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数控机床的发展与现状 数控机床的发展历史和趋势篇一

摘 要

为了适应机械行业的发展趋势，简化一般工厂中工人的劳动量，在本设计中应用简单的数控系统设计。就实际情况分析，一般的机械加工精度和效率足以完成工作需求，不需要高精密的数控系统，但考虑一般机械系统实现自动化生产相对比较困难，而且实现起来相当复杂，设备比较庞大。然而这些问题可以在一个非常简单的数控系统中很容易的得到很好的解决。随着微型计算机系统的发展，性能的不断提高，大范围应用的普及，应用一个简单的数控系统来完成一般的工作，在一般的小型工厂中足可以实现。

本次设计的铣床，除了能进行铣削加工，主轴上安装不同的刀具时，还可以进行钻孔或攻丝加工。所以我们采用了如下的设计方案：进给系统采用大惯量宽调速直流伺服电动机，滚珠丝杠，双螺母垫片调整预紧间隙，导轨副采用直线滚动导轨副，主传动系统采用无级调速电机。

在设计过程中，我得到了老师的精心指导，帮我收集了很多我无法找到的资料。袁老师在完成繁重的教学任务之余，经常拖着疲惫的身体，对我们的工作进行仔细地审查，针对我们的情况，进行了耐心的讲解，从设计的原理到结构功能，做出了大量的指导性工作，使我们对所要设计的课题有了更深的了解，在这里也要感谢同组同学的热心帮助，同学们总是微笑着面对我的提问，耐心讲解，使我对有些问题有更加清楚的认识。

关键词：总体结构布局 铣床传动方式 主传动系统 进给系统

abstract in order to adapt to the machinery industry development trends, simplified general factory workers in the labor, in the design of a simple numerical control system the actual situation analysis, the general machining accuracy and efficiency needs to complete its work, do not need high-precision numerical control system, but considering the general mechanical system to automate production is relatively difficult and very complex to achieve, equipment relatively r, these problems can be in a very simple numerical control system in very easy to get a good the development of micro-computer system, the continuous improvement of performance, large-scale application of the universal application of a simple numerical control system to complete the work in general, the small factories in general can be achieved in processing center, in addition to a milling, spindle installed on a different tool, can also carry out drilling or tapping ore, we have adopted the design of the programmes are as follows: feeding system using the inertia of wide speed range dc servo motor, ball screw, double-nut pads adjust preload gap, the rails of a rail line rolling deputy, the main drive system adopts the-speed the design process, i was given the careful guidance of teachers hsu, to help me collect a lot i can not find the teachers completed the arduous task of teaching, while towing tired of the daily physical, to our work carefully review the situation against us, on a patient, from design to the principles of structure and function, to a lot of guidance, so that we have to design the machine gained a deeper understanding of the same group here also like to thank the enthusiastic help students, the students have always smiling face

of my question, patiently explained to me for some the problem is more clear ds ：the overall structure layout transmission feed system main drive system

目 录

1绪论...................................................................2 1.1数控机床的产生及发展.......................................2 1.2数控机床的组成及分类.....................................3 1.3数控机床的特点...........................................3 2设计的主要参数及基本思想...............................................4 2.1 课题要求.............................................................4 2.2 总结构设计...........................................................4 2.3 铣床总布局的确定.....................................................5 3数铣床的设计和计算.....................................................6 3.1 主传动系统的设计.....................................................6 3.2 进给系统的设计.......................................................9 3.3 进给系统的计算......................................................10 4 数控系统的介绍及选择..................................................10 4.1数控及计算机数控....................................................10 4.2 计算机数控系统的内部工作过程........................................10 4.3数控系统的特点......................................................11 5 夹具的选择及介绍......................................................11 5.1 数控铣床夹具介绍....................................................11 5.2 技术要求............................................................12 5.3 对夹具零部件的要求..................................................13 结论...................................................................15 致谢...................................................................16 参考文献................................................................17

1绪论

机械制造业是国民经济的支柱产业。据统计，我国的机械制造业在工业总产值中占40%。可以说，没有发达的机械制造业，就不可能有国家的真正繁荣的富强。而机械制造业的发展规模和水平，则是反映国民经济实力和科学技术水平的重要标志之一。提高加工效率、降低生产成本、提高加工质量、快速更新产品，是机械制造业竞争和发展的基础，也是机械制造业技术水平的标志。

1.1数控机床的产生及发展

数字控制机床是用数字代码形式的信息(程序指令)，控制刀具按给定的工作程序、运动速度和轨迹进行自动加工的机床，简称数控机床。数控机床具有广泛的适应性，加工对象改变时只需要改变输入的程序指令；加工性能比一般自动机床高，可以精确加工复杂型面，因而适合于加工中小批量、改型频繁、精度要求高、形状又较复杂的工件，并能获得良好的经济效果。

随着数控技术的发展，采用数控系统的机床品种日益增多，有车床、铣床、镗床、钻床、磨床、齿轮加工机床和电火花加工机床等。此外还有能自动换刀、一次装卡进行多工序加工的加工中心、车削中心等。80年代初，随着计算机软、硬件技术的发展，出现了能进行人机对话式自动编制程序的数控装置；数控装置愈趋小型化，可以直接安装在机床上；数控机床的自动化程度进一步提高，具有自动监控刀具破损和自动检测工件等功能。

随着微电子技术、计算机技术和软件技术的迅速发展，数控机床的控制系统日益趋向于小型化和多功能化，具备完善的自诊断功能；可靠性也大大提高；数控系统本身将普遍实现自动编程。未来数控机床的类型将更加多样化，多工序集中加工的数控机床品种越来越多；激光加工等技术将应用在切削加工机床上，从而扩大多工序集中的工艺范围；数控机床的自动化程度更加提高，并具有多种监控功能，从而形成一个柔性制造单元，更加便于纳入高度自动化的柔性制造系统中。

1.2 数控机床的组成及分类

1.2.1 数控机床的组成

数控机床由：程序、输人/输出装置、cnc单元、伺服系统、位置反馈系统、机床本体组成:（1）程序的存储介质，又称程序载体（2）输人/输出装置（3）cnc单元(4)伺服系统(5)位置反馈系统（检测反馈系统）(6)机床的机械部件。对于加工中心类的数控机床，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更便于实现自动化扩展。1.2.2 数控机床分类

数控机床按所能实现的控制功能分为点位控制、直线控制、连续轨迹控制三类。根据机床伺服驱动控制方式的不同，可将机床分为开环控制、半闭环控制和闭环控制三种类型。

1.3 数控机床的特点

1、数控系统取代了通用机床的手工操作，具有充分的柔性，只要重新编制零件程序，更换相应工装，就能加工出新的零件。

2、零件加工精度一致性好，避免了通用机床加工时人为因素的影响。

3、生产周期短，特别适合小批量、单件零件的加工。

4、可加工复杂形状的零件，如二维轮廓或三维轮廓加工。

5、易于调整机床，与其他加工方法相比，所需调整时间较少。

6、易于建立计算机通信网络。设备初期投资大。

7、由于系统本身的复杂性，增加了维修的技术难度和维修费用。设计的主要参数及基本思想

2.1 课题要求

三坐标立式数控铣床可实现x向（纵向）、y（横向）、z（升降）三个方向的自动移动，控制灵活，定位准确，精度高，刚性好，可用端铣刀或立铣刀完成平面铣削，台阶面铣削，开槽、凸轮曲面加工，型腔曲面加工以及外形曲面的加工。机床的数控系统可选用进口或国 6

产三轴数控系统，配置灵活，机床的三个方向定位精度达0.012，重复定位精度0.006。机床动力头可选用标准铣削头，也可选用专用单轴铣削头或多轴铣削头，效率高，刚性好，精度高，用于平面加工可达平面度0.03／300。

