，微处理器被应用于数控系统。这是因为小型计算机功能强大，控制壹台机床能力有多余，但不及采用微处理器经济合理，而且当时的小型计算机可靠性也不太理想。虽然早期的微处理器速度和功能都仍不够高，但能够通过多处理器结构来解决。

　　因为微处理器是通用计算机的核心部件，故称为计算机数控。到了1990年，PC机（个人计算机，国内习惯称为微机）的性能已发展到很高的阶段，可满足作为数控系统核心部件的要求，而且PC机生产批量很大，价格便宜，可靠性高。数控系统从此进入了基于PC的阶段。

　　总之，计算机数控阶段也经历了三代，即1970年的第四代——小型计算机数控机床；1974年的第五代——微型计算机数控系统；1990年的第六代——基于PC（国外称为PC—BASED）的数控机床。

　　随着现代制造技术向着高速、高效、高精度方向的发展，制造业发生了根本性的变化。由于数控技术的广泛应用，普通机械被高效率、高精度的数控机械FB体育所代替，形成了巨大的生产力。机械制造业是国民经济的基础产业，是支撑整个工业和国民经济发展的基石。数控机床作为机械制造的基本装备，又是基础的基础。数控机床是集现代先进制造技术、计算机技术、通讯技术、控制技术、液压气动技术、光电技术于壹体，具有高效率、高精度、高自动化、高柔性的特点，是典型的数字化控制技术和精密制造技术有机结合的机电壹体化产品。

　　目前，国内外数控机床产品技术发展方向主要体当下高速、复合、精密、智能、环保等方面。

　　高速切削加工不仅能够提高生产效率，而且能够改善加工质量，所以自20世纪90年代初以来，便成为机床技术重要的发展方向。各国相继推出了许多主轴转速10000r/min至60000r/min之上的加工中心和数控铣床。高速切削加工

　　正和硬切削加工、干切削和准干切削加工以及超精密切削加工相结合；从铣削向车、钻、镗等其它工艺扩展，向较大切削负荷方向发展。

　　高速加工对机床的要求是：主轴速度应能达到12000～40000r/min；进给速度应达到40～60m/min；快速移动速度应达到80m/min；高刚性的机械结构；高稳定、高刚度、冷却良好的高速主轴；精确的热补偿系统；高速处理能力的控制系统（具有NURBS插补功能和预处理能力的控制系统）。

　　在数控机床高速化上，国外直线电机驱动技术，应用于进给驱动系统已实现实用化、普及化；机床的主轴转速和切削进给速度普遍提高。主轴转速壹般都在10000r/min之上，快移速度也因普遍采用直线m/min之上。瑞士的MIKRONX公司生产的HSM立式加工中心，它在主轴转速在

　　30000r/min、进给速度40m/min、加速度17m/s2的情况下，实现平稳运行；日本安田X公司生产的YBM950V型立式加工中心，其主轴在20000～30000r/min高速运转时，仍十分平稳，铣削平面的粗糙度可达0.4μm。

　　数控机床复合以功能复合为基础，以提高工序集中度为目标，尽量减少重复装卡次数，可大幅度提高生产效率和工作精度。近几年，数控机床复合又在向更高层次发展，国际上已经出现了加工中心和车削中心复合机床，加工中心和激光加工复合机床，集车、磨、铣、钻、铰、镗、滚齿等工序于壹体的车磨复合机床，集平面磨、内圆磨、外圆磨为壹体的磨削中心，集各种机床及测量机于壹体的虚拟轴机床，五轴联动激光切割机等。

　　日本MAZAKX公司的MACTURN250/350系列车铣中心，可进行外径车削、倾斜面加工、滚齿加工、凸轮和偏心加工；德国BWFX公司开发的STRATOS系

　　列车磨中心，能够对齿轮和类似工件以及内孔、端面、锥面进行硬车和磨削。我国复合加工机床从1999年刚刚起步，发展速度较快，主要是车铣复合加工机。

　　精密加工须由高精度机床保证。高速高精度加工机床，不仅要有高切削速度，而且要有高进给速度和加速度，同时应当具有微米级的加工精度。在高精度机床领域，直线电机驱动和滚珠丝杠驱动方式虽然仍会且存相当长壹段时间，但总的趋势是直线电机驱动所占比重愈来愈大，很有可能在不久的将来成为此种机床进给驱动的主流。

　　当前，在数控机床精密化方面，美国的水平最高，不仅生产中小型精密机床，而且由于国防和尖端技术的需要，研究开发了大型精密机床。其代表产品有LLNL 实验室研制成功的DTM-3型精密车床和LODTM大型光学金刚石车床，它们是世界公认水平最高的，达到当前技术最前沿的大型精密机床。其它国家也相应研制成功各种类似的装备，如英国的Cranfield、日本的东芝机械等。近年来我国对超精密机床的研制也壹直在进行。北京机床研究所研制成功了JCS-027型超精密车床、JCS-031型超精密铣床、JCS-035型数控超精密车床等。

　　智能机床是指能对制造过程主动做出最优运动决策的机床，它能采集整个制造过程中的参数，通过诊断分析、应用监控、补偿等措施及时进行调整，且能判断机床中轴承、导轨等关键件的磨损和刀具的寿命情况，作出维修和更换的合理时间建议。因此，智能机床将为实现全盘自动化创造条件，减少机床管理的工作量，且能获得最大功效和稳定的加工精度。

