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1　绪论 1

1.1 概述 1

目录 1

1.2　数控技术发展概况 2

1.2.1 性能发展方向 3

1.2.2　功能发展方向 3

1.2.3 体系结构的发展方向 4

1.2.4 智能化新一代PCNC数控系统 5

1.3 数控机床的适用范围和特点 6

1.3.1 数控机床的适用范围 6

1.3.2 数控机床的特点 6

1.4　数控系统设计开发规范和标准 7

1.4.1 数控系统设计开发规范 7

1.4.2　数控系统的标准 7

1.5.6 系统的通讯接口功能 9

1.5.5 数控系统内PLC功能 9

1.5.4 伺服驱动系统的性能 9

1.5.7 数控系统的开放性 9

1.5 数控系统的技术性能指标 9

1.5.3 控制功能 9

1.5.2 系统具有高分辨率 9

1.5.1 数控系统的性能 9

1.5.8 数控系统可靠性与故障自诊断 10

1.6 数控技术在先进制造技术中的作用 10

本章小结 11

思考题与习题 11

2　数控机床的组成和工作原理 12

2.1 概述 12

2.1.1 机床的数字控制 12

2.2　数控机床的组成 13

2.1.2 数控技术是实现FMS和CIMS的基础技术 13

2.3 数控机床的基本工作原理 15

2.4 数控机床的基本类型 18

2.4.1 按运动轨迹分类 18

2.4.2 按伺服系统控制方式分类 19

2.4.3　按功能水平分类 21

2.4.4　按工艺用途分类 21

2.5 数控机床的坐标系和自由度 21

2.5.1 数控机床的坐标系和运动方向的规定 21

2.5.2 数控机床的坐标系与工件坐标系 23

2.5.3　数控机床的自由度 26

本章小结 26

思考题与习题 27

3.1.2 数控编程的内容和步骤 28

3.1.1 数控编程的作用与目的 28

3.1 概述 28

3　数控机床的编程基础 28

3.1.3 数控编程的方法 29

3.2 数控编程的代码 30

3.3 程序段格式和程序结构 31

3.3.1 程序段格式 31

3.3.2 程序结构 33

3.4.1 准备功能G指令 34

3.4 准备功能（G指令）和辅助功能（M指令） 34

3.4.2 辅助功能M指令 40

3.4.3 进给速度指令（F）、主轴转速指令（S）及刀具功能指令（T） 43

3.5 典型数控加工程序编制 44

3.5.1 数控铣削加工程序编制 44

3.5.2 数控钻削加工程序编制 46

3.5.3 数控车削加工程序编制 48

3.5.4 加工中心程序编制 49

3.6.1 数控自动编程的基本概念 54

3.6.2 数控语言程序编程系统 54

3.6 数控语言自动编程 54

3.6.3 APT自动编程系统 55

3.6.4 APT语言编写数控加工源程序实例 62

3.7　数控加工过程仿真 67

3.7.1 数控加工仿真 67

3.7.2 数控车削仿真 67

3.7.3 数控铣削仿真 68

3.8　数控编程的数据处理 69

3.8.1 基点和节点数值计算 69

3.8.2 非圆曲线轮廓零件的数据处理 69

3.8.3 列表曲线 72

本章小结 72

思考题与习题 73

4.1.2 数控插补方法的分类 75

4.1.1 数控插补的基本概念 75

4.1 概述 75

4　数控系统插补原理 75

4.2　逐点比较法 76

4.2.1 逐点比较法直线插补 76

4.2.2 逐点比较法圆弧插补 81

4.2.3 逐点比较法算法的改进 84

4.3 数字积分插补法 88

4.3.1 DDA直线插补 89

4.3.2 DDA空间直线插补 91

4.3.3 数字积分法圆弧插补 92

4.4　数据采样插补法 93

4.4.1 数据采样插补法原理 94

4.4.2 时间分割法直线插补 95

4.4.3 时间分割法圆弧插补 96

4.4.4 扩展DDA数据采样插补法 98

4.5 CNC系统的刀具补偿和加、减速控制 100

4.5.1 刀具补偿方法 100

4.5.2 CNC系统的加减速控制 104

本章小结 108

思考题与习题 109

5　计算机数字控制系统 110

5.1 计算机数字控制装置的组成和工作过程 110

5.1.1 计算机数字控制装置的组成 110

5.1.2 计算机数字控制装置的工作过程 111

5.1.3 计算机数字控制装置的功能 112

5.1.4 计算机数字控制装置的优点 114

5.2 计算机数字控制系统的数据信息 115

5.2.1 数控机床的控制信息 115

5.2.2 数控机床的接口信息 116

5.2.3 CNC装置的数据转换信息 117

5.3 CNC装置的硬件结构 118

5.3.1 单微处理器结构 118

5.3.2 多微处理器结构 121

5.4.1 CNC装置的软、硬件界面 123

5.4 CNC装置的软件结构 123

5.4.2 CNC装置的软件结构特点 124

5.5 数控机床输入输出和通信接口 127

5.5.1 数控机床输入输出（I/O）接口 127

5.5.2　异步串行通讯接口 129

5.5.3 网络通讯接口 131

5.6 可编程序控制器在数控机床中的应用 132

5.6.1 PLC的基本组成 133

5.6.2 可编程序控制器对继电器控制系统的仿真 135

5.6.3 可编程序控制器的工作原理 136

5.6.4 可编程序控制器循环扫描的工作方式 137

5.6.5 可编程序控制器I/O延迟响应 138

5.6.6 数控机床中的PLC数据处理功能 141

5.7 PLC在数控机床上的应用实例 142

5.7.1 数控机床中PLC的程序编制步骤 143

5.7.2　PLC在数控机床上的应用举例 143

本章小结 151

思考题与习题 152

