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目录 1

第1章 绪论 1

1.1 数控技术的产生和特点 1

1.1.1 数控技术的产生 1

1.1.2 数控技术的特点 2

1.1.3 计算机数控 2

1.2 数控机床的组成和作用 3

1.2.1 数控机床的组成部分 3

1.2.2 数控机床各组成部分的作用 3

1.3 数字控制系统 4

1.3.1 数字控制系统的组成和分类 4

1.3.2 开环和闭环控制系统 5

1.3.3 点位控制系统与连续控制系统 6

1.3.4 多功能与经济型数控系统 7

1.3.5 适应控制系统 7

1.3.6 直接数控系统 8

1.4 数控技术的应用 9

1.4.1 数控技术在金属切削机床中的应用 9

1.4.2 数控技术在电加工机床中的应用 10

1.4.3 数控技术在工业机器人中的应用 12

1.4.4 CNC三坐标测量机 13

1.5 数控技术的发展与机械加工自动化 14

1.5.1 数控机床的发展趋势 14

1.5.2 先进制造技术简介 18

1.6 习题 23

第2章 数控加工程序的编制 25

2.1 概述 25

2.1.1 程序编制的目的 25

2.1.2 程序编制的方法 25

2.1.3 编程内容与步骤 26

2.2 加工程序段的格式与代码 27

2.2.1 加工程序的构成 27

2.2.2 加工程序的代码 27

2.2.3 加工程序段的格式 27

2.3.1 数控机床的坐标轴 33

2.3 数控机床的坐标系 33

2.3.2 机床坐标系与工件坐标系 34

2.4 常用准备功能指令的编程说明 35

2.4.1 与位置有关的指令 35

2.4.2 与插补有关的指令 37

2.4.3 暂停（延迟）指令 38

2.4.4 刀具补偿指令 38

2.4.5 标准固定循环指令 41

2.5 数控铣床与加工中心的编程 41

2.5.1 数控铣床的编程特点 41

2.5.2 数控铣床编程中的特殊功能指令 42

2.5.3 数控铣床编程实例 46

2.5.4 加工中心的编程特点 48

2.5.5 加工中心换刀程序的编制 49

2.6 数控车床加工程序的编制 50

2.6.1 数控车床的编程特点 50

2.6.2 编程实例 50

2.7 自动编程系统 53

2.7.1 概述 53

2.7.2 自动编程技术的新进展 57

2.8 习题 58

3.1 CNC系统的组成和计算机的功用 60

3.1.1 CNC系统的组成 60

第3章 计算机数控系统 60

3.1.2 CNC系统中的计算机 61

3.1.3 CNC系统中的可编程逻辑控制器 66

3.1.4 机床控制I/O部件的实现 67

3.2 数控系统的模块化设计 71

3.2.1 概述 71

3.2.2 总线标准 72

3.2.3 总线功能模块 75

3.3 CNC系统中的插补运算 76

3.3.1 概述 76

3.3.2 脉冲增量插补法 77

3.3.3 数字增量插补法（数据采样法） 92

3.4.1 CNC控制软件的组成 95

3.4 CNC系统的控制软件 95

3.4.2 CNC控制软件的结构 100

3.5 习题 102

第4章 数控机床的机械结构 103

4.1 数控机床机械结构的主要特点 103

4.1.1 数控机床的主要工艺特点 103

4.1.2 对数控机床机械结构提出的要求 103

4.2 数控机床的主要组成部分及其结构简介 104

4.2.1 数控机床的主要组成部分 104

4.2.2 主传动系统及主轴部件 105

4.2.4 自动换刀装置 107

4.2.3 进给传动系统 107

4.3 数控机床的导轨 110

4.3.1 对导轨的基本要求 110

4.3.2 导轨的分类和特点 110

4.3.3 滚动导轨的结构和参数选择原则 112

4.4 进给系统的机械传动机构 116

4.4.1 对进给系统的机械传动机构的要求 116

4.4.2 滚珠丝杠螺母副 117

4.4.3 齿轮传动副的消隙措施 122

4.5 习题 124

第5章 数控机床的位置传感器件 126

5.1 数控机床位置传感器件的类型 126

5.2.1 光栅位移检测装置的组成 128

5.2 光栅位移检测装置 128

5.2.2 光栅传感器的结构和工作原理 129