　　在上世纪80年代，虽然美国曾提出智能化雏形的适应控制机床，但由于受到自动化检测、控制和动态补偿等技术的制约，除了在控制因素较简单的电加工机床和注塑机上得到应用外，总体上进展较为缓慢。可是进入本世纪后，由于信息技术和控制技术的发展，出现了新壹代智能型数控系统，它具有强大的信息分析处理能力和优化控制的功能。其次微机电系统型传感器技术的应用，以及机床结构的振动、热误差等机理的深入研究，可实施在多信息融合下的优化重构，实现经济地优质高产的集约制造。

　　计算机技术及其软件控制技术在数控机床技术含量中所占比重越来越大，计算机系统及应用软件的复杂化同时带来机床系统及其硬件结构的简化。通过赋予机床网络化功能，使机床的远程通讯、远程控制、远程故障排除和维护、远程服务成为可能。

　　日本MAZAKX公司的日本工厂是世界上为数不多的智能管理的代表。整个工厂实行计算机网络智能化管理。2006年的美国IMTS和日本JIMTOF国际机床展览会上，日本MAZAKX公司展出智能机床具有自动抑制振动、优化控制热位移、防止碰撞的智能安全防护以及语音提示等四大智能。日本OKUMAX公司也推出了称之为Thinc的智能化数字控制系统，它能够在不需人的干预下做出“聪明”决策，且通过自学习功能使其功能不断优化增长。美国GEFANUCX公司展示的效率机床4.0可收集完整的基本数据作出判断分析，使机床的平均无故障时间（MTBF）增长。此外，美国辛辛那提X公司开发的自动平衡装置以及瑞士MIKRONX公司研发的高级工艺控制系统有助于提高切削性能和效率。这些事例说明智能机床已取得了突破性的进展，预计在今后的若干年内年内它将在不断完善的基础上逐步推广应用，成为高档数控机床的壹个主要技术发展方向。

　　随着人们环境保护意识的加强，对环保的要求越来越高。不仅要求机床在制造过程中不产生对环境的污染，也要求机床在使用过程中不产生二次污染。在这种形势下，装备制造领域对机床提出了无冷却、无润滑、无气味的环保要求，机床的排屑、除尘等装置也发生了深刻的变化。绿色加工工艺愈来愈受到机械制造业的重视，目前在欧洲的大批量机械加工中，已有10％～15％的加工实行了干切削或准干切削。美国HARDING的QUEST系列车床、德国HUELLER的高速加工中心均采用了干切削技术；日本原洲X公司加工中心采用了液氮冷却技术；日本富士X公司的数控车床采用了冷风冷却技术。我国干切削技术的研究也已起步。成都工具研究所、山东工业大学和清华大学等单位对超硬刀具材料（如陶瓷、立方氮化硼、金刚石等）及刀具涂层技术进行过系统的研究，且取得了不少的研究成果。北京机床研究所最近开发成功的KT系列加工中心已能实现高速干切削。

　　机床产业是国民经济发展的基础，装备制造业发展的重中之重。《国家中长期科学和技术发展规划纲要（2006-2020年）》将“高档数控机床和基础制造装备”确定为16个科技重大专项之壹。通过国家相关计划的支持，我国在数控机床关键技术研究方面有了较大突破，创造了壹批具有自主知识产权的研究成果和核心技术。主要体当下以下几个方面：

　　1.中高档数控机床的开发取得了较大进展，在五轴联动、复合加工、数字化设计以及高速加工等壹批关键技术上取得了突破，自主开发了包括大型、五轴联动数控加工机床，精密及超精密数控机床以及壹大批专门化、高性能机床，且形成了壹批中高档数控机床产业化基地。

　　2.关键功能部件的技术水平、制造质量逐年稳步提高，功能逐步完善，部分性能指标接近国际先进水平，形成了壹批具有自主知识产权的功能部件。开发出了高速主轴单元、高速滚珠丝杠、重载直线导轨、高速导轨防护装置、直线电机、数控转台、刀库和机械手、A/C轴数控铣头、高速工具系统、数字化量仪等高性能功能部件样机，其中有的品种已实现小批量生产。

　　3.中高档数控系统开发研究和应用取得壹定成果。通过自主研发或和国外开展技术合作，在中档数控系统的开发和生产上取得明显进展。初步解决了多坐标联动、远程数据传输等技术难题。为适应数控系统的配套要求，相继开发出交流伺服驱动系统和主轴交流伺服控制系统，且形成了系列化产品。

　　美国政府重视机床工业，美国国防部等部门因其军事方面的需求而不断提出机床的发展方向、科研任务,且且提供充足的经费，且网罗世界人才，特别讲究“效率”和“创新”，注重基础科研。因而在机床技术上不断创新，如1952年研制出世界第壹台数控机床，1958年研制出加工中心，70年代初研制成FMS，1987年首创开放式数控系统等。由于美国首先结合汽车、轴承生产需求，充分发展了大批量生产自动化所需的自动线，而且电子、计算机技术在世界上领先，因此，其数控机床的主机设计、制造及数控系统基础扎实，且壹贯重视科研和创新，故其高性能数控机床技术在世界也壹直领先。当今美国生产宇航等使用的高性能数控机床，其存在的教训是：偏重于基础科研，忽视应用技术。且在上世纪80代政府壹度放松了引导，致使数控机床产量增加缓慢，于1982年被后进的日本超过，且大量进口。从90年代起，纠正过去偏向，数控机床技术上转向实用，产

