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第1篇 机床总体设计 1

第1章 机床设计的基本要求 1

1.1工艺范围 1

1.2加工精度 1

1.2.1加工精度的概念 1

1.2.2数控机床加工精度的影响因素分析 2

1.3开放性 4

1.3.1开放性的概念 4

1.3.2数控系统开放性的内容和方向 4

1.4柔性 6

1.4.1柔性的概念 6

1.4.2速度控制中柔性的应用 7

1.5振动、噪声和热变形 8

1.5.1振动及检测 8

1.5.2噪声 9

1.5.3热变形与补偿 10

1.6生产率和自动化 11

1.7价值分析与成本 12

1.8生产周期 12

1.9可靠性 13

1.9.1可靠性的概念 13

1.9.2可靠性的度量 14

1.9.3数控机床的可靠性 14

1.10机床宜人性 15

1.11符合绿色工程的要求 17

第2章 机床设计的方法和理论 20

2.1机床设计方法 20

2.2机床设计步骤 22

2.3机床设计的基本理论 23

2.3.1精度 23

2.3.2刚度 24

2.3.3抗振性 24

2.3.4热变形 24

2.3.5噪声 25

2.3.6低速运动平稳性 25

2.4并联机床设计创新 26

2.4.1并联运动机床及创新设计介绍 26

2.4.2并联运动机床的设计步骤 27

2.4.3并联机床的总体方案设计 28

第3章 系列化、通用化、标准化和模块化 30

3.1机床系列化设计 30

3.1.1基本概念 30

3.1.2系列化设计的特点 30

3.2零部件的通用化和标准化 30

3.3模块化设计 31

3.3.1模块化设计的特点 31

3.3.2模块化设计的方式 32

3.3.3功能模块 32

3.3.4结构模块 32

3.3.5模块化产品的设计 33

第4章 数控机床总体方案设计 34

4.1几何运动设计 34

4.1.1工作原理 34

4.1.2工件表面的形成方法 34

4.1.3运动分类 35

4.1.4运动功能方案设计 36

4.2机床总体结构方案设计 38

4.2.1几何运动功能分配设计 38

4.2.2结构布局设计 39

4.2.3机床总体结构的概略形状与尺寸设计 41

4.3机床艺术造型与宜人学 42

4.3.1造型形态的设计 43

4.3.2操作界面的宜人设计 44

4.3.3机床的色彩设计 45

4.3.4表面装饰设计 45

4.3.5认知设计 46

4.3.6安全与环保问题 46

参考文献 47

第2篇 机床机械系统设计 49

第5章 机床主要技术参数的确定 49

5.1机床尺寸参数的确定 49

5.1.1主要尺寸参数 49

5.1.2其他尺寸参数 53

5.2机床运动参数的确定 53

5.2.1主运动参数的计算 53

5.2.2进给量和进给范围 54

5.2.3空行程快速移动速度 55

5.3机床动力参数的确定 56

5.3.1机床传动功率 56

5.3.2动力参数的计算 56

5.4通用机床的主要技术参数 58

5.4.1按典型加工条件确定机床参数 58

5.4.2各类通用机床主要技术参数 59

第6章 机床传动系统设计 79

6.1主传动系统设计 79

6.1.1分级变速的主传动系统 79

6.1.2齿轮变速装置设计 89

6.1.3无级变速系统设计 94

6.2进给系统的设计 96

6.2.1进给传动系统 96

6.2.2切削螺纹系统 104

6.2.3快速传动系统 107

6.2.4分度传动系统 109

第7章 数控机床伺服进给系统设计 111

7.1数控机床伺服进给系统 111

7.1.1数控机床伺服进给系统的分类和特点 111

7.1.2数控机床伺服进给系统的组成 115

7.2伺服进给系统机械传动设计 115

7.2.1挠性联轴器 116

7.2.2齿轮传动间隙的消除 118

7.2.3提高丝杠刚度和消除间隙 120

7.3伺服进给系统机械传动设计步骤 121

7.3.1开环伺服进给系统机械传动设计 121

7.3.2闭环伺服进给系统机械传动设计 126

7.4机械传动装置设计实例 131

7.4.1步进电动机驱动的开环数控车床 131

7.4.2直流伺服电动机驱动半闭环控制的立式加工中心 137

第8章 机床主轴部件的设计 140

8.1主轴部件的技术要求 140

8.1.1旋转精度 140

8.1.2主轴刚度 141

8.1.3抗振性 143

8.1.4热变形 144

8.1.5耐磨性 144

8.2主轴部件的传动方案 145

8.2.1主轴的传动方式 145

8.2.2主轴传动件的布置 145

8.3主轴轴承的选择 146

8.3.1滚动轴承 147

8.3.2滑动轴承 154

