數(shù)控技術(shù)及其應(yīng)用

前言

第1章 緒論

1.1 數(shù)控技術(shù)的基本概念

1.1.1 數(shù)控技術(shù)

1.1.2 數(shù)控機(jī)床及其加工原理

1.1.3 數(shù)控機(jī)床的適用范圍

1.2 數(shù)控機(jī)床的特點(diǎn)及其分類

1.2.1 數(shù)控機(jī)床的特點(diǎn)

1.2.2 數(shù)控機(jī)床的分類

1.3 數(shù)控機(jī)床和數(shù)控系統(tǒng)的發(fā)展

1.4 數(shù)控技術(shù)的發(fā)展

1.5 習(xí)題

第2章 計(jì)算機(jī)數(shù)控系統(tǒng)

第3章 數(shù)控技術(shù)軌跡控制原理

第4章 數(shù)控機(jī)床的伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)

第5章 數(shù)控機(jī)床及位置檢測(cè)裝置

第6章 數(shù)控加工程序編制

第7章 數(shù)控技術(shù)的應(yīng)用

參考文獻(xiàn)2100433B

《數(shù)控技術(shù)及其應(yīng)用》系統(tǒng)地介紹了數(shù)控技術(shù)的概念、數(shù)控機(jī)床的特點(diǎn)分類和數(shù)控技術(shù)的發(fā)展情況、計(jì)算機(jī)數(shù)控系統(tǒng)裝置、數(shù)控插補(bǔ)控制原理及數(shù)據(jù)處理、數(shù)控機(jī)床伺服系統(tǒng)、數(shù)控機(jī)床的位置檢測(cè)裝置、數(shù)控加工編程基礎(chǔ)、計(jì)算機(jī)數(shù)字控制技術(shù)的應(yīng)用等內(nèi)容。

本書內(nèi)容從培養(yǎng)應(yīng)用型本科人才的目的出發(fā)，兼顧一般工科院校的教學(xué)特點(diǎn)，既注重先進(jìn)性又考慮實(shí)用性，既有理論又有實(shí)例。各章既有聯(lián)系又有一定的獨(dú)立性。每章末均附有習(xí)題。

《數(shù)控技術(shù)及其應(yīng)用》一書可作為普通本科院校數(shù)控技術(shù)應(yīng)用專業(yè)和機(jī)電類專業(yè)數(shù)控技術(shù)、數(shù)控編程及數(shù)控原理課程的教學(xué)用書，也可供從事機(jī)床數(shù)控技術(shù)的人員參考。

具有“以社會(huì)需求為導(dǎo)向，以培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)際應(yīng)用能力為目標(biāo)”的特色，教材的內(nèi)容、結(jié)構(gòu)體系符合高職教育對(duì)數(shù)控技術(shù)、機(jī)電一體化、機(jī)械制造與自動(dòng)化專業(yè)領(lǐng)域高素質(zhì)技能型人才培養(yǎng)的需要，因此具有廣泛的應(yīng)用前景。

數(shù)控技術(shù)及應(yīng)用內(nèi)容簡(jiǎn)介

本書以數(shù)控機(jī)床為對(duì)象，深入淺出地對(duì)數(shù)控技術(shù)所包含的主要內(nèi)容和應(yīng)用做了比較全面的分析和敘述。全書共分7章，主要內(nèi)容包括概論、數(shù)控機(jī)床的機(jī)械結(jié)構(gòu)與傳動(dòng)、數(shù)控機(jī)床加工與編程、插補(bǔ)原理、計(jì)算機(jī)數(shù)控系統(tǒng)、位置檢測(cè)技術(shù)、數(shù)控機(jī)床伺服系統(tǒng)。全書注重理論和實(shí)際應(yīng)用相結(jié)合，各章既有聯(lián)系，又有一定的獨(dú)立性。 讀者對(duì)象：本書既可以作為高等院校本科機(jī)械類及相關(guān)專業(yè)教材使用，也可以作為從事機(jī)械工程的技術(shù)人員參考用書。

