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第1章 数控技术与数控机床基本知识 1

1.1 数控机床的产生与发展 1

1.1.1 数控机床的产生 1

1.1.2 数字控制的概念 1

1.1.3 数控技术的发展 2

1.1.4 基于数控技术的先进自动化生产系统 3

1.2 数控机床的组成及工作过程 4

1.2.1 数控机床的组成 4

1.2.2 数控机床的工作过程 6

1.3 数控机床的分类 7

1.3.1 按控制运动的方式分类 7

1.3.2 按驱动装置的特点分类 8

1.3.3 按加工工艺方法分类 9

1.3.4 按数控系统的功能水平分类 9

1.4 数控机床的特点及应用范围 10

1.4.1 数控机床的加工特点 10

1.4.2 数控机床的使用特点 11

1.4.3 数控机床的应用范围 12

1.5 数控技术的发展趋势 12

思考与训练 15

第2章 数控加工工艺与编程 16

2.1 数控加工编程基础 16

2.1.1 数控编程的基本概念 16

2.1.2 数控机床的坐标轴和运动方向 16

2.1.3 数控机床的坐标系 18

2.1.4 程序的格式 19

2.2 数控加工工艺及编程步骤 20

2.2.1 编程的内容及步骤 20

2.2.2 零件的安装和对刀点的确定 21

2.2.3 数控加工工艺路线的设计 22

2.2.4 切削用量及刀具的选择 25

2.2.5 数值计算 26

2.2.6 数控加工专用技术文件的编写 27

2.3 数控车床的编程 29

2.3.1 数控车床的编程基础 29

2.3.2 数控车床的基本编程功能 30

2.3.3 数控车床的基本编程方法 32

2.3.4 螺纹切削 37

2.3.5 固定循环功能 39

2.3.6 子程序 46

2.3.7 宏程序 48

2.4 华中世纪星HNC-21/22T编程指令简介 51

2.4.1 尺寸单位选择指令G20、G21 51

2.4.2 直径方式和半径方式编程指令G36、G37 51

2.4.3 进给速度单位的设定指令G94、G95 52

2.4.4 绝对坐标和增量坐标指令G90、G91 52

2.4.5 直接机床坐标系编程指令G53 52

2.4.6 工件坐标系设定指令G92 52

2.4.7 螺纹切削指令G32 52

2.4.8 暂停指令G04 53

2.4.9 恒线速度指令G96、G97 53

2.4.10 简单切削循环指令 53

2.4.11 复合循环指令 55

2.4.12 宏指令编程 58

2.5 数控铣床及加工中心的编程 60

2.5.1 数控铣床及加工中心的编程基础 60

2.5.2 数控铣床及加工中心的基本编程功能 61

2.5.3 数控铣床及加工中心的基本编程方法 62

2.5.4 刀具补偿功能 66

2.5.5 固定循环 69

2.5.6 子程序 76

2.5.7 宏程序 78

2.6 华中世纪星HNC-21M编程指令简介 80

2.6.1 HNC-21M的基本编程指令 81

2.6.2 子程序及简化编程指令 83

2.6.3 固定循环功能 86

2.6.4 宏指令编程 89

2.7 自动编程简介 92

2.7.1 自动编程的基本概念 92

2.7.2 自动编程的基本工作原理 92

2.7.3 国内外典型CAM软件介绍 94

思考与训练 95

第3章 数控机床的控制装置——CNC装置 100

3.1 CNC系统的基本构成 100

3.1.1 CNC系统的概念及基本组成 100

3.1.2 CNC装置的组成及工作过程 100

3.1.3 CNC装置的特点及功能 101

3.2 CNC装置的硬件 104

3.2.1 CNC装置的硬件构成特点 104

3.2.2 CNC装置的典型硬件结构 105

3.2.3 CNC装置硬件各组成部分的功能与原理 107

3.2.4 华中数控系统硬件结构简介 109

3.3 CNC装置的软件 110

3.3.1 概述 110

3.3.2 CNC装置软件的组成 110

3.3.3 CNC装置软件各部分的功能 111

3.3.4 CNC装置软件的结构形式 121