8.4主轴端部的结构设计 157

8.4.1 A型主轴端部结构 157

8.4.2 C型主轴端部结构 159

8.4.3 D型主轴端部结构 160

8.4.4手动换刀圆锥连接的主轴端部结构 162

8.4.5刀柄插入式短锥孔和端面定位的主轴端部结构 163

8.5主轴结构参数的确定 164

8.5.1主轴直径的确定 164

8.5.2主轴内孔直径的确定 164

8.5.3主轴支承跨距的确定 165

8.5.4主轴悬伸量的确定 167

8.6主轴的刚度验算 167

8.6.1主轴刚度验算项目 167

8.6.2主轴挠度计算 168

8.6.3主轴扭转刚度的验算 169

8.7主轴的材料、热处理和技术要求 169

8.7.1主轴的材料及热处理 169

8.7.2主轴的技术要求 169

8.7.3主轴部件装配图 170

第9章 机床导轨 171

9.1机床导轨的功能 171

9.1.1机床导轨的技术要求 171

9.1.2导轨的分类和主要技术特性 171

9.2机床导轨的材料 173

9.2.1常用金属导轨材料 173

9.2.2常用塑料导轨材料 174

9.3导轨低速运动平稳性 174

9.4滑动导轨 174

9.4.1滑动导轨的结构形式 174

9.4.2导轨的间隙调整装置 179

9.4.3导轨的卸荷装置 180

9.4.4镶装导轨结构 181

9.5液体静压导轨 182

9.5.1液体静压导轨的结构形式 182

9.5.2供油系统与油腔结构 183

9.6塑料导轨 185

9.6.1常用塑料导轨的性能 186

9.6.2塑料导轨的工艺设计 186

9.7滚动导轨 188

9.7.1滚动导轨的特点及结构形式 188

9.7.2滚动直线导轨副 189

9.8导轨的润滑与防护 190

9.8.1导轨润滑方式 190

9.8.2导轨的防护装置 192

第10章 机床支承件结构设计 193

10.1机床支承件的结构特征和要求 193

10.1.1支承件的基本要求 193

10.1.2支承件的结构特征 193

10.1.3机床支承件的材料 194

10.2支承件的刚度设计 195

10.3支承件的热变形 198

10.3.1机床和支承件的热变形 198

10.3.2改善支承件热变形的措施 198

10.4支承件的结构设计 199

10.4.1截面形状、隔板和窗口的设计 199

10.4.2加强肋设计 202

10.4.3连接结构设计 202

10.4.4焊接结构的造型特点 204

10.5提高支承件刚度的结构措施 205

10.5.1提高支承件结构阻尼的措施 205

10.5.2提高固有频率的结构措施 208

第11章 机床常用机构与装置 209

11.1操纵机构 209

11.1.1操纵机构的组成与特点 209

11.1.2操纵机构基本构件的结构形式 209

11.2夹紧机构 214

11.2.1夹紧元件 214

11.2.2夹紧机构的设计、计算 217

11.2.3机床典型夹紧机构举例 222

11.3自动换刀装置 230

11.3.1自动换刀装置的分类 230

11.3.2刀库方式的自动换刀装置 232

11.4自动上、下料装置 249

11.4.1料仓式自动上料装置 249

11.4.2料斗式自动上料装置 252

11.4.3振动上料装置 255

11.5机床附件 259

11.5.1分度头 259

11.5.2回转工作台 261

11.5.3卡盘 263

11.5.4吸盘 265

11.5.5夹头 266

11.5.6顶尖 268

第12章 机床辅助系统设计 270

12.1润滑系统 270

12.1.1机床润滑方式 270

12.1.2润滑方式选择 272

12.2排屑系统 273

12.2.1常用的排屑器 273

12.2.2排屑装置选择 277

参考文献 279

第3篇 机床液压与气动系统设计 280

第13章 机床液压传动的基础知识 280

13.1液压油 280

13.1.1液压油的种类 280

13.1.2液压油的性质 280

13.1.3液压油的要求和选用 282

13.1.4液压油的污染与防污 284

13.2液体静力学 286

13.2.1静压力及其特性 287

13.2.2静力学基本方程 287

13.2.3压力的表示方法和单位 287

13.2.4静止液体中压力的传递 288

13.2.5液体作用在容器壁面上的力 288

13.3液体动力学 289

13.3.1基本概念 289

13.3.2连续性方程 291

13.3.3伯努利方程 292

13.3.4动量方程 294

13.4流动阻力和压力损失 295

13.4.1流动阻力及压力损失的两种形式 295

13.4.2圆管湍流沿程阻力系数 298

13.5小孔和缝隙流量 300