6　数控机床的检测技术 153

6.1 概述 153

6.2　位置伺服控制 153

6.2.1 开环、闭环、半闭环位置控制系统 153

6.2.2 幅值伺服控制 155

6.2.3 相位伺服控制 155

6.3 检测装置常用类型 155

6.4　光电编码器 156

6.4.1 增量式编码器 156

6.4.2 绝对式编码器 158

6.5　光栅尺和磁栅尺 159

6.5.1 光栅尺 159

6.5.2 直线光栅尺的工作原理 159

6.5.3 光栅尺位移数字变换系统 160

6.5.5 磁栅尺结构及工作原理 161

6.5.4　磁栅尺 161

6.5.6　磁栅尺检测电路 162

6.6　旋转变压器 163

6.6.1 旋转变压器的组成及工作原理 163

6.6.2 旋转变压器的工作方式及应用 164

本章小结 164

思考题与习题 165

7　数控机床的驱动与控制系统 166

7.1 数控机床的驱动系统分类 166

7.1.1 根据其控制对象和使用目的分类 166

7.1.2 按调节理论分类 166

7.1.3 数控机床对驱动系统的要求 167

7.1.4 驱动系统中常用的检测装置 168

7.2 步进电动机及其驱动系统 168

7.2.1 步进电动机 168

7.2.2 步进电动机的主要性能指标 172

7.2.3 步进电动机的驱动和控制技术 173

7.3 直流伺服电动机与速度控制 179

7.3.1 晶闸管调速控制方式 180

7.3.2 晶体管脉宽调速控制方式 181

7.4 交流伺服电动机与速度控制 185

7.4.1 交流伺服电动机的变频调速 185

7.4.2 交流伺服电动机的矢量控制调速 188

本章小结 193

思考题与习题 193

8　数控机床的机械结构与传动 194

8.1 数控机床的结构要求 194

8.1.1 提高机床的结构刚度 194

8.1.2　提高机床的抗振性 194

8.1.3 提高低速进给运动的平稳性和运动精度 195

8.1.4 减少机床的热变形 195

8.2.2 主传动系统的设计要求 196

8.2.1 数控机床主传动系统的参数 196

8.2 数控机床的主传动系统和主轴部件 196

8.2.3 主传动系统的配置 197

8.2.4 主轴组件 199

8.3 数控机床进给传动部件 202

8.3.1 对进给运动系统的要求 202

8.3.2 电动机与丝杠间的联接 203

8.3.3 传动间隙补偿机构 203

8.3.4 滚珠丝杠螺母副 205

8.4　数控机床的导轨 208

8.4.1 塑料滑动导轨 208

8.4.2　静压导轨 209

8.4.3 滚动导轨 210

8.5 数控机床的回转工作台 212

8.5.1 数控回转工作台 212

8.5.2 分度工作台 212

8.6.1 回转刀架换刀 215

8.6 数控机床的自动换刀装置 215

8.6.2 更换主轴换刀 216

8.6.3 更换主轴箱换刀 217

8.6.4 带刀库的自动换刀系统 218

8.6.5 刀库 219

8.7 数控机床中采用的一些特殊结构 223

8.7.1 改变机床结构的阻尼特性 223

8.7.2 静压蜗杆－螺母条传动 223

8.7.3 低摩擦系数的导轨 223

8.7.4 传动带 224

8.7.5 自动拉刀机构 224

8.7.6 高速动力卡盘 224

8.7.7　对刀仪 225

思考题与习题 226

9.1 数控机床的选择方法 227

9.1.1 根据典型加工零件来选择 227

9　数控机床的选择、安装、使用与维护 227

9.1.2 数控机床规格的选择 228

9.1.3 数控机床精度的选择 229

9.1.4 数控系统（CNC系统）的选择 230

9.1.5 根据生产能力来选择 231

9.1.6 数控机床功能的选择和附件的选择 232

9.1.7 数控机床使用刀具的选择 234

9.1.8　技术服务的选择 236

9.2 数控机床的使用 237

9.2.1 数控机床的使用要点 237

9.2.2 数控机床的生产管理方法 241

9.3 数控机床的安装与调试 241

9.3.1 数控机床的安装要求 241

9.3.2 数控机床安装、调试步骤 242

9.4 数控机床精度的检测 244

9.4.1 数控机床几何精度的检测 244

9.4.2 数控机床定位精度的检测 245

9.4.3 数控机床切削精度的检测 247

9.5 数控机床的维护、保养及故障排除 248

9.5.1 可靠性和可维护性 248

9.5.2 数控系统的预防性维护 249

9.5.3 数控机床的日常维护与保养 250

9.5.4 数控系统现场维修基本条件和实施步骤 252

9.5.5 数控机床的故障检测与排除 253

本章小结 260

思考题与习题 260

10　先进制造技术 261

10.1 先进制造技术的概念 261

10.2 先进制造技术的特点 261

10.3 先进制造技术的内容 263

10.3.1 主体技术群 263

10.3.2　支撑技术群 267

10.3.3 管理技术群 268

10.4 柔性制造系统（FMS） 271

10.4.1 柔性制造系统的定义 271

10.4.2 柔性制造系统的组成和功能 272

10.4.3 柔性制造系统的类型与特点 273

10.4.4 柔性制造系统的关键技术 274

10.4.5 柔性制造与装配系统（FMS/FAS） 275

10.5 计算机集成制造 276

10.5.1 计算机集成制造系统的概念 276

10.5.2 计算机集成制造系统的构成 277

10.5.3 计算机集成制造系统的集成技术 280

本章小结 280

思考题与习题 281

附录Ⅰ 机床数字控制术语（GB 8129—87） 282

附录Ⅱ APT数控语言常用的专用字 293

参考文献 296