第一章 绪论 1.5 数控机床的产生与发展 1.1 数控技术与数控机床概念 1.2 数控机床的组成与工作原理 1.3 数控机床的分类和特点

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1 第一章 绪论 1.5 数控机床的产生与发展 1.1 数控技术与数控机床概念 1.2 数控机床的组成与工作原理 1.3 数控机床的分类和特点
第一章 绪论 1.1 数控技术与数控机床概念 1.2 数控机床的组成与工作原理 1.3 数控机床的分类和特点 1.4 数控加工坐标系 1.5 数控机床的产生与发展

2 1.1 数控技术与数控机床的概念 数控技术（Numerial Control , NC )
1.1 数控技术与数控机床的概念 数控技术（Numerial Control , NC ) 也称为数字控制技术，是一种采用数字化信息对某一工作过程（如加工、装配、测量等）进行编程控制的自动化控制技术。 数控机床（ Numerical Control Machine Tools） 是装有数字控制系统的机床，该系统能够处理加工程序,控制机床自动完成各种加工运动和辅助运动。

3 1.2 数控机床的组成与工作原理 数控机床一般由控制介质、数控装置、伺服机构和机床本体（机械部件）组成，如下图所示，其中实线部分表示开环系统。为了提高加工精度，再加入测量装置，由虚线构成反馈，称为闭环系统。 控制介质 数控装置 伺服机构 机床本体 测量反馈装置 数控机床的组成

4 1.2 数控机床的组成与工作原理 1.2.1 控制介质 控制介质又称信息载体。数控机床加工时，所需的各种控制信息要靠某种中间载体携带和传输，这种载体称为“控制介质”。控制介质是存储数控加工所需要的全部动作和刀具对于工件位置信息的媒介物，它记载着零件的加工工序。 控制介质有多种，如穿孔带、穿孔卡、磁带及磁盘等，也可通过通信接口直接输入所需的各种信息，采用何种控制介质取决于数控装置的类型。高级的数控系统还包含一套自动编程机或者CAD/CAM系统，有这些设备实现编程控制、输入程序、输入数据以及显示、模拟仿真、存储和打印等功能。

5 1.2 数控机床的组成与工作原理 1.2.2 数控装置 数控装置可分为普通数控系统（NC）和计算机数控系统（CNC）：NC利用专用的控制计算机，又称硬件数控；CNC利用通用的小型计算机或微型计算机加软件，又称软件数控。 数控装置是数控机床的核心，一般由输入装置、控制器、运算器和输出装置等组成。 它根据输入的程序和数据，经过数控装置的系统软件或逻辑电路进行编译、运算和逻辑处理后，输出各种信号和指令控制机床的各个部分，进行规定的、有序的动作。最基本的控制信号有： 1.经插补运算决定的各坐标轴的进给速度、进给方向和位移指令； 2.主运动部件的变速、换向和启停信号； 3.选择和交换刀具的刀具指令信号； 4.控制冷却、润滑的启停、工件和机床部件松开、夹紧，分度工作台转为等辅助指令信号等。 华中世纪星HNC-18xp/TD车床数控装置

6 1.2 数控机床的组成与工作原理 1.2.3 伺服系统 伺服系统由伺服驱动电路和伺服驱动装置组成，并与机床上的执行部件和机械部件组成数控进给系统。它根据数控装置发来的速度和位移指令执行部件的进给速度、方向和位移。 伺服系统有开环、半闭环和闭环之分。在半闭环和闭环伺服系统中，使用了位置检测装置，间接或直接测量执行部件的进给位移，与指令位移进行比较，按闭环原理，将其误差转换放大后控制执行部件的进给运动。 闭环控制系统