13.5.1小孔流量计算 300

13.5.2缝隙流量计算 301

13.6气穴现象和液压冲击 303

13.6.1气穴现象 303

13.6.2液压冲击 303

第14章 液压元件、回路及典型机床液压传动系统 305

14.1液压泵和液压马达 305

14.1.1液压泵概述 305

14.1.2液压泵的性能参数 305

14.1.3齿轮泵 307

14.1.4叶片泵 310

14.1.5柱塞泵 314

14.1.6螺杆泵 320

14.1.7液压马达 321

14.1.8液压泵的选用 323

14.1.9液压泵的运行 325

14.1.10液压泵系统的安装 327

14.2液压缸的设计和选用 330

14.2.1液压缸概述 330

14.2.2液压缸设计依据、原则和步骤 336

14.2.3液压缸的设计选型 337

14.2.4液压缸的设计计算 337

14.2.5液压缸结构设计 341

14.2.6液压缸的安装形式 347

14.2.7工作介质的选用 349

14.2.8实例分析 349

14.3液压控制阀 351

14.3.1方向控制阀 352

14.3.2流量控制阀 372

14.3.3压力控制阀 383

14.4液压回路 396

14.4.1压力控制回路 396

14.4.2速度控制回路 409

14.4.3方向控制回路 419

14.4.4多缸控制回路 423

14.5辅助装置 427

14.5.1蓄能器 428

14.5.2过滤器 431

14.5.3油箱 435

14.5.4换热器 437

14.5.5密封装置 439

14.5.6管系元件 442

14.6机床典型液压系统 445

14.6.1阅读和分析液压系统原理图的方法和步骤 445

14.6.2 YT4543型组合机床动力滑台液压系统 445

14.6.3 M1432A型万能外圆磨床的液压系统 448

14.6.4 MJ-50型数控车床液压系统 452

14.7机床常用液压伺服系统 454

14.7.1概述 454

14.7.2液压伺服系统的基本类型 456

第15章 机床液压系统的设计及安装、使用和维护 460

15.1机床液压系统设计 460

15.1.1机床液压系统的设计步骤 460

15.1.2机床液压系统设计应用实例 472

15.2液压系统的安装 477

15.2.1安装前的准备工作 477

15.2.2各组成元件的安装 477

15.3液压系统的清洗 478

15.4液压系统的调试 478

15.4.1空载试车 478

15.4.2负载试车 479

15.5液压元件、回路及系统常见故障分析 479

15.5.1典型液压元件故障分析及排除 479

15.5.2典型液压回路的故障分析及排除 481

15.5.3液压系统常见故障分析及排除 483

15.6液压系统的维护 485

第16章 机床气压传动的基础知识 486

16.1空气的物理性质 486

16.1.1空气的组成 486

16.1.2空气的基本状态参数 486

16.1.3空气的粘度 487

16.1.4空气的压缩性 487

16.1.5标准状态和基准状态 487

16.1.6空气的湿度和含湿量 487

16.2空气的热力学性质 488

16.2.1基本概念 488

16.2.2热力学第一定律 492

16.2.3热力学过程 493

16.3气体的流动规律 494

16.4气体在管道中的流动特性 496

16.4.1声速与马赫数 496

16.4.2变截面管道中气体的流动特性 496

16.4.3气体在管道中流动时的压力损失 497

16.4.4气阻与气容 498

16.5气体的高速流动及噪声 498

第17章 气动元件、回路及典型机床的气动系统 499

17.1气源装置及气动辅助元件 499

17.1.1气源装置 499

17.1.2压缩空气净化设备 501

17.1.3油雾器 508

17.1.4消声器 512

17.1.5管路系统 513

17.2气动执行元件 514

17.2.1气缸的分类 514

17.2.2普通气缸 514

17.2.3特殊气缸 521

17.2.4气缸的选择与使用 523

17.2.5气动马达 525

17.3气动控制元件 528

17.3.1压力控制阀 528

17.3.2流量控制阀 533

17.3.3方向控制阀 535

17.3.4气动逻辑元件 549

17.4气动控制回路及回路设计 553

17.4.1基本回路 553

17.4.2应用回路 561

17.4.3安全保护回路 566

17.5典型机床的气动系统分析 568

17.5.1阅读和分析气动系统原理图的一般步骤 568

17.5.2 H400型卧式加工中心气动系统 568

17.5.3硬质合金刀片磨床气液传动系统 572

