數(shù)控技術及應用目錄

緒論

第一章　數(shù)控機床的組成與工作原理

第一節(jié)數(shù)控機床的組成與工作原理

第二節(jié)數(shù)控機床加工的特點及應用

第三節(jié)數(shù)控機床的種類劃分

第二章　計算機數(shù)控系統(tǒng)

第一節(jié)CNC系統(tǒng)的概述

第二節(jié)CNC系統(tǒng)的硬件結構

第三節(jié)CNC系統(tǒng)的軟件結構

第四節(jié)CNC裝置的接口與通信

第三章數(shù)控機床的機械結構

第一節(jié)數(shù)控機床的總體布局

第二節(jié)數(shù)控機床的主軸部件

第三節(jié)數(shù)控機床的進給傳動系統(tǒng)

第四節(jié)自動換刀裝置

第五節(jié)數(shù)控機床的回轉工作臺

第四章　數(shù)控機床的伺服系統(tǒng)

第一節(jié)伺服系統(tǒng)概述

第二節(jié)步進電機及其驅動系統(tǒng)

第三節(jié)直流伺服電動機調速系統(tǒng)

第四節(jié)交流伺服電機與速度控制

第五節(jié)位置檢測裝置

第五章　數(shù)控機床的程序編制

第一節(jié)概述

第二節(jié)數(shù)控編程的基礎

第三節(jié)數(shù)控編程的工藝

第四節(jié)數(shù)控系統(tǒng)的指令代碼

第五節(jié)自動編程

第六章　插補原理及數(shù)據(jù)處理

第一節(jié)概述

第二節(jié)基準脈沖插補

第三節(jié)數(shù)據(jù)采樣插補及數(shù)據(jù)處理

第四節(jié)輸入數(shù)據(jù)處理

第七章數(shù)控機床的選擇、安裝、故障診斷與維護

第一節(jié)數(shù)控機床的選擇方法

第二節(jié)數(shù)控機床的安裝與調試

第三節(jié)數(shù)控機床故障診斷

第四節(jié)數(shù)控機床的日常維護與保養(yǎng)

參考文獻

本書內容新，編排形式具有創(chuàng)新性，實用性強，章后附有思考題與習題。本書不僅可作為高等院校、高職高專機電類專業(yè)教材，亦可作為相關崗位培訓教材，還可供有關技術人員閱讀參考。

數(shù)控技術及應用內容簡介

本書以數(shù)控機床為對象，深入淺出地對數(shù)控技術所包含的主要內容和應用做了比較全面的分析和敘述。全書共分7章，主要內容包括概論、數(shù)控機床的機械結構與傳動、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、數(shù)控機床伺服系統(tǒng)。全書注重理論和實際應用相結合，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專業(yè)教材使用，也可以作為從事機械工程的技術人員參考用書。

數(shù)控技術及應用目錄

目 錄

第1章 概論 1

1.1 數(shù)控機床的基本結構及工作原理 1

1.1.1 數(shù)控機床的產生 1

1.1.2 數(shù)控技術的基本概念 1

1.1.3 數(shù)控機床的基本結構及工作原理 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 主軸轉速和進給速度及其調節(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)控技術的發(fā)展 13

1.5.1 數(shù)控技術的功能發(fā)展 14

1.5.2 數(shù)控技術的體系結構發(fā)展 15

1.5.3 新一代數(shù)控加工技術 16

1.5.4 數(shù)控技術在先進制造技術中的作用 16

復習思考題 16

第2章 數(shù)控機床的機械結構與傳動 17

2.1 概述 17

2.1.1 數(shù)控機床機械結構的特點 17

2.1.2 數(shù)控機床對機械結構的基本要求 17

2.2 數(shù)控機床的典型機械結構 18

2.2.1 滾珠絲杠螺母結構 18

2.2.2 齒輪傳動間隙消除結構 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 主軸部件的結構 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 程序組成與結構 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)的基本結構及工作原理 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)的硬件結構 97