7 机床本体包括：主运动部件，进给运动发执行部件如工作台、托班及其传动部件，床身、立柱等支撑部件，此外还有冷却、润滑、转位和加紧等辅助装置。
1.2 数控机床的组成与工作原理 1.2.4 机床本体 机床本体包括：主运动部件，进给运动发执行部件如工作台、托班及其传动部件，床身、立柱等支撑部件，此外还有冷却、润滑、转位和加紧等辅助装置。 对于加工中心的数控机床，还有存放刀具的刀库，交换刀具的机械手等部件。数控机床机械部件的组成与普通机床相似。但传动结构要求更为简单，在精度、刚度、抗震性等方面要求更高，而且其传动和变速系统要便于实现自动化控制。 CK360A数控车床

8 1.2 数控机床的组成与工作原理 1.2.5测量反馈装置 测量反馈装置由测量部件和响应的测量电路组成，其作用是检测速度和位移，并将信息反馈给数控装置，构成半闭环或闭环系统。没有测量反馈装置的系统成为开环控制系统。 常用的测量部件有脉冲编码器、旋转变压器、感应同步器、光栅和磁尺等。 脉冲编码器 感应同步器

9 1.2 数控机床的组成与工作原理 1.2.6输入、输出装置 1.2.７辅助控制装置
1.2 数控机床的组成与工作原理 1.2.6输入、输出装置 输入、出装置是机床与外部设备的接口，主要实现程序编制、程序和数据的输入以及 显示、 存储 和打印。 输入装置主要有键盘、纸带阅读机、磁盘驱动器、RS232Ｃ串行通信口等，输出装置主要 是显示器和打印机 。 1.2.７辅助控制装置 辅助控制装置是介于数控装置和机床机械、液压部件的控制装置，可通过可编程控制器来实现对机床辅助功能Ｍ，主轴转速功能Ｓ和换刀功能T的逻辑控制。

10 1.2 数控机床的组成与工作原理 数控机床的工作原理：将待加工的零件的几何信息和工艺信息编制成加工程序，由输入部分送入数控装置，经过数控装置的处理、运算，按各坐标轴的分量送到各轴的驱动电路，经过转换、放大进行伺服电机的驱动，带动各轴运动，并进行反馈控制，使刀具与工件及其辅助装置严格按照加工程序规定的顺序、轨迹和参数有条不紊地工作，从而加工出零件的全部轮廓。 数控机床的加工，是把刀具与工件的运动坐标分割成一些最小的单位量，即最小位移量，由数控系统按照零件程序的要求，使坐标移动若干最小位移量，从而实现刀具与工件的相对运动，完成对零件的加工。 当走刀轨迹为直线或圆弧时，数控装置在线段的起点和终点坐标值之间进行“数据点密化”，求出一系列中间点的坐标值，然后按照中间的坐标值，向各坐标输出脉冲数，保证加工出所需要的直线或圆弧轮廓。

11 1.点位控制系统 是指数控系统只控制刀具或机床工作台从一点准确地移动到另一点，而点与点之间运动轨迹不需要严格控制。
1.3 数控机床的分类和特点 1.3.1 按控制系统的特点分类 1.点位控制系统 是指数控系统只控制刀具或机床工作台从一点准确地移动到另一点，而点与点之间运动轨迹不需要严格控制。 2.点位直线控制系统 是指数控系统不仅控制刀具或机床工作台从一点准确地移动到另一点，而且保证在两点之间的运动轨迹是一条直线。 3.轮廓控制系统 又称连续控制系统，是指数控系统能够对两个及两个以上的坐标轴同时进行严格连续控制。不仅控制刀具或机床工作台从一点准确地移动到另一点，而且还能控制整个加工过程中每一点的速度和位移量，将零件加工成一定的轮廓形状。