2.2 总结构设计

1、设计要求：

⑴、具有大的切削功率，高的静、动态刚度和良好的抗震性能； ⑵、具有较高的几何精度、传动精度和热稳定性； ⑶、具有实现辅助操作自动化的结构部件。

2、提高机床的结构刚度

机床的刚度是指在切削力和其他力作用下，抵抗变形能力。机床的床身和立柱等支承件，采用钢板和型钢焊接而成具有减小质量提高刚度的显著优点。用钢板焊接有可能将构件做成全封闭的箱形结构，从而有利于提高构件的刚度。在立柱的中间布置上隔板，可以提高构件的刚度。

合理的结构布局也可以提高刚度。本次设计的铣床工作台只做横向和纵向进给运动，刀具可以上下移动，这样可以避免加工较重零件时，升降式工作台刚度不足的问题。

3、提高机床的抗震性

装配在一起的旋转部件，应保证同轴，并且要消除传动间隙。装在机床是的电机等旋转部件需隔振安装。减少机床内部震源或降低激振力，就减少了产生强迫振动的可能性，相当于提高了机床的抗震性。

4、提高低速进给的平稳性和运动刚度

⑴、减少动、静摩擦系数之差

执行部件所受的摩擦阻力主要来自导轨副，因此，选用滚动导轨，此外采用具有防爬作用的导轨润滑油，这种导轨润滑油中加有极性添加剂，能在导轨表面形成一层不易破裂的油膜，从而改变了导轨的摩擦特性。另外在进给传动系统中，采用滚珠丝杠螺母副，也可以减少摩擦系数之差。

⑵、提高传动系统的传动刚度

适当加大传动轴的直径，加强支承座的刚度，对轴承、丝杠螺母副和丝杠本身进行预紧可以提高传动刚度。

5、较小机床的热变形

机床的热变形，特别是数控机床的热变形，是影响加工精度的重要因素，引起热变形的热源主要是机床的内部热源，如主电机、进给电机发热，摩擦以及切削热等。热变形影响加工精度的原因，主要由于热源分布不均匀，热源产生的热量不等，各处零部件的质量不均，形成各部位的温升不一致，从而产生不均匀的温度场和不均匀的热膨胀变形，以致影响刀具与工件的正确相对位置。减少机床热变形及其影响措施是：

⑴、减少机床内部热源和发热量 采用低摩擦系数的导轨和轴承。

⑵、改善散热和隔热条件 主轴部件用强制润滑冷却，甚至采用制冷后的润滑油进行循环冷却；切削过程中发热最大，要进行强制冷却，并且要自动及时排屑。

本机床可以安装在恒温车间，并在使用前进行预热，使机床达到热稳定后再进行加工，这是在使用时防止热变形影响的一种措施。

6.提高机床的加工精度

由于滚珠丝杠不能自锁，所以在z坐标轴的伺服电机上应加上制动器。以防止主轴箱因自重滑落，影响加工精度。

2.3 铣床总布局的确定

根据以上所写的内容确定铣床的总布局如下图所示

1.立柱 2.主轴箱 3.床身 4.工作台 5.导轨3数铣床的设计和计算

3.1 主传动系统的设计

3.1.1 序言

数控铣床是高度自动化机床，数控铣床主传动系统的特点是：①机床有足够高的转速和大的功率，以适应高效率加工的需要；②主轴转速的变换迅速可靠，一般能自动变速；③主轴应有足够高的刚度和回转精度；④主轴转速范围应很广，如对铝合金材料的高速切削，几乎没有上限的限制，主轴最高转速取决于主传动系统中传动元件的允许极限(如主轴轴承允许的极限转速)，而最低转速则根据加工不锈钢等难加工材料的要求来确定。

主传动系统的的设计要求是：①具有更大的调速范围，并实现无级调速。数控铣床就要为了

保证加工时能选择合理的切削用量，充分发挥刀具的切削性能，从而获得最高的生产率、加工精度和表面质量，必须具有更高的转速和更大的调速范围。②、具有较高的精度和刚度，传动平稳，噪声低。数控机床加工精度的提高，与主传动系统的刚度密切相关。为此，应提高传动件的制造精度与刚度，采用高精度轴承及合理的支承跨距等，以提高主轴组件的刚度。③、良好的抗震性和热稳定性。数控机床上一般既要进行粗加工，又要进行精加工；加工时可能由于断续切削、加工余量不均匀、运动部件不平衡以及切削过程中的自激振动等原因引起的冲击力或交变力的干扰，使主轴产生振动，影响加工精度和表面粗糙度，严重时甚至破坏刀具或零件，使加工无法进行。因此在主传动系统中的各主要零部件不但要具有一定的静刚度，而且要求具有足够的抑制各种干扰力引起振动的能力－抗震性。3.1.2 铣床主传动方式的选择

主轴动力由无级调速电机产生，其与主轴直接相连来实现主轴的运动。

主轴电机采用北京数控设备厂的besk－3型调频主轴电机，其转速范围为22.5－4500r/min,额定功率为3kw。交流调速电机能达到的最高转速比同功率的直流电动机高，磨损和故障也少。

3.1.3 主轴组件的设计 ①、对主轴组件的性能要求：

主轴组件是机床主要部件之一。它的性能，对整机性能有很大的影响。主轴直接承受切削力，转速范围也很大，所以对主轴组件的主要性能提出如下要求：

旋转精度：主轴的旋转精度是指在装配后，在无载荷、低速转动的条件下，主轴安装工件或刀具部位的定心表面（铣床轴端的7：24锥孔）的径向和轴向跳动。旋转精度取决于各主要件如主轴、轴承、壳体孔等的制造、装配和调整精度。工件转速下的旋转精度还取决于主轴的转速、轴承的性能，润滑剂和主轴组件的平衡。

刚度：刚度主要反映机床或部件抵抗外载荷的能力。影响刚度的因素很多，如主轴的尺寸和形状，滚动轴承的型号、数量、预紧和配置形式，前后支承的跨距和主轴前悬伸，传动 10

件的布置方式等。数控机床既要完成粗加工，又要完成精加工，因此对其主轴组件的刚度应提出更高的要求。

温升：温升将引起热变形使主轴伸长，轴承间隙的变化，降低了加工精度；温升也会降低润滑度的粘度，恶化润滑条件。因此对高精度机床应研究如何减少主轴组件的发热，如何控温等。

可靠性：数控机床是高度自动化机床，所以必须保证工作可靠性。

精度保持性：对数控机床的主轴组件必须有足够的耐磨性，以便长期保持精度。以上这些要求，有的是矛盾的。例如高刚度与高速，高速与低温升，高速与高精度等。这要具体问题具体分析，例如设计高效数控机床的主轴组件时，主轴应满足高速和高刚度的要求；设计高精度数控机床时，主轴应满足高刚度、低温升的要求。本次设计的铣床，主轴应满足高刚度、低温升的要求。

②、主轴组件的组成和轴承选型：

主轴组件，包括主轴、轴承、传动件和相应的紧固件。主轴组件的构造，主要是支承部分的构造。主轴的端部是标准的。因此，研究主轴组件，主要是研究主轴的支承部分。

主轴较粗，主轴轴承的直径较大。相对来说，轴承的负载较轻。因此在一般情况下，承载能力和疲劳寿命不是选择主轴轴承的主要指标。

主轴轴承，应根据精度、刚度和转速选择。为了提高刚度和精度，主轴轴承的间隙应该是可调的。这是主轴轴承的主要特点。

为了提高刚度和承载能力，主轴为双支承，前支承采用双列短圆柱滚子轴承和双向推力角接触球轴承组合，双列短圆柱滚子轴承只能承受径向载荷，双向推力角接触角接触轴承与双列圆柱滚子轴承相配套，用于承受轴向载荷。后支承采用成对面对面安装的角接触轴承可承受双向载荷。

