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第1章 绪论 1

1.1 数控机床简介 1

1.1.1 数控机床的定义 1

1.1.2 数控机床的特点 2

1.2 数控机床的组成及工作原理 3

1.3 数控机床的分类 5

1.3.1 按加工方式和工艺用途分类 5

1.3.2 按运动轨迹分类 6

1.3.3 按伺服控制系统分类 7

1.3.4 按数控系统的功能水平分类 8

1.4 现代数控机床的发展 9

1.4.1 数控技术的产生与发展 9

1.4.2 数控机床的发展动向 9

1.4.3 我国数控机床的发展情况 10

◇思考题 11

第2章 数控系统的基本结构 12

2.1 数控系统的硬件结构 12

2.1.1 单微处理器的CNC装置基本结构 12

2.1.2 多微处理器的CNC装置基本结构 14

2.1.3 专用型和个人计算机式结构的CNC装置 19

2.1.4 开放式CNC装置 21

2.2 数控系统的软件结构 27

2.2.1 软件结构特点 27

2.2.2 输入和数据处理 32

2.2.3 速度处理和加减速控制 38

2.2.4 插补计算 47

2.2.5 位置控制 48

2.2.6 故障诊断与状态监测 48

2.2.7 系统二次开发控制 51

2.3 数控系统中的PLC 53

2.3.1 数控机床上的两类控制信息 53

2.3.2 可编程控制器及其工作过程 54

2.4 数控系统的常用接口 59

2.4.1 数控系统的常用接口概述 59

2.4.2 键盘输入/输出接口 59

2.4.3 显示器及其接口 61

2.4.4 机床开关量及其接口 66

2.4.5 串行通信及其接口 69

2.4.6 网络通信及其接口 70

◇思考题 72

第3章 数控插补原理 74

3.1 数控插补原理概述 74

3.2 基准脉冲插补 75

3.2.1 逐点比较法 75

3.2.2 数字积分法 79

3.3 数据采样插补 84

3.3.1 数据采样插补原理及精度分析 84

3.3.2 直线函数法插补 86

3.3.3 扩展DDA数据采样插补 87

3.4 空间参数曲线/曲面高精度实时插补算法原理介绍 90

3.4.1 参数曲线插补原理 90

3.4.2 参数曲面插补原理 93

3.4.3 机床加减速控制 95

◇思考题 96

第4章 数控加工编程 97

4.1 数控加工编程的基础知识 97

4.1.1 数控加工编程的基本概念 97

4.1.2 数控编程方法介绍 98

4.1.3 数控加工的工艺分析 98

4.1.4 数控加工的数学处理 100

4.2 数控程序的编制 102

4.2.1 数控程序编制的国际标准和国家标准 102

4.2.2 机床的坐标系 103

4.2.3 数控加工程序段格式和程序结构 106

4.2.4 编写数控加工技术文件和加工程序 106

4.3 手工编程 107

4.3.1 数控车削编程知识 107

4.3.2 加工中心编程知识 123

4.4 自动编程 141

4.4.1 自动编程特点 141

4.4.2 APT自动编程简介 142

4.4.3 参数化图形交互自动编程系统 144

4.5 STEP-NC介绍 149

4.5.1 STEP-NC的概念及研究进展 149

4.5.2 STEP-Nc数据结构 151

4.5.3 STEP-NC与G代码程序的对比 153

4.5.4 基于STEP-NC的数控加工应用 154

◇思考题 162

第5章 伺服控制系统 163

5.1 数控机床伺服系统的组成和分类 163

5.1.1 伺服系统的组成 163

5.1.2 伺服系统的分类 164

5.1.3 伺服系统的发展 166

5.1.4 数控机床对伺服驱动系统的要求 167

5.2 伺服系统的伺服驱动装置 169

5.2.1 步进电机 169

5.2.2 直流伺服电机 172

5.2.3 交流伺服电机 179

5.2.4 直线电机 181

5.3 速度控制 183

5.3.1 直流进给运动的速度控制 183

5.3.2 直流主轴驱动的速度控制 191

5.3.3 交流进给运动的速度控制 192

5.3.4 交流进给驱动的速度控制 195

5.3.5 交流主轴驱动的速度控制 195

5.3.6 交流伺服电机的矢量控制 197

5.4 位置控制 201

5.4.1 位置控制的基本原理 201

5.4.2 前馈控制介绍 201

5.4.3 全数字伺服系统 203

◇思考题 203

第6章 数控机床位置检测系统 205

6.1 位置检测系统的主要要求和分类 205

6.1.1 位置检测系统的主要要求 205

6.1.2 位置检测装置的分类 205

6.2 旋转变压器 207

6.2.1 旋转变压器结构 207

6.2.2 旋转变压器工作原理 207

6.2.3 旋转变压器的应用 208

6.3 感应同步检测单元 209

6.3.1 感应同步检测单元结构 209

6.3.2 感应同步检测单元工作原理 209

6.3.3 感应同步检测单元应用 210

6.4 光栅检测单元 212

6.4.1 光栅检测单元的结构 212

6.4.2 光栅检测单元的工作原理 213

6.4.3 光栅检测单元应用 214

6.5 磁栅检测单元 215

6.5.1 磁栅检测单元结构 215

6.5.2 磁栅检测单元工作原理 216

6.6 脉冲编码器 218

6.6.1 脉冲编码器结构 218

6.6.2 脉冲编码器工作原理 219

6.6.3 脉冲编码器应用 220

◇思考题 222

第7章 现代数控机床的设计 223

7.1 数控机床的总体结构设计 223

7.1.1 数控机床的结构设计要求 223

7.1.2 数控机床的总体布局 226

7.1.3 机床总体布局的计算机辅助设计 227

7.2 数控机床主传动设计 229

7.2.1 主传动系统的设计要求 229

7.2.2 主传动变速系统的设计 230

7.2.3 主轴部件设计 233

7.2.4 主传动系统的计算机辅助设计 237

7.3 进给传动系统 240

7.3.1 进给传动系统的组成和设计要求 240

7.3.2 电气驱动部件的设计 241

7.3.3 机械传动部件的设计 247

7.3.4 进给传动系统的计算机辅助设计 250

7.4 床身和导轨 252

7.4.1 床身 252

7.4.2 导轨 256

7.5 自动换刀系统 257

7.5.1 自动换刀装置 257

7.5.2 刀库 262

◇思考题 264

第8章 数控加工装备 265

8.1 加工中心 265

8.1.1 机床的组成结构 265

8.1.2 加工中心传动系统 267

8.1.3 自动换刀装置 268

8.2 数控五轴-六轴联动机床 269

8.2.1 复杂曲面加工原理 269

8.2.2 机床的组成结构 272

8.2.3 数控系统 278

8.3 数控激光加工机床 279

8.3.1 数控激光加工机床现状 279

8.3.2 数控激光加工机床的组成及工作原理 282

8.3.3 典型数控激光切缝机床分析 291

8.3.4 国内激光切割技术的发展趋势 296

8.4 高速切削机床 298

8.4.1 高速切削原理 298

8.4.2 机床的结构 299

8.4.3 高速切削的特点 301

8.4.4 高速切削机床的关键技术 302

8.5 并联机床 306

8.5.1 机床运动原理 306

8.5.2 机床的组成结构 306

◇思考题 309

参考文献 310