5.2.3 光栅传感器的信号处理技术 132

5.3 脉冲发生器 134

5.3.1 概述 134

5.3.2 增量式脉冲发生器 134

5.3.3 绝对脉冲发生器 135

5.4 感应同步器 137

5.4.1 感应同步器的结构、分类和选用 138

5.4.2 感应同步器的工作原理和信号处理方式 138

5.4.3 感应同步器数字位置测量系统 140

5.5.1 旋转变压器 142

5.5 其他位置检测元件 142

5.5.2 磁栅 143

5.6 习题 146

第6章 数控机床的电气驱动 148

6.1 数控机床动力源的类型 148

6.1.1 主轴驱动动力源 148

6.1.2 进给驱动动力源 149

6.1.3 辅助运动驱动动力源 149

6.2 步进电动机 149

6.2.1 步进电动机的分类 149

6.2.2 步进电动机的工作原理 150

6.2.3 步进电动机的运行性能 152

6.2.4 步进电动机的驱动电源 157

6.2.5 步进电动机的选用 159

6.3 进给伺服电动机 160

6.3.1 进给伺服电动机的负载计算 160

6.3.2 直流伺服电动机的特点与工作原理 163

6.3.3 直流伺服电动机的选用 167

6.3.4 交流伺服电动机的特点与工作原理 168

6.4 数控机床主轴电动机 171

6.4.1 数控机床主轴驱动的特殊问题 171

6.4.2 直流主轴电动机及其控制单元简介 173

6.4.3 交流主轴电动机及其控制单元简介 173

6.5 习题 174

7.1.2 全闭环和半闭环控制系统的区别 176

7.2 进给伺服系统中的位置指令信号 176

第7章 数控机床进给伺服系统的控制原理 176

7.1.1 数控机床进给运动伺服系统的分类和特点 176

7 1 概述 176

7.2.1 位置指令信号的函数规律 177

7.2.2 指令值的修正 177

7.3 开环伺服系统 178

7.3.1 开环伺服系统的结构 178

7.3.2 系统工作原理 179

7.3.3 提高步进系统精度的措施 179

7.4.1 闭环（半闭环）伺服系统的结构与工作原理 181

7.4 闭环（半闭环）伺服系统 181

7.4.2 闭环伺服系统数学模型 182

7.4.3 进给伺服系统的动、静态性能分析 183

7 4.4 闭环伺服系统 185

7.5 闭环伺服系统分析 191

7.5.1 开环增益 191

7.5.2 位置精度 192

7.5.3 调速范围 192

7 5.4 速度误差系数 193

7.5.5 伺服系统的可靠性 195

7.6 习题 196

8.1.1 机床精度的基本概念 197

8.1.2 数控机床精度的主要检测项目 197

第8章 数控机床的精度 197

8.1 概述 197

8.2 数控机床的定位精度 198

8.2.1 定位精度的基本概念 198

8.2.2 定位精度的检测 200

8.2.3 数控机床定位精度的评定 201

8.3 数控机床定位精度分析和提高措施 203

8.3.1 开环系统的定位精度分析 203

8.3.2 失动量的来源和消除措施 205

8.3.4 提高定位精度的措施——定位误差补偿 206

8.3.3 全死循环控制系统的定位精度分析 206

8.4 数控机床的工作精度 207

8.4.1 数控机床的工作精度试验 207

8.4.2 机床进给伺服系统特性对加工精度的影响 209

8.5 习题 210

第9章 数控机床的故障诊断 211

9.1 概述 211

9.1.1 系统可靠性和故障的概念 211

9.1.2 数控机床的故障规律 211

9.1.3 数控机床故障诊断的一般步骤 212

9.2.1 根据报警号进行故障诊断 213

9.2 数控机床常用的故障诊断方法 213

9.2.2 根据控制系统LED灯或数码管的指示进行故障诊断 214

9.2.3 根据PC状态或梯形图进行故障诊断 214

9.2.4 根据机床参数进行故障诊断 214

9.2.5 用诊断程序进行故障诊断 215

9.2.6 经验法 215

9.2.7 换板法 216

9.3 人工智能（AI）在故障诊断中的应用 216

9.3.1 专家系统的一般概念 216

9.3.2 数控机床故障诊断的专家系统 217

9.4 习题 218

参考文献 219