第1章　现代数控机床概述

1.1　数控机床简介

1.1.1　基本概念

数字控制（Numerical Control）是一种借助数字、字符或其他符号对某一工作过程（如加工、测量、装配等）进行可编程控制的自动化方法，简称数控（NC）。

数控技术（Numerical Control Technology）是指用数字量及字符发出指令并实现自动控制的技术，它已成为制造业实现自动化、柔性化、集成化生产的基础技术。计算机辅助设计与制造（CAD/CAM）、柔性制造系统（FMS）、计算机集成制造系统（CIMS）、敏捷制造（AM）和智能制造（IM）等先进制造技术都是建立在数控技术之上。数控技术不仅用于金属切削机床，同时还用于多种其他的机械设备，如机器人、坐标测量机、编织机、电火花切割机、剪裁机等。

数控系统（Numerical Control System）是指采用数控技术的控制系统。

数控机床（Numerical Control Machine Tools）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，是一种典型的光机电一体化的加工设备。它集现代机械制造技术、自动控制技术及计算机信息技术于一体，采用数控装置或计算机来全部或部分地取代一般通用机床在加工零件时对机床的各种动作——启动、确定加工顺序、改变切削用量、主轴变速、选择刀具、冷却液开停以及停车等人工控制，高效率、高精度、高柔性和高自动化的光机电一体化的数控设备。

计算机数控系统（Computer Numerical Control）以计算机为核心的数控系统。

数控加工技术是指高效、优质地实现产品零件特别是复杂形状零件加工的技术，它是自动化、柔性化、敏捷化和数字化制造加工的基础与关键技术。数控加工过程包括由给定的零件加工要求（零件图纸、CAD数据或实物模型）进行加工的全过程，其主要内容涉及数控机床加工工艺和数控编程技术两大方面。

图1-1是数控机床加工过程框图。从框图中可看出在数控机床上加工零件所涉及的范围比较广，与相关的配套技术有密切的关系。程序编制人员应该熟练地掌握工艺分析、工艺设计和切削用量的选择，能正确地提出刀辅具和零件的装夹方案，懂得刀具的测量方法，了解数控机床的性能和特点，熟悉程序编制方法和程序的输入方式。

图1-1　数控机床加工过程框图

1.1.2　数控机床的特点

现代数控机床集高效率、高精度、高柔性于一身，具有许多普通机床无法实现的特殊功能，它具有如下特点。

① 加工精度高　数控机床的加工精度，一般可达到0.005～0.1mm，数控机床是按数字信号形式控制的，数控装置每输出一个脉冲信号，则机床移动部件移动一个脉冲当量（一般为0.001mm），而且机床进给传动链的反向间隙与丝杠螺距平均误差可由数控装置进行补偿，因此可以获得比机床本身精度还要高的加工精度和重复精度。目前，中、小型数控机床的定位精度可达0.005mm，重复定位精度可达0.002mm。

② 生产效率高　数控机床具有良好的结构刚性，可进行大切削用量的强力切削，有效地节省机动时间，还具有自动变速、自动换刀、自动交换工件和其他辅助操作自动化等功能，使辅助时间缩短，而且无需工序间的检测和测量。所以，数控机床生产效率比一般普通机床高得多。对壳体零件采用加工中心进行加工，利用转台自动换位、自动换刀，可以实现在一次装夹的情况下几乎完成零件的全部加工。减少了装夹误差，节约了工序之间的运输、测量、装夹等辅助时间。

③ 自动化程度高　数控机床的加工，是输入事先编写好的零件加工程序后自动完成，除了装卸零件、安装穿孔带或操作键盘、观察机床运行之外，其他的机床动作直至加工完毕，都是自动连续完成。可大大减轻操作者的劳动强度和紧张程度，改善劳动条件，减少操作人员的人数。同时有利于现代化的生产管理，可向更高级的制造系统发展。

④ 对加工对象的适应性强　数控机床是一种高度自动化和高效率的机床，可适应不同品种和尺寸规格工件的自动加工。当加工对象改变时，只要改变数控加工程序，就可改变加工工件的品种，为复杂结构的单件、小批量生产以及试制新产品提供了极大的便利。特别是对那些普通机床很难甚至无法加工的精密复杂表面（例如螺旋表面），数控机床也能实现自动加工。

⑤ 经济效益好　数控机床虽然设备昂贵，加工时分摊到每个工件上的设备折旧费较高，但在单件、小批量生产情况下，使用数控机床加工，可节省划线工时，减少调整、加工和检验时间，节省直接生产费用和工艺装备费用。数控机床的加工精度稳定，减少了废品率，使生产成本进一步下降。此外，数控机床可实现一机多用，节省厂房面积和建厂投资。因此，使用数控机床仍可获得良好的经济效益。

⑥ 有利于生产管理现代化　数控机床的加工，可预先精确估计加工时间，所使用的刀具、夹具可进行规范化、现代化管理。数控机床使用数字信号与标准代码为控制信息，易于实现加工信息的标准化，目前已与计算机辅助设计与制造（CAD/CAM）有机地结合起来，是现代集成制造技术的基础。