3.2 进给系统的设计

1、进给伺服系统的组成

数控机床的伺服系统一般由驱动控制单元、驱动元件、机械传动部件、执行件和检测反馈环节组成。驱动控制单元和驱动元件组成伺服驱动系统；机械传动部件和执行元件组成机械传动系统；检测元件与反馈电路组成检测装置，亦称检测系统。

2、⑴、①、②、③、④、⑤、⑵、① ② 量。

③

3、①、②、③、④、线性。

数控铣床对进给伺服系统的设计要求 在静态设计方面的要求有： 能够克服摩擦力和负载。很小的进给位移量。高的静态扭转刚度。足够的调速范围。

进给速度均匀，在速度很低时无爬行现象。在动态设计方面的要求有：、具有足够的加速和制动扭矩，以便快速的完成启动制动过程。、具有良好的动态传递性能，以保证在加工中获得高的轨迹精度和满意的表面质负载引起的轨迹误差尽可能小。

对于数控机床机械传动部件则有以下要求： 被加速的运动部件具有较小的惯量。高的刚度。良好的阻尼。

传动部件在拉压刚度、扭转刚度、摩擦阻尼特性和间隙等方面尽可能小的非现1

3.3 进给系统的计算

由于是静连接，选普通平键，圆头，普通平键连接的主要失效形式是键，轴上键槽和轮毂上键槽三者中较弱者被击溃。由于轮毂上的键槽深度较浅，轮毂的材料强度通常在三者中也最弱，所以平键联接的强度计算通常以轮毂为计算对象，计算键联接的强度时假设键与键槽侧面的压力均匀分布，并假设合力的作用点在轴半径处4 数控系统的介绍及选择 数控系统是数控机床的核心。数控机床根据功能和性能要求，配置不同的数控系统。系统不同，其指令代码也有差别。因此，编程时应按所使用数控系统代码的编程规则进行编程，功能越强大，操作越复杂。

4数控系统的介绍及选择

4.1数控及计算机数控

用数值数据的装置，在运行过程中，不断引入数值，从而对某一生产过程实现自动控制，叫做数值控制，简称数控。用计算机控制加工功能，实现数值控制，称为计算机数控。数控系统包括程序输入输出设备、数控装置、可编程序控制器（plc）、主轴驱动单元等。其中的数控装置通常称为数控或计算机数控。下图为数控系统结

机床数控程序输入设备输出设备计算机数控装置（cnc）plc主轴控制单元速度控制单元主轴电动机进给电动机位置监测器图4.1数控系统结构图

现代的数控装置都是采用计算机作为数控装置的核心，通过内部信息处理过程来控制数控机床数控装置通过主轴驱动单元控制主轴电动机的运行，通过各坐标轴的进给伺服驱动单元控制数控机床各坐标的运动，通过可编程控制器控制机床的开关电路。数控操作人员可通过数 13

控装置上的操作面板进行各操作，或通过通信接口，由远程进行操作，操作情况及一些内部信息处理结果可在数控装置是显示器中显示。

一般情况下，在数控加工之前，启动cnc，进行读入数控加工程序。此时，在数控装置内部是控制程序作用下，通过程序输入装置或输入接口读入数控加工程序，并存放于cnc的零件程序存储器或存储区域内。当开始加工时，在控制程序作用下将零件加工程序从存储器中读出，按程序段进行处理。先进行译码处理，将零件加工程序中的信息转化成计算机便于进行处理的内部形式，并将程序段的内容分成位置数据和控制指令，一并存放相应的存储区域。根据数据和指令的性质，以后大致进行3中流程处理：位置数据处理、主轴驱动处理、及机床开关功能控制。

1、位置处理

位置数据处理过程按数序大致有以下三个阶段：（1）、预处理。（2）、插补运算。（3）、位置控制的处理。

2、主轴驱动处理

3、机床开关功能控制

4.2数控系统的特点

本铣床的数控系统采用以工业pc机为硬件平台，dos及其丰富的支持软件为软件平台的是技术路线，使得系统具有可靠性好、性能价格比高、更新换代和维护方便、便于二次开发等优点。系统可与3到9轴联动的铣床和加工中心配套使用。系统除具有标准数控功能外，还内设二级电子齿轮、内装式可编程序控制器、双向式螺距补偿、加工断点保护与恢复、故障诊断与显示功能。独创的三维曲面直接插补功能，极大简化了零件程序信息和加工辅助工作。此外，系统使用汉字菜单和在线帮助，操作方便，具有三维仿真校验及加工过程动态跟踪能力，图形显示形象直观。夹具的选择及介绍

5.1 数控铣床夹具介绍

1．机床夹具的分类

机床夹具的种类很多，按驱动夹具工作的动力源分类，可分为手动夹具、气动夹具、液动夹具、电动夹具、磁力夹具、真空夹具和自夹紧夹具。2．机床夹具的组成

（1）、定位装置。（2）、加紧元件。（3）、夹具体。（4）、其他元件及装置。

3．工件、夹具在数控机床上的安装工件、夹具在数控机床上的安装与在普通机床上的安装，其定位和夹紧的基本原则是一致的，所不同的是整个数控和工艺系统，包括数控程序的编制，工件、夹具在数控机床工作台上的定位，都要求在工作台上确定一个坐标系统。在工作台上先确定零点，并建立x、y直角坐标系。整个工作台按x、y坐标系，从零点起分成若干等分。在工作台上安装的工件、夹具的定位的位置都从坐标原点，即机床工作台零点算起，标注为x和y的坐标值。

从数控机床工作台上的零点到夹具定位元件上的零点的x、y坐标值，以及从夹具定位元件上的零点到工件上的加工点的坐标值是分开标注的。但应注意，工件上的加工点的x的坐标值是数控机床工作台上零点到夹具定位元件上的零点x的坐标值和夹具定位元件上的零点到工件上的加工点的x的坐标值之和。工件的y坐标值的确定情况相同。

数控机床工作台零点位置的选取有两种方法：即固定零点和浮动零点。固定零点是把坐标原点永远确定在一个位置上。浮动零点由编制数控机床程序人员根据实际方便的情况而确定的坐标零点。夹具定位元件上的零点和工件上的加工点都可以被确定为坐标原点。

5.2 技术要求

在夹具的设计中，不可避免的需要用到诸如螺钉、螺栓、螺母、定位销等机械零件，在夹具中它们各自起着相当重要的作用，有它们才能保证生产的正常的运行。这些机械零件可分为标准件和非标准件，下面将逐一介绍机械零件的一些相关的要求。

1、制造零件及不见采用的材料应符合相应的国标（gb）的规定，允许采用机械性能不低于原规定牌号的其他材料制造。

2、拉四方钢材（按gb906-66<冷拉四方钢品种>），六角钢材（按gb907-66<冷拉六方钢品种>）或圆钢材（按gb905-66<冷拉四方钢品种>）制造的零件，其外形尺寸符合要求时，可不加 15

工。

3、铸件及锻件机械加工余量和尺寸公差暂时按各部相应标准的规定。

4、铸件不许有裂纹、气孔、砂眼、缩松、夹渣等缺陷，浇口、冒口、结疤、粘砂应清除干净，锻件不许有裂纹、皱折、飞边、毛刺等缺陷。

5、需机械加工的铸件或锻件加工前应经时效处理或是退火、正火处理。

6、零件焊缝不应有未填满的弧坑、气孔、溶渣杂质、基体材料烧伤等缺陷。

7、热处理后的零件不许有裂纹或是龟裂等缺陷。

8、零件上的内外螺纹均不得渗碳。

9、零件上有配合要求的表面应经防锈处理，钢制零件的其余表面除有特殊要求外应经氧化处理。

10、凡加工要求注公差的尺寸，其尺寸公差应按gb1804-79〈公差与配合未注公差尺寸的极限偏差>it13的规定。

11、非配合的锥度和角度和自由度公差用按表1的规定.5.3 对夹具零部件的要求

设计专用夹具零件及部件时，其公差和技术要求可依据夹具总装配图上的配合性质和技术要求并参照《夹具零件及部件技术条件》（gb2259-80）制订，设计的要求一般情况下可包括以下内容： 1.夹具零件毛坯的技术要求：