12 1.开环控制系统 是指不带反馈装置的控制系统。数控装置将零件程序处理后，输出数字指令信号给伺服系统，驱动机床运动。指令信号是单向的。
1.3 数控机床的分类和特点 1.3.2 按伺服系统控制方式分类 1.开环控制系统 是指不带反馈装置的控制系统。数控装置将零件程序处理后，输出数字指令信号给伺服系统，驱动机床运动。指令信号是单向的。 开环控制系统的特点： 伺服驱动部件通常选择步进电机。受步进电机的步距精度和工作频率以及传动机构的传动精度影响，开环控制的数控机床速度和精度都较低。 但是由于其结构简单、成本较低、调试维修方便等优点，仍然被广泛应用于经济型、中小型数控机床。

13 1.3 数控机床的分类和特点 1.3.2 按伺服系统控制方式分类 2.闭环控制系统
是指带反馈装置的控制系统。它随时接受在工作台端测得的实际位置反馈信号，将其与数控装置发来的指令位置信号相比较，由其差值控制进给轴运动，直到差值为零时，进给轴停止运动。 闭环控制系统的特点： 可以消除包括工作台传动链在内的误差，从而定位精度高、速度调节快，但由于工作台惯性大，给系统的设计和调整带来很大的困难，主要是系统的稳定性受到不利影响。 闭环控制系统主要用于一些精度要求很高的数控铣床、超精车床和超精铣床等。

14 3.半闭环控制系统 半闭环控制系统与闭环控制系统的区别在于检测反馈信号不是来自工作台，而是来自电动机端或丝杆端连接的测量元件。
1.3 数控机床的分类和特点 1.3.2 按伺服系统控制方式分类 3.半闭环控制系统 半闭环控制系统与闭环控制系统的区别在于检测反馈信号不是来自工作台，而是来自电动机端或丝杆端连接的测量元件。 半闭环控制系统的特点： 实际位置的反馈值是通过间接测得的伺服电机的角位移算出来的，因而控制精度没有闭环高，但机床工作稳定性由于大惯量的工作台被排除在控制环外而提高，调试方便，因而广泛用于数控机床中。

15 1.3 数控机床的分类和特点 1.3.3 按数控装置类型分类 1.硬件式数控机床(NC机床）
1.3 数控机床的分类和特点 1.3.3 按数控装置类型分类 1.硬件式数控机床(NC机床） 早期数控机床的数控装置中的输入、运算、插补运算及控制功能均由集成电路或晶体管等器件组成，不同的数控机床都需要专门设计不同的逻辑电路。这类数控装置通用性和灵活性较差，功能也不强。 2.软件式数控机床(CNC机床） 随着微电子和计算机技术的发展，数控装置采用了小型通用计算机，称为计算机数控（CNC）。这类数控机床的主要功能几乎全都由软件实现，硬件几乎可以通用，因而具有很高的柔性。

16 1.3 数控机床的分类和特点 1.3.4 按可控制的联动轴数分类 1.二轴联动数控机床
1.3 数控机床的分类和特点 1.3.4 按可控制的联动轴数分类 1.二轴联动数控机床 指联动控制轴数为两个、可以加工曲线轮廓零件的机床，可以通过联动控制X 和Z 轴而加工出图示的具有曲线轮廓的阶梯轴。 2.三轴联动数控机床 指联动控制轴数为三个、可以加工不太复杂的空间曲面的机床，最典型的是三坐标立式数控铣床 3.多轴联动数控机床 指联动控制轴数为四轮或四轮以上的机床，这类数控机床的控制精度较高，加工零件的形状多为空间复杂曲面，

17 1.3 数控机床的分类和特点 1.3.5 按工艺用途分类 1.普通数控机床和加工中心
指数控车床、数控铣床、数控磨床、数控镗床以及加工中心。这些机床的动作与运动都是数字化控制，具有较高的生产率和自动化程度，特别是加工中心，它是一种带有自动换刀装置，能进行铣、钻、镗削加工的复合型数控机床。加工中心又分为车削中心、磨削中心等。还实现了在加工中心上增加交换工作台以及采用主轴或工作台进行立、卧转换的五面体加工中心。 2.特种数控机床 指金属切削类以外的数控机床。数控弯管机、数控线切割机床、数控电火花成形机床等都是这一类数控机床。 数控弯管机 数控电火花机床

