机床数控技术

目 录
第1章 数控技术概述 1
1.1 机床数控技术的基本概念 1
1.2 数控机床的组成及工作原理 2
1.2.1 数控机床的组成 2
1.2.2 数控机床的工作原理 4
1.3 数控机床的分类 5
1.3.1 按功能用途分类 5
1.3.2 按运动轨迹分类 6
1.3.3 按伺服系统的控制原理分类 7
1.3.4 按数控系统的功能水平分类 8
1.4 数控加工的特点及应用范围 9
1.4.1 数控机床的特点 9
1.4.2 数控机床的应用 10
1.5 数控机床的产生与发展趋势 11
1.5.1 数控机床的发展概况 11
1.5.2 数控机床的发展趋势 12
思考题与习题 17
第2章 数控加工程序的编制 18
2.1 概述 18
2.2 数控加工工艺基础 20
2.2.1 数控加工零件的选择 20
2.2.2 数控加工零件的工艺性分析 21
2.2.3 加工方法的选择与加工方案
的确定 23
2.2.4 数控加工工序与工步的划分 25
2.2.5 数控机床的刀具 26
2.2.6 数控加工工序的设计 28
2.2.7 数控加工工艺文件的编制 34
2.3 数控程序编制基础 35
2.3.1 数控编程的方法 35
2.3.2 数控机床坐标系 35
2.3.3 加工程序结构与格式 39
2.4 程序编制中的数值计算 40
2.4.1 基点坐标的计算 40
2.4.2 非圆曲线节点坐标的计算 40
2.4.3 列表曲线型值点坐标的计算 44
2.4.4 刀位点轨迹的计算 45
2.4.5 辅助计算 45
2.5 数控车削加工程序编制 46
2.5.1 数控车床编程特点与坐标系 46
2.5.2 数控车床常用编程指令 47
2.5.3 螺纹加工指令G32、G92、
G76 54
2.5.4 车削固定循环功能 57
2.5.5 数控车削加工编程实例 61
2.6 数控铣削和加工中心加工
程序编制 64
2.6.1 数控铣床及加工中心编程
特点与坐标系 64
2.6.2 数控铣床及加工中心常用
编程指令 67
2.6.3 数控铣床及加工中心固定
循环指令 72
2.6.4 数控铣床及加工中心编程
实例 80
2.7 自动编程简介 85
2.7.1 概述 85
2.7.2 主要CAD/CAM系统 85
2.7.3 自动编程实例 87
思考题与习题 93
第3章 数控插补原理与刀具补偿原理 96
3.1 概述 96
3.1.1 基准脉冲插补 97
3.1.2 数据采样插补 97
3.2 基准脉冲插补 98
3.2.1 逐点比较法插补 98
3.2.2 数字积分法插补 103
3.3 数字采样插补 110
3.3.1 直线插补 110
3.3.2 圆弧插补 111
3.4 数控装置进给速度控制 114
3.4.1 进给速度控制 114
3.4.2 加减速度控制 115
3.5 刀具补偿原理 120
3.5.1 刀具半径补偿计算 121
3.5.2 C功能刀具半径补偿计算 122
思考题与习题 124
第4章 计算机数控装置 125
4.1 概述 125
4.1.1 CNC系统的组成 126
4.1.2 CNC系统的功能和
一般工作过程 126
4.2 CNC装置的硬件结构 130
4.2.1 单CPU系统的硬件结构 131
4.2.2 多CPU系统的硬件结构 132
4.2.3 开放式CNC系统 133
4.3 CNC装置的软件结构 138
4.3.1 CNC软件结构特点 139
4.3.2 CNC软件结构模式 142
4.4 可编程机床控制器PMC 147
4.4.1 PLC的概述 147
4.4.2 PLC在数控机床上的应用 152
思考题与习题 159
第5章 位置检测装置 160
5.1 概述 160
5.1.1 位置检测装置的作用及要求 160
5.1.2 位置检测装置的分类 161
5.2 光栅 162
5.2.1 光栅的结构及特点 162
5.2.2 光栅的工作原理 163
5.2.3 光栅位移-数字变换电路 164
5.3 脉冲编码器 165
5.3.1 增量式脉冲编码器 166
5.3.2 绝对值式脉冲编码器 167
5.4 感应同步器 168
5.4.1 感应同步器的结构和
工作原理 168
5.4.2 感应同步器的应用 170