如毛坯质量、硬度、毛坯热处理以及精度要求等。2.夹具零件的热处理的技术要求：

包括为改善机械加工性能和为达到要求的机械性能而提出的热处理要求。3.夹具零件的尺寸公差，见下表4。4.结论

本次设计的铣床，除了能进行铣削加工，主轴上安装不同的刀具时，还可以进行钻孔或攻丝加工。所以我们采用了如下的设计方案：进给系统采用大惯量宽调速直流伺服电动机，滚珠丝杠，双螺母垫片调整预紧间隙，导轨副采用直线滚动导轨副，主传动系统采用无级调

速电机。本次设计我们综合考虑了以下内容：

1.伺服电动机具有以下优点：控制系统简单，工作可靠，成本低。控制性能好，在一定的频率下，能按控制频率的要求快速启动、停和反转。改变控制脉冲频率，电动机的转速就随之变化。并可在很宽的范围内平滑调节，是开环控制系统的理想元件。

2.滚珠丝杠副传动的优点：传动效率高，摩擦损失小，其功率消耗只相当于常规丝杠螺母副的1/4～1/3。给予适当预紧，可消除丝杠和螺母的螺纹间隙，反向可消除空程死区，定位精度高，刚性好。启动力矩小，运动平稳，无爬行现象，传动精度高，同步性好。磨损小，使用寿命长，精度保持性好。由于滚珠丝杠不能自锁，故z坐标轴上应加制动器来解决这一问题。

3.圆螺母—垫片调整间隙并预紧，该方式结构紧凑，调整方便。4.直线运动滚动导轨的优点：

（1）.将滚珠式直线导轨副做成标准部件，只要安装在相对运动的导轨平面上，就可以组成合适的导轨。从而设计和装配简单方便；

（2）.在所有方向均能承受载荷；

（3）.通过预加负荷，可以得到高精度、高刚度以及承受切削负荷的运动刚度；（4）.由于具有自动调整功能，因而可达微米级的运动精度；

（5）．摩擦系数小和动、静摩擦系数很接近。因此，运动轻便，摩擦力小，摩擦发热小，磨损小，可避免出现爬行，有较高的定位精度。

5．无级调速电动机的优点：对于直线运动的执行器官，可以认为是恒定牵引力的，因此，拖动它的电动机，也应该是恒转矩的，无级调速电机可以进行恒转矩调速，因此可以直接和主轴连接。

汽车节能是汽车节能减排的重要组成部分，本文通过世界各国对汽车节能减排采取的应对政策出发，阐述汽车节能减排的重要意义，并且通过讲述汽车的发展简史表明，高效、节能、环保新能源汽车已经成为世界各国主要的研究目标，由于新能源汽车现在还处于起步阶段，所以我国如果想在世界汽车之林中有所成就的话，新能源汽车无疑是我们发展的最新目标，通过人、车、路分析节能减排的因素及应对策略。

我国汽车工业在选择汽车节能技术及节能产品时，要综合考虑我国汽车工业的发展现状，借鉴国际上汽车工业发达国家的先进经验，选择合适我国国情的节能技术和产品，归纳起来主要考虑：节能效果显著，节能贡献率大；国内有比较成熟的技术储备，国际上有可靠的技术来源；有利于自主品牌的发展；经济可行；有害排放少；标准及法规相对比较完善。

结束语

制定符合中国国情的总体发展战略，确立与国际接轨的发展道路，对21世纪我国数控技术与产业的发展至关重要。本文在对数控技术和产业发展趋势的分析，对我国数控领域存在的问题进行研究的基础上，对21世纪我国数控技术和产业的发展途径进行了探讨，提出了以科技创新为先导，以商品化为主干，以管理和营销为重点，以技术支持和服务为后盾，坚持可持续发展道路的总体发展战略。在此基础上，研究了发展新型数控系统、数控功能部件、数控机床整机等的具体技术途径。

我们衷心希望，我国科技界、产业界和教育界通力合作，把握好知识经济给我们带来的难得机遇，迎接竞争全球化带来的严峻挑战，为在21世纪使我国数控技术和产业走向世界的前列，使我国经济继续保持强劲的发展势头而共同努力奋斗！

致 谢

时光匆匆如流水，转眼便是大学毕业时节，春梦秋云，聚散真容易。在这个美好的季节里，我在电脑上敲出了最后一个字，心中涌现的不是想象已久的欢欣，却是难以言喻的失落。是的，随着论文的终结，意味着我生命中最纯美的学生时代即将结束，尽管百般不舍，这一天终究会在熙熙攘攘的喧嚣中决绝的来临。

三年寒窗，所收获的不仅仅是愈加丰厚的知识，更重要的是在阅读、实践中所培养的思维方式、表达能力和广阔视野。很庆幸这些年来我遇到了许多恩师益友，无论在学习上、生活上还是工作上都给予了我无私的帮助和热心的照顾，让我在诸多方面都有所成长。感恩之情难以用语言量度，谨以最朴实的话语致以最崇高的敬意。

还要感谢我的父母，给予我生命并竭尽全力给予了我接受教育的机会，养育之恩没齿难忘；

他们不仅培养了我对中国传统文化的浓厚的兴趣，让我在漫长的人生旅途中使心灵有了虔敬的归依，而且也为我能够顺利的完成毕业论文提供了巨大的支持与帮助。在未来的日子里，我会更加努力的学习和工作，不辜负父母对我的殷殷期望！我一定会好好孝敬和报答他们！还有许多人，也许他们只是我生命中匆匆的过客，但他们对我的支持和帮助依然在我记忆中留底了深刻的印象。在此无法一一罗列，但对他们，我始终心怀感激。最后，我要向在百忙之中抽时间对本文进行审阅、评议和参加本人论文答辩的各位师长表示感谢！

参考文献

[1] 成大先，机械设计图册.北京：化学工业出版，25～41 [2] 杨可桢，程光蕴，机械设计基础（第四版），高等教育出版社，39～77 [3] 邱宣怀，机械设计，北京 高等教育出版社1997，[4] 唐宝宁，机械设计与制造简明手册，同济大学出版社 1993，17～55 [5] 徐灏，机械设计手册，北京 机械工业出版社 2001，[6] 张文焕，成本通，机床夹具设计，国防工业出版社 2000，66～78 [7] 王爱玲，现代数控机床结构与设计，兵器工业出版社1999.9，36～45 [8] 杨黎明，黄凯，机械零件设计手册，国防工业出版社 67～90 [9] 孙浩文，侯清，最新机械使用手册，天津：天津科学技术出版社 [10] 朱骥，北机械控制工程基础，北京：北京机械工业学院，69～77 [11] 李益民，机械制造工艺简明手册，哈尔滨：哈尔滨工业大学 [12] 王先奎，机械制造工艺学 北京：清华大学，65～99 [13] 徐衡，数控铣工实用技术，辽宁：辽宁科学技术出版社

[14] ，jigs and fixtures designthe institution of production engineers 1973 [15] philip gates，jigs,tools and fixtures the technical process limited 1959

