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前言 1

第1章 概述 1

1.1 数控系统的基本概念 1

1.2 数控机床的组成与工作原理 2

1.2.1 数控机床的组成 2

1.2.2 数控机床的工作原理 3

1.3 数控机床的分类与适用范围 5

1.3.1 按机床运动轨迹的分类 6

1.3.2 按伺服系统类型的分类 8

1.3.3 按加工工艺类型的分类 10

1.3.4 按数控系统功能水平的分类 11

1.3.5 数控机床的适用范围 12

1.4 数控机床的特点 13

1.5 国外主要数控系统产品简介 15

1.5.1 日本FANUC公司的CNC产品 15

1.5.2 德国SIEMENS公司的CNC产品 16

1.5.3 西班牙FAGOR公司的CNC产品 19

1.6 数控系统的发展 21

1.6.1 数控系统的发展简述 21

1.6.2 我国数控系统的发展简述 22

1.6.3 数控系统的发展趋势 24

第2章 数控系统的工作原理 30

2.1 数控机床的坐标系 30

2.1.1 机床坐标和运动方向的定义 30

2.1.2 机床坐标的确定方法 32

2.1.3 绝对坐标系与相对坐标系 34

2.2 数控机床的零点偏置 37

2.2.1 零点偏置的基本定义 37

2.2.2 可设定零点偏置与可编程零点偏置 38

2.2.3 零点偏置的取消 40

2.2.4 轨迹计算 42

2.3 数控系统的控制面板 43

2.4 数控系统的复位操作 48

2.5 数控系统的一般工作方式 48

2.5.1 返回参考点方式 48

2.5.2 自动加工方式 49

2.5.3 连续点动方式 52

2.5.4 增量点动方式 53

2.5.5 手动输入/自动加工方式 54

2.5.6 设定实际值方式 54

2.5.7 重定位方式 55

第3章 数控系统的程序编制 56

3.1 概述 56

3.2 程序编制的基础知识 57

3.3 手工程序编制 60

3.3.1 程序编制的G代码 60

3.3.2 辅助功能M代码 64

3.3.3 其他功能代码 67

3.3.4 手工编程的缺点 68

3.4.1 概述 69

3.4 自动程序编制 69

3.4.2 数控语言 70

3.4.3 APT语言的基本要素 71

3.4.4 APT数控语言的几何定义语句 76

3.4.5 APT数控语言的运动语句 85

3.4.6 APT数控语言的后置处理语句及其他语句 92

3.4.7 APT编程举例 98

3.5 图形程序编制 102

3.5.1 蓝图编程的基本概念 102

3.5.2 蓝图编程的基本原理 103

3.5.3 蓝图编程的主要算法 103

3.5.4 蓝编程软件的总体设计 107

3.5.5 蓝图编程系统软件的实现 108

第4章 数控系统的插补原理 114

4.1 概述 114

4.2 数据采样插补 117

4.2.1 插补周期与采样周期 117

4.2.2 插补周期与采样周期的选择 117

4.2.3 插补周期与精度、速度的关系 118

4.3 内接弦线法插补原理 121

4.3.1 直线插补原理 122

4.3.2 圆弧插补原理 123

4.4 扩展DDA插补原理 125

4.4.1 直线插补原理 126

4.4.2 DDA圆弧插补原理 128

4.4.3 扩展DDA圆弧插补 131

4.4.4 圆弧插补参数 I、K的符号判别 134

4.4.5 扩展DDA圆弧插补法分析 135

4.5 圆弧插补二阶递归算法 138

4.6 数据采样插补的终点判别 141

4.6.1 终点判别的一般方法 142

4.6.2 终点判别的快速判别方法 144

4.7 椭圆插补方法 148

4.7.1 椭圆插补基本原理 148

4.7.2 椭圆插补终点判别处理 150

4.7.3 椭圆插补精度分析 152

4.8.1 参数三次样条插补原理 154

4.8 高次曲线样条插补方法 154

4.8.2 参数三次样条插补基本算法 156

4.8.3 参数三次样条插补轮廓误差分析 157

4.9 螺纹加工算法 159

4.9.1 固定螺距的螺纹加工算法 160

4.9.2 变动螺距的螺纹加工算法 163

4.9.3 多螺纹加工算法 163

第5章 数控系统的刀具补偿原理 166

5.1 概述 166

5.2 数控系统的刀具补偿原理 167

5.2.1 刀具数据 167

5.2.2 刀具长度补偿原理 170

5.2.3 刀具半径补偿原理 172