　　德国政府壹贯重视机床工业的重要战略地位，在多方面大力扶持。于1956年研制出第壹台数控机床后。德国特别注重科学试验，理论和实际相结合，基础科研和应用技术科研且重。企业和大学科研部门紧密合作，对数控机床的共性和特性问题进行深入的研究，在质量上精益求精。德国的数控机床质量及性能良好、先进实用、货真价实，出口遍及世界，尤其是大型、重型、精密数控机床。德国特别重视数控机床主机及配套件之先进实用，其机、电、液、气、光、刀具、测量、数控系统及各种功能部件，在质量、性能上居世界前列。如西门子X公司之数控系统，均为世界闻名，竞相采用。

　　尽管我国机床行业近年来取得了很大的发展，数控化率稳步提高，但机床消费和生产的结构性矛盾仍然比较突出。目前，国内对中高档机床的需求量逐渐超过低档机床。但国产数控机床以低档为主，高档数控机床绝大部分依赖进口。

　　长期以来，我国机床制造业的基础、共性技术研究工作，主要在行业性的研究院所进行。能力薄弱，技术创新投入不足，引进消化吸收能力差，低水平生产能力过剩，自主创新能力不高，缺乏优秀技术人才。虽然国产数控机床制造商通过技术引进、海内外且购重组以及国外采购等获得了壹些先进数控技术，但缺乏对基础共性技术的研究，忽视了自主开发能力的培育，使得企业的市场响应速度缓慢。

　　国产机床在质量、交货期和服务等方面和国外著名品牌相比存在较大的差距。在质量方面，国产数控系统的可靠性指标MTBF和国际先进数控系统相差较大。国产数控车床、加工中心的MTBF和国际上先进水平也有较大差距。在交货期方面，绝大多数企业由于任务重拖期交货。服务体系不健全，在市场开拓、成套技术服务、快速反应能力等方面不能满足市场快节奏和个性化的要求。

　　机床是由各种功能部件（主轴单元及主轴头、滚珠丝杠副、回转工作台和数控伺服系统等）在床身、立柱等基础机架上集装而成的，功能部件是数控机床的重要组成部分。数控机床整体技术和数控机床功能部件的发展是相互依赖、共同发展的，所以功能部件的创新也深深地影响着数控机床的发展。我国数控机床功能部件已有壹定规模，电主轴、主轴单元、数控系统等也有专门的制造厂家，其中个别产品的制造水平接近国际先进水平。但整体上，我国机床功能部件发展缓慢、品种少、产业化程度低，精度指标和性能指标的综合情况仍不过硬。目前，滚珠丝杠、数控刀架、电主轴等功能部件仅能满足中低档数控机床的配套需要。衡量数控机床水平的高档数控系统、高速精密电主轴、高速滚动功能部件等仍依赖进口。

　　数控机床是利用数控技术，准确地按照事先编制好的程序，自动加工出所需工件的机电壹体化设备。在现代机械制造中，特别是在航空、造船、国防、汽车模具及计算机工业中得到广泛应用。数控机床通常由控制介质、数控装置、伺服

　　数控机床是按照输入的零件加工程序运行的。零件加工程序中包括机床上刀具和零件的相对运动轨迹、工艺参数（如进给量，主轴转速等）和辅助运动等。将零件加工程序以壹定的格式和代码存储在壹种介质中，这种介质称为控制介质。控制介质能够是磁盘、磁带、硬盘和闪存卡等。

　　数控装置是数控系统的核心，主要包括CPU、存储器、局部总线、外围逻辑电路和输入输出控制等。

　　数控装置的功能是接收从输入装置送来的脉冲信号，且将信号通过数控装置的系统软件或逻辑电路的编译、运算和逻辑处理后，输出各种信号和控制指令。在这些控制指令中，除了送给伺服系统的位置和速度指令外，仍送给辅助控制装置的机床辅助动作指令。最终控制机床的各个部分，使其按照规定的、有序的动作执行。

　　伺服系统是数控装置和机床的联系环节，它的作用是把来自数控装置的微弱指令信号解调、转换、放大后驱动伺服电机，通过执行部件驱动机床移动部件的运动，使工作台精确定位或使刀具和工件及主轴按规定的轨迹运动，最后加工出符合图样要求的零件，它的伺服精度和动态相应是影响数控机床加工精度、表面质量和生产率的重要因素。

　　伺服系统包括驱动装置和执行装置俩大部分，数控机床的驱动装置包括主轴伺服单元（转速控制）、进给驱动单元（位置和速度控制）、回转工作台和刀库伺服控制装置以及它们相应的伺服电机等。常用的伺服电动机有步进电动机、直流伺服电动机和交流伺服电动机。伺服电动机是系统的执行元件，驱动控制系统则是伺服电动机的动力源。数控系统发出的指令信号和位置反馈信号比较后作为位移指令，在经过驱动系统的功率放大后，驱动电动机运转，通过机械传动装置带动工作台或刀架运动。