18 1.3 数控机床的分类和特点 1.自动化程度高 在数控机床上加工零件时，除了手工装卸工件外，全部加工过程都由机床自动完成。在柔性制造系统上，上下料、检测、诊断、对刀、传输、调度、管理等也都由机床自动完成，这样减轻了操作者的劳动强度，改善了劳动条件。 2.加工精度高，加工质量稳定 数控加工的尺寸精度通常在0.005~0.1mm之间，目前最高的尺寸精度可达±0.0015mm，不收零件形状复杂程度的影响，加工中消除了操作者的人为误差，提高了同批次零件尺寸的一致性，是产品质量保持稳定。 3.高柔性 当加工会对象改变时，除了相应更换刀具和解决装卡方式外，只要重新编写并输入该零件的加工程序，便可自动加工出新的零件。缩短了生产周期。

19 1.3 数控机床的分类和特点 4.生产效率高 一方面是自动化程度高，在一次装卡过程中能完成较多表面的加工，省去了划线、多次装卡、检测等工序；另一方面是数控机床的运动速度高，空行程时间短。 5.易于建立计算机通信网络 由于数据机床使用数字信息，易于与计算机辅助设计和制造（CAD/CAM）系统连接，形成计算机辅助设计和制造与数控机床紧密结合的一体化系统。 数控机床价格昂贵，加工成本高，技术复杂，对工艺和编程要求较高，加工中难以调整，维修困难。

20 1.4 数控加工坐标系 1.4.1 机床坐标系 1.建立机床坐标系的基本原则 从数控机床的构上看，既有刀具运动、工件静止的机床，又有刀具静止、工件运动的机床。为了简化问题的讨论，从相对运动的观点，统一选择刀具相对于静止工件运动的原则作为分析机床坐标系的基本原则。 为了统一数控机床坐标系和运动方向的描述，JB/T3051—1999《数控机床 坐标和运动方向的命名》规定：不管是刀具还是工件移动的机床，都看成是刀具相对静止而加工工件移动。 2.机床坐标系 对于安装在机床上的工件，机床的直线运动坐标系都是采用右手定则，如下图所示，加工程序编制时，采用建立在工件的右手直角坐标系作为标准坐标系。

21 1.4 数控加工坐标系 1.4.1 机床坐标系 图中确定了直角坐标系X、Y、Z三者的关系及其方向，并规定围绕X、Y、Z各轴的回转运动的名称及方向。X、Y、Z坐标轴的相互关系用右手定则决定。 如上图，大拇指的指向为X轴正方向，食指指向为Y轴的正方向，中指指向为Z轴的正方向。围绕X、Y、Z轴圆周进给运动坐标轴分别用A、B、C表示。根据右手螺旋定则，图中以大拇指指向为﹢X、﹢Y或﹢Z方向，则食指、中指的指向就是圆周进给运动的﹢A、﹢B或﹢C方向。 3.运动方向的确定 增大刀具与工件距离的方向为各坐标轴正方向。

22 1.4 数控加工坐标系 1.4.1 机床坐标系 4.坐标轴方向的确定 （1）Z坐标轴 1）对于工件旋转的机床（车床，内、外圆磨床等），Z坐标取为与工件旋转轴平行，取从主动轴看刀具的方向作为其正方向。

23 1.4 数控加工坐标系 2）对于刀具旋转的机床（铣床、钻床、铰床等），有以下几种取法：
①主轴方向固定的机床，Z坐标取与主轴平行，如各种升降台铣床、立式钻床、卧式镗铣床。 ②主轴方向不固定可转动。在转动范围内，主轴如能与标准坐标系的一根坐标平行时，就取该坐标系为Z坐标系，如龙门铣床等；主轴若能与标准坐标系的两根以上的坐标平行时，则取垂直于主轴安装轴的方向作为Z坐标。 ③取从工件看刀具旋转轴（主轴）方向作为其正方向。 23