5.2.4 C功能刀具补偿的基本设计思想 174

5.3 刀具补偿类型及判别方法 176

5.3.1 刀具补偿类型的定义 176

5.3.2 刀具半径补偿算法的几个基本概念 180

5.3.3 刀具补偿转接类型的判别方法 182

5.4 刀具补偿的算法 184

5.4.1 直线接直线的情况 184

5.4.2 直线接圆弧的情况 188

5.4.3 圆弧接直线的情况 192

5.4.4 圆弧接圆弧的情况 195

5.5 刀具补偿的几种情况 198

6.1.1 数控机床的伺服系统简述 201

6.1 概述 201

第6章 数控机床的伺服系统 201

6.1.2 数控机床对伺服系统的要求 204

6.2 伺服系统的检测元件 204

6.2.1 测速发电机 204

6.2.2 自整角机 208

6.2.3 旋转变压器 211

6.2.4 感应同步器 215

6.2.5 光栅 222

6.2.6 脉冲编码器 225

6.2.7 磁尺 230

6.2.8 激光检测装置 232

6.3.1 伺服电动机的种类、特点和选用原则 233

6.3 进给伺服系统 233

6.3.2 直流伺服系统 234

6.3.3 交流伺服系统及其应用 253

6.3.4 交、直流伺服电动机的计算机位置闭环控制 266

6.3.5 步进电动机的驱动与控制 273

6.3.6 直接驱动伺服系统 284

6.4 主轴驱动系统 291

6.4.1 数控机床对主轴驱动的要求 291

6.4.2 直流主轴驱动 293

6.4.3 交流主轴驱动 295

6.4.4 主轴定向控制 300

7.1 概述 302

第7章 数控系统的硬件和软件 302

7.2 数控系统的硬件结构 305

7.2.1 按硬件制造方式对数控系统硬件结构的分类 305

7.2.2 按所用的CPU对数控系统硬件结构的分类 307

7.2.3 最新32位微处理器CNC系统 310

7.3 数控系统的I/O接口 313

7.4 数控系统的通信 314

7.4.1 概述 314

7.4.2 CNC系统的异步串行接口 315

7.4.3 CNC系统的网络通信接口 323

7.5 数控系统的软件 327

7.5.1 前后台型结构的CNC系统软件 328

7.5.2 中断型结构的CNC系统软件 333

7.6.1 数控系统PLC的类型 336

7.6 数控系统的可编程序控制器(PLC) 336

7.6.2 数控系统PLC的工作过程 339

7.6.3 数控系统PLC程序的设计流程 340

7.7 数控系统的故障诊断 341

第8章 自适应数控系统 346

8.1 概述 346

8.2 自适应控制的概念 347

8.3 自适应数控系统 350

8.4 具有约束条件的自适应控制 354

8.4.1 基本概念 354

8.4.2 车削ACC系统 356

8.5 可变增益的AC系统 358

8.6 最佳自适应控制数控系统 363

8.6.1 磨削模型 364

8.6.2 最优化对策 365

8.6.3 磨削自适应控制的设计 366

8.7 过程变量的检测 368

8.7.1 切削力检测 368

8.7.2 转矩检测 370

8.7.3 温度检测 370

8.7.4 空切检测 372

8.7.5 振动检测 372

8.8 自适应控制的应用 373

8.8.1 自适应控制铣床 373

8.8.2 自适应控制加工中心 375

8.8.3 磨床的自适应控制问题 376

8.9 自适应控制的研究展望 377

第9章 计算机集成制造系统 378

9.1 直接数字控制(DNC)系统 378

9.2 柔性制造系统(FMS) 382

9.2.1 FMS的定义与组成 382

9.2.2 FMS的类型与特点 384

9.2.3 FMS的管理与控制 385

9.2.4 FMS的决策支持系统 387

9.2.5 FMS的通信 387

9.3 柔性制造单元(FMC) 389

9.4 计算机集成制造技术 391

9.4.1 概述 391

9.4.2 CIMS的构成 392

9.4.3 CIMS的分级递阶结构 393

9.5 计算机集成制造技术的发展概况 394

9.5.1 FMS的发展 394

9.5.2 CIMS的发展 396

第10章 新一代数控系统 401

10.1 下一代控制器NGC计划的由来 401

10.2 NGC的技术与标准 402

10.3 NGC计划的目标 406

10.4 NGC计划的实现 407

10.5 NGC计划带来的好处 410

10.6 相遇与挑战 410

参考文献 417