【正文】 第一章 數(shù)控機(jī)床概述 第一節(jié) 數(shù)控機(jī)床的基本概念 第二節(jié) 數(shù)控機(jī)床的坐標(biāo)系 第一節(jié) 數(shù)控機(jī)床的基本概念 一、數(shù)控技術(shù)的發(fā)展史 二、數(shù)控技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì) 三、數(shù)控機(jī)床在機(jī)械制造業(yè)中的優(yōu)勢(shì) 四、數(shù)控機(jī)床的組成 五、數(shù)控機(jī)床的加工原理 一、數(shù)控技術(shù)的發(fā)展史 1946年世界上誕生了第一臺(tái)電子計(jì)算機(jī)。 第一臺(tái)計(jì)算機(jī)誕生 6年 后，即在 1952年，計(jì)算機(jī)技術(shù)應(yīng)用到了機(jī)床上。 1952年美國(guó)空軍當(dāng)局委托美國(guó)麻省理工大學(xué)與帕森斯公司合作研制了第一臺(tái)三坐標(biāo)數(shù)控銑床 . 此后 ,英國(guó)和日本在 1958年、德國(guó)在 1959年相繼制造出數(shù)控機(jī)床． 從此，傳統(tǒng)的機(jī)床產(chǎn)生了質(zhì)的變化。 第一臺(tái)數(shù)控機(jī)床誕生至今五十年以來(lái)， 數(shù)控機(jī)床的核心 — 數(shù)控系統(tǒng)的發(fā)展經(jīng)歷了 二個(gè)階段 和 六代 的發(fā)展。 （ NC）階段 2. 計(jì)算機(jī)數(shù)控（ CNC）階段 數(shù)控（ NC）階段（ 1952— 1970） 早期的計(jì)算機(jī)運(yùn)算速度低，這對(duì)當(dāng)時(shí)的科學(xué)計(jì)算和數(shù)據(jù) 處理影響不大，但它不能適應(yīng)機(jī)床實(shí)時(shí)控制的要求。 人們不得不采用數(shù)字邏輯電路，搭成機(jī)床專(zhuān)用計(jì)算機(jī) 作為數(shù)控系統(tǒng)，被稱(chēng)為硬件連接數(shù)控（ HARD—WIRED NC） , 簡(jiǎn)稱(chēng)為數(shù)控（ NC）。 隨著電子元器件的發(fā)展，這個(gè)階段又歷經(jīng)三代 : 1952年的第一代 — 電子管計(jì)算機(jī)組成的數(shù)控系統(tǒng)； 1959年的第二代 — 晶體管計(jì)算機(jī)組成的數(shù)控系統(tǒng)； 1965年的第三代 — 小規(guī)模的集成電路計(jì)算機(jī)組成的數(shù)控系統(tǒng)。 計(jì)算機(jī)數(shù)控（ CNC）階段 這一階段從 1970年開(kāi)始至今。 1970年研制成功大規(guī)模 集成電路，并將其用于通用小型計(jì)算機(jī)。此時(shí)的小型計(jì)算 機(jī)，其運(yùn)算速度比五、六十年代的計(jì)算機(jī)有了大幅度的提 高。比專(zhuān)門(mén)搭成的專(zhuān)用計(jì)算機(jī)成本低，可靠性高。于是， 小型計(jì)算機(jī)被用作數(shù)控系統(tǒng)的核心部件，從此進(jìn)入了計(jì)算 機(jī)數(shù)控（ CNC）階段。 計(jì)算機(jī)數(shù)控階段也經(jīng)歷了三代 : 1970年第四代 —小型計(jì)算機(jī)數(shù)控系統(tǒng)； 1974年第五代 —微處理器組成的數(shù)控系統(tǒng) 1990年第六代 —基于 PC的數(shù)控系統(tǒng) 。 ? 1948— 1956年 數(shù)控機(jī)床處于研究試制階段 ? 1956— 1960年 數(shù)控機(jī)床處于工業(yè)應(yīng)用階段 ? 