　　监测装置有利于提高数控机床的加工精度。它的作用是：将机床导轨的主轴移动的位移量、移动速度等参数检测出来，通过模数转换变成数字信号，且反馈到数控装置中，数控装置根据反馈回来的信息进行判断且发出相应的指令，纠正所产生的错误。常用的监测装置有编码器、感应同步器、光栅、磁尺、霍尔检测元件等。

　　数控机床的本体是指其机械结构的实体。它是实现加工零件的执行部件，主要由主运动部件（主轴、主运动传动机构）、进给运动部件（工作台、托板及相应的传动机构）、支撑件（床身、立柱等）以及辅助装置等组成。

　　1.根据零件加工图样进行工艺分析，拟定加工工艺方案，确定加工工艺过程、工艺参数和刀具位移数据。

　　2.用规定的程序代码和格式编写零件加工程序，或用CAD/CAM软件直接生成零件的加工程序。

　　4.数控系统对加工程序进行译码和运算，发出相应的命令，通过伺服系统驱动机床的各个运动部件，且控制刀具和工件的相对运动，最后加工出形状、尺寸和精度符合要求的零件。

　　数控机床和普通机床的结构、加工对象及工艺有着相似之处，但由于数控系统的存在,使得它们之间有着很大的区别。和普通机床相比，数控机床具有以下特点：

　　1.数控机床采用了全封闭或半封闭防护装置，可防止切屑或切削液飞出，给操作者带来意外伤害。

　　4.数控机床加工零件的精度高，尺寸分散度小，使装配容易，不再需要“修配”。可实现多工序的集中，减少零件在机床间的频繁搬运。

　　5.拥有自动报警、自动监控、自动补偿等多种自律功能，可实现长时间无人见管加工。

　　数控机床具有普通机床不具备的许多优点，数控机床的应用范围正在不断扩大，但目前它且不能完全代替普通机床，也仍不能以最经济的方式解决机械加工中的所有问题。数控机床最适合加工具有以下特点的工件：

　　由于数控机床的自动化程度、生产率高，可最大限度地减少操作人工。因此，大批量生产的零件采用数控机床加工，在经济上也是可行的。广泛推广和使用数控机床的最大障碍是设备的初始投资大。由于数控本身的复杂性，又增加了维修的技术难度和维修费用。考虑到上述种种原因，在决定选择数控机床加工时，需要进行科学的经济分析，使数控机床发挥它最大的经济效益。

　　第一章数控机床概述 第一节数控机床的产生与发展 随着社会生产和科学技术的不断进步，各类工业新产品层出不穷。机械制造产业作为国民工业的基础FB体育，其产品更是日趋精密复杂，特别是在宇航、航海、军事等领域所需的机械零件，精度要求更高，形状更为复杂且往往批量较小，加工这类产品需要经常改装或调整设备，普通机床或专业化程度高的自动化机床显然无法适应这些要求。同时，随着市场竞争的日益加剧，企业生产也迫切需要进一步提高其生产效率，提高产品质量及降低生产成本。 一种新型的生产设备——数控机床就应运而生了。 1948年帕森斯公司（Parsons）正式接受美国空军的委托，与麻省理工学院(MIT)伺服机构实验室（Servo Mechanism Laboratory of the Massachusetts Institute of Technology）合作，于1952年试制成功世界FB体育上第一台数控机床试验性样机。1959年，美国克耐·杜列克公司（Keaney & Trecker）首次成功开发了加工中心（Machining Center）。 1．1数控机床的发展简况 第1代数控机床：1952年～1959年采用电子管元件构成的专用数控装置（NC）。 第2代数控机床：从1959年开始采用晶体管电路的NC系统。 第3代数控机床：从1965年开始采用小、中规模集成电路的NC系统。 第4代数控机床：从1970年开始采用大规模集成电路的小型通用电子计算机控制的系统（CNC）。 第5代数控机床：从1974年开始采用微型计算机控制的系统（MNC）。 微型计算机控制系统 1．计算机直接数控系统 所谓计算机直接数控（Direct Numerical Control，DNC）系统，即使用一台计算机为数台数控机床进行自动编程，编程结果直接通过数据线输送到各台数控机床的控制箱。 2．柔性制造系统 柔性制造系统（Flexible Manufacturing System，FMS）也叫做计算机群控自动线，它是将一群数控机床用自动传送系统连接起来，并置于一台计算机的统一控制之下，形成一个用于制造的整体。 3．计算机集成制造系统 计算机集成制造系统（Computer-Integrated Manufacturing System，CIMS），是指用最先进的计算机技术，控制从定货、设计、工艺、制造到销售的全过程，以实现信息系统一体化的高效率的柔性集成制造系统。 1．2我国数控机床发展概况 1958年开始并试制成功第一台电子管数控机床。1965年开始研制晶体管数控系统，直到20世纪60年代末至70年代初成功。从20世纪80年代开始，先后从日本、美国、德国等国家引进先进的数控技术。如北京机床研究所从日本FANUC公司引进FANUC3、FANUC5、FANUC6、FANUC7系列产品的制造技术；上海机床研究所引进美国GE公司的MTC-1数控系统等。 1．3数控机床的发展趋势 从数控机床技术水平看，高精度、高速度、高柔性、多功能和高自动化是数控机床的重要发展趋势。 数控系统都采用了16位和32位微处理器，标准总线及软件模块和硬件模块结构，内存容量扩大到1MB以上，机床分辨率可达0.1 m，高速进给可达100m/min，控制轴数可达16个。