數(shù)控技術(shù)及應(yīng)用目錄

目 錄

第1章 概論 1

1.1 數(shù)控機(jī)床的基本結(jié)構(gòu)及工作原理 1

1.1.1 數(shù)控機(jī)床的產(chǎn)生 1

1.1.2 數(shù)控技術(shù)的基本概念 1

1.1.3 數(shù)控機(jī)床的基本結(jié)構(gòu)及工作原理 3

1.2 數(shù)控機(jī)床的分類 5

1.2.1 按加工工藝方法分類 5

1.2.2 按運(yùn)動(dòng)控制方式分類 6

1.2.3 按伺服驅(qū)動(dòng)的特點(diǎn)分類 7

1.3 數(shù)控機(jī)床的適用范圍和特點(diǎn) 9

1.3.1 數(shù)控技術(shù)的適用范圍 9

1.3.2 數(shù)控機(jī)床的特點(diǎn) 9

1.4 數(shù)控系統(tǒng)性能指標(biāo) 11

1.4.1 控制軸數(shù)和聯(lián)動(dòng)軸數(shù) 11

1.4.2 插補(bǔ)功能 11

1.4.3 脈沖當(dāng)量 12

1.4.4 定位精度和重復(fù)定位精度 12

1.4.5 行程 12

1.4.6 主軸轉(zhuǎn)速和進(jìn)給速度及其調(diào)節(jié)范圍 12

1.4.7 機(jī)床的數(shù)控功能 12

1.4.8 程序的編輯、管理和控制功能 12

1.4.9 誤差補(bǔ)償功能 13

1.4.10 加減速控制功能 13

1.4.11 邏輯控制功能 13

1.4.12 通信方式 13

1.4.13 故障診斷功能 13

1.5 數(shù)控技術(shù)的發(fā)展 13

1.5.1 數(shù)控技術(shù)的功能發(fā)展 14

1.5.2 數(shù)控技術(shù)的體系結(jié)構(gòu)發(fā)展 15

1.5.3 新一代數(shù)控加工技術(shù) 16

1.5.4 數(shù)控技術(shù)在先進(jìn)制造技術(shù)中的作用 16

復(fù)習(xí)思考題 16

第2章 數(shù)控機(jī)床的機(jī)械結(jié)構(gòu)與傳動(dòng) 17

2.1 概述 17

2.1.1 數(shù)控機(jī)床機(jī)械結(jié)構(gòu)的特點(diǎn) 17

2.1.2 數(shù)控機(jī)床對(duì)機(jī)械結(jié)構(gòu)的基本要求 17

2.2 數(shù)控機(jī)床的典型機(jī)械結(jié)構(gòu) 18

2.2.1 滾珠絲杠螺母結(jié)構(gòu) 18

2.2.2 齒輪傳動(dòng)間隙消除結(jié)構(gòu) 23

2.2.3 機(jī)床導(dǎo)軌 26

2.2.4 刀庫與自動(dòng)換刀裝置 28

2.2.5 回轉(zhuǎn)工作臺(tái)與分度工作臺(tái) 32

2.3 數(shù)控機(jī)床的主傳動(dòng)系統(tǒng) 35

2.3.1 主傳動(dòng)的基本要求和變速方式 36

2.3.2 主軸部件的結(jié)構(gòu) 37

2.3.3 電主軸與高速主軸系統(tǒng) 41

2.4 數(shù)控機(jī)床的進(jìn)給傳動(dòng)系統(tǒng) 42

2.4.1 數(shù)控機(jī)床對(duì)進(jìn)給傳動(dòng)系統(tǒng)的基本要求 42

2.4.2 數(shù)控機(jī)床進(jìn)給傳動(dòng)系統(tǒng)的基本形式 43

2.4.3 直線電動(dòng)機(jī)與高速進(jìn)給單元 45

復(fù)習(xí)思考題 46

第3章 數(shù)控機(jī)床加工與編程 47

3.1 數(shù)控加工的工藝特點(diǎn) 47

3.1.1 數(shù)控加工過程 47

3.1.2 零件圖紙的數(shù)控工藝分析 49

3.1.3 數(shù)控加工工序劃分 49

3.2 數(shù)控機(jī)床刀具 49

3.2.1 數(shù)控刀具特點(diǎn) 50

3.2.2 數(shù)控車床常用刀具 50

3.2.3 數(shù)控銑床、加工中心常用刀具 51

3.3 數(shù)控機(jī)床夾具 53

3.3.1 數(shù)控機(jī)床夾具要求及選用方法 53

