什么是数控技术(什么是数控技术？)

什么是数控技术？
数控技术，简称“数控”。英文：Numerical Control（NC）。是指用数字、文字和符号组成的数字指令来实现一台或多台机械设备动作控制的技术。它所控制的通常
数控技术
是位置、角度、速度等机械量和与机械能量流向有关的开关量。数控的产生依赖于数据载体和二进制形式数据运算的出现。1908年，穿孔的金属薄片互换式数据载体问世；19世纪末，以纸为数据载体并具有辅助功能的控制系统被发明；1938年，香农在
进行了数据快速运算和传输，奠定了现代
，包括计算机数字控制系统的基础。数控技术是与
控制密切结合发展起来的。1952年，第一台
问世，成为世界机械工业史上一件划时代的事件，推动了自动化的发展。
数控机床
现在，数控技术也叫计算机数控技术，目前它是采用计算机实现数字
控制的技术。这种技术用计算机按事先存贮的控制程序来执行对设备的控制功能。由于采用计算机替代原先用硬件逻辑电路组成的数控装置，使输入数据的存贮、处理、运算、逻辑判断等各种控制机能的实现，均可以通过计算机软件来完成。
数控技术的发展趋势
数控技术的应用不但给传统制造业带来了革命性的变化，使制造业成为工业化的象征，而且随着数控技术的不断发展和应用领域的扩大，他对国计民生的一些重要行业（
、汽车、轻工、医疗等）的发展起着越来越重要的作用，因为这些行业所需装备的数字化已是现代发展的大趋势。从目前世界上数控技术及其装备发展的趋势来看，其主要研究热点有以下几个方面。
1.高速、高精加工技术及装备的新趋势
效率、质量是
的主体。高速、高精加工技
数控机床工作流程
术可极大地提高效率，提高产品的质量和档次，缩短生产周期和提高市场竞争能力。为此
先端技术研究会将其列为5大现代制造技术之一，国际生产工程学会（CIRP）将其确定为21世纪的中心研究方向之一。
在轿车工业领域，年产30万辆的生产节拍是40秒/辆，而且多品种加工是轿车装备必须解决的重点问题之一；在航空和宇航工业领域，其加工的零部件多为薄壁和薄筋，刚度很差，材料为铝或铝合金，只有在高切削速度和切削力很小的情况下，才能对这些筋、壁进行加工。近来采用大型整体铝合金坯料“掏空”的方法来制造机翼、机身等大型零件来替代多个零件通过众多的铆钉、
和其他联结方式拼装，使构件的
、刚度和可靠性得到提高。这些都对加工装备提出了高速、高精和高柔性的要求。
从EMO2001展会情况来看，
进给速度可达80m/min，甚至更高，空运行速度可达100m/min左右。目前世界上许多汽车厂，包括我国的
，已经采用以高速
组成的生产线部分替代组合机床。
CINCINNATI公司的HyperMach机床进给速度最大达60m/min，快速为100m/min，加速度达2g，主轴转速已达60000r/min。加工一薄壁飞机零件，只用30min，而同样的零件在一般高速铣床加工需3h，在普通铣床加工需8h；
DMG公司的双主轴
的主轴速度及加速度分别达12*!000r/mm和1g。
在加工精度方面，近10年来，普通级数控机床的加工精度已由10μm提高到5μm，精密级加工中心则从3～5μm，提高到1～1.5μm，并且超精密加工精度已开始进入纳米级(0.01μm)。
在可靠性方面，国外数控装置的MTBF值已达6 000h以上
数控机床组成
，伺服系统的MTBF值达到30000h以上，表现出非常高的可靠性。
为了实现高速、高精加工，与之配套的功能部件如电主轴、直线电机得到了快速的发展，应用领域进一步扩大。
2. 5轴联动加工和复合加工机床快速发展
采用5轴联动对三维曲面零件的加工，可用
最佳几何形状进行切削，不仅光洁度高，而且效率也大幅度提高。一般认为，1台5轴联动机床的效率可以等于2台3轴联动机床，特别是使用立方氮化硼等超硬材料铣刀进行高速铣削淬硬钢零件时，5轴联动加工可比3轴联动加工发挥更高的效益。但过去因5轴联动