　　第一章数控机床概述 １.1 数控机床简介 1.1.1 数控机床的产生及其重要性 随着科学技术的飞跃发展，社会对产品多样化的要求日益强烈，产品更新越来越快,多品种、中小批量生产的比重明显增加。同时,随着航空工业、汽车工业和轻工消费品生产的高速增长,复杂形状的零件越来越多，精度要求也越来越高。此外，激烈的市场竞争要求产品研制生产周期越来越短，传统的加工设备和制造方法已难于适应这种多样化、柔性化与复杂形状零件高效和高质量的加工要求。 数字控制机床，就是为了解决单件、小批量，特别是复杂型面零件加工的自动化并保证质量要求而生产的。1９47年,美国Parsons公司为了精确制造直升机翼、桨叶和直升机框架,开始探讨用三坐标曲线数据来控制机床的运动,并进行实验,加工飞机零件。1９49年,为了能在短时间内制造出经常变更设计的零件,美国空军（Ｕ。S。ＡｉｒForｃｅ)与Parsons公司签定了制造第一台数控机床的合同。1951年，美国麻省理工学院ＭＩＴ（Maｓsachuseｔts Ｉｎsｔｉｕte of Ｔechnｏlogy）承担了这一项目。1９52年，MIT伺服机构研究所用实验室制造的控制装置和辛辛那提（Ｃinciｎｎａti Ｈydrotel)公司的立式铣床成功地实现了三轴联动数控运动，可控制铣刀进行连续空间曲面的加工，揭开了数控加工技术的序幕。随着不断的改进与完善,1９5５年,NＣ（数控)机床开始用于工业加工。 数控机床是综合应用了微电子、计算机、自动检测以及精密机械等技术的最新成果而发展起来的完全新型的机床,它标志着机床工业进入了一个新的阶段。

　　从第一台数控机床问世到现在4０多年中,数控技术的发展非常迅速,使制造技术发生了根本性的变化，几乎所有品种的机床都实现了数控化。数控机床的应用领域也从航空工业部门逐步扩大到汽车、造船、机床、建筑等民用机械制造行业。此外,数控技术也会在绘图仪、坐标测量仪、激光加工与线切割机等机械设备中得到广泛的应用。努力发展数控加工技术，并向更高层次的自动化、柔性化、敏捷化、网络化和数字化制造方向推进,是当前机械制造业发展的方向。 从２0世纪５０年代末期，我国就开始研究数控技术，开发数控产品。１958年,清华大学和北京第一机床厂合作研制了我国第一台数控铣床。经过多年的不断努力,数控产业取得了长足的发展：国产数控系统基本上掌握了关键技术,可靠性已有很大提高;新开发的国产数控机床产品大部分达到国际20世纪８0年代中期水平，部分达到国际２0世纪９0年代水平,为国家重点建设提供了一批高水平数控机床；技术上也取得很大突破，如高速主轴制造技术、快速进给、快速换刀、柔性制造等技术，为国产数控机床的下一步发展奠定了基础。虽然在数控技术领域中，我国和先进的工业国家之间还存在着不小的差距，但这种差距正在迅速缩小。 数控技术是机械加工现代化的重要基础与关键技术。应用数控加工可大大提高生产效率、稳定加工质量、缩短加工周期、增加生产柔性、实现对各种复杂精密零件的自动化加工,易于在工厂或车间实行计算机管理，还使车间设备总数减少,节省人力、改善劳动条件,有利于加快产品的开发和更新换代,提高企业对市场的适应能力并提高企业综合经济效益。数控加工技术的应用,使机械加工的大量前期准备工作与机械加工过程联为一体,使零件的计算机辅助设计(CAD)、计算机辅助工艺规划（CAＰＰ）和计算机辅助制造（ＣAM）的一体化成为现实,使机械加工的柔性化自动化水平不断提高。 数控加工技术也是发展军事工业的重要战略技术。美国与西方各国在高档数控机床与技工技术方面,一直通过巴黎统筹委员会对我国进行封锁限制，应为许多先进武器装备的制造，如飞机、导弹、坦克等的关键零件,都离不开高性能数控机床的加工。如著名的“东芝事件”,即是由于前苏联利用从日本获得的大型五坐标数控铣床,用其制造出具有复杂曲面的潜艇的噪声大为降低,西方的反潜艇设备顿时失效,对西方构成了重大威胁。我国的航空、能源、交通等行业也从西方引入了一些五坐标机床等高档数控设备，但其使用受到国外的监控和限制,不准用语军事用途的零件加工。特别是１9９9年美国的考克斯报告,其中一项主要内容就是指责我国将从美国购买的二手数控机床用于军事工业,这一切均说明数控加工技术在国防现代化方面所起的重要作用。 1.1．2 数控机床应用范围及特点 目前的数控加工主要应用于以下两方面: 一方面的应用是常规零件加工,如二维车削、箱体类镗铣等。其目的在于：

