數(shù)控技術(shù)及應(yīng)用

第1章概述

1.1數(shù)控機床的產(chǎn)生與發(fā)展

1.2數(shù)控機床的組成

1.3數(shù)控機床的分類

1.4數(shù)控機床的主要性能指標

1.5數(shù)控機床的特點及發(fā)展趨勢

本章小結(jié)

思考與訓(xùn)練題

第2章計算機數(shù)控系統(tǒng)

2.1概述

2.1.1計算機數(shù)控系統(tǒng)的組成

2.1.2CNC裝置的功能

2.1.3CNC裝置的工作過程

2.2CNC系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)

2.2.1CNC系統(tǒng)硬件構(gòu)成特點

2.2.2單CPU結(jié)構(gòu)CNC系統(tǒng)

2.2.3多CPU結(jié)構(gòu)CNC系統(tǒng)

2.3CNC系統(tǒng)的軟件結(jié)構(gòu)

2.3.1CNC系統(tǒng)軟硬件的界面

2.3.2CNC系統(tǒng)軟件的結(jié)構(gòu)特點

2.3.3常規(guī)CNC系統(tǒng)的軟件結(jié)構(gòu)

2.4插補原理

2.4.1概述

2.4.2逐點比較法插補

2.4.3數(shù)字積分法插補

2.4.4比較積分法

2.4.5數(shù)據(jù)采樣插補

2.5數(shù)控系統(tǒng)信息輸入與數(shù)據(jù)處理

2.5.1零件程序的輸入

2.5.2數(shù)據(jù)處理程序

2.6進給速度計算和加減速控制

2.6.1進給速度計算

2.6.2進給速度的控制

2.6.3加/減速控制

2.7數(shù)控機床用可編程序控制器

2.7.1概述

2.7.2數(shù)控機床用PLC

2.7.3PLC的編程指令

2.7.4數(shù)控機床PLC的程序設(shè)計與調(diào)試

2.8CNC系統(tǒng)的輸入/輸出與通信功能

2.8.1CNC裝置的輸入/輸出和通信要求

2.8.2CNC系統(tǒng)常用外部設(shè)備及接口

2.9開放式數(shù)控系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)及其特點

本章小結(jié)

思考與訓(xùn)練題

第3章數(shù)控機床的機械結(jié)構(gòu)

3.1概述

3.2數(shù)控機床的主傳動系統(tǒng)

3.2.1數(shù)控機床主傳動系統(tǒng)要求

3.2.2數(shù)控機床主軸的調(diào)速方法

3.2.3數(shù)控機床的主軸部件

3.3數(shù)控機床的進給傳動系統(tǒng)

3.3.1數(shù)控機床進給傳動系統(tǒng)要求

3.3.2滾珠絲杠螺母副

3.3.3直線電動機進給系統(tǒng)

3.3.4數(shù)控機床的導(dǎo)軌

3.4換刀裝置

3.5數(shù)控機床的主要輔助裝置

本章小結(jié)

思考與訓(xùn)練題

第4章數(shù)控機床伺服系統(tǒng)

4.1概述

4.1.1伺服系統(tǒng)的概念

4.1.2數(shù)控機床對伺服驅(qū)動系統(tǒng)的要求

4.1.3伺服系統(tǒng)的組成和工作原理

4.1.4伺服系統(tǒng)的分類

4.2步進電動機開環(huán)伺服系統(tǒng)

4.2.1步進電動機的分類、結(jié)構(gòu)和工作原理

4.2.2步進電動機的主要特性

4.2.3步進電動機的控制方法

4.2.4步進電動機伺服系統(tǒng)的功率驅(qū)動

4.2.5步進電動機的細分驅(qū)動技術(shù)

4.2.6提高步進伺服系統(tǒng)精度的措施

4.3閉環(huán)伺服系統(tǒng)

4.3.1直流電動機伺服系統(tǒng)

4.3.2交流電動機伺服系統(tǒng)

4.3.3直線電動機

4.4數(shù)控機床常用檢測裝置

4.4.1位置檢測裝置的分類和性能指標

4.4.2常用的位置檢測裝置

本章小結(jié)

思考與訓(xùn)練題

第5章數(shù)控車床編程與操作

5.1數(shù)控車床加工工藝

5.1.1數(shù)控車床加工對象

5.1.2數(shù)控車削加工工藝的制訂

5.2數(shù)控車床的編程特點

5.3FANUC系統(tǒng)數(shù)控車床的編程與操作

5.3.1數(shù)控車床編程基本知識

5.3.2FANUC系統(tǒng)數(shù)控車床編程指令

5.3.3數(shù)控車床編程實例

5.3.4數(shù)控車床的基本操作

5.4華中系統(tǒng)數(shù)控車床的編程與操作

5.4.1概述

5.4.2華中數(shù)控系統(tǒng)編程指令

5.4.3華中系統(tǒng)數(shù)控車床的基本操作

5.4.4華中系統(tǒng)數(shù)控車床編程實例

本章小結(jié)

