《數(shù)控技術(shù)及應用》

第3版前言

第2版前言

第1版前言

第一章數(shù)控技術(shù)概述1

第一節(jié)數(shù)控技術(shù)的基本概念1

第二節(jié)數(shù)控機床的組成及作用2

第三節(jié)數(shù)控系統(tǒng)的分類4

第四節(jié)數(shù)控技術(shù)的最新發(fā)展趨勢9

習題13

第二章數(shù)控機床的程序編制14

第一節(jié)程序編制的基礎知識14

第二節(jié)數(shù)控機床的坐標系統(tǒng)19

第三節(jié)數(shù)控加工程序編制21

第四節(jié)數(shù)控自動編程應用簡介35

習題41

第三章計算機數(shù)控系統(tǒng)43

第一節(jié)CNC系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)43

第二節(jié)CNC系統(tǒng)的軟件結(jié)構(gòu)53

第三節(jié)CNC系統(tǒng)的插補原理60

第四節(jié)CNC系統(tǒng)的刀具補償原理70

第五節(jié)典型計算機數(shù)控系統(tǒng)實例73

習題83

第四章伺服系統(tǒng)85

第一節(jié)概述85

第二節(jié)步進電動機及驅(qū)動電路87

第三節(jié)交流電動機伺服系統(tǒng)96

第四節(jié)直流伺服電動機105

第五節(jié)主軸電動機及驅(qū)動裝置108

習題115

第五章位置檢測裝置116

第一節(jié)概述116

第二節(jié)光電編碼器117

第三節(jié)光柵123

第四節(jié)感應同步器130

第五節(jié)旋轉(zhuǎn)變壓器134

第六節(jié)磁柵137

習題139

第六章數(shù)控機床的機械結(jié)構(gòu)141

第一節(jié)主傳動結(jié)構(gòu)141

第二節(jié)進給傳動結(jié)構(gòu)147

第三節(jié)滾珠絲杠副150

第四節(jié)導軌副154

第五節(jié)自動換刀裝置及回轉(zhuǎn)工作臺156

習題164

第七章數(shù)控系統(tǒng)中的PLC控制165

第一節(jié)概述165

第二節(jié)數(shù)控系統(tǒng)中的PLC概述166

第三節(jié)數(shù)控系統(tǒng)中PLC的信息

交換171

第四節(jié)數(shù)控系統(tǒng)中的PLC控制

功能實現(xiàn)173

習題192

第八章典型數(shù)控設備193

第一節(jié)數(shù)控車床193

第二節(jié)數(shù)控銑床202

第三節(jié)加工中心206

第四節(jié)其他典型數(shù)控機床214

習題223

附錄FANUC 0i-D報警表224

參考文獻243

具有“以社會需求為導向，以培養(yǎng)學生的實際應用能力為目標”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，因此具有廣泛的應用前景。

數(shù)控技術(shù)及應用內(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 脈沖當量 12

1.4.4 定位精度和重復定位精度 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

復習思考題 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

復習思考題 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 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 子程序格式及應用 71

復習思考題 72

練習 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

復習思考題 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

復習思考題 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 感應同步器的結(jié)構(gòu)和工作原理 130

復習思考題 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

復習思考題 166

參考文獻 167

數(shù)控技術(shù)及應用前言

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)普通高等學校應用型本科面向“十二五”機電類專業(yè)教材建設的規(guī)劃要求，并結(jié)合不同院校實踐教學中的經(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”與“貼近生產(chǎn)實際”的核心思想，突出本科教學理論與實踐的均衡，盡量減少理論教學的枯燥、抽象。每章均附有復習思考題，可以幫助學生理解和鞏固所學知識。

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

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)設計、工業(yè)工程等）的教學，也適合對應專業(yè)獨立學院、民辦院校的本科教學。本教材建議授課48-64學時。

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

本書特別適合作為高等院校應用型人才培養(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。

• 課程資源

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