　　第壹章数控机床概述 数控技术是综合应用计算机、自动控制、自动检测及精密机械等高新技术的产物，它已开始在各个领域普及，且且它所带来的巨大效益已引起了世界各国科技和工业届的普遍重视。 20世纪40年代以来，汽车、飞机和导弹制造工业发展迅速，原来的加工设备已无法承担加工航空工业需要的复杂型面零件。数控技术是为了解决复杂型面零件加工的自动化而产生的。1948年，美国帕森斯（Parsons）X公司在研制加工直升机叶片轮廓检验用样板的机床时，首先提出了应用电子计算机控制机床加工样板曲线的设想。后来和美国空军签订合同，帕森斯（Parsons）X公司和麻省理工学院（MIT）伺服机构研究所合作进行研制成功。1952年试制成功第壹台三坐标立式数控铣床。后来，又经过改进且开展自动编程技术的研究，于1955年进入实验阶段，这对加工复杂曲面和促进美国飞机制造业的发展起了重要作用。 1958年我国开始研制数控机床，1975年研制出第壹台加工中心。目前，在数控技术领域，我国同先进国家之间仍存在不小的差距，但这种差距正在缩小。数控技术的应用也从机床控制拓展到其他控制设备，如数控电火花线切割机床、数控测量机和工业机器人等。 1.1数控机床的产生和发展 科学技术和社会生产的不断发展，对机械产品的性能、质量、生产率和成本提出了越来越高的要求。机械加工工艺过程自动化是实现上述要求的重要技术措施之壹。单件、小批生产占机械加工的80%左右，壹种适合于产品更新换代快、品种多、质量和生产率高、成本低的自动化生产设备的应用已迫在眉睫。而数控机床则能适应这种要求，满足目前生产需求。

　　数控车床概述教案 专业 （工种） 机械装配与自动化教师课题 （项目） 数控车床概述分课题 授课班级预备技师培班训授课 时间 课 时 教学目标1、掌握数控车床的概念 2、了解数控车床的分类 教学重点数控车床的组成结构和工作原理 教学难点归纳总结数控车床的组成结构和工作原理 教学对象 分析根据我们电子专业学生普遍存在理解能力低的特点，我采用创设情景、激发兴趣；分组实践、体验感悟；分析探究、项目拓展的教学思路，让学生先“会”后“懂”，真正实现“手动”到“脑动”这一教学目标，。 教学方法讲解、分析、设问、演示示范、练习 教学过程及教学内容 引入：同学们上堂课我们学习了编程指令，对于编程指令功能令大家要记住，以便可以对简单零件进行编程。 正题：数控车床概述、 数控车床，是一种高精度、高效率的自动化机床。配备多工位刀塔或动力刀塔，机床就具有广泛的加工艺性能，可加工直线圆柱、斜线圆柱、圆弧和各种螺纹、槽、蜗杆等复杂工件。具有直线插补、圆弧插补各种补偿功能，并在复杂零件的批量生产中发挥了良好的经济效果。 数控车床 数控车床又称为 CNC车床，即计算机数字控制车床，是一种高精度、高效率的自动化机床。它具有广泛的加工艺性能，可加工直线圆柱、斜线圆柱、圆弧和各种螺纹。具有直线插补、圆弧插补各种补偿功能，并在复杂零件的批量生产中发挥了良好的经济效果。 数控车床是目前国内使用量最大，覆盖面最广的一种数控机床，约占数控机床总数的25%。数控机床是集机械、电气、液压、气动、微电子和信息等多项技术为一体的机电一体化

　　产品。是机械制造设备中具有高精度、高效率、高自动化和高柔性化等优点的工作母机。 数控机床 数控机床的技术水平高低及其在金属切削加工机床产量和总拥有量的百分比是衡量一个国家国民经济发展和工业制造整体水平的重要标志之一。数控车床是数控机床的主要品种之一，它在数控机床中占有非常重要的位置，几十年来一直受到世界各国的普遍重视并得到了迅速的发展。 三、数控车床的分类 数控车床品种繁多，规格不一，可按如下方法进行分类。 按车床主轴位置分类数控车床分为立式数控车床和卧式数控车床两种类型。 (1)立式数控车床立式数控车床简称为数控立车，其车床主轴垂直于水平面，一个直径很大的圆形工作台，用来装夹工件。这类机床主要用于加工径向尺寸大、轴向尺寸相对较小的大型复杂零件。 (2)卧式数控车床卧式数控车床又分为数控水平导轨卧式车床和数控倾斜导轨卧式车床。其倾斜导轨结构可以使车床具有更大的刚性，并易于排除切屑。 按加工零件的基本类型分： (1)卡盘式数控车床。这类车床没有尾座，适合车削盘类(含短轴类)零件。夹紧方式多为电动或液动控制，卡盘结构多具有可调卡爪或不淬火卡爪(即软卡爪)。 (2)顶尖式数控车床。这类车床配有普通尾座或数控尾座，适合车削较长的零件及直径不太大的盘类零件。 按刀架数量分： (1)单刀架数控车床数控车床。一般都配置有各种形式的单刀架，如四工位卧动转位刀架或多工位转塔式自动转位刀架。 (2)双刀架数控车床。这类车床的双刀架配置平行分布，也可以是相互垂直分布。

