课题背景 绪论 近年来，数控机床及数控技术得到了飞速发展，在柔性、性、可靠性和宜人 性等方面的功能越来越完善，已成为现代先进制造业的基础。 数控就是数字控制，数控技术在机床行业应用得多，就是依靠数字（电脑编程） 来控制机床，具有效率高，精度高等主要特点。 数控技术是指用数字、文字和符号组成的数字指令来实现一台或多台机械设 动作控制的技术。它所控制的通常是位置、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，香农在美国麻省理工学院进行了数据快速运算和传输， 奠定了现代计算机，包括计算机数字控制系统的基础。数控技术是与机床控制密切 结合发展起来的。1952 年，台数控机床问世，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。 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程序控制 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，均可通过计算机软件来完成。 PLC 控制步进电机旋转台研究的目的和意义 数控机床以其精度高、效率高、能适应小批量多品种复杂零件的加工等优点， 在机械加工中得到日益广泛的应用。它有以下几方面优点。 1．适应性强。 2．精度高，质量稳定。 3．生产效率高。 4．能实现复杂的运动。 5．良好的经济效益。 1 6．有利于生产管理的现代化。 数控机床由程序编制及程序载体、输入装置、数控装置（CNC）、伺服驱动及位 置检测、辅助控制装置、机床本体等几部分组成。 数控机床发展的概况 从 1952 年至今，数控机床按照控制机的发展，已经历了五代。 1959 年，由于在计算机行业中研制出晶体管元件，因而在数控系统中广泛采用 晶体管和印刷电路板，从而跨入了第二代。 1965 年，出现小规模集成电路，由于它体积小、功耗低，使数控系统的可靠性 得以进一步提高。数控系统发展到第三代。以上三代系统，都是采用专用控制计算 机的硬接线数控系统，我们称之为硬线系统，统称为普通数控系统（NC）。 随着计算技术的发展，小型计算机的价格急剧下降，激烈地冲击着市场。数控 系统的生产家认识到，采用小型计算机来取代专用控制计算机，经济上是合算的， 许多功能可以依靠编制专用程序存在计算机的存储器中，构成所谓控制软件而加以 实现，提高了系统的可靠性和功能特色。这种数控系统，称为第四代系统，即计算 机数控系统（CNC）。 但是，计算机技术的发展是日新月异的，就在 1970 年前后，美国英特尔（Intel） 开发和使用了四位微处理器，微处理芯片渗透到各个行业，数控技术也不例外。 我们把以微处理机技术为特征的数控系统称为第五代系统（MNC）。 我国数控机床发展的概况 1958 年，清华大学和北京机床合作研制出我国台数控铣床，由于我 国基础理论研究滞后，相关工业基础薄弱，特别是电子技术落后，数控系统没有突 破，虽然我国起步不晚，但发展不快，60-70 年代，由于文革等因素，我国与发达国 家差距开始拉大。70 年代国家组织数控机床攻关，取得一定成效，相继推出一些数 控机床品种，但从整体来看，我国数控机床产业尚处于起步阶段。 80 年代前期，我国引进了日本数控系统，通过消化吸收，提高了数控系统的可 靠性。同时开始自行研制、开发并小批量生产数控机床，数控机床品种和质量有了 2 突破性进展，我国数控机床进入实用阶段。 国家从科技攻关和技术改造两方面对数控机床产业进行了重点扶植，并加快了 国产数控系统的开发。普及型数控系统开发成功，为数控机床商品化和规模化生产 奠定了基础。一些数控机床主机组建床身、箱体、主轴、轴套等成组单元，内 组织专业化生产，生产水平进一步提高。CAD\CAPP\CAM 开始应用，开发能力、工艺 水平和产品质量进一步提高，奠定产业化基础，“十五”数控机床进入了快速发展 期。 我国从 1958 年试制成功台数控铣床，经历了漫长的发展历程。从“六五” （1980-1985）开始数控机床产业化，通过二十多年的发展，初步建立了国产数控机 床产业化体系。进入新世纪以来，科学技术发展迅速，随着新技术革命向纵深发展， 特别是电子技术和信息技术的快速发展，一批新技术的应用与当代各学科技术的融 合，数控机床的发展进入了新阶段，我国数控机床面临关键技术突破和产业升级的 战略机遇。 未来的发展方向 目前，世界先进制造技术不断兴起，超高速切削、超精密加工等技术的应用， 柔性制造系统的迅速发展和计算机集成系统的不断成熟，对数控加工技术提出了更 高的要求。当今数控机床正在朝着以下几个方向发展： 1．高速度、高精度化。速度和精度是数控机床的两个重要指标，它直接关系到 加工效率和产品质量。目前，数控系统采用位数、频率更高的处理器，以提高系统 的基本运算速度。同时，采用超大规模的集成电路和多微处理器结构，以提高系统 的数据处理能力，即提高插补运算的速度和精度，并采用直线电动机直接驱动机床 工作台的直线伺服进给方式，其高速度和动态响应特性相当优越。采用前馈控制技 术，使追踪滞后误差大大减小，从而改善拐角切削的加工精度。 为适应超高速加工的要求，数控机床采用主轴电动机与机床主轴合二为一的结 构形式，实现了变频电动机与机床主轴一体化，主轴电机的轴承采用磁浮轴承、液 体动静压轴承或陶瓷滚动轴承等形式。目前，陶瓷刀具和金刚石涂层刀具已开始得 到应用。 3 2．多功能化。配有自动换刀机构（刀库容量可达 100 把以上）的各类加工中心， 能在同一台机床上同时实现铣削、镗削、钻削、车削、铰孔、扩孔、攻螺纹等多种 工序加工，现代数控机床还采用了多主轴、多面体切削，即同时对一个零件的不同 部位进行
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