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第1章 数控机床概述 1

1.1 数控机床的产生与发展 1

1.1.1 数控机床的产生与发展过程 1

1.1.2 数控机床的发展趋势 2

1.1.3 各国数控机床的发展状况 6

1.2 机床中有关数控的基本概念 7

1.3 数控机床的组成及工作原理 9

1.3.1 数控机床的组成 9

1.3.2 数控机床的工作原理 10

1.4 数控机床的分类 11

1.4.1 按工艺用途分类 11

1.4.2 按机床运动轨迹分类 13

1.4.3 按伺服系统控制方式分类 15

1.4.4 按数控系统功能水平分类 16

1.5 数控机床的特点 17

1.5.1 数控机床的设计特点 17

1.5.2 数控机床的加工特点 17

1.5.3 数控机床的结构特点 18

1.6 数控机床的主要性能指标与功能 19

1.6.1 数控机床的规格指标 19

1.6.2 数控机床的精度指标 20

1.6.3 数控机床的运动指标 20

1.6.4 数控机床的主要功能 20

1.7 数控机床的应用范围 22

思考与练习题 23

第2章 数控机床的数控系统 24

2.1 数控系统的总体结构及各部分功能 24

2.1.1 数控系统的组成与机床的基本控制要求 24

2.1.2 CNC装置的结构 25

2.1.3 CNC装置的工作过程 30

2.1.4 CNC装置的功能 31

2.2 CNC装置的插补原理 34

2.2.1 插补的分类 34

2.2.2 逐点比较法 35

2.2.3 逐点比较法直线插补 36

2.2.4 逐点比较法圆弧插补 39

2.3 CNC装置的刀具补偿 41

2.3.1 刀具长度补偿 41

2.3.2 刀具半径补偿 42

2.4 CNC装置误差补偿原理 48

2.4.1 反转间隙补偿 49

2.4.2 螺距误差补偿 49

2.4.3 其他因素引起的误差及其补偿 50

2.5 可编程序控制器 51

2.5.1 PLC的组成及特点 51

2.5.2 PLC在数控机床上的应用 53

2.6 CNC装置的I／O与通信接口 54

2.6.1 CNC装置对I／O与通信接口的要求 54

2.6.2 数控系统I／O接口 55

2.6.3 数控系统串行数据通信及其接口 56

思考与练习题 58

第3章 数控机床的伺服系统 59

3.1 步进电动机驱动控制系统 60

3.1.1 步进电动机的分类与结构 60

3.1.2 步进电动机的工作原理与主要特性 61

3.1.3 步进电动机的驱动控制 63

3.2 直流伺服电动机控制系统 65

3.2.1 直流伺服电动机的分类与结构 66

3.2.2 直流伺服电动机的工作原理与工作特性 66

3.2.3 直流伺服电动机的调速方法 69

3.3 交流伺服电动机控制系统 69

3.3.1 交流伺服电动机的分类与结构 69

3.3.2 交流伺服电动机的工作原理与性能 70

3.3.3 交流伺服电动机的调速方法 71

思考与练习题 72

第4章 数控机床的位置检测装置 73

4.1 旋转变压器 75

4.2 感应同步器 78

4.3 光栅 81

4.4 光电脉冲编码器 83

思考与练习题 85

第5章 数控机床的机械结构 86

5.1 数控机床机械结构组成及特点 86

5.1.1 数控机床机械结构的主要组成 86

5.1.2 数控机床机械结构的主要特点 88

5.2 数控机床的总体布局 94

5.2.1 工件形状、尺寸和质量对运动分配的影响 94

5.2.2 加工功能与运动数目对机床部件的布局影响 95

5.2.3 机床的结构性能与总布局的关系 97

5.2.4 机床的使用要求与总布局的关系 98

思考与练习题 100

第6章 数控机床的主传动系统 101

6.1 数控机床对主传动系统的要求 101

6.2 数控机床主传动系统的变速方式 102

6.2.1 机床主轴的功率转矩特性 102

6.2.2 直流和交流调速电动机的功率转矩特性 103

6.2.3 主轴转速的自动变换 103

6.2.4 数控机床主轴的传动方式 103