　　第一章数控机床概述 数控技术是综合应用计算机、自动控制、自动检测及精密机械等高新技术的产物，它已开始在各个领域普及，并且它所带来的巨大效益已引起了世界各国科技与工业届的普遍重视。 20世纪40年代以来，汽车、飞机和导弹制造工业发展迅速，原来的加工设备已无法承担加工航空工业需要的复杂型面零件。数控技术是为了解决复杂型面零件加工的自动化而产生的。1948年，美国帕森斯（Parsons）公司在研制加工直升机叶片轮廓检验用样板的机床时，首先提出了应用电子计算机控制机床加工样板曲线的设想。后来与美国空军签订合同，帕森斯（Parsons）公司与麻省理工学院（MIT）伺服机构研究所合作进行研制成功。1952年试制成功第一台三坐标立式数控铣床。后来，又经过改进并开展自动编程技术的研究，于1955年进入实验阶段，这对加工复杂曲面和促进美国飞机制造业的发展起了重要作用。 1958年我国开始研制数控机床，1975年研制出第一台加工中心。目前，在数控技术领域，我国同先进国家之间还存在不小的差距，但这种差距正在缩小。数控技术的应用也从机床控制拓展到其他控制设备，如数控电火花线切割机床、数控测量机和工业机器人等。 1.1数控机床的产生与发展 科学技术和社会生产的不断发展，对机械产品的性能、质量、生产率和成本提出了越来越高的要求。机械加工工艺过程自动化是实现上述要求的重要技术措施之一。单件、小批生产占机械加工的80%左右，一种适合于产品更新换代快、品种多、质量和生产率高、成本低的自动化生产设备的应用已迫在眉睫。而数控机床则能适应这种要求数控加工，满足目前生产需求。 1.1.1数控机床的产生与发展过程 1946年诞生了世界上第一台电子计算机，它为人类进入信息社会奠定了基础。1952年，计算机技术应用到机床上，在美国诞生了第一台数控机床。从此，传统机床产生了质的变化。近半个世纪以来，数控机床经历了两大阶段和六代的发展。 1.数控（NC）阶段（1952年-1970年） 早期计算机的运算速度底,这对当时的科学计算和数据处理影响还不大,但不能适应机床的实施控制要求.人们不得不采用数字逻辑电路制成一台机床专用计算机作为数控系统,这被称为硬件连接数控(HARD-WIRED NC),简称为数控(NC) 。随着元器件的发展,这个阶段经历了三代,即1952年的第一代——电子管数控机床；1959年的第二代——晶体管数控机床；1965年的第三代——集成电路数控机床。 2.计算机数控（CNC）阶段（1970年-现在） 直到1970年,通用小型计算机业出现并成批生产,其运算速度比20世纪五六十年代有了大幅度的提高,这比逻辑电路专用计算机成本低，可靠性高。于是将它移植过来作为数控系统的核心部件，从此进入了计算机数控（CNC）阶段。1971年，美国Intel公司在世界上第一次将计算机的两个核心部件——运算器和控制器，采用大规模集成电路技术集成在一块芯片上，称之为微处理器 （MICRO-PROCESSOR），又称中央处理单元（简称CPU）。1974年，微处理器被应

　　课题：数控车床概述 课型：理论课 教学目的与要求： 1 、掌握数控车床的概念 2、了解数控车床的分类 重点难点：数控车床的组成结构和工作原理 教具：多媒体 教学方法与手段：概念感知- -融会贯通,实例讲解法， 实施步骤： 引入：同学们上堂课我们学习了编程指令，对于编程指令功能令大家要记住，以便可以对简单 零件进行编程。 板书正题：数控车床概述、 数控车床，是一种高精度、高效率的自动化机床。配备多工位刀塔或动力刀塔，机床就具有 广泛的加工艺性能，可加工直线圆柱、斜线圆柱、圆弧和各种螺纹、槽、蜗杆等复杂工件。具有直 线插补、圆弧插补各种补偿功能，并在复杂零件的批量生产中发挥了良好的经济效果。 数控车床 数控车床又称为 CNC车床，即计算机数字控制车床，是一种高精度、高效率的自动化机床。 它具有广泛的加工艺性能，可加工直线圆柱、斜线圆柱、圆弧和各种螺纹。具有直线插补、圆弧插 补各种补偿功能，并在复杂零件的批量生产中发挥了良好的经济效果。 数控车床是目前国内使用量最大，覆盖面最广的一种数控机床，约占数控机床总数的25%。数控机床是集机械、电气、液压、气动、微电子和信息等多项技术为一体的机电一体化产品。是机械 制造设备中具有高精度、高效率、高自动化和高柔性化等优点的工作母机。 数控机床 数控机床的技术水平高低及其在金属切削加工机床产量和总拥有量的百分比是衡量一个国家 国民经济发展和工业制造整体水平的重要标志之一。数控车床是数控机床的主要品种之一，它在数 控机床中占有非常重要的位置，几十年来一直受到世界各国的普遍重视并得到了迅速的发展。 三、数控车床的分类 数控车床品种繁多，规格不一，可按如下方法进行分类。 按车床主轴位置分类数控车床分为立式数控车床和卧式数控车床两种类型。 (1)立式数控车床立式数控车床简称为数控立车，其车床主轴垂直于水平面，一个直径很大的 圆形工作台，用来装夹工件。这类机床主要用于加工径向尺寸大、轴向尺寸相对较小的大型复杂零 件。 (2)卧式数控车床卧式数控车床又分为数控水平导轨卧式车床和数控倾斜导轨卧式车床。其倾 斜导轨结构可以使车床具有更大的刚性，并易于排除切屑。 按加工零件的基本类型分：板书板书板书板书