24 1.4 数控加工坐标系 3）对于工件和刀具都不旋转的机床（牛头刨床、单臂刨床等），Z坐标取与机床工件安装面垂直，取工件与刀具的间隔增加方向为其正方向。

25 1.4 数控加工坐标系 1.4.1 机床坐标系 4.坐标轴方向的确定 （2） X坐标轴 1）对于工件旋转的机床，在与Z坐标垂直的平面内，取刀具的运动方向为X坐标，取刀具离开主轴旋转中心线的方向作为其正方向。 2）对于刀具旋转的机床，分以下两种情况： ①Z坐标处于水平时，X坐标在与Z坐标垂直的平面内取水平方向，取面向Z坐标正方向的左手方向为其正方向。 ②Z坐标处于垂直时，X坐标取由工作台面向立柱时的左右方向，并取其右手方向为正，但对于龙门式与龙门移动式的机床，以面对机床为正面，人的视线方向为X坐标的正方向。 3）对于工件和刀具都不旋转的机床，取X坐标与与切削运动方向平行，并以切削运动方向作为正方向。当主切削运动的方向与Z坐标重合时，X坐标取由工作台面向立柱时的左右方向，并取其右手方向作为正方向。

26 1.4 数控加工坐标系 1.4.1 机床坐标系 （3）Y坐标轴 坐标取与Z、X坐标垂直的方向，其正方向应使两根坐标轴构成标准坐标系。
4.坐标轴方向的确定 （3）Y坐标轴 坐标取与Z、X坐标垂直的方向，其正方向应使两根坐标轴构成标准坐标系。 以上标准坐标系确定之后，机床坐标的决定方法如下： 1）在工件相对刀具做主体运动的机床上，与工件运动方向平行的坐标的方向和标准坐标系的正方向相反。 2）在刀具相对工件做主体运动的机床上，与刀具运动方向平行的坐标的正方向和标准坐标系的正方向一致。

27 1.4 数控加工坐标系 1.4.1 机床坐标系 5.附加坐标系 通常将X、Y、Z作为主坐标系，也称第一坐标系。除了第一坐标系外，还有平行于主坐标系轴的第二直线运动时，称为第二坐标系，对应命名为U、V、W轴：若还有第三直线运动时，则对应的命名为P、Q、R轴，也称第三坐标系。如下图，数控卧式镗床的镗杆运动为Z轴，立柱运动为W轴。 数控卧式镗床 数控车床坐标FLASH

28 1.4 数控加工坐标系 1.4.1 机床坐标系 数控机床坐标系为机床上固定不变的坐标系，并有其固定的坐标原点，即机床原点。
6.机床坐标系与机床原点 数控机床坐标系为机床上固定不变的坐标系，并有其固定的坐标原点，即机床原点。 机床上有一些固定不变的基准线，如主轴的中心线；固定的基准面，如工作台工作表面、主轴断面、工作台侧面和T形槽侧面等。当机床的坐标轴返回各自原点后，用坐标轴的基准线和基准面之间的距离来决定机床原点的位置，如立式数控铣床的机床原点为X、Y轴的交点，如右图所示，当各自返回原点后，在主轴中心线与工作台面的交点处，可以通过测量主轴中心线至工作台的两个侧面的距离来决定。 数控铣床坐标系FLASH

29 1.4 数控加工坐标系 1.4.2 编程坐标系与工件零点 工件零点是编程人员格局加工零件图样选定的编制程序的坐标原点，也称为编程零点或程序零点。编程人员在设置零点时，应尽可能在零件的设计基准或工艺基准上，安装零件时应尽可能使“定位基准”与“设计基准”重合。 对刀找正工件零点的方法，即“刀位点”与“对刀点”的重合操作：先把零件毛坯初步安装，用千分尺找正零件的基准面，然后夹紧。对刀点找正零点的步骤： 1）操作机床返回机械零点。 2）移动机床将对导杆慢慢接近零件。 自动对刀FLASH