3.3.2 數(shù)控車床常用夾具 53

3.3.3 數(shù)控銑床、加工中心常用夾具 53

3.4 數(shù)控編程基礎(chǔ) 54

3.4.1 程序與編程 54

3.4.2 程序組成與結(jié)構(gòu) 55

3.4.3 程序主要功能字 55

3.5 數(shù)控基本編程指令 58

3.5.1 坐標(biāo)系建立與選擇 58

3.5.2 絕對(duì)、增量編程方式 61

3.5.3 基本移動(dòng)指令 61

3.5.4 刀具補(bǔ)償功能指令 62

3.6 數(shù)控車床的程序編制 62

3.6.1 數(shù)控車床的編程特點(diǎn) 62

3.6.2 數(shù)控車床的典型編程指令 63

3.6.3 車削加工循環(huán)指令 65

3.7 數(shù)控鏜銑床（加工中心）的程序編制 68

3.7.1 數(shù)控鏜銑床（加工中心）的編程特點(diǎn) 68

3.7.2 數(shù)控鏜銑床（加工中心）的典型編程指令 68

3.7.3 固定循環(huán)指令 69

3.7.4 子程序格式及應(yīng)用 71

復(fù)習(xí)思考題 72

練習(xí) 73

第4章 插補(bǔ)原理 75

4.1 插補(bǔ)原理 75

4.1.1 插補(bǔ)的概念 75

4.1.2 插補(bǔ)方法的分類 75

4.2 逐點(diǎn)比較法 76

4.2.1 逐點(diǎn)比較法原理 76

4.2.2 逐點(diǎn)比較法直線插補(bǔ) 77

4.2.3 逐點(diǎn)比較法圓弧插補(bǔ) 80

4.3 數(shù)字積分法 83

4.3.1 數(shù)字積分法的基本原理 83

4.3.2 DDA直線插補(bǔ) 84

4.3.3 DDA直線插補(bǔ)實(shí)例 86

4.3.4 DDA圓弧插補(bǔ) 87

4.3.5 DDA圓弧插補(bǔ)實(shí)例 89

復(fù)習(xí)思考題 90

第5章 計(jì)算機(jī)數(shù)控系統(tǒng) 91

5.1 數(shù)控系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)及工作原理 91

5.1.1 CNC系統(tǒng)的組成 91

5.1.2 CNC裝置的工作原理 91

5.1.3 CNC裝置的功能 95

5.2 CNC系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu) 97

5.2.1 大板結(jié)構(gòu)和功能模板結(jié)構(gòu) 97

5.2.2 單微處理器結(jié)構(gòu)和多微處理器結(jié)構(gòu) 98

5.2.3 CNC裝置的輸入/輸出接口 101

5.2.4 開放式CNC的硬件結(jié)構(gòu) 102

5.3 CNC系統(tǒng)的軟件結(jié)構(gòu) 104

5.3.1 CNC系統(tǒng)軟件的組成 104

5.3.2 CNC的軟件結(jié)構(gòu) 105

5.3.3 CNC軟件結(jié)構(gòu)模式 107

5.3.4 開放式CNC的軟件結(jié)構(gòu) 110

5.3.5 系統(tǒng)參考結(jié)構(gòu) 112

5.4 典型數(shù)控系統(tǒng) 113

5.4.1 日本FANUC系列數(shù)控系統(tǒng) 113

5.4.2 德國(guó)SIEMENS公司的SINUMERIK系列CNC系統(tǒng) 114

5.4.3 華中數(shù)控系統(tǒng)（HNC） 114

復(fù)習(xí)思考題 115

第6章 位置檢測(cè)技術(shù) 116

6.1 位置伺服控制 116

6.1.1 位置伺服控制分類 116

6.1.2 幅值伺服控制 117

6.1.3 相位伺服控制 118

6.2 光電編碼器 119

6.2.1 增量式編碼器 119

6.2.2 絕對(duì)式編碼器 120

6.2.3 編碼器在數(shù)控機(jī)床中的應(yīng)用 121

6.3 光柵尺和磁柵尺 122

6.3.1 光柵尺的結(jié)構(gòu)及工作原理 122

6.3.2 光柵尺位移數(shù)字變換系統(tǒng) 124