1960年以后 數(shù)控機(jī)床處于高速發(fā)展階段 ? 20世紀(jì) 70年代末、 80年代初數(shù)控機(jī)床得到廣泛的普及和應(yīng)用 國(guó)內(nèi)數(shù)控技術(shù)的發(fā)展情況 我國(guó)數(shù)控技術(shù)是從 1958年開(kāi)始研制的： 1958年－ 1965年 我國(guó)數(shù)控機(jī)床處于研制、開(kāi)發(fā)時(shí)期，比國(guó)外相比起步晚了十年； 1968年 清華大學(xué)研制成功我國(guó)第一臺(tái)小型數(shù)控立銑； 1980年前 我國(guó)數(shù)控機(jī)床 80％為線切割機(jī)床 (低端數(shù)控機(jī)床 )； 1980年后 引進(jìn)日、美等國(guó)的數(shù)控裝置及伺服系統(tǒng)的技術(shù)，開(kāi)始合資批量生產(chǎn)一些數(shù)控機(jī)床，數(shù)控裝置的穩(wěn)定性、可靠性有了明顯的改善，開(kāi)始為用戶(hù)所接受； 1985年后 我國(guó)已經(jīng)能生產(chǎn) 45種各類(lèi)數(shù)控機(jī)床來(lái)滿(mǎn)足工業(yè)發(fā)展的需要，同時(shí)數(shù)控機(jī)床功能部件的專(zhuān)業(yè)廠也逐漸形成規(guī)模； 1990年中期 國(guó)產(chǎn)數(shù)控裝置也開(kāi)始嶄露頭角，進(jìn)入 21世紀(jì)，國(guó)產(chǎn)的數(shù)控系統(tǒng)才開(kāi)始形成生產(chǎn)規(guī)模，擁有自主版權(quán)的五軸聯(lián)動(dòng)數(shù)控系統(tǒng)，打破了西方對(duì)高端數(shù)控系統(tǒng)的壟斷。 二、數(shù)控技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì) 高速、高精度加工 數(shù)控系統(tǒng)具有多軸控制、多軸聯(lián)動(dòng)和 復(fù)合加工的控制功能 數(shù)控系統(tǒng)開(kāi)放化、智能化和網(wǎng)絡(luò)化 高速、高精度加工 目前加工中心主軸轉(zhuǎn)速最高可達(dá) 40 000轉(zhuǎn)/分 、進(jìn)給速度可達(dá) 24米 /分 30米 /分 ，定位精度都在幾微米。這就要求數(shù)控系統(tǒng)應(yīng)采用高速高精度的數(shù)控系統(tǒng)、驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)應(yīng)采用直線電動(dòng)機(jī)作為進(jìn)給伺服系統(tǒng)、采用高速永磁同步電動(dòng)機(jī)。 數(shù)控系統(tǒng)具有多軸控制、多軸聯(lián)動(dòng) 和復(fù)合加工的控制功能 理論上數(shù)控機(jī)床只需要 3軸聯(lián)動(dòng)，但在實(shí)際加工中 3軸聯(lián)動(dòng)對(duì)于三維曲面加工很難用上刀具的最佳幾何形狀進(jìn)行切削，不僅加工效率低而且表面粗糙度高，往往采用手動(dòng)進(jìn)行修補(bǔ)，但在修補(bǔ)過(guò)程中，已加工的表面也可能喪失精度。 5軸聯(lián)動(dòng)除了 X、 Y、 Z這 3軸外，主要還有刀具軸旋轉(zhuǎn)、工作臺(tái)旋轉(zhuǎn)這兩種方式的復(fù)合運(yùn)動(dòng)，采用 5軸聯(lián)動(dòng)可以使用刀具的最佳幾何形狀對(duì)工件進(jìn)行加工。那么 5軸聯(lián)動(dòng)數(shù)控機(jī)床是數(shù)控技術(shù)的制高點(diǎn)標(biāo)志之一。 