4.1 数控机床概述 第四章 计算机辅助制造（ CAM ）技术基础

定义 数控是数字控制（ Numerical Control ）的简称，其含义 是用数字和符号构成的数字信息自动控制机床的运转， 因此，数控机床也简称 NC 机床。

数控机床的工作原理 数控系统的主要任务之一就是控制执行机构按预 定的轨迹运动。一般情况是已知运动轨迹的起点坐 标、终点坐标和曲线方程，由数控系统实时地算出 各个中间点的坐标。即需要 “ 插入、补上 ” 运动轨迹各 个中间点的坐标，通常这个过程就称为 “ 插补 ” 。

y x 0 y x 0

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， 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 。

数控机床的产生 1. 原因 — 社会生产发展（军备竞赛的产物） 2. 目的 — 解决单件、中小批量精密复杂零件的加工问题 3. 时间 —

1987 年 5 月 27 日，日本警视厅逮捕了日本东芝机械 公司铸造部部长林隆二和机床事业部部长谷村弘明。 东芝机械公司曾与挪威康士堡公司合谋，非法向前苏 联出口大型铣床等高技术产品，林隆二和谷村弘明被 指控在这起高科技走私案中负有直接责任。此案引起 国际舆论一片哗然，这就是冷战期间对西方国家安全 危害最大的军用敏感高科技走私案件之一 ——— 东芝事件

数控机床的发展简况 第 1 代数控机床 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 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： 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： 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： 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 ） 。

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。

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。

数控机床特点 1. 复杂零件加工 2. 高精度 3. 加工稳定可靠 4. 高柔性 5. 高生产率 6. 劳动条件好 7. 有利于管理现代化 8. 投资大，使用费用高 9. 生产准备工作复杂 10. 维修困难

数控车精加工

铣削凹模铣平面

孔加工循环

五轴加工

换刀

数控机床的适用范围 1. 批量小而又多次重复生产的零件； 2. 几何形状复杂的零件； 3. 贵重零件加工； 4. 需要全部检验的零件； 5. 试制件。

数控机床的分类 1. 按工艺用途分 2. 按运动方式分 3. 按控制方式分 4. 按联动轴数分

数控机床的工作过程

80 年代以来，在工业化国家中，柔性制造系统作为迈向 工厂自动化的第一步，己获得了实际的应用。它的应用， 圆满地解决了机械制造高自动化和高柔性之间的矛盾。 一、柔性自动化的兴起 随着科学技术的发展，人类社会对 产品的功能与质量的要求越来越高，产品更新换代的周期 越来越短，产品的复杂程度也随之增高。 80 年代以来，在工业化国家中，柔性制造系统作为迈向 工厂自动化的第一步，己获得了实际的应用。它的应用， 圆满地解决了机械制造高自动化和高柔性之间的矛盾。 柔性制造系统

 柔性自动化的兴起 随着科学技术的发展，人类社会对产品的功能与质量的要求 越来越高，产品更新换代的周期越来越短，产品的复杂程度也 随之增高，传统的大批量生产方式受到了挑战。这种挑战不仅 对中小企业形成了威胁，而且也困扰着国有大中型企业。因为， 在大批量生产方式中，柔性和生产率是相互矛盾的。众所周知， 只有品种单一、批量大、设备专用、工艺稳定、效率高，才能 构成规模经济效益；反之，多品种、小批量生产，设备的专用 性低，在加工形式相似的情况下，频繁的调整工夹具，工艺稳 定难度增大，生产效率势必受到影响。

为了同时提高制造工业的柔性和生产效率，使之在保证 产品质量的前提下，缩短产品生产周期，降低产品成本， 是终使中小批量生产能与大批量生产抗衡，柔性自动化系 统便应运而生。 自从 1954 年美国麻省理工学院第一台数字控制铣床诞生 后， 70 年代初柔性自动化进入了生产实用阶段。几十年来， 从单台数控机床的应用逐渐发展到加工中心、柔性制造单 元、柔性制造系统和计算机集成制造系统，使柔性自动化 得到了迅速发展。 加工中心

柔性制造系统的类型 柔性制造是指在计算机支持下，能适应加工对象变化的制 造系统。柔性制造系统有以下三种类型： 柔性制造单元 柔性制造单元由一台或数台数控机床或加工中心构成的加 工单元。该单元根据需要可以自动更换刀具和夹具，加工不 同的工件。柔性制造单元适合加工形状复杂，加工工序简单， 加工工时较长，批量小的零件。它有较大的设备柔性，但人 员和加工柔性低。

柔性制造系统 柔性制造系统是以数控机床或加工中心为基础，配以物料 传送装置组成的生产系统。该系统由电子计算机实现自动控 制，能在不停机的情况下，满足多品种的加工。柔性制造系 统适合加工形状复杂，加工工序多，批量大的零件。其加工 和物料传送柔性大，但人员柔性仍然较低。 柔性制造系统的类型

柔性自动生产线 柔性自动生产线是把多台可以调整的机床 ( 多为专用机床 ) 联结 起来，配以自动运送装置组成的生产线。该生产线可以加工批 量较大的不同规格零件。柔性程度低的柔性自动生产线，在性 能上接近大批量生产用的自动生产线；柔性程度高的柔性自动 生产线，则接近于小批量、多品种生产用的柔性制造系统。

柔性制造系统的构成 就机械制造业的柔性制造系统而言，其基本组成部分有： 自动加工系统 自动加工系统，指以成组技术为基础，把外形尺寸 ( 形状 不必完全一致 ) 、重量大致相似，材料相同，工艺相似的零件 集中在一台或数台数控机床或专用机床等设备上加工的系 统。 物流系统 物流系统，指由多种运输装置构成，如传送带、轨道一转 盘以及机械手等，完成工件、刀具等的供给与传送的系统， 它是柔性制造系统主要的组成部分。

柔性制造系统的构成 信息系统 信息系统，指对加工和运输过程中所需各种信息收集、 处理、反馈，并通过电子计算机或其他控制装置 ( 液压、气 压装置等 ) ，对机床或运输设备实行分级控制的系统。 软件系统 软件系统，指保证柔性制造系统用电子计算机进行有效管 理的必不可少的组成部分。它包括设计、规划、生产控制和 系统监督等软件。柔性制造系统适合于年产量 1000 ～ 100,000 件之间的中小批量生产。