6.3.3 磁柵尺的結(jié)構(gòu)及工作原理 125

6.3.4 磁柵尺的檢測(cè)電路 127

6.4 旋轉(zhuǎn)變壓器和感應(yīng)同步器 128

6.4.1 旋轉(zhuǎn)變壓器的結(jié)構(gòu)和工作原理 128

6.4.2 感應(yīng)同步器的結(jié)構(gòu)和工作原理 130

復(fù)習(xí)思考題 132

第7章 數(shù)控機(jī)床伺服系統(tǒng) 133

7.1 概述 134

7.1.1 伺服系統(tǒng)的構(gòu)成 134

7.1.2 伺服系統(tǒng)的分類 134

7.1.3 數(shù)控機(jī)床對(duì)伺服系統(tǒng)的要求 136

7.2 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)及其驅(qū)動(dòng)系統(tǒng) 137

7.2.1 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的種類與結(jié)構(gòu) 137

7.2.2 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的使用特性 139

7.2.3 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)及控制技術(shù) 141

7.2.4 利用數(shù)控實(shí)驗(yàn)臺(tái)實(shí)現(xiàn)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的正、反轉(zhuǎn)控制 142

7.2.5 利用數(shù)控實(shí)驗(yàn)臺(tái)實(shí)現(xiàn)三相異步電動(dòng)機(jī)的調(diào)頻 145

7.3 直流伺服控制 145

7.3.1 小慣量直流伺服電動(dòng)機(jī) 145

7.3.2 直流主軸電動(dòng)機(jī) 146

7.3.3 晶閘管直流調(diào)速 146

7.3.4 晶體管直流脈寬調(diào)速 150

7.4 交流伺服控制 154

7.4.1 交流伺服電動(dòng)機(jī) 154

7.4.2 交流主軸電動(dòng)機(jī) 155

7.4.3 交流伺服電動(dòng)機(jī)的變頻調(diào)速 156

7.4.4 交流伺服電動(dòng)機(jī)的矢量控制調(diào)速 158

7.4.5 矢量變換SPWM變頻調(diào)速實(shí)例 159

7.5 伺服系統(tǒng)性能及參數(shù) 161

7.5.1 穩(wěn)態(tài)性能 161

7.5.2 動(dòng)態(tài)性能 161

7.5.3 輪廓加工中的跟隨精度 162

7.5.4 伺服系統(tǒng)參數(shù) 164

復(fù)習(xí)思考題 166

參考文獻(xiàn) 167

數(shù)控技術(shù)及應(yīng)用前言

前 言

隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，數(shù)控技術(shù)已經(jīng)廣泛應(yīng)用于工業(yè)控制的各個(gè)領(lǐng)域，尤其是機(jī)械制造行業(yè)，具有高效率、高精度、高自動(dòng)化的數(shù)控裝備得到越來越廣泛的應(yīng)用。數(shù)控機(jī)床作為現(xiàn)代機(jī)械工業(yè)的重要技術(shù)裝備，是典型的機(jī)電一體化產(chǎn)品，它融合了計(jì)算機(jī)技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)、檢測(cè)技術(shù)、液壓與氣動(dòng)技術(shù)，以及精密機(jī)械技術(shù)等各個(gè)方面的內(nèi)容。數(shù)控技術(shù)的應(yīng)用，不但使傳統(tǒng)的生產(chǎn)和制造模式發(fā)生了根本性的變化，而且隨著它的不斷發(fā)展和應(yīng)用領(lǐng)域的擴(kuò)大，對(duì)國(guó)民經(jīng)濟(jì)中一些重要行業(yè)的發(fā)展起著越來越重要的作用。