數(shù)控系統(tǒng)的開(kāi)放化、智能化 和網(wǎng)絡(luò)化 將來(lái)的數(shù)控機(jī)床中的 NC系統(tǒng)能部分代替機(jī)床設(shè)計(jì)師和操作者的大腦，具有一定的智能，能把特殊的加工工藝、管理經(jīng)驗(yàn)和操作技能嵌入 NC系統(tǒng)，同時(shí)也具有圖形交互、診斷等功能，也就是說(shuō)要求 CNC控制器透明以使機(jī)床制造商和最終用戶(hù)可以自由地實(shí)現(xiàn)自己的思想。 三、數(shù)控機(jī)床在機(jī)械制造業(yè)中的優(yōu)勢(shì) 數(shù)控機(jī)床在機(jī)械制造業(yè)中得到日益廣泛的應(yīng)用 ,是因?yàn)樗行У亟鉀Q了復(fù)雜、精密、小批多變的零件加工問(wèn)題，能適應(yīng)各種機(jī)械產(chǎn)品迅速更新?lián)Q代的需要，經(jīng)濟(jì)效益顯著，具體表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面： ●生產(chǎn)效益一般比普通機(jī)床提高 35倍，多的可達(dá) 810倍； ●減少刀具和夾具的存儲(chǔ)和花費(fèi)，減少零件的庫(kù)存和搬運(yùn)數(shù)； ●減少工裝，減少人為誤差，提高加工精度，零件重復(fù)精度高，互換性好； ●縮短新產(chǎn)品的試制和生產(chǎn)周期（當(dāng)零件設(shè)計(jì)改變時(shí)，只需要改變零件程序即可），易于組織多品種生產(chǎn)，使企業(yè)能對(duì)市場(chǎng)需要迅速做出響應(yīng)； ●能加工傳統(tǒng)方法不能加工的大型復(fù)雜零件； ●有利于產(chǎn)品質(zhì)量的控制，生產(chǎn)便于管理； ●減輕了勞動(dòng)強(qiáng)度，改善了勞動(dòng)條件，節(jié)省人力，降低了勞動(dòng)花費(fèi)。 四、數(shù)控機(jī)床的組成 CNC（ puter Numerical Control）計(jì)算機(jī)數(shù)控機(jī)床一般由 輸入輸出設(shè)備 、 CNC裝置 (或稱(chēng) CNC單元 )、 伺服單元 、 驅(qū)動(dòng)單元(或稱(chēng)執(zhí)行機(jī)構(gòu) ) 、 可編程控制器 及 機(jī)床本體 等組成。除了機(jī)床本體之外，其他系統(tǒng)都稱(chēng)為計(jì)算機(jī)數(shù)控 (CNC)系統(tǒng)。 輸入 /輸出設(shè)備（操作面板） 操作面板 是操作人員與機(jī)床數(shù)控裝置進(jìn)行信息交流的工具，如操作命令的輸入、加工程序的編輯、修改和調(diào)試；同時(shí)也以信號(hào)燈或數(shù)碼管的方式，為操作人員顯示數(shù)控系統(tǒng)和數(shù)控機(jī)床的狀態(tài)信息，如坐標(biāo)值、機(jī)床的工作狀態(tài)、報(bào)警信號(hào)等，它是數(shù)控機(jī)床特有的部件。 輸入設(shè)備有鍵盤(pán)、顯示器、穿孔紙帶、磁帶和磁盤(pán)，其中鍵盤(pán)和顯示器是比不可少的人機(jī)交互設(shè)備，操作人員可通過(guò)鍵盤(pán)和顯示器輸入程序、編輯修改程序和發(fā)送操作命令，既進(jìn)行手動(dòng)數(shù)據(jù)輸入。 CNC裝置 CNC裝置 是 CNC系統(tǒng)的核心 ， 這一部分主要包括微處理 CPU、 存儲(chǔ)器 、 局部總線 、 外圍邏輯電路以及與 CNC系統(tǒng)其他組成部分聯(lián)系的接口等 。 其本質(zhì)是根據(jù)輸入的數(shù)據(jù)插補(bǔ)出理想的運(yùn)動(dòng)軌跡 ， 然后輸出到執(zhí)