思考與訓(xùn)練題

第6章數(shù)控銑床的編程與操作

6.1數(shù)控銑床概述

6.1.1數(shù)控銑床的組成

6.1.2數(shù)控銑床的分類

6.1.3數(shù)控銑床的加工對象及其特點

6.2數(shù)控銑床的程序編制

6.2.1基本編程功能指令代碼

6.2.2常用準備功能指令

6.2.3常用輔助功能指令

6.2.4刀具補償指令

6.2.5子程序及其調(diào)用

6.2.6固定循環(huán)功能

6.2.7用戶宏程序

6.2.8極坐標系設(shè)定指令G15、G16

6.2.9其他程序指令

6.3數(shù)控銑床的基本操作

6.3.1操作面板

6.3.2機床操作

6.4零件加工實例

本章小結(jié)

思考與訓(xùn)練題

第7章加工中心的編程與操作

7.1加工中心概述

7.1.1數(shù)控加工中心的組成

7.1.2加工中心分類

7.1.3數(shù)控加工中心主要加工對象及特點

7.1.4加工中心技術(shù)規(guī)格

7.2加工中心的刀具系統(tǒng)

7.3數(shù)控鏜銑削加工工藝分析

7.3.1零件數(shù)控鏜銑削加工方案的確定

7.3.2切削用量的確定

7.4加工中心的程序編制

7.4.1自動換刀程序的編寫

7.4.2程序輸入與編輯

7.5加工中心的基本操作

7.6零件加工實例

本章小結(jié)

思考與訓(xùn)練題

第8章數(shù)控機床的使用與維修

8.1數(shù)控機床的安裝和調(diào)試

8.2數(shù)控機床的保養(yǎng)與維修

8.2.1數(shù)控機床的設(shè)備管理

8.2.2數(shù)控機床的維護保養(yǎng)

8.2.3數(shù)控機床的故障維修

8.3數(shù)控系統(tǒng)的使用與維護

本章小結(jié)

思考與訓(xùn)練題

參考文獻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，主要包括數(shù)控機床的基本知識、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)控機床的選用、驗收、調(diào)試與維護等內(nèi)容，尤其突出數(shù)控機床的編程與操作、選用調(diào)試與維護等實踐性較強的內(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。

數(shù)控技術(shù)及應(yīng)用內(nèi)容簡介

本書以數(shù)控機床為對象，深入淺出地對數(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)控機床的機械結(jié)構(gòu)與傳動、數(shù)控機床加工與編程、插補原理、計算機數(shù)控系統(tǒng)、位置檢測技術(shù)、數(shù)控機床伺服系統(tǒng)。全書注重理論和實際應(yīng)用相結(jié)合，各章既有聯(lián)系，又有一定的獨立性。 讀者對象：本書既可以作為高等院校本科機械類及相關(guān)專業(yè)教材使用，也可以作為從事機械工程的技術(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)控機床的基本結(jié)構(gòu)及工作原理 1

1.1.1 數(shù)控機床的產(chǎn)生 1

1.1.2 數(shù)控技術(shù)的基本概念 1

1.1.3 數(shù)控機床的基本結(jié)構(gòu)及工作原理 3

1.2 數(shù)控機床的分類 5

1.2.1 按加工工藝方法分類 5

1.2.2 按運動控制方式分類 6

1.2.3 按伺服驅(qū)動的特點分類 7

1.3 數(shù)控機床的適用范圍和特點 9

1.3.1 數(shù)控技術(shù)的適用范圍 9

1.3.2 數(shù)控機床的特點 9

1.4 數(shù)控系統(tǒng)性能指標 11

1.4.1 控制軸數(shù)和聯(lián)動軸數(shù) 11

1.4.2 插補功能 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)速和進給速度及其調(diào)節(jié)范圍 12

1.4.7 機床的數(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)控機床的機械結(jié)構(gòu)與傳動 17

2.1 概述 17

2.1.1 數(shù)控機床機械結(jié)構(gòu)的特點 17

2.1.2 數(shù)控機床對機械結(jié)構(gòu)的基本要求 17

2.2 數(shù)控機床的典型機械結(jié)構(gòu) 18

2.2.1 滾珠絲杠螺母結(jié)構(gòu) 18

2.2.2 齒輪傳動間隙消除結(jié)構(gòu) 23

2.2.3 機床導(dǎo)軌 26

2.2.4 刀庫與自動換刀裝置 28

2.2.5 回轉(zhuǎn)工作臺與分度工作臺 32

2.3 數(shù)控機床的主傳動系統(tǒng) 35

2.3.1 主傳動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)控機床的進給傳動系統(tǒng) 42