数控机床的发展与现状 数控机床的发展历史和趋势篇二

数控机床的历史、现状及其发展趋势

前言

在工程训练中心的两周实习，经过对各项工种的体验，我深深体会到了科技的力量。在钳工和车工实习时，劳累三天，就只做出来那么几件不是很合格的产品；可是在数控车间，一两个小时内，通过编程可以轻松的做出很多高精度的产品。这使我对数控机床产生了浓厚兴趣，所以开始上网浏览关于数控机床的前世今生，增加我对数控机床的了解。

一、数控机床

数控机床是数字控制机床（computer numerical control machine tools）的简称，是一种装有程序控制系统的自动化机床。该控制系统能够逻辑地处理具有控制编码或其他符号指令规定的程序，并将其译码，从而使机床动作。过去的数控机床经历了一个由单一向多元转换的一个过程，数控机床的快速发展是整个世界经济、科技发展的重要体现。数控机床在现代工业中占据着不可替代的位置，与我们生活的各个方面都有直接或间接的关系。未来数控机床将会有一个前所未有的发展，世界上主要工业发达国家都十分重视数控加工技术的研究和发展.二、数控机床的历史

2.1第一台数控机床的诞生

1948年，美国帕森斯公司接受美国空军委托，研制飞机螺旋桨叶片轮廓样板的加工设备。由于样板形状复杂多样，精度要求高，一般加工设备难以适应，于是提出计算机控制机床的设想。1949年，该公司在美国麻省理工学院伺服机构研究室的协助下，开始数控机床研究，并于1952年试制成功第一台由大型立式仿形铣床改装而成的三坐标数控铣床，不久即开始正式生产。2.2早期的发展历史

1965年，出现了第三代的集成电路数控装置，不仅体积小，功率消耗少，且可靠性提高，价格进一步下降，促进了数控机床品种和产量的发展。60年代末，先后出现了由一台计算机直接控制多台机床的直接数控系统(简称dnc)，又称群控系统；采用小型计算机控制的计算机数控系统(简称cnc),使数控装置进入了以小型计算机化为特征的第四代。1974年，研制成功使用微处理器和半导体存贮器的微型计算机数控装置(简称mnc)，这是第五代数控系统。第五代与第三代相比，数控装置的功能扩大了一倍，而体积则缩小为原来的1/20，价格降低了3/4，可靠性也得到极大的提高。80年代初，随着计算机软、硬件技术的发展，出现了能进行人机对话式自动编制程序的数控装置；数控装置愈趋小型化，可以直接安装在机床上；数控机床的自动化程度进一步提高，具有自动监控刀具破损和自动检测工件等功能。

三、数控机床的现状 3.1 高速化

随着汽车、国防、航空、航天等工业的高速发展以及铝合金等新材料的应用，对数控机床加工的高速化要求越来越高。

（1）主轴转速：机床采用电主轴（内装式主轴电机），主轴最高转速达200000r/min；

（2）进给率：在分辨率为0.01μm时，最大进给率达到240m/min且可获得复杂型面的精确加工；

（3）运算速度：微处理器的迅速发展为数控系统向高速、高精度方向发展提供了保障，开发出cpu已发展到32位以及64位的数控系统，频率提高到几百兆赫、上千兆赫。由于运算速度的极大提高，使得当分辨率为0.1μm、0.01μm时仍能获得高达24～240m/min的进给速度；

（4）换刀速度：目前国外先进加工中心的刀具交换时间普遍已在1s左右，高的已达0.5s。德国chiron公司将刀库设计成篮子样式，以主轴为轴心，刀具在圆周布置，其刀到刀的换刀时间仅0.9s。3.2 高精度化

数控机床精度的要求现在已经不局限于静态的几何精度，机床的运动精度、热变形以及对振动的监测和补偿越来越获得重视。（1）提高cnc系统控制精度：采用高速插补技术，以微小程序段实现连续进给，使cnc控制单位精细化，并采用高分辨率位置检测装置，提高位置检测精度（日本已开发装有106脉冲/转的内藏位置检测器的交流伺服电机，其位置检测精度可达到0.01μm/脉冲），位置伺服系统采用前馈控制与非线性控制等方法；

（2）采用误差补偿技术：采用反向间隙补偿、丝杆螺距误差补偿和刀具误差补偿等技术，对设备的热变形误差和空间误差进行综合补偿。研究结果表明，综合误差补偿技术的应用可将加工误差减少60%～80%；

（3）采用网格解码器检查和提高加工中心的运动轨迹精度，并通过仿真预测机床的加工精度，以保证机床的定位精度和重复定位精度，使其性能长期稳定，能够在不同运行条件下完成多种加工任务，并保证零件的加工质量。3.3 功能复合化

复合机床的含义是指在一台机床上实现或尽可能完成从毛坯至成品的多种要素加工。根据其结构特点可分为工艺复合型和工序复合型两类。工艺复合型机床如镗铣钻复合——加工中心、车铣复合——车削中心、铣镗钻车复合——复合加工中心等；工序复合型机床如多面多轴联动加工的复合机床和双主轴车削中心等。采用复合机床进行加工，减少了工件装卸、更换和调整刀具的辅助时间以及中间过程中产生的误差，提高了零件加工精度，缩短了产品制造周期，提高了生产效率和制造商的市场反应能力，相对于传统的工序分散的生产方法具有明显的优势。

加工过程的复合化也导致了机床向模块化、多轴化发展。德国index公司最新推出的车削加工中心是模块化结构，该加工中心能够完成车削、铣削、钻削、滚齿、磨削、激光热处理等多种工序，可完成复杂零件的全部加工。随着现代机械加工要求的不断提高，大量的多轴联动数控机床越来越受到各大企业的欢迎。

在2005年中国国际机床展览会（cimt2005）上，国内外制造商展出了形式各异的多轴加工机床（包括双主轴、双刀架、9轴控制等）以及可实现4～5轴联动的五轴高速门式加工中心、五轴联动高速铣削中心等。3.4 控制智能化

随着人工智能技术的发展，为了满足制造业生产柔性化、制造自动化的发展需求，数控机床的智能化程度在不断提高。具体体现在以下几个方面：

（1）加工过程自适应控制技术：通过监测加工过程中的切削力、主轴和进给电机的功率、电流、电压等信息，利用传统的或现代的算法进行识别，以辩识出刀具的受力、磨损、破损状态及机床加工的稳定性状态，并根据这些状态实时调整加工参数（主轴转速、进给速度）和加工指令，使设备处于最佳运行状态，以提高加工精度、降低加工表面粗糙度并提高设备运行的安全性。

（2）加工参数的智能优化与选择：将工艺专家或技师的经验、零件加工的一般与特殊规律，用现代智能方法，构造基于专家系统或基于模型的“加工参数的智能优化与选择器”，利用它获得优化的加工参数，从而达到提高编程效率和加工工艺水平、缩短生产准备时间的目的。

（3）智能故障自诊断与自修复技术：根据已有的故障信息，应用现代智能方法实现故障的快速准确定位。

（4）智能故障回放和故障仿真技术：能够完整记录系统的各种信息，对数控机床发生的各种错误和事故进行回放和仿真，用以确定错误引起的原因，找出解决问题的办法，积累生产经验。

（5）智能化交流伺服驱动装置：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。这种驱动装置能自动识别电机及负载的转动惯量，并自动对控制系统参数进行优化和调整，使驱动系统获得最佳运行。

（6）智能4m数控系统：在制造过程中，加工、检测一体化是实现快速制造、快速检测和快速响应的有效途径，将测量（measurement）、建模（modelling）、加工（manufacturing）、机器操作（manipulator）四者（即4m）融合在一个系统中，实现信息共享，促进测量、建模、加工、装夹、操作的一体化。3.5 体系开放化（1）向未来技术开放：由于软硬件接口都遵循公认的标准协议，只需少量的重新设计和调整，新一代的通用软硬件资源就可能被现有系统所采纳、吸收和兼容，这就意味着系统的开发费用将大大降低而系统性能与可靠性将不断改善并处于长生命周期；