本書是根據(jù)普通高等學(xué)校應(yīng)用型本科面向“十二五”機(jī)電類專業(yè)教材建設(shè)的規(guī)劃要求，并結(jié)合不同院校實(shí)踐教學(xué)中的經(jīng)驗(yàn)編寫的。本書以數(shù)控機(jī)床為對(duì)象，主要介紹數(shù)控技術(shù)概述、數(shù)控機(jī)床機(jī)械結(jié)構(gòu)與傳動(dòng)、數(shù)控加工工藝與編程、數(shù)控原理與數(shù)控系統(tǒng)，以及數(shù)控伺服與檢測(cè)技術(shù)等內(nèi)容。本書在內(nèi)容編排上力求系統(tǒng)全面、重點(diǎn)突出、內(nèi)容新穎。并本著“易教易學(xué)”與“貼近生產(chǎn)實(shí)際”的核心思想，突出本科教學(xué)理論與實(shí)踐的均衡，盡量減少理論教學(xué)的枯燥、抽象。每章均附有復(fù)習(xí)思考題，可以幫助學(xué)生理解和鞏固所學(xué)知識(shí)。

本書由北華航天工業(yè)學(xué)院王懷明教授、湖州師范學(xué)院程廣振教授擔(dān)任主編，昆明學(xué)院陳玲、西北工業(yè)大學(xué)明德學(xué)院侯偉、北華航天工業(yè)學(xué)院于杰擔(dān)任副主編。其中，第1章、第5章由北華航天工業(yè)學(xué)院王懷明、于杰編寫，第4章由北華航天工業(yè)學(xué)院王懷明、李晨、劉寶華編寫，第2章、第6章由湖州師范學(xué)院程廣振編寫，第3章由昆明學(xué)院陳玲編寫，第7章由西北工業(yè)大學(xué)明德學(xué)院侯偉編寫。

本書可作為機(jī)電類專業(yè)本科生的教材，還可作為從事數(shù)控技術(shù)開發(fā)與應(yīng)用的工程技術(shù)人員的參考書。適用于普通高等院校機(jī)電類相關(guān)專業(yè)（機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化、材料成型及控制工程、機(jī)械電子工程、測(cè)控技術(shù)及儀器、過程裝備及控制工程、車輛工程、工業(yè)設(shè)計(jì)、工業(yè)工程等）的教學(xué)，也適合對(duì)應(yīng)專業(yè)獨(dú)立學(xué)院、民辦院校的本科教學(xué)。本教材建議授課48-64學(xué)時(shí)。

由于編者的水平有限，書中難免有不妥和錯(cuò)誤之處，懇請(qǐng)讀者批評(píng)指正。

編 者2100433B

本書特別適合作為高等院校應(yīng)用型人才培養(yǎng)的教材，也可作為高職高專師生和工廠數(shù)控技術(shù)人員的參考書。

本書全面介紹了數(shù)控技術(shù)的有關(guān)原理和應(yīng)用知識(shí)，主要包括數(shù)控機(jī)床的基本知識(shí)、數(shù)控裝置、伺服系統(tǒng)，數(shù)控車、數(shù)控銑、加工中心的加工工藝、編程與操作，數(shù)控機(jī)床的選用、驗(yàn)收、調(diào)試與維護(hù)等內(nèi)容，尤其突出數(shù)控機(jī)床的編程與操作、選用調(diào)試與維護(hù)等實(shí)踐性較強(qiáng)的內(nèi)容，以滿足數(shù)控加工技術(shù)的發(fā)展和廠礦企業(yè)數(shù)控機(jī)床使用維修人員的需要。各章內(nèi)容既有聯(lián)系性，又有一定的獨(dú)立性 。 本書特別適合作為高等院校應(yīng)用型人才培養(yǎng)的教材，也可作為高職高專師生和工廠數(shù)控技術(shù)人員的參考書。