第18章 机床气动系统设计及安装、使用和维护 578

18.1气动系统的设计 578

18.1.1设计依据和装置工作要求 578

18.1.2气动回路的设计 578

18.1.3执行元件的选择 579

18.1.4控制元件的选择 580

18.1.5气动辅件的选择 581

18.1.6空压机的选择 581

18.1.7气源站的设计 581

18.1.8气动系统的噪声控制 582

18.1.9管道设计和安装 582

18.1.10绘制图样、编制技术文件 583

18.2程序控制系统设计 583

18.2.1程序控制的分类 583

18.2.2行程程序的表示方法 584

18.2.3干扰信号及其分类 585

18.2.4多缸单往复行程程序回路设计 587

18.3气动系统的安装 592

18.3.1配管 592

18.3.2配管的吹除 593

18.3.3元件安装注意事项 593

18.4气动系统的调试 594

18.4.1气动系统的试运转调试 594

18.4.2气动系统的自动运转调试 594

18.4.3完成作业后的工作 594

18.5气动系统的维护 594

18.5.1经常性的维护 594

18.5.2定期的维护工作 595

18.6气动系统的故障分析及排除 596

18.6.1气动系统常见故障的分类 596

18.6.2常用故障诊断方法 596

18.7气动系统常见故障及排除 597

18.7.1气路常见故障及排除 597

18.7.2冷却器常见故障及排除 598

18.7.3气罐常见故障及排除 599

18.7.4制冷式干燥器常见故障及排除 599

18.7.5吸附式干燥器常见故障及排除 600

18.7.6主管路过滤器故障分析及排除 600

18.7.7空气过滤器常见故障分析及排除 600

18.7.8减压阀常见故障分析及排除 601

18.7.9除油器常见故障分析及排除 602

18.7.10油雾器常见故障分析及排除 602

18.7.11差压型油雾器常见故障分析及排除 603

18.7.12气缸常见故障分析及排除 603

18.7.13摆动气缸的常见故障分析及排除 606

18.7.14气液单元故障分析及排除 606

18.7.15气液联用缸故障分析及排除 607

18.7.16磁性开关常见故障分析及排除 607

18.7.17速度控制阀故障分析及排除 608

18.7.18电磁换向阀常见故障及排除 608

18.7.19排气口故障分析及排除 609

18.7.20密封圈故障分析及排除 610

18.7.21液压缓冲器故障及排除 611

18.8气动系统的维修 611

18.8.1维修前的准备工作 611

18.8.2维修过程注意事项 611

18.8.3维修后元件性能的验证 612

参考文献 613

第4篇 机床电力拖动及控制系统设计 614

第19章 机床电力拖动及控制系统设计概论 614

19.1机床电气控制系统设计的基本内容和一般原则 614

19.1.1机床电气控制系统设计的基本内容 614

19.1.2机床电气控制线路设计的一般原则 615

19.2机床电力拖动方案确定原则和电动机的选择 618

19.2.1确定机床拖动方式 619

19.2.2选择传动电动机 619

19.3机床电气控制线路的经验设计法和逻辑设计法 620

19.3.1经验设计法 620

19.3.2逻辑分析设计法 620

19.4机床电气控制系统的工艺设计 621

19.4.1机床电气设备总体配置设计 621

19.4.2机床电气元件布置图的设计及电气部件接线图的绘制 622

19.4.3清单汇总和说明书的编写 623

19.5机床的PLC控制设计 623

19.5.1机床PLC控制系统设计的基本原则 623

19.5.2机床PLC控制系统设计的基本内容 623

19.5.3机床PLC控制系统设计的一般步骤 624

第20章 机床电气控制系统设计中的传动电动机选择 626

20.1概述 626

20.2交流异步电动机的选择 626

20.2.1交流异步电动机的工作原理和机械特性 626

20.2.2机床电动机的选择 632

20.2.3机床拖动中常用的几种典型交流异步电动机的技术数据 634

20.3直流电动机的选择 652

20.3.1直流电动机的基本工作原理 652

20.3.2直流自动调速系统的分类 654

20.3.3直流电动机的机械特性和调速方法 654

20.3.4机床拖动中常用的几种典型直流电动机的技术数据 656

20.4伺服控制电动机选择 670

20.4.1步进电动机的选择 670

20.4.2伺服电动机的选择 675

第21章 机床电气控制系统设计中的常用低压电器 705

21.1概述 705

21.1.1低压电器分类 706