、主机结构复杂等原因，其价格要比3轴联动数控机床高出数倍，加之编程技术难度较大，制约了5轴联动机床的发展。
当前由于电主轴的出现，使得实现5轴联动加工的复合主轴头结构大为简化，其制造难度和成本大幅度降低，数控系统的价格差距缩小。因此促进了复合主轴头类型5轴联动机床和复合加工机床（含5面加工机床）的发展。
在EMO2001展会上，新日本工机的5面加工机床采用复合主轴头，可实现4个垂直平面的加工和任意角度的加工，使得5面加工和5轴加工可在同一台机床上实现，还可实现倾斜面和倒锥孔的加工。德国DMG公司展出DMUVoution系列加工中心，可在一次装夹下5面加工和5轴联
数控装置
动加工，可由CNC系统控制或CAD/CAM直接或间接控制。
3. 智能化、开放式、网络化成为当代数控系统发展的主要趋势
21世纪的数控装备将是具有一定智能化的系统，智能化的内容包括在数控系统中的各个方面：为追求加工效率和加工质量方面的智能化，如加工过程的自适应控制，工艺参数自动生成；为提高驱动性能及使用连接方便的智能化，如前馈控制、
参数的自适应运算、自动识别负载自动选定模型、自整定等；简化编程、简化操作方面的智能化，如智能化的
、智能化的人机界面等；还有智能诊断、智能监控方面的内容、方便系统的诊断及维修等。
为解决传统的数控系统封闭性和数控应用软件的产业化生产存在的问题。目前许多国家对
进行研究，如美国的NGC(The Next Generation Work-Station/Machine Control)、欧共体的OSACA(Open System Architecture for Control within Automation Systems)、日本的OSEC(Open System Environment for Controller)，
的ONC(Open Numerical Control System)等。数控系统开放化已经成为数控系统的未来之路。所谓开放式数控系统就是数控系统的开发可以在统一的运行平台上，面向机床厂家和最终用户，通过改变、增加或剪裁结构对象（数控功能），形成系列化，并可方便地将用户的特殊应用和
集成到控制系统中，快速实现不同品种、不同档次的开放式数控系统，形成具有鲜明个性的
。目前开放式数控系统的体系结构规范、通信规范、配置规范、运行平台、数控系统功能库以及数控系统功能
等是当前研究的核心。
网络化数控装备是近两年国际著名机床博览会的一个新亮点。数控装备的网络化将极大地满足生产线、制造系统、制造企业对
的需求，也是实现新的制造
数控车床
模式如敏捷制造、虚拟企业、全球制造的基础单元。国内外一些著名数控机床和数控系统制造公司都在近两年推出了相关的新概念和样机，如在EMO2001展中，日本山崎马扎克（Mazak)公司展出的“CyberProduction Center”（智能生产控制中心，简称CPC)；日本大隈（Okuma）机床公司展出“IT plaza”（
广场，简称IT广场)；德国西门子(Siemens)公司展出的Open Manufacturing Environment（开放制造环境，简称OME）等，反映了数控机床加工向网络化方向发展的趋势。
4. 重视新技术标准、规范的建立
（1） 关于数控系统设计开发规范
如前所述，开放式数控系统有更好的通用性、柔性、适应性、扩展性，美国、欧共体和日本等国纷纷实施战略发展计划，并进行
数控系统规范(OMAC、OSACA、OSEC)的研究和制定，世界3个最大的经济体在短期内进行了几乎相同的科学计划和规范的制定，预示了数控技术的一个新的变革时期的来临。我国在2000年也开始进行中国的ONC数控系统的规范框架的研究和制定。
（2） 关于数控标准
数控标准是
发展的一种趋势。数控技术诞生后的50年间的