30 1.4 数控加工坐标系 1.4.3 加工坐标系与工件原点 工件坐标是编程人员在编制零件加工程序时根据零件图样所确定的坐标系。它是编程人员在程序编制时，根据所加工零件的图样确定某一固定点作为原点所建立的坐标系，编程时编程尺寸都按工件坐标系中的坐标值确定。加工时，工件随夹具安装在机床上后，测量工件原点与机床原点间的距离，此方法称为工件原点偏置。如图所示，加工前，将该偏置值输入到数控装置，加工时工件原点偏置值能自动加到工件坐标系上，使数控系统按机床坐标系确定的工件坐标值进行加工。 工件原点选择的原则： ⑴工件原点选在工件图样的尺寸基础上。 ⑵能使工件方便地装夹、测量和检验。 ⑶工件原点尽量选在尺寸精度高、粗糙度较小的工件表面上。 ⑷对有对称形状的几何零件，工件原点最好选在对称中心上。

31 1.4 数控加工坐标系 有了原点偏置，编程人员可以在编程时不考虑工件在机床上的安装位置和安装精度，而利用数控系统的原点偏置功能，补偿工件的装卡误差，如下图所示。 工件原点偏置 立卧式数控机床坐标系 31

32 1.4 数控加工坐标系 1.4.4 数控机床的自由度 一般机械的自由度是指具有确定运动时所必须给定的独立运动参数的数目。例如，在笛卡尔坐标系中，具有沿X、Y、Z三坐标直线移动和围绕三坐标轴旋转共六个自由度。 数控机床在进行连续（轨迹）控制过程中，若干轴同时动作或同时受控称为联动。联动的轴数越多，数控系统的功能能越强，同时数控机床的加工功能也越强。

33 1.4 数控加工坐标系 1.4.5 数控机床绝对坐标与相对坐标
刀具（或工件）运动位置的坐标值均是相对于某一固定坐标原点计算的坐标系，称为绝对坐标系。如下图所示，A、B两点的坐标值是相对于固定坐标原点计算的，其坐标值分别为： XA=10，YA=10； XB=50，YB=40 刀具（或工件）运动位置的终点坐标值均是相对于起点坐标计算的坐标系，称为相对坐标系（或增量坐标系），常用代码表中的第二坐标系U、V、W表示。 U、V、W分别于X、Y、Z轴平行且同向。在下图中，B点是相对于起点A给出的，其相对坐标值为： UB=40，VB=30 因此，以起点A为原点建立的U—V坐标系称为相对（增量）坐标系。 绝对坐标 相对坐标

34 1.4 数控加工坐标系 最小设定单位与编程尺寸的表示法
机床的最小设定单位，即数控系统能实现的最小位移量，是机床的一个重要技术指标，又称最小指令增量或脉冲当量。一般为0.0001~0.01mm，视具体数控机床而定。 在编程时，所有的编程尺寸都要转换成与最小设定单位相对应的数量。编程尺寸由两种表示方法：一种是以最小设定单位（脉冲当量）为最小单位来表示；另一种是以毫米为单位，以有效位小数来表示。例如某坐标点的尺寸为X=125.30mm，Z= mm，最小设定单位为0.01mm，则 第一种方法表示为：X Z40525 第二种方法表示为：X Z405.25 目前这两种方法都有应用，不同的数控机床有不同的规定。编程时，数据用哪种方法表示，一定要遵守具体机床的规定。