21.1.2电器产品的型号 708

21.1.3电磁式低压电器的基础知识 709

21.1.4低压电器的发展方向 711

21.2信号及控制电器 712

21.2.1非自动切换信号及控制电器 712

21.2.2自动切换信号及控制电器 740

21.3执行电器 751

21.3.1接触器 751

21.3.2固态继电器 757

21.3.3电磁阀 760

21.3.4制动电磁铁 762

21.4保护电器 765

21.4.1熔断器 765

21.4.2热继电器 769

21.4.3干簧继电器 772

21.4.4漏电保护器 774

21.5智能电器 778

21.5.1智能电器的新发展 778

21.5.2几种常用的智能电器简介 779

21.6机床电气控制系统设计中常用的电力电子器件 781

21.6.1晶闸管（SCR） 781

21.6.2其他电力半导体器件 785

21.6.3电力半导体器件的发展现况 786

第22章 传统机床电气“继-接”控制系统的设计 790

22.1概述 790

22.2机床电气制图与识图基础 790

22.2.1电气控制系统图的分类 790

22.2.2电气图的一般特点 791

22.2.3电气图的图形符号和文字符号 792

22.2.4电气原理图的绘制规则 796

22.2.5电气元件布置图 798

22.2.6电气安装接线图 799

22.2.7电气识图方法与步骤 799

22.3机床电气控制常用电路的基本环节 800

22.3.1机床的全电压起动控制电路环节 800

22.3.2机床电动机的减压起动控制电路环节 801

22.3.3机床电动机的软起动控制 802

22.3.4机床电动机的点动、长动和停止控制电路 807

22.3.5机床电动机的联锁和互锁控制 807

22.3.6机床电动机的多地点控制 809

22.3.7机床电动机的正反向可逆运行控制 810

22.3.8直流电动机起动、制动控制线路环节 810

22.3.9机床控制的保护环节 813

22.4机床电气控制线路常用的一些控制原则 814

22.4.1机床的行程控制原则 814

22.4.2机床的时间控制原则 815

22.4.3机床的速度控制原则 817

22.4.4机床的电流控制原则 818

22.4.5机床的电源频率控制原则——变频调速控制线路 819

22.5机床中的电液控制 823

22.5.1液压系统组成 823

22.5.2电磁换向阀 824

22.5.3液压系统工作自动循环控制电路 824

22.6传统机床电气“继-接”控制系统的设计 826

22.6.1机床电气控制系统设计的主要内容、一般程序及基本原则 826

22.6.2机床电气原理线路设计的方法和步骤 831

第23章 机床电气控制系统中的PLC技术 839

23.1可编程序控制器（PLC）概述 839

23.1.1 PLC的基本概念 839

23.1.2 PLC的特点及应用 840

23.1.3 PLC与“继电器-接触器”控制系统的比较 841

23.1.4 PLC与微机（PC）的区别 841

23.1.5 PLC的新发展 842

23.2 PLC的基本结构及工作原理 843

23.2.1 PLC的基本结构 843

23.2.2 PLC的工作原理 848

23.3 PLC的技术性能 852

23.3.1基本技术性能 852

23.3.2 PLC的内存分配及I/O点数 854

23.4 PLC的分类 854

23.5 PLC的编程语言 855

23.5.1梯形图 855

23.5.2指令表 855

23.5.3顺序功能图（或称状态转移图SFC） 856

23.5.4功能块图 856

23.5.5高级编程语言 856

23.6机床电气控制系统中最常用的几种典型PLC介绍 856

23.6.1日本三菱公司FX2N系列PLC的硬、软件资源 856

23.6.2日本OMRON公司小型PLC的硬、软件资源 890

23.6.3法国施耐德公司Twido系列PLC的硬、软件资源 900

23.6.4德国西门子（SIMATIC） S7-300PLC的硬、软件资源 918

23.7基本逻辑指令的编程规则与技巧 937

23.7.1梯形图的特点 937

23.7.2 PLC梯形图的编程规则与技巧 938

23.8机床PLC控制的最常用编程环节 942

23.9常用的微机编程器及其使用 957

23.9.1概述 957

23.9.2日本三菱公司FX2N系列PLC编程软件SW OPC-FXGP/WIN-C的使用说明 958

23.9.3施耐德公司Twido编程工具软件 970

23.10机床PLC控制系统精典设计举例 974

23.10.1原有传统机床的PLC技术改造设计 974

23.10.2新型机床设备的PLC控制系统创新开发设计 977