（2）向用户特殊要求开放：更新产品、扩充功能、提供硬软件产品的各种组合以满足特殊应用要求；

（3）数控标准的建立：国际上正在研究和制定一种新的cnc系统标准iso14649（step-nc），以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。标准化的编程语言，既方便用户使用，又降低了和操作效率直接有关的劳动消耗。3.6 驱动并联化

并联运动机床克服了传统机床串联机构移动部件质量大、系统刚度低、刀具只能沿固定导轨进给、作业自由度偏低、设备加工灵活性和机动性不够等固有缺陷，在机床主轴（一般为动平台）与机座（一般为静平台）之间采用多杆并联联接机构驱动，通过控制杆系中杆的长度使杆系支撑的平台获得相应自由度的运动，可实现多坐标联动数控加工、装配和测量多种功能，更能满足复杂特种零件的加工，具有现代机器人的模块化程度高、重量轻和速度快等优点。

并联机床作为一种新型的加工设备，已成为当前机床技术的一个重要研究方向，受到了国际机床行业的高度重视，被认为是“自发明数控技术以来在机床行业中最有意义的进步”和“21世纪新一代数控加工设备”。

3.7 极端化(大型化和微型化)国防、航空、航天事业的发展和能源等基础产业装备的大型化需要大型且性能良好的数控机床的支撑。而超精密加工技术和微纳米技术是21世纪的战略技术，需发展能适应微小型尺寸和微纳米加工精度的新型制造工艺和装备，所以微型机床包括微切削加工(车、铣、磨)机床、微电加工机床、微激光加工机床和微型压力机等的需求量正在逐渐增大。3.8 信息交互网络化 对于面临激烈竞争的企业来说，使数控机床具有双向、高速的联网通讯功能，以保证信息流在车间各个部门间畅通无阻是非常重要的。既可以实现网络资源共享，又能实现数控机床的远程监视、控制、培训、教学、管理，还可实现数控装备的数字化服务(数控机床故障的远程诊断、维护等)。例如，日本mazak公司推出新一代的加工中心配备了一个称为信息塔(e-tower)的外部设备，包括计算机、手机、机外和机内摄像头等，能够实现语音、图形、视像和文本的通信故障报警显示、在线帮助排除故障等功能，是独立的、自主管理的制造单元。

3.9 新型功能部件

为了提高数控机床各方面的性能，具有高精度和高可靠性的新型功能部件的应用成为必然。具有代表性的新型功能部件包括： 高频电主轴：高频电主轴是高频电动机与主轴部件的集成，具有体积小、转速高、可无级调速等一系列优点，在各种新型数控机床中已经获得广泛的应用；直线电动机：近年来，直线电动机的应用日益广泛，虽然其价格高于传统的伺服系统，但由于负载变化扰动、热变形补偿、隔磁和防护等关键技术的应用，机械传动结构得到简化，机床的动态性能有了提高。如：西门子公司生产的1fn1系列三相交流永磁式同步直线电动机已开始广泛应用于高速铣床、加工中心、磨床、并联机床以及动态性能和运动精度要求高的机床等；德国ex-cell-o公司的xhc卧式加工中心三向驱动均采用两个直线电动机；电滚珠丝杆：电滚珠丝杆是伺服电动机与滚珠丝杆的集成，可以大大简化数控机床的结构，具有传动环节少、结构紧凑等一系列优点。

总结

纵观数控机床的发展之路，我们可以清晰的认识到数控的发展他不仅代表着整个制造业的发展，也代表着整个社会的进步。中国是一个制造业大国，主要依靠资源、劳动力、价格等方面的优势。而在产品技术研发和自主创新方面与国外的差距还是很大。中国是数控产业不能安于现状，应抓住就会努力发展。数控技术是制造业的核心基础，是国家工业和国防工业现代化的重要手段，我们要加快发展，力争早日实现由中国制造向中国创造的转变！

参考文献：

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数控机床的发展与现状 数控机床的发展历史和趋势篇三

中国五轴数控机床的发展现状

近年来，我国五轴加工机床和技术突破了国外的封锁，取得了快速发展。五轴五联动加工机床国内生产厂家已增至20家。从1999年开始，在cimt、ccmt等国际、国内机床展览会上，国内的五轴数控机床产品纷纷亮相，国内五轴数控机床的市场逐渐打开。

cim t99、ccmt2000分别推出3台国产五轴联动机床；cimt2001国际机床展览会上，北京第一机床厂和桂林机床股份有限公司分别展出了主轴转速10000r/min的五轴高速龙门加工中心；北京市机电院的主轴转速15000r/min 的五轴高速立式加工中心；清华大学与昆明机床股份有限公司联合研制的xnz63，采用标准stewart平台结构，可实现六自由度联动；大连机床厂自行研制的串并联机床dcb—510，其数控系统由清华大学开发，该机床通过并联机构实现x、y、z轴直线运动，由串联机构实现a、c轴旋转运动，从而实现五轴联动，其直线快速进给速度可达80m/min。这些机床均已达到国际先进水平，体现出我国机床工业为国防尖端工业发展提供装备的实力又有突破性提高。

国产五轴叶片加工机床目前已能批量生产，北京机电院高技术股份有限公司的五轴叶片加工中心已有十多台在东方汽轮机厂使用，替代了进口产品。首台为航空发动机叶片加工的产品已通过使用方认可和验收。桂林机床股份有限公司十余台五轴加工铣床进入航空制造业。大连、沈阳、济二等机床厂的五轴五联动加工机床也进入了航空航天制造业和通用机械制造业。

沈阳机床集团有限公司最近自主研发的主轴a、b轴摆动的五轴立式加工中心和龙门加工中心，打破国外长期技术封锁，首台即得到了飞机制造业的青睐。华中数控等公司已能生产和提供五轴联动数控系统和加工软件。

要特别强调的是，今后要特别重视新工艺的研究与创新，从而促进数控产品的创新；要特别重视数控加工工艺参数的优化和建立数据库的工作，以提高生产效率和加工质量。要特别重视新材料的研究与应用，以提高数控机床性能；要特别重视数控技术的智能化网络化技术的开发与应用，其前景广阔。

针对国产五轴数控机床，政府应大力支持，数控设备生产企业和机械制造企业应特别重视，要不懈地努力工作，使我国数控机床技术发展从跟随变为领跑。

数控机床的发展与现状 数控机床的发展历史和趋势篇四

数控机床论文—数控加工中的补偿

数控加工中的补偿

补偿（偏置）的概念在我们生活中应用很多，例如，汽车驾驶员在驾驶汽车绕过一块石头的时候，他要让汽车*石头的一边绕过石头，而且他要考虑到汽车是有一定宽度的，所以让汽车中心线远离石头至少半个车宽的距离。在20世纪60～70年代的数控加工中没有补偿的概念，所以编程人员不得不围绕刀具的理论路线和实际路线的相对关系来进行编程，容易产生错误。补偿的概念出现以后很大地提高了编程的工作效率。