5.4.3 感应同步器检测装
置的优点 171
5.5 旋转变压器 171
5.5.1 旋转变压器的结构和
工作原理 171
5.5.2 旋转变压器的应用 173
5.5.3 旋转变压器的主要参数 174
思考题与习题 174
第6章 数控机床的伺服系统 175
6.1 概述 175
6.1.1 伺服系统的概念 175
6.1.2 数控机床对伺服系统
的要求 176
6.1.3 伺服系统的分类 178
6.1.4 伺服系统的发展 180
6.2 主轴伺服系统 182
6.2.1 基本要求 182
6.2.2 工作原理 183
6.2.3 主轴分段无级变速 185
6.2.4 主轴准停 186
6.3 步进电动机伺服系统 191
6.3.1 步进电动机组成及其
工作原理 191
6.3.2 步进电动机的特性及选择 194
6.3.3 步进电动机的控制线路 196
6.4 直流伺服电动机伺服系统 198
6.4.1 直流伺服电动机及工作特性 198
6.4.2 直流伺服电动机的速度控制
方法 202
6.5 交流伺服电动机伺服系统 206
6.5.1 交流伺服电动机的分类及
特点 206
6.5.2 交流伺服电动机的结构及
工作原理 207
6.5.3 交流伺服电动机的主要
特性参数 209
6.5.4 交流伺服电动机的调速方法 210

6.6 直线电动机传动 210
6.6.1 直线电动机的工作原理 210
6.6.2 直线电动机的结构形式 211
6.6.3 直线电动机的特点 211
思考题与习题 212
第7章 数控机床的机械结构 213
7.1 概述 214
7.1.1 数控机床机械结构的组成 214
7.1.2 数控机床机械结构的特点 214
7.1.3 数控机床对机械结构的要求 216
7.2 数控机床整体布局 217
7.2.1 数控车床的布局 218
7.2.2 数控铣床的布局 219
7.2.3 加工中心的布局 220
7.3 数控机床的主传动系统 223
7.3.1 数控机床对主传动系统的
要求 223
7.3.2 数控机床主传动系统的
类型 224
7.3.3 主轴部件 227
7.3.4 主轴润滑与密封 237
7.4 数控机床的进给传动系统 238
7.4.1 数控机床进给传动系统的
要求 239
7.4.2 数控机床进给传动系统的
形式 239
7.4.3 滚珠丝杠螺母副 240
7.5 数控机床的导轨 246
7.5.1 数控机床对导轨的要求 246
7.5.2 数控机床导轨形状和
组合形式 247
7.5.3 数控机床常用导轨 249
7.5.4 机床导轨的使用及防护 254
7.5.5 齿轮间隙的调整 256
7.6 数控机床回转工作台 258
7.6.1 数控回转工作台 258
7.6.2 分度工作台 261
7.7 数控机床的自动换刀系统 264
7.7.1 数控车床的自动换刀装置 264
7.7.2 数控加工中心自动换刀装置 268
7.7.3 刀具选择方式 276
7.8 数控机床液压与气动装置 279
7.8.1 数控机床液压及气压
传动特点 279
7.8.2 数控机床液压及气压
传动的历史 280
7.8.3 数控机床液压及气压
执行装置 280
7.8.4 液压与气压传动系统在
数控机床上的应用 281
思考题与习题 283
第8章 数控机床与先进制造技术 285
8.1 概述 285
8.1.1 概念 285
8.1.2 先进制造技术的特征 286
8.1.3 先进制造技术的体系
结构和分类 287
8.2 直接数字控制（DNC） 289
8.2.1 DNC技术的原理 289
8.2.2 DNC系统的组成 290
8.2.3 DNC系统的控制结构 291
8.3 柔性制造系统 294
8.3.1 柔性制造技术概述 294
8.3.2 柔性制造系统的定义
和特征 294
8.3.3 柔性制造系统的组成 295
8.3.4 柔性制造系统的类型和
适应范围 296
8.3.5 FMS的工作过程 297
8.3.6 FMS的实例 297
8.3.7 FMS的效益 298
8.4 计算机集成制造系统
（CIMS） 299
8.4.1 CIMS的产生与发展 299
8.4.2 CIMS的基本组成与
体系结构 301
8.4.3 CIMS中的先进制造模式 303
8.4.4 CIMS的发展趋势 319
8.5 快速成形简介 320
8.5.1 快速成形技术产生的背景 320
8.5.2 快速成形技术的基本原理 320
8.5.3 快速成形技术的特点 321
8.5.4 快速成形技术的类型 321
8.5.5 快速成形技术的应用 322
8.5.6 快速成形技术的发展方向 322
思考题与习题 323
参考文献 324