　　摘要 本设计是把普通数控车床改造成经济型数控车床。经济型数控车床就是指价格低廉、操作使用方便、比较适合我国国情的，动化的机床。采用数控机床，可以降低工人的劳动强度，节省劳动力（一个人可以看管多台机床），减少工装，缩短新产品试制周期和生产周期，可对市场需求作出快速反应。在设计的时候具体进行了详细的各部件的选型和计算。比如：导轨的设计选型、滚珠丝杠螺母副的选型与计算。还进行了进给传动系统的刚度计算、进给传动系统的误差分析、驱动电机的选型计算、驱动电机与滚珠丝杠的联接、驱动电机与进给传动系统的动态特性分析等。 【关键词】车床、数控、传动系统

　　目录 摘要 (1) Abstract (2) 前言 (4) 1数控车床设计概述 (5) 1.1电动机的选择 (6) 1.2电动机类型和结构型式的选择 (7) 2进给伺服系统概述 (8) 3横向进给系统的设计计算 (10) 3.1设计参数 (10) 3.2切削力及其切削分力计算 (10) 3.3轨摩擦力的计算 (10) 3.4算滚珠丝杠螺母副的轴向负载力 (11) 3.5定进给传动链的传动比i和传动级数 (11) 3.6珠丝杠的动载荷计算与直径估算 (11) 3.7珠丝杠螺母副承载能力校核 (13) 3.8计算器械传动的刚度 (14) 3.9驱动电机的选型与计算 (15) 3.10械传动系统的动态分析 (18) 3.11机械传动系统的误差计算与分析 (18) 3.12确定滚珠丝杠螺母副的精度等级和规格型号 (19) 4进给系统的结构设计 (20) 4.1滚珠丝杠螺母副的设计 (20) 4.2齿轮传动副的设计 (21) 4.3齿轮箱的设计 (22) 4.4床身及导轨 (22) 4.5中间轴的设计 (25) 4.6轴承端盖的设计 (25) 总结与体会 (26) 致谢词 (27) 【参考文献】 (28)

　　数控车床概述 【课题】全国中等职业技术院校数控类行动导向教材 《数控车削编程与加工》（中国劳动保障出版社） 第一单元任务一 教学目标： 知识技能目标：①能够叙述数控机床的基本概念、发展史、发展趋势。 ②能够叙述数控机床的的组成与分类。 ③能够叙述数控机床的主要参数及各参数的意义。 ④能够阐述数控车床的工作原理与加工过程，并举例 说明生产中的车削应用。 过程方法目标：在任务学习的过程中，能通过多种渠道收集信息，会对收集的信息进行处理、分析和概括。具有信息收集、 信息处理能力和分析概括能力。 情感态度目标：在任务学习中，参与师生、生生之间的信息交流活动，能相互合作，共同解决问题。具有信息交流和相互合 作的能力。 教学重点、难点： 重点：数控机床的组成与分类，数控车床的工作原理与加工过程。难点：数控车床的工作原理与加工过程 教学方法：观察、讨论、交流，自主探究法。

　　学情分析：数控车第一次课，学生初次接触数控，学生对自己未来职业的特点还没有初步的了解，所以本次课以吸引学生对数 控的兴趣为主要教学思路，结合数控的当前形势与发展让 学生了解未来职业的特点。 教学准备：搜集各类数控机床图片，多媒体视频课件，安排数控车间参观。 教学过程设计： 教学内容课堂互动设计要点一．知识讲解 1、数控机床概述： 世界上先进的加工制造视频 （1）数控机床的概念 是采用数字控制技术对机床的加工过程进行自动控制的一类机床。 1）数控技术：用数字、字母和符号进行编程，对某一工作过程进行操作的自动控制技术。 2）数控系统：实现数控机床相关功能的软硬件系统，是数控技术的载体。 课堂互动 （2）数控机床的发展史 从20世纪50年代世界第一台数控机床问世到今已经历60年。数控机床经过了两个阶段共6代的发展历程。1）第一阶段：硬件数控（NC） 第一代1952年的电子管 第二代1959年的晶体管 第三代1965年的小规模集成电路。 2）第二阶段软件数控： 第四代1970年的小型计算机，中小规模集成电路。说说日常生活中 哪些东西是由数 控的。 说说世界上第一 台数控机床是哪 年生产的，数控 机床发展历经了 哪几个? 以先进的数 控机床加工 视频来调动 学生学习数 控的兴趣， 使学生对数 控加工有个 感性认识。 拓展学生的 学习思维 教师先举例 比如电梯， 机器人等。 教师简要介 绍数控机床 发展的历史 背景

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