都是基于ISO6983标准，即采用G，M代码描述如何（how）加工，其本质特征是面向加工过程，显然，他已越来越不能满足现代数控技术高速发展的需要。为此，国际上正在研究和制定一种新的CNC系统标准ISO14649（STEP－NC)，其目的是提供一种不依赖于具体系统的中性机制，能够描述产品整个
数控铣床
生命周期内的统一数据模型，从而实现整个制造过程，乃至各个工业领域产品信息的标准化。
的出现可能是数控技术领域的一次革命，对于数控技术的发展乃至整个制造业，将产生深远的影响。首先，STEP-NC提出一种崭新的制造理念，传统的制造理念中，NC
都集中在单个计算机上。而在新标准下，NC程序可以分散在互联网上，这正是数控技术开放式、网络化发展的方向。其次，STEP-NC数控系统还可大大减少加工图纸（约75％）、加工程序编制时间（约35％）和加工时间（约50％）。
目前，欧美国家非常重视STEP-NC的研究，
发起了STEP-NC的IMS计划(1999.1.1～2001.12.31)。参加这项计划的有来自欧洲和日本的20个CAD/CAM/CAPP/CNC用户、厂商和学术机构。美国的STEP Tools公司是全球范围内制造业数据交换
的开发者，他已经开发了用作数控机床加工信息交换的超级模型(Super Model)，其目标是用统一的规范描述所有加工过程。目前这种新的数据交换格式已经在配备了SIEMENS、FIDIA以及欧洲OSACA-NC数控系统的原型样机上进行了验证。
数控机床程序编制
一.数控机床编程的方法
数控机床程序编制的方法有三种：即手工编程、自动编程和
加工中心
CAD/CAM 。
1. 手工编程
由人工完成零件图样分析、工艺处理、数值计算、书写程序清单直到程序的输入和检验。适用于点位加工或几何形状不太复杂的零件，但是，非常费时，且编制复杂零件时，容易出错。
2. 自动编程
使用计算机或程编机，完成
的编制的过程，对于复杂的零件很方便。
3. CAD/CAM
利用CAD/
，实现造型及图象自动编程。最为典型的软件是Master CAM，其可以完成铣削二坐标、三坐标、四坐标和五坐标、车削、
的编程，此类软件虽然功能单一，但简单易学，价格较低，仍是目前中小企业的选择。
二.数控机床程序编制的内容和步骤
1. 数控机床编程的主要内容
分析零件图样、确定加工工艺过程、进行数学处理、编写程序清单、制作控制介质、进行程序检查、输入程序以及工件试切。
2. 数控机床的步骤
1) 分析零件图样和工艺处理
根据图样对零件的几何形状尺寸，技术要求进行分析，明确加工的内容及要求，决定加工方案、确定加工顺序、设计夹具、选择刀具、确定合理的
及选择合理的切削用量等。
同时还应发挥数控系统的功能和数控机床本身的能力，正确选择对刀点，切入方式，尽量减少诸如换刀、转位等
2) 数学处理
编程前，根据零件的几何特征，先建立一个工件坐标系，
数控系统的功能
根据零件图纸的要求，制定加工路线，在建立的工件坐标系上，首先计算出刀具的
。对于形状比较简单的零件（如直线和圆弧组成的零件），只需计算出几何元素的起点、终点、圆弧的圆心、两几何元素的交点或切点的坐标值。
3) 编写零件程序清单
加工路线和工艺参数确定以后，根据数控系统规定的指定代码及
，编写零件程序清单。
4) 程序输入
5) 程序校验与首件试切
程序的结构
1. 程序的构成：由多个
组成。
O0001；Ｏ（FANUC-O,AB8400-P,SINUMERIK8M-%）机能指定
，每个程序号对应一个加工零件。
N010 G92 X0 Y0；分号表示程序段结束
N020 G90 G00 X50 Y60；
…；可以调用子程序。
N150 M05；
N160 M02；
2. 程序段格式：
1) 字地址格式：如N020 G90 G00 X50 Y60；
最常用的格式，