2.4.1 數(shù)控機床對進給傳動系統(tǒng)的基本要求 42

2.4.2 數(shù)控機床進給傳動系統(tǒng)的基本形式 43

2.4.3 直線電動機與高速進給單元 45

復(fù)習(xí)思考題 46

第3章 數(shù)控機床加工與編程 47

3.1 數(shù)控加工的工藝特點 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)控機床刀具 49

3.2.1 數(shù)控刀具特點 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)控機床夾具 53

3.3.1 數(shù)控機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 坐標系建立與選擇 58

3.5.2 絕對、增量編程方式 61

3.5.3 基本移動指令 61

3.5.4 刀具補償功能指令 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 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 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 插補原理 75

4.1 插補原理 75

4.1.1 插補的概念 75

4.1.2 插補方法的分類 75

4.2 逐點比較法 76

4.2.1 逐點比較法原理 76

4.2.2 逐點比較法直線插補 77

4.2.3 逐點比較法圓弧插補 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 84

4.3.3 DDA直線插補實例 86

4.3.4 DDA圓弧插補 87

4.3.5 DDA圓弧插補實例 89

復(fù)習(xí)思考題 90

第5章 計算機數(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 絕對式編碼器 120

6.2.3 編碼器在數(shù)控機床中的應(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)控機床對伺服系統(tǒng)的要求 136

7.2 步進電動機及其驅(qū)動系統(tǒng) 137

7.2.1 步進電動機的種類與結(jié)構(gòu) 137

7.2.2 步進電動機的使用特性 139

7.2.3 步進電動機驅(qū)動及控制技術(shù) 141

7.2.4 利用數(shù)控實驗臺實現(xiàn)步進電動機的正、反轉(zhuǎn)控制 142

7.2.5 利用數(shù)控實驗臺實現(xiàn)三相異步電動機的調(diào)頻 145

7.3 直流伺服控制 145

7.3.1 小慣量直流伺服電動機 145

7.3.2 直流主軸電動機 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 交流伺服電動機 154

7.4.2 交流主軸電動機 155

7.4.3 交流伺服電動機的變頻調(diào)速 156

7.4.4 交流伺服電動機的矢量控制調(diào)速 158

7.4.5 矢量變換SPWM變頻調(diào)速實例 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 167

數(shù)控技術(shù)及應(yīng)用前言

前 言

隨著計算機技術(shù)的發(fā)展，數(shù)控技術(shù)已經(jīng)廣泛應(yīng)用于工業(yè)控制的各個領(lǐng)域，尤其是機械制造行業(yè)，具有高效率、高精度、高自動化的數(shù)控裝備得到越來越廣泛的應(yīng)用。數(shù)控機床作為現(xiàn)代機械工業(yè)的重要技術(shù)裝備，是典型的機電一體化產(chǎn)品，它融合了計算機技術(shù)、自動控制技術(shù)、檢測技術(shù)、液壓與氣動技術(shù)，以及精密機械技術(shù)等各個方面的內(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)域的擴大，對國民經(jīng)濟中一些重要行業(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)合不同院校實踐教學(xué)中的經(jīng)驗編寫的。本書以數(shù)控機床為對象，主要介紹數(shù)控技術(shù)概述、數(shù)控機床機械結(jié)構(gòu)與傳動、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、重點突出、內(nèi)容新穎。并本著“易教易學(xué)”與“貼近生產(chǎn)實際”的核心思想，突出本科教學(xué)理論與實踐的均衡，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。

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電類相關(guān)專業(yè)（機械設(shè)計制造及其自動化、材料成型及控制工程、機械電子工程、測控技術(shù)及儀器、過程裝備及控制工程、車輛工程、工業(yè)設(shè)計、工業(yè)工程等）的教學(xué)，也適合對應(yīng)專業(yè)獨立學(xué)院、民辦院校的本科教學(xué)。本教材建議授課48-64學(xué)時。

由于編者的水平有限，書中難免有不妥和錯誤之處，懇請讀者批評指正。

編 者2100433B

具有“以社會需求為導(dǎo)向，以培養(yǎng)學(xué)生的實際應(yīng)用能力為目標”的特色，教材的內(nèi)容、結(jié)構(gòu)體系符合高職教育對數(shù)控技術(shù)、機電一體化、機械制造與自動化專業(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。

• 課程資源

《機床數(shù)控技術(shù)及應(yīng)用（第四版）》配有在線開放課程——“機床數(shù)控技術(shù)”。

《機床數(shù)控技術(shù)及應(yīng)用（第四版）》配有實操類視頻，以二維碼形式呈現(xiàn)。