在数控加工中有3种补偿：

☆刀具长度的补偿；

☆刀具半径补偿；

☆夹具补偿。

这三种补偿基本上能解决在加工中因刀具形状而产生的轨迹问题。下面是三种补偿在一般加

工编程中的应用。

一、刀具长度补偿：

1．刀具长度的概念刀具长度是一个很重要的概念。我们在对一个零件编程的时候，首先要指定零件的编程中心，然后才能建立工件编程坐标系，而此坐标系只是一个工件坐标系，零点一般在工件上。长度补偿只是和z坐标有关，它不象x、y平面内的编程零点，因为刀具是由主轴锥孔定位而不改变，对于z坐标的零点就不一样了。每一把刀的长度都是不同的，例如，我们要钻一个深为50mm的孔，然后攻丝深为45mm，分别用一把长为250mm的钻头和一把长为350mm的丝锥。先用钻头钻孔深50mm，此时机床已经设定工件零点，当换上丝锥攻丝时，如果两把刀都从设定零点开始加工，丝锥因为比钻头长而攻丝过长，损坏刀具和工件。此时如果设定刀具补偿，把丝锥和钻头的长度进行补偿，此时机床零点设定之后，即使丝锥和钻头长度不同，因补偿的存在，在调用丝锥工作时，零点z坐标已经自动向z+（或z）补偿了丝锥的长度，保证了加工零点的正确。

2.刀具长度补偿的工作使用刀具长度补偿是通过执行含有g43（g44）和h指令来实现的，同时我们给出一个z坐标值，这样刀具在补偿之后移动到离工件表面距离为z的地方。另外一个指令g49是取消g43（g44）指令的，其实我们不必使用这个指令，因为每把刀具都有自己的长度补偿，当换刀时，利用g43（g44）h指令赋予了自己的刀长补偿而自动取消了前一把刀具的长

度补偿。

3.刀具长度补偿的两种方式(1)用刀具的实际长度作为刀长的补偿（推荐使用这种方式）。使用刀长作为补偿就是使用对刀仪测量刀具的长度，然后把这个数值输入到刀具长度补偿寄存器中，作为刀长补偿。使用刀具长度作为刀长补偿的理由如下：

首先，使用刀具长度作为刀长补偿，可以避免在不同的工件加工中不断地修改刀长偏置。这样一把刀具用在不同的工件上也不用修改刀长偏置。在这种情况下，可以按照一定的刀具编号规则，给每一把刀具作档案，用一个小标牌写上每把刀具的相关参数，包括刀具的长度、半径等资料，事实上许多大型的机械加工型企业对数控加工设备的刀具管理都采用这种办法。这对于那些专门设有刀具管理部门的公司来说，就用不着和操作工面对面地告诉刀具的参数了，同时即使因刀库容量原因把刀具取下来等下次重新装上时，只需根据标牌上的刀长数值作为刀具长度补偿而

不需再进行测量。

其次，使用刀具长度作为刀长补偿，可以让机床一边进行加工运行，一边在对刀仪上进行其他刀具的长度测量，而不必因为在机床上对刀而占用机床运行时间，这样可以充分发挥加工中心的效率。这样主轴移动到编程z坐标点时，就是主轴坐标加上（或减去）刀具长度补偿后的z

坐标数值。

（2）利用刀尖在z方向上与编程零点的距离值（有正负之分）作为补偿值。这种方法适用于机床只有一个人操作而没有足够的时间来利用对刀仪测量刀具的长度时使用。这样做当用一把刀加工另外的工件时就要重新进行刀长补偿的设置。使用这种方法进行刀长补偿时，补偿值就是主轴从机床z坐标零点移动到工件编程零点时的刀尖移动距离，因此此补偿值总是负值而且很大。

二、刀具半径补偿：

1.刀具半径补偿的概念正像使用了刀具长度补偿在编程时基本上不用考虑刀具的长度一样，因为有了刀具半径补偿，我们在编程时可以不要考虑太多刀具的直径大小了。刀长补偿对所有的刀具都适用，而刀具半径补偿则一般只用于铣刀类刀具。当铣刀加工工件的外或内轮廓时，就用得上刀具半径补偿，当用端面铣刀加工工件的端面时则只需刀具长度补偿。因为刀具半径补偿是一个比较难以理解和使用的一个指令，所以在编程中很多人不愿使用它。但是我们一旦理解和掌握了它，使用起来对我们的编程和加工将带来很大的方便。当编程者准备编一个用铣刀加工一个工件的外形的程序时，首先要根据工件的外形尺寸和刀具的半径进行细致的计算坐标值来明确刀具中心所走的路线。此时所用的刀具半径只是这把铣刀的半径值，当辛辛苦苦编完程序后发现这把铣刀不太适合要换用其他直径的刀具，编程员就要不辞辛劳地重新计算刀具中心所走的路线的坐标值。这对于一个简单的工件问题不太大，对于外形复杂的模具来说重新计算简直是太困难了。一个工件的外形加工分粗加工和精加工，这样粗加工程序编好后也就是完成了粗加工。因为经过粗加工，工件外形尺寸发生了变化，接下来又要计算精加工的刀具中心坐标值，工作量就更大了。此时，如果用了刀具半径补偿，这些麻烦都迎刃而解了。我们可以忽略刀具半径，而根据工件尺寸进行编程，然后把刀具半径作为半径补偿放在半径补偿寄存器里。临时更换铣刀也好、进行粗精加工也好，我们只需更改刀具半径补偿值，就可以控制工件外形尺寸的大小了，对程序基本不

用作一点修改。

2.刀具半径补偿的使用刀具半径补偿的使用是通过指令g41、g42来执行的。补偿有两个方向，即沿刀具切削进给方向垂直方向的左面和右面进行补偿，符合左右手定则；g41是左补偿，符合左手定则；g42是右补偿，符合右手定则，如图3所示。图3刀具半径补偿使用的左右手定则在使用g41、g42进行半径补偿时，应特别注意使补偿有效的刀具移动方向与坐标。刀具半径补偿的起刀位置很重要，如果使用不当刀具所加工的路径容易出错，如图4所示。图4刀具半径补偿的起刀位置如果使g42补偿有效的过程为刀具从位置1到2，则铣刀将切出一个斜面如图4中所示的a－b斜面。正确的走刀应该是在刀具没有切削工件之前让半径补偿有效，然后进行正常的切削。如图4所示，先让铣刀在从位置1移动到位置3的过程中使补偿有效，然后从位置3切削到位置2继续以下的切削，则不会出现a－b斜面。因此，在使用g41、g42进行半径补偿时应采取以下步骤：☆设置刀具半径补偿值；☆让刀具移动来使补偿有效（此时不能切削工件）；☆正确地取消半径补偿（此时也不能切削工件）。记住，在切削完成而刀具补偿结束时，一定要用g40使补偿无效。g40的使用同样遇到和使补偿有效相同的问题，一定要等刀具完全切削完毕并安全地推出工件以后才能执行g40命令来取消补偿。

三、夹具偏置补偿正像刀具长度补偿和半径补偿一样让编程者可以不用考虑刀具的长短和大小，夹具偏置可以让编程者不考虑工件夹具的位置而使用夹具偏置。当一台加工中心在加工小的工件时，工装上一次可以装夹几个工件，编程者不用考虑每一个工件在编程时的坐标零点，而只需按照各自的编程零点进行编程，然后使用夹具偏置来移动机床在每一个工件上的编程零点。夹具偏置是使用夹具偏置指令g54～g59来执行的。还有一种方法就是使用g92指令设定坐标系。当一个工件加工完成之后，加工下一个工件时使用g92来重新设定新的工件坐标系。上面是在数控加工中常用的三种补偿，它给我们的编程和加工带来很大的方便，能大大地提高工作效率。

数控机床的发展与现状 数控机床的发展历史和趋势篇五

数控机床综述

一、数控机床的产生

根据国家标准ｇｂ／ｔ８１２９－１９９７，对机床数字控制的定义：用数字控制的装置（简称数控装置），在运行过程中，不断地引入数字数据，从而对某一生产过程实现自动控制，叫数字控制，简称数控。是一种灵活、通用、能够适应产品频繁变化的柔性自动化机床。