都采用它。地址Ｎ为程序段号，地址Ｇ和数字９０构成字地址为准备功能，…。
2) 可变程序段格式：如B2000 B3000 B B6000；
使用分割符Ｂ各开各个字，若没有数据，分割符不能省去。常见于数控
，另外，还有３Ｂ编程等格式。
3) 固定顺序程序段格式：如00701+0；
比较少见。其中的数据严格按照顺序和长度排列，不得有
西门子系统控制的机器人
误，上面程序段的意思是：N007 G01 X+02500 Y-13400 F15 S30 M02；
的数学处理
零件图的数学处理主要是计算零件加工轨迹的尺寸，即计算零件加工轮廓的基点和节点的坐标，或刀具中心轮廓的基点和节点的坐标，以便编制加工程序。
一．基点坐标的计算
一般数控机床只有直线和圆弧插补功能。对于由直线和圆弧组成的平面轮廓，编程时数值计算的主要任务是求各基点的坐标。
1. 基点的含义
构成零件轮廓的不同几何素线的交点或切点称为基点。基点可以直接作为其运动轨迹的起点或终点。
2. 直接计算的内容
根据填写加工程序单的要求，基点直接计算的内容有：每条运动轨迹的起点和终点在选定坐标系中的坐标，圆弧运动轨迹的圆心坐标值。
基点直接计算的方法比较简单，一般可根据零件图样所给的已知条件用人工完成。即依据零件图样上给定的尺寸运用代数、三角、几何或解析几何的有关知识，直接计算出数值。在计算时，要注意小数点后的位数要留够，以保证足够的精度。
二．节点坐标的计算
对于一些平面轮廓是非圆方程
Y=F（X）组成，如渐开线、
等，只能用能够加工的直线和圆弧去逼近它们。这时数值计算的任务就是计算节点的坐标。
1. 节点的定义
当采用不具备非圆曲线插补功能的数控机床加工非圆曲线轮廓的零件时，在加工程序的编制工作中，常用多个直线段或圆弧去近似代替非圆曲线，这称为拟合处理。拟合线段的交点或切点称为节点。
2. 节点坐标的计算
节点坐标的计算难度和工作量都较大，故常通过计算机完成，必要时也可由人工计算,常用的有直线逼近法（等间距法、等步长法、和等误差法）和圆弧逼近法。
有人用AutoCAD绘图，然后捕获坐标点，在精度允许的范围内，
发那科数控系统
也是一个简易而有效的方法．
培养目标：
本专业培养学生从事数控加工、机械
与制造、生产
方面的高等工程技术应用型人才。要求学生能在生产现场从事产品制造、开发工作，或在技术部门从事工艺、管理工作。主要培养学生
、加工及
、数控铣床、数控加工中心及其它
的操作维修、维护方面的
和专业知识。并能获得国家
颁发的数控工艺员技术等级证书，车钳工等级证书。
主干课程设置：
及计算机绘图，工程力学，
，单片机原理及接口技术，机械制造技术基础，
基础，电气
，数控机床控制技术和系统，数控机床原理及应用，
，CAD/CAM技术，
，数控机床维修技术。AUTOCAD平面绘图,MASTERCAM三维设计,PRO/E实体造型。以及金工实训，车钳工实训，数控车实训 。
就业情况：
本专业毕业生主要面向珠三角外资大中型企事业单位及国有企事业单位的操作、销售、工艺、设备维护等部门，主要培养
人员、数控编程工艺人员、NC数控编程、数控设备维修人员、数控设备营销人员。此外还能从事CAD/CAM软件应用，数控系统或设备的销售与技术服务工作，数控设备的安装调试及维护，以及车间生产组织与管理等工作.NC数控编程，现在在沿海一带工资基本算数控方面非常高的一个项目！！
SAJ数控技术变频器主要特点：
1、低频力矩大、输出平稳
数控技术变频器
2、高性能矢量控制
3、转矩动态响应快、稳速精度高
4、减速停车速度快
5、抗干扰能力强
国产数控机床技术的不足
长期以来，国产数控机床始终处于低档迅速膨胀，中档进展缓慢，高档依靠进口的局面，特别是国家重点工程需要的
主要依靠进口，技术受制于人。究其原因，国内本土数控机床企业大多处于“粗放型”阶段，在产品设计水平、质量、精度、性能等方面与国外先进水平相比落后了5-10年；在高、精、尖技术方面的差距则达到了10-15年。同时中国在应用技术及