35 采用数字控制（Numerical Control 简称NC）技术进行机械加工的思想最早来自美国，数控机床最早产生于美国。
1.5 数控机床的产生与发展 1.5.1 数控机床的产生 采用数字控制（Numerical Control 简称NC）技术进行机械加工的思想最早来自美国，数控机床最早产生于美国。 1947年，为精确制作直升飞机叶片样板，美国帕森斯（PARSONS）公司设想利用数字计算机对叶片轮廓的加工路径进行了数据处理，使得加工精度达到0.0381mm,这是最早将数字控制技术运用到机械加工中的实例。 1949年，美国空军为了在短时间内制造出经常变更设计的火箭零件，委托帕森斯公司与麻省理工学院伺服机构研究所经过三年的研究，于1952年研制成功世界上第一台数控铣床，并命名为“Numerical Control”，当时所用的电子元件是电子管。

36 自1952年第一台数控铣床在美国诞生以来，随着电子技术、计算机技术、自动控制和精密测量技术的发展，数控机床得到迅速的发展和更新换代。
1.5 数控机床的产生与发展 1.5.2 数控机床的发展 自1952年第一台数控铣床在美国诞生以来，随着电子技术、计算机技术、自动控制和精密测量技术的发展，数控机床得到迅速的发展和更新换代。 数控机床的发展关键取决于数控系统的发展，数控系统的发展先后经历了两个阶段、六代的发展历程。 第一阶段 即NC阶段：电子管（1952）、晶体管（1959）、小规模集成电路（1965）三代。 第二阶段 四代CNC阶段：1970年小型计算机开始用于数控系统。 五代MNC阶段：1974年微处理器开始用于数控系统。 六代PC-CNC阶段：20世纪90年代后，基于PC机的数控系统。

37 1958年，由清华大学研制出我国最早的数控机床样机。
1.5 数控机床的产生与发展 1.5.3 国内数控机床的发展 1958年，由清华大学研制出我国最早的数控机床样机。 1966年，我国第一台用直线—圆弧插补的晶体管数控系统。 1970年，研制成功集成电路数控系统。 1980年以来，通过研究和引进技术，我国的数控机床发展很快。目前能够开发和生产具有自主知识产权的中、高档数控系统，取得了可喜的成果。我国数控机床产品已经覆盖了车床、铣床、镗铣床、钻床、磨床、加工中心及齿轮机床等，品种超过500种。

38 1.5 数控机床的产生与发展 1.5.4 自动编程系统的发展 20世纪50年代后期，美国首先研制成功了APT（Automatically Programmed Tools）系统。它具有语言直观易懂、制带快捷、加工精度高等优点，并很快成为广泛使用的自动编程系统。 20世纪60年代和70年代，又先后发展了 APT Ⅲ和APT Ⅳ系统，主要用于轮廓零件的编程。APT语言系统庞大，需要大型通用计算机，不适用于中小用户。后来又开发了比较灵活、针对性强的可用小型计算机的自动编程系统ADAPT等。 在西欧和日本，也在引进美国技术的基础之上发展各自的自动编程系统，如德国的EXAPT系统、法国的IFAPT系统、英国的2CL系统以及日本的FAPT和HAPT系统。 1972年，美国洛克希德飞机公司研发具有计算机辅助设计、绘图和数控编程一体化的CAD/CAM，由此标志一种新型的计算机自动编程方法的诞生。

39 1978年法国达索飞机公司研发出具有三维设计、分析和数控编程一体化功能的CATIA系统。
1.5 数控机床的产生与发展 1.5.4 自动编程系统的发展 1978年法国达索飞机公司研发出具有三维设计、分析和数控编程一体化功能的CATIA系统。 1983年，美国Unigraphics Solutions公司开发研制UG Ⅱ CAD/CAM系统，这是目前应用最广泛的CAD/CAM软件之一。 20世纪80年代以后，各种不同的CAD/CAM自动编程系统雨后春笋般地发展起来，如Master CAM、Surf CAM、Pro/Engineer等。 20世纪90年代中期以后，数控自动编程系统更是向着集成化、智能化、网络化、并行化和虚拟化方向发展。 我国自动编程系统发展较晚，但进步很快，目前主要用于航空零件加工的SKC系统以及ZCK、ZCB系统和用于线切割加工的SKG系统等。