23.10.3 PLC在机床设备现代高新技术中的应用设计 979

第24章 几种最常用典型机床的电气与PLC控制设计实例 987

24.1 C650普通车床的电气与PLC控制 987

24.1.1普通车床的结构 987

24.1.2车床的运动形式 987

24.1.3车床的控制特点 987

24.1.4 C650型普通车床的电气控制和PLC控制 988

24.1.5 C650型普通车床常见的电控故障分析 991

24.2 C5225型立式车床控制程序 991

24.2.1机床概况 991

24.2.2电路特点及拖动要求 991

24.2.3 C5225型立式车床电气控制电路 991

24.2.4 C5225型立式车床PLC控制 995

24.2.5 C5225型立式车床的常见故障及检修 1000

24.3 Z3040摇臂钻床的电气与PLC控制 1001

24.3.1摇臂钻床的结构 1001

24.3.2摇臂钻床的运动 1001

24.3.3 Z3040摇臂钻床的电气控制和PLC控制 1002

24.3.4 Z3040摇臂钻床的常见电控故障分析 1005

24.4卧式镗床的电气与PLC控制 1006

24.4.1卧式镗床的主要结构 1006

24.4.2卧式镗床的主要运动 1007

24.4.3卧式镗床的拖动特点及控制要求 1007

24.4.4 T610型卧式镗床的电气与PLC控制 1007

24.4.5 T610型卧式镗床常见的电控故障分析 1021

24.5 M7475型立轴圆台平面磨床的电气和PLC控制 1028

24.5.1立轴圆台平面磨床的结构 1029

24.5.2外圆磨床的运动形式 1029

24.5.3 M7475型立轴圆台平面磨床的电气控制和PLC控制 1029

24.5.4 M7475型立轴圆台平面磨床的故障 1034

24.6 B2012A型龙门刨床的电气与PLC控制 1034

24.6.1龙门刨床的组成结构 1034

24.6.2龙门刨床的运动 1034

24.6.3龙门刨床生产工艺对电控的要求 1035

24.6.4龙门刨床的电气控制和PLC控制 1035

24.6.5龙门刨床的常见故障分析 1044

24.7组合机床的电气与PLC控制 1046

24.7.1组合机床的组成结构 1046

24.7.2组合机床的工作特点 1047

24.7.3双面单工液压传动组合机床的电气控制与PLC控制 1047

24.7.4双面钻孔组合机床的PLC控制 1050

第25章 机床电气控制中的晶闸管直流调速系统设计 1055

25.1概述 1055

25.2单闭环控制的机床直流调速系统设计 1055

25.2.1直流电动机的调速方法和可控直流电源 1055

25.2.2开环调速系统 1058

25.2.3转速负反馈单闭环直流调速系统 1062

25.2.4电压反馈电流补充控制的调速系统 1075

25.3双闭环控制的机床直流调速系统设计 1077

25.3.1双闭环调速系统的组成及其静特性 1077

25.3.2双闭环直流调速系统的数学模型和动态性能分析 1079

25.3.3调节器的工程设计方法 1082

25.3.4按工程设计方法设计双闭环调速系统 1090

25.3.5转速超调的抑制——转速微分负反馈 1097

25.3.6弱磁控制的直流调速系统 1099

25.3.7数字控制器的实现及其工程整定 1100

25.4可逆控制的机床直流调速系统设计 1104

25.4.1 V-M系统的可逆运行和回馈制动 1104

25.4.2两组晶阐管装置可逆线路中的环流 1108

25.4.3有环流可逆系统 1110

25.4.4无环流可逆调速系统 1114

25.4.5双闭环可逆直流脉宽调速系统 1119

25.4.6工程设计举例 1123

25.5直流调速装置的安装与调试 1125

25.5.1电控设备检验依据标准 1125

25.5.2电控装置的安装 1126

25.5.3电控设备现场调试 1127

25.5.4直流调速装置的现场调试 1129

第26章 机床电气控制中的交流调速系统设计 1133

26.1概述 1133

26.1.1异步电动机调速系统的基本类型 1133

26.1.2同步电动机调速系统的基本类型 1135

26.2调压调速的机床交流调速系统设计 1135

26.2.1转速负反馈闭环的交流调压调速系统 1135

26.2.2系统的静态特性 1135

26.2.3系统动态特性分析 1136

26.2.4异步电动机调压调速系统应用举例 1138

26.3变压变频的机床交流调速系统设计 1145

26.3.1变频调速的基本控制方式 1145

26.3.2变频器简介 1147

26.3.3正弦波脉宽调制变频器 1148

26.3.4异步电动机变频调速时的机械特性 1154