5.2.1 大板結構和功能模板結構 97

5.2.2 單微處理器結構和多微處理器結構 98

5.2.3 CNC裝置的輸入/輸出接口 101

5.2.4 開放式CNC的硬件結構 102

5.3 CNC系統(tǒng)的軟件結構 104

5.3.1 CNC系統(tǒng)軟件的組成 104

5.3.2 CNC的軟件結構 105

5.3.3 CNC軟件結構模式 107

5.3.4 開放式CNC的軟件結構 110

5.3.5 系統(tǒng)參考結構 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 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 光柵尺的結構及工作原理 122

6.3.2 光柵尺位移數(shù)字變換系統(tǒng) 124

6.3.3 磁柵尺的結構及工作原理 125

6.3.4 磁柵尺的檢測電路 127

6.4 旋轉變壓器和感應同步器 128

6.4.1 旋轉變壓器的結構和工作原理 128

6.4.2 感應同步器的結構和工作原理 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 步進電動機及其驅動系統(tǒng) 137

7.2.1 步進電動機的種類與結構 137

7.2.2 步進電動機的使用特性 139

7.2.3 步進電動機驅動及控制技術 141

7.2.4 利用數(shù)控實驗臺實現(xiàn)步進電動機的正、反轉控制 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 晶閘管直流調速 146

7.3.4 晶體管直流脈寬調速 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速 156

7.4.4 交流伺服電動機的矢量控制調速 158

7.4.5 矢量變換SPWM變頻調速實例 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)控技術及應用前言

前 言

隨著計算機技術的發(fā)展，數(shù)控技術已經(jīng)廣泛應用于工業(yè)控制的各個領域，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)的重要技術裝備，是典型的機電一體化產品，它融合了計算機技術、自動控制技術、檢測技術、液壓與氣動技術，以及精密機械技術等各個方面的內容。數(shù)控技術的應用，不但使傳統(tǒng)的生產和制造模式發(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)控技術概述、數(shù)控機床機械結構與傳動、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)控伺服與檢測技術等內容。本書在內容編排上力求系統(tǒng)全面、重點突出、內容新穎。并本著“易教易學”與“貼近生產實際”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)控技術開發(fā)與應用的工程技術人員的參考書。適用于普通高等院校機電類相關專業(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

• 課程資源

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

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

1. 側重于數(shù)控編程和數(shù)控原理，兼顧現(xiàn)代數(shù)控機床結構、分布式數(shù)控技術、柔性制造技術等方面的知識。

2. 編寫時既注重基礎性、系統(tǒng)性和綜合性，也考慮應用性、實踐性和先進性。

機床數(shù)控技術及應用（第四版）修訂情況

該書第1章由陳蔚芳、劉凱編寫，第2章、第3章由陳蔚芳編寫，第4章由薛建彬、劉凱編寫，第5章由王宏濤、陳蔚芳、羅福源編寫，第6章、第7章由王宏濤、羅福源編寫，第8章由薛建彬、吳青聰編寫，第9章、第10章由樓佩煌、吳青聰編寫。全書由陳蔚芳、王宏濤、劉凱統(tǒng)稿和定稿。南京航空航天大學游有鵬教授和南京數(shù)控機床有限公司孫序泉教授級高工對該書進行了審閱，提出了意見。

該書在編寫過程中，參閱了相關文獻、教材和PPT講義，何磊、侯軍明、郝小忠、劉志東提供了部分編程例題、工藝素材和加工視頻，倪麗君、沈雨蘇、曹新航等完成了書中大部分圖形的繪制、部分文字的錄入和整理工作，冷晟、史建新、趙正彩、周明虎等提供了部分材料。南京納威精密機械有限公司、南京德西數(shù)控新技術有限公司、南京航空航天大學工程訓練中心和南京工程學院為該書提供了相關視頻資料。

機床數(shù)控技術及應用（第四版）出版工作

2019年9月1日，《機床數(shù)控技術及應用（第四版）》由科學出版社出版發(fā)行。