40 数控机床总的发展趋势是工序集中、高速、高效、高精度以及方便使用，提高可靠性。 当前，世界数控机床及其装备发展趋势主要体现在以下几个方面：
1.5 数控机床的产生与发展 1.5.5 数控机床的发展趋势 数控机床总的发展趋势是工序集中、高速、高效、高精度以及方便使用，提高可靠性。 当前，世界数控机床及其装备发展趋势主要体现在以下几个方面： 1.高速化 2.高柔性化 3.高精度化 4.高可靠性 自适应控制技术 专家系统技术 模式识别技术 5.智能化： 故障自动诊断、自修复技术 智能化交流伺服驱动

41 1.5 数控机床的产生与发展 1.5.5 数控机床的发展趋势 1.高速化：实现数控设备高速化的关键是提高主轴切削速度、进给速度和减少辅助时间。目前车削和铣削的切削速度已经达到5000~8000m/min以上；主轴转速达到30000~100000r/min；工作台的移动速度，当分辨率为1μm时，达到100m/min以上;当分辨率为0.1μm时，达到24m/min以上。 2.高柔性化：采用柔性自动化设备或系统，是提高加工精度和效率，缩短生产周期，适应市场变化和提高竞争力的有效手段。如采用可编程控制器（PLC）控制、柔性加工单元（FMC）、柔性制造系统（FMS）以及介于自动线与FMS之间的柔性制造线（FML）。 3.高精度化：现代超精密加工机床的精度已经从微米级到亚微米级，乃至纳米级（＜10nm）。一般可通过减少数控系统的误差和采用机床误差补偿技术实现。

42 1.5 数控机床的产生与发展 1.5.5 数控机床的发展趋势 4.高可靠性：数控机床的可靠性一直是用户最关心的主要指标。数控系统将采用更高集成度的电路芯片、利用大规模或超大规模的专用及混合式集成电路，以减少元器件数量，提高可靠性。通过硬件功能软件化，以适应各种控制功能的要求，同时采用硬件结构机床本体的模块化、标准化、通用化以及系列化。 通过自动运行启动诊断、在线诊断、离线诊断等多种诊断程序，实现对系统软硬件和外部设备进行故障诊断和警报、自修复等。

43 1.5 数控机床的产生与发展 1.5.5 数控机床的发展趋势 5.智能化
随着人工智能在计算机领域的不断渗透好人发展，为适应制造产业柔性化、自动化发展的需要，智能化正成为数控机床研发的热点，不仅贯穿于生产加工过程，还贯穿于产品的售后服务和维修。 ①自适应控制技术：可根据切削条件的变化，自动调节工作参数，使加工过程保持最佳状态，从而得到较高的加工精度和较小的表面粗糙度，同时也能提高刀具的使用寿命和设备的生产效率。 ②专家系统技术：将专家经验和切削加工一般规律与特殊规律存入计算机，以工艺参数数据库为支持，建立具有人工智能的专家系统，提供最优切削参数。 ③模式识别技术：应用图像识别和声控技术，使机器自动辨认图样，按照自然语言命令进行加工。 ④故障自诊断、自修复技术：在整个工作过程中，系统随时对CNC系统本身以及与其相连的各种设备进行自诊断、检查。一旦出现故障，立即采用停机等措施，进行故障报警，提示发生故障的部位、原因等，并利用“冗余”技术，自动使故障模块脱机，而联通备用模块。 ⑤智能化交流伺服驱动技术：目前已开始研究能自动识别负载并自动调整参数的智能化伺服系统，包括智能主轴交流驱动装置和智能化进给伺服装置，使驱动系统获得最佳运行。

44 The End！