26.3.5转速开环、电压闭环恒压频比控制的变频调速系统 1157

26.3.6转差频率控制的转速闭环变频调速系统 1161

26.3.7异步电动机矢量控制的变频调速系统 1163

26.4实用数字控制的机床交流调速系统设计 1168

26.4.1富士变频器结构分析 1168

26.4.2富士变频器应用技术 1176

26.4.3西门子6SE系列变频器应用实例 1182

26.4.4高压变频器的实现及应用技术概述 1185

26.5变频器与PLC配合扩展更多功能的应用设计 1191

第27章 机床电气设计中的CAD技术 1192

27.1电气CAD软件概述 1192

27.1.1软件特点 1192

27.1.2安装和卸载Pcschematic Elautomaiton 1192

27.2电气CAD工作界面 1194

27.2.1菜单栏 1194

27.2.2程序工具栏 1200

27.2.3命令工具栏 1200

27.2.4符号选取栏 1202

27.2.5编辑栏 1202

27.3应用电气CAD进行典型电路绘制 1203

27.3.1标准方案的建立 1203

27.3.2点动、连续控制电路的绘制 1206

27.3.3正反转控制电路 1212

27.3.4星-三角降压起动控制电路 1214

27.4电气CAD的高级绘图功能 1216

27.4.1高级绘图功能 1216

27.4.2布置接线端子和电缆符号 1218

27.4.3创建符号 1222

27.4.4 PLC功能 1226

参考文献 1229

第5篇 机床数字控制系统设计 1231

第28章 绪论 1231

28.1 CNC系统的主要组成 1231

28.2 CNC系统的主要功能 1232

28.2.1数控系统的基本功能 1232

28.2.2数控系统的选择功能 1233

28.3数控机床的主要组成 1233

28.3.1程序的存储介质 1233

28.3.2输入／输出装置 1233

28.3.3 CNC单元 1233

28.3.4伺服系统 1233

28.3.5位置反馈系统（检测反馈系统） 1234

28.3.6机床的机械部件 1234

28.4数控机床的分类 1234

28.4.1按工艺用途分类 1234

28.4.2按运动方式分类 1234

28.4.3按控制方式分类 1235

28.4.4按功能水平分类 1235

28.5数控技术的应用与发展 1236

第29章CNC控制硬件设计 1238

29.1计算机数字控制装置的一般结构 1238

29.1.1 CNC装置的结构形式 1238

29.1.2 CNC装置的硬件结构 1238

29.2微型计算机结构 1245

29.2.1单微处理器结构 1245

29.2.2多微处理器结构 1246

29.3机床数据运算器 1247

29.3.1数字脉冲乘法器 1247

29.3.2插补算法 1251

29.3.3刀具补偿 1258

第30章CNC控制软件设计 1262

30.1计算机及CNC装置操作系统 1262

30.2输入数据处理程序 1262

30.2.1输入程序 1262

30.2.2译码程序 1263

30.2.3数据处理程序 1266

30.3微机数控的插补控制程序 1266

30.4中断处理 1269

30.5速度控制程序 1271

30.6管理程序 1273

30.7诊断程序 1273

30.7.1运行中的诊断 1273

30.7.2停机诊断 1274

第31章CNC伺服系统设计 1276

31.1伺服系统组成 1276

31.2步进电动机的微机控制 1276

31.2.1步进电动机的开环控制 1276

31.2.2步进电动机的细分控制 1277

31.2.3步进电动机的闭环控制 1279

31.3直流伺服系统与微机控制 1279

31.3.1直流伺服电动机 1279

31.3.2两种新型直流电动机 1280

31.3.3直流伺服电动机的微机PWM速度控制系统 1280

31.4交流伺服系统与微机控制 1283

31.4.1异步电动机的两种调速方法 1283

31.4.2交流伺服电动机的微机控制 1283

31.5闭环数字控制及数显装置设计 1284

31.5.1位置检测装置设计 1284

31.5.2脉冲比较的闭环控制系统设计 1284

31.5.3相位比较的闭环控制系统设计 1285

第32章CNC外围设备及接口设计 1286

32.1概述 1286

32.2输入／输出接口设计 1286

32.2.1输入／输出控制方式 1286

32.2.2输入／输出接口的编址方式 1287

32.2.3 I/O接口模块的总线驱动和译码电路设计 1288

32.3机床控制设备接口设计 1289

32.3.1数字输入／输出电路 1289