方面的能力也还比较低，相关的技术规范和标准的研究制定相对滞后，国产的数控机床还没有形成品牌效应。同时，中国的数控机床产业目前还缺少完善的技术培训、服务网络等支撑体系，市场营销能力和经营管理水平也不高。更重要原因是缺乏
，完全拥有
的数控系统少之又少，制约了数控机床产业的发展。
国外公司在中国数控系统销量中的80％以上是普及型数控系统。如果我们能在普及型数控系统产品快速产业化上取得突破，中国数控系统产业就有望从根本上实现战略反击。同时，还要建立起比较完备的高档数控系统的自主创新体系，提高中国的自主设计、开发和成套生产能力，创建国产自主品牌产品，提高中国高档数控系统总体技术水平。
培训目标
培养适应现代化经济建设需要，德、智、体全面发展，具有扎实的数控机床加工专业知识，有较强的动手能力，能在生产一线的智能、
型操作岗位上，从事数控加工和数控设备操作与管理的人才。[1]
主要课程
机械制图、
基础、金属材料与热处理、
、工程力学、
、机床夹具、金属切削原理与刀具、
、电工电子基础及操作技能、
数控车床加工技术、
、电火花加工技术、AutoCAD、PRO/E三维造型与设计、UG三维设计与数控编程、MASTERCAM三维设计与数控编程、
与维护。
引就业方向
、机械产品设计，数控编程与加工操作，数控设备安装、调试与操作，数控设备故障诊断与维修、改造及售后服务等工作。
全书共分7章。系统介绍数控机床的基础知识；数控系统的组成、工作原理及数控机床PLC的应用；数控加工编程的方法与原理；数控机床位置检测装置；数控系统中的
和速度位移的伺服控制技术；数控机床的机械结构；数控机床的使用与维护等。重点突出数控机床的应用。
该教材的设计和编写努力体现高职教育教材的发展趋势：
（1）国际化。加入WTO后，中国正在逐步变成“世界制造中心”。我们参照发达国家美国、
先进的CBE模块式教材的经验，与国际接轨，以适应人才培养国际化的进程。
（2）前瞻性。教材要有适当超前经济和社会发展的意识。本教材内容不仅努力反映最新的科技成果和社会动态，还要努力随着数控职业岗位对知识、能力结构要求的变化而变化。同时，注重用先进的科学观点和行业规范调整、组织教材，形成先进的教材结构，使学习对象站在知识的最高点，以具有高瞻远瞩的眼光。
（3）个性化。以就业为导向，根据高职培养模式、培养规格和教学内容的特点，本教材尽量体现“以职业岗位能力为本位，以工作过程为主线，以应用为重点”的高职机电类
专业、教师、培养对象的特色和个性。
>> 工业技术 >> 金属学与金属工艺内容简介
数控加工是机械制造中的先进加工技术。它的广泛使用给
的生产方式、产品结构、产业结构带来了深刻的变化，是制造业实现自动化、柔性化、集成化生产的基础。为适应这种趋势，在教育部机械学科教学指导委员会的指导下，于2005年一2006年专门组织了全国
召开多次会议，成立了普通高等院校机械精品教材编写小组，确定了各教材体系和课程结构框架。本书正是根据会议确定的“数控技术”课程基本要求，从该课程的普通高等院校教育目标及知识、能力和
要求出发，按照该课程的教材编写大纲而编写的。
本书共分八章，介绍了数控机床的基本概念、原理、计算和设计方法，结合
的需要，着重阐述了计算机数控系统的硬件和
、进给伺服系统、检测装置、数控加工程序的手工编制和采用MASTER CAM软件自动编制等内容。本书取材新颖，内容全面，根据数控系统内部信息流处理过程为主线展开阐述、由浅入深、循序渐进，理论密切联系实际，并注重机电结合和系统理念，反映了当今世界机床数控系统技术的发展前沿。
本书主要用作高等工科院校机械工程及自动化专业“数控技术”课程的教材，也可用作夜大、函授和
的同类专业的教材，还可供从事数控技术、数控机床设计和研究的