6.3 数控机床的主轴部件 105

6.3.1 主轴 106

6.3.2 主轴的支承 107

6.3.3 刀杆自动拉紧放松机构及切屑清除装置 110

6.3.4 主轴的定向准停装置 112

6.3.5 主轴润滑与密封 113

6.4 电主轴 116

思考与练习题 118

第7章 数控机床的进给系统 119

7.1 对进给系统机械传动机构的要求 119

7.2 滚珠丝杠螺母副 120

7.2.1 工作原理和特点 120

7.2.2 结构类型 121

7.2.3 滚珠丝杠螺母副的预紧 121

7.2.4 丝杠的支承方式 124

7.3 静压丝杠螺母副 125

7.4 蜗杆蜗轮副 126

7.4.1 双导程蜗杆的工作原理 126

7.4.2 双导程蜗杆蜗轮副及其间隙调整结构 127

7.4.3 双导程蜗杆蜗轮副的特点 127

7.5 齿轮传动副 128

7.6 数控机床导轨 131

7.6.1 对导轨的基本要求 131

7.6.2 导轨的基本类型及特点 131

7.6.3 普通滑动导轨 132

7.6.4 滚动导轨 134

7.6.5 静压导轨 137

7.7 直线电动机传动 137

思考与练习题 140

第8章 数控机床的辅助装置 141

8.1 自动换刀装置 141

8.1.1 转塔式自动换刀装置 141

8.1.2 刀库式自动换刀装置 146

8.2 数控机床的工作台 156

8.2.1 数控回转工作台 156

8.2.2 分度工作台 158

8.3 液压与气压传动系统在数控机床中的应用 162

8.3.1 TND360机床的液压系统 162

8.3.2 数控加工中心气动换刀系统 164

8.3.3 气液增压的结构原理与应用 166

8.4 数控机床用附件 168

8.4.1 卡盘 168

8.4.2 尾座 170

8.4.3 分度头 170

8.4.4 常用铣削刀柄 172

8.4.5 三坐标测量机 177

8.4.6 机外对刀仪 179

8.4.7 寻边器与Z轴设定器 180

8.5 排屑装置 182

8.6 润滑系统 183

思考与练习题 185

第9章 常用数控机床 186

9.1 数控车床 186

9.1.1 数控车床的分类 186

9.1.2 数控车床的结构特点 189

9.1.3 数控车床的布局 191

9.1.4 数控车床的传动系统和机械结构 192

9.1.5 车削加工中心 200

9.2 数控铣床 202

9.2.1 数控铣床特点及分类 202

9.2.2 数控铣床的主要功能及加工对象 204

9.2.3 数控铣床的机械结构 205

9.2.4 数控铣床的传动系统与结构 208

9.3 加工中心 210

9.3.1 加工中心的特点 210

9.3.2 加工中心的分类 210

9.3.3 加工中心的应用范围 216

思考与练习题 217

第10章 数控机床加工程序的编制 218

10.1 数控编程 218

10.1.1 数控编程的内容与步骤 218

10.1.2 数控编程的方法 220

10.1.3 程序的结构与格式 221

10.1.4 数控机床坐标轴和运动方向 224

10.1.5 数控系统的准备功能和辅助功能 227

10.2 数控加工工艺分析 235

10.2.1 数控加工工艺的基本特点和基本内容 235

10.2.2 工序与工步的划分 235

10.2.3 零件的安装与夹具的选择 237

10.2.4 刀具的选择与切削用量的确定 237

10.2.5 数控机床的坐标系和坐标原点 238

10.2.6 对刀点和换刀点的确定 239

10.2.7 工艺路线的确定 240

10.3 数控车床编程 242

10.3.1 单一指令 242

10.3.2 刀尖半径补偿（G41、G42、G40） 242

10.3.3 循环指令 245

10.3.4 数控车床编程实例 247

10.4 数控铣床编程 250

10.4.1 刀具——立铣刀 250

10.4.2 指令 251

10.4.3 数控铣床编程实例 255

10.5 数控加工自动编程 258

思考与练习题 264

参考文献 265