32.3.2模拟输入／输出电路 1290

32.4微型机可编程机床接口 1291

32.5 CNC外围设备 1292

第33章CNC数控装置设计实例 1293

33.1数控基本系统的构成 1293

33.2经济型数控装置 1293

33.3标准型数控装置 1297

33.4开放式数控装置 1298

参考文献 1315

第6篇 机床现代设计方法及现代制造系统 1316

第34章 机床模块化设计 1316

34.1机床模块划分的基本原则 1316

34.1.1现代机床模块化设计思想 1316

34.1.2机床模块的划分原则 1317

34.1.3数控机床的模块划分 1318

34.2机床模块创建过程 1318

34.2.1模块创建的过程 1318

34.2.2机床模块的功能分析 1319

34.2.3机床模块设计过程中的基本要求 1321

34.3机床模块化设计实例 1322

34.3.1横系列模块化设计 1322

34.3.2横系列和跨系列模块化设计 1322

34.3.3全系列模块化设计 1325

第35章 机床优化设计 1327

35.1优化设计的基本概念 1327

35.1.1优化设计的数学模型 1328

35.1.2优化设计的几何解释 1330

35.2机床常用优化方法 1332

35.2.1机床常用建立数学模型方法 1335

35.2.2数学规划法 1344

35.2.3优化准则法 1356

35.3机床整机和部件优化设计 1358

35.3.1灵敏度分析和结构修改法 1358

35.3.2模态分析和能量平衡准则法 1363

35.3.3机床优化设计实例 1366

第36章 虚拟机床设计及加工过程仿真 1383

36.1虚拟机床的基本概念 1383

36.2虚拟机床的特点及功能 1383

36.3虚拟机床的体系结构 1384

36.4虚拟加工过程的建模 1385

36.4.1虚拟机床建模 1385

36.4.2加工过程的建模 1385

36.4.3仿真过程的建模 1386

36.5虚拟加工过程仿真 1386

36.5.1仿真环境的建立 1386

36.5.2加工过程仿真 1387

36.5.3加工误差的评估 1388

36.6虚拟机床设计及加工过程仿真实例 1388

36.6.1几何仿真 1389

36.6.2物理仿真 1390

第37章 柔性制造系统（FMS） 1392

37.1 FMS的基本组成及主要功能 1392

37.1.1 FMS的定义及基本组成 1392

37.1.2 FMS的主要功能 1393

37.1.3 FMS的类型 1393

37.2 FMS的自动加工系统 1394

37.2.1加工系统的功能及要求 1394

37.2.2自动上下料装置 1395

37.3 FMS的物料输送与储存系统 1396

37.3.1物料运储系统的组成 1396

37.3.2物料输送系统的基本回路 1397

37.3.3自动化仓库系统 1398

37.3.4自动导向小车 1399

37.4 FMS的刀具管理系统 1401

37.4.1 FMS刀具管理系统的组成 1401

37.4.2刀具交换 1401

37.4.3刀具的监控与信息处理 1404

37.5工业机器人 1407

37.5.1工业机器人的定义及组成 1407

37.5.2工业机器人的分类 1408

37.5.3机器人的性能特征 1410

37.5.4工业机器人的控制技术 1410

37.5.5工业机器人的应用 1413

37.6 FMS的控制系统 1414

37.6.1 FMS的控制结构 1414

37.6.2控制系统任务 1415

37.7 FMS的信息流支持系统 1416

37.7.1 FMS的信息流模型 1416

37.7.2 FMS的信息流要素、联系和特征 1417

37.8 FMS的设计与实施 1419

37.8.1 FMS的设计要点 1419

37.8.2 FMS的实施步骤 1420

37.9 FMS应用实例 1423

37.9.1总体结构 1423

37.9.2运行控制子系统 1423

37.9.3加工子系统 1424

37.9.4物流子系统 1424

37.9.5检测监控子系统 1425

第38章 计算机集成制造系统（CIMS） 1426

38.1 CIMS概述 1426

38.1.1 CIMS的基本概念 1426

38.1.2 CIMS的构成 1426

38.1.3 CIMS的发展现状 1428

38.2 CIMS的递阶控制模式 1429

38.3 CIMS的体系结构 1430

38.3.1 CIMS/OSA体系结构 1430

38.3.2 IMACS/GIM体系结构 1433

38.4 CIMS应用实例 1434

38.4.1支撑体系 1434

38.4.2计算体系 1437

参考文献 1440