为了满足多品种，小批量的自动化生产，迫切需要一种灵活的，通用的，能够适用产品频繁变化的柔性自动化机床。数控机床就是在这样的背景下诞生与发展起来的。它为单件、小批量生产的精密复杂零件提供了自动化的加工手段。

二、数控机床的基本工作原理

1.数控机床的组成数控机床主要由机床本体、数控系统、驱动装置、辅助装置等几个部分组成。机床本体是数控机床加工运动的机械部分，主要包括支撑部件（床身、立柱）、主动部件（主轴箱）、进给运动部件（工作台滑板、刀架）等。

数控系统是是数控机床的控制核心，一般是一台专用的计算机。

驱动装置是数控机床的一些配套部件，包括刀库、液压装置、气动装置、冷却系统、排屑装置、夹具、换刀机械手等。

计算机控制装置由硬件和软件两部分组成。硬件的主体是计算机，包括中央处理器、输入/输出部分和位置控制部分。软件有管理软件和控制软件。管理软件包括输入/输出、显示和诊断程序等；控制软件包括译码、刀具补偿、速度控制、插补运算和位置控制等程序。

2．数控机床加工基本原理

数控机床加工时，是根据零件图样要求及加工工艺过程，将所用道具及机床各部件的移动量、速度及先后顺序、主轴转速、主轴旋转方向及冷却等要求，以规定的数控代码形式编制成程序单，并输入到机床专用计算机中。然后，数控系统根据输入的指令，进行编译、运算和逻辑处理，输出各种信号指令，控制机床各部分进行规定的位移和有顺序的动作，加工出各种不同形状的零件。

3.数控机床加工特点及应用范围

特点

（1）适应性强（2）精度高（3）效率高（4）减轻劳动强度、改善劳动条件 应用范围

（1）多品种小批量零件（合理生产批量为10~100之间）；

（2）结构复杂，精度要求较高或必须用数学方法确定的复杂曲线、曲面等零件；

（3）需要频繁改型的零件；

（4）钻、镗、铰、锪、攻螺纹及铣削工序联合进行的零件，如箱体、壳体等；

（5）价格昂贵，不允许报废的零件；

（6）要就百分之百检验的零件；

（7）需要最小生产周期的急用零件。

三、数控机床分类

1.按控制道具与零件相对运动轨迹分类

（1）点位控制或位置控制数控机床

点位控制或位置控制数控机床只能控制工作台锪道具从一个位置精确地移动到另一位置，在移动过程中不进行加工，各个运动轴可以同时移动，也可以一次移动。

（2）轮廓控制数控机床

轮廓控制数控机床能够同时对两个或两个以上坐标轴进行连续控制，具有插补功能，工作台或刀具边移动边加工。

2.按加工方式分类

（1）金属切削类：如数控车、钻、镗、铣、磨、加工中心等。

（2）金属成型类：如数控折弯机、弯管机、四转头压力机等。

（3）特殊加工类：如数控线切割、电火花、激光切割机等。

（4）其他类：如数控火焰切割机、三坐标测量机等。

3.按控制坐标轴数分类

（1）两坐表数控机床：两轴联动，用于加工各种曲线轮廓的回转体，如数控车床。

（2）三坐标数控机床：三轴联动，多用于加工曲面零件，如数控铣床、数控磨床。

（3）多做表数控机床：四周货物轴联动，多用于加工形状复杂的零件。

4.按驱动系统的及控制方式分类

（1）开环控制数控机床

（2）闭环控制数控机床

（3）半闭环控制数控机床

四、数控机床发展概况

1.工业化国家数控机床的发展概况

数控机床的研制最早是从美国开始的。1952年帕森斯公司和麻省理工学院合作研制成功了世界第一台三坐标数控铣床，它用来加工直升机叶片轮廓检查用样板。该数控机床采用专用计算机进行运算与控制和直线插补与轮廓控制的数控铣床，其控制计算机使用电子管原件。到20世纪70年代初，计算机技术的发展由使用电子管过渡到晶体管、印制电路及小规模集成电路，数控获得许多功能可以用编制的专用程序来实现，而这些专用程序可以存储在小型计算机的存储器中，这就形成了软接线数控，即计算机控制系统cnc。进入到20世纪80年代，数控机床进一步发展，近年来具有代表性的数控系统如下：

（1）计算机直接控制系统

计算机直接控制系统又称群控，其特点是：使用计算机对生产过程加强管理，使程序的编制、生产的准备与计划安排等工作和机床工作协调一致，以提高各个数控机床的使用效率。

（2）自适应控制机床

一般数控机床是按照预先编号的程序进行加工的，但在编程时，实际上有许多参数只能参照过去的经验数据来决定，不可能准确地考虑到他们的一切变化，如毛坯的不均匀、刀具与零件材质的变化、道具的磨损、零件的变形、热传导性的差别等，这些变化直接或间接地影响着加工质量，使加工不能在最佳状态下进行。如果控制系统能对实际加工中的各种加工状态的参数几十滴测量并反馈给机床进行修正，则可使切削过程随时都处在最佳状态。虽为最佳状态，指的是最高生产率、最低加工成本、最好的加工质量等。

（3）柔性制造系统

柔性制造系统是在柔性制造单元基础上研制和发展起来的。柔性制造单元是

一种在人的参与减少到最少是，能连续第对同一组零件内不同的零件进行自动化加工（包括零件在单元内部的运输和交换）的最小单元。它既可以作为独立使用的加工设备，又可以作为更大更复杂的柔性制造系统或柔性自动线的基本组成模块。

（4）计算机集成生产系统

为实现整个生产过程自动化，人们正着手研制包括计划设计、工艺、加工、装配、检验、销售等全过程都由计算机控制的集成生产系统。它具有计算机控制的自动化信息流和物质流，对产品的构思和设计直到最终装配、检验这一全过程进行控制，以实现工厂自动化这一伟大的目标。

2.我国数控机床的发展概况

我国数控机床的研制始于1958年，由清华大学研制出了最早的样机。1966年诞生了第一滩用于直线-圆弧插补的晶体管数控系统。1970年北京第一机床厂的xk5040型数控升降台铣床作为商品，小批量生产并推向市场。

20世纪80年代前期，在引入了日本fanuc数控技术吼，我国的数控机床才真正进入小批量生产的商品化时代。

目前我国已经有自主版权的数控系统，但绝大多数全功能数控机床还是采用国外的cnc系统。从机床的整体来看，无论是可靠性、精度、生产效率和自动化程度，与国外相比，还存在着不小的差距。

五、数控机床的发展趋势

未来数控机床的发展趋势主要表现在以下3个方面：

1.数控技术水平

高精度：定位精度微米级、纳米级；

高速度：主轴转速10000r/min、快速进给100m/min、换刀时间2到3s； 高柔性：多主轴、多工位、多刀库；

多功能：立卧并用、复合加工；

高自动化：自动上下料、自动监控、自动测量、自动通信。

对单台主机不仅要求提高其柔性和自动化程度，还要求其具有进入更高层次的柔性制造系统和计算机集成制造系统的适应能力。

2.数控系统方面

目前世界上几个著名的数控装置生产厂家，如日本的fanuc、德国的siemens和美国的ab公司产品都在向系列化、模块化、高性能和成套性方向发展。他们的数控系统都采用了16位、32位甚至64位微处理器、标准总线及软件木块和硬件模块结构，内存容量扩大到了数十兆字节以上，机床分辨率可达0.1um，快速进给可达100m/min以上，一般控制轴数在3到15个，最多可达24个，并采用先进的电装工艺。

3.驱动系统方面

交流驱动系统发展迅速交流传动系统已由模拟式向数字式方向发展，以运算放大器等模拟器件为主的控制器正在被以微处理器为主的数字集成元件所取代，从而克服了零点漂移、温度漂移等弱点。