3.3.5 CNC装置软件的特点 125

3.3.6 华中数控系统的软件结构 127

3.4 CNC装置的接口电路 129

3.4.1 概述 129

3.4.2 CNC装置常用外部设备及接口 129

3.4.3 机床开关量及其接口 131

3.4.4 串行接口 133

3.4.5 网络通信接口 133

3.5 CNC系统中运动轨迹的插补原理 133

3.5.1 运动轨迹插补的概念 133

3.5.2 运动轨迹插补的方法 134

3.5.3 逐点比较法 134

3.5.4 DDA法——数字积分法 142

3.5.5 数据采样法 150

3.6 CNC装置中的PLC 153

3.6.1 PLC在数控机床中的应用 153

3.6.2 M、S、T功能的实现 156

思考与训练 157

第4章 数控机床的位置检测装置 158

4.1 概述 158

4.1.1 位置检测装置的分类 158

4.1.2 数控机床对位置检测装置的要求 159

4.2 光电脉冲编码器 159

4.2.1 光电脉冲编码器的结构 159

4.2.2 光电脉冲编码器的工作原理 160

4.2.3 信号处理方式 160

4.2.4 光电脉冲编码器在数控机床中的应用 161

4.3 光栅尺 162

4.3.1 计量光栅的种类 163

4.3.2 透射光栅的结构与莫尔条纹的产生原理 163

4.3.3 莫尔条纹的特点及作用 164

4.3.4 光栅尺的输出信号与测量电路 164

4.3.5 光栅在数控机床中的应用 165

4.4 直线式感应同步器 166

4.4.1 感应同步器的分类 166

4.4.2 直线式感应同步器的工作原理 167

4.4.3 典型测量方式 168

4.4.4 直线式感应同步器的特点及应用 169

4.5 旋转变压器 170

4.5.1 旋转变压器的结构 170

4.5.2 旋转变压器的工作原理 170

4.5.3 旋转变压器的典型工作方式 171

4.5.4 旋转变压器在数控机床中的应用 172

4.6 磁尺 172

4.6.1 磁尺的结构 172

4.6.2 磁尺检测装置的工作原理 172

4.6.3 磁尺检测装置的检测电路 173

4.6.4 磁尺在数控机床中的应用 174

思考与训练 174

第5章 数控机床进给运动的控制 175

5.1 概述 175

5.1.1 数控机床对进给伺服系统的要求 175

5.1.2 进给伺服系统的作用和组成 176

5.1.3 进给伺服系统的分类 177

5.2 步进驱动及开环控制系统 178

5.2.1 步进电动机的分类、结构及工作原理 179

5.2.2 步进电动机的驱动电源 182

5.2.3 步进电动机的进给控制 186

5.2.4 步进电动机的主要特性及选择 187

5.3 直流伺服驱动系统 190

5.3.1 直流伺服电动机 190

5.3.2 直流电动机的驱动控制 194

5.4 交流伺服驱动系统 196

5.4.1 永磁式交流同步伺服电动机的结构 196

5.4.2 永磁式交流同步伺服电动机的工作原理 197

5.4.3 永磁式交流同步伺服电动机的特性 198

思考与训练 199

第6章 数控机床主轴运动的控制 200

6.1 数控机床对主轴驱动系统的要求 200

6.2 主轴驱动装置的工作原理 201

6.2.1 主轴驱动装置的特点 201

6.2.2 直流主轴电动机及驱动装置 201

6.2.3 交流主轴电动机及驱动装置 202

6.3 主轴分段无级变速及控制 205

6.3.1 主轴分段无级变速的概念 205

6.3.2 主轴分段无级变速的原理 206

6.3.3 自动换档的实现 207

6.4 主轴准停控制 209

6.4.1 主轴准停控制在数控机床上的作用 209

6.4.2 机械准停控制 209

6.4.3 电气准停控制 210

思考与训练 212

第7章 数控机床的机械结构 213

7.1 数控车床的机械结构 213

7.1.1 数控车床的组成与布局 213

7.1.2 数控车床的分类 215

7.1.3 数控车床的主运动系统 217

7.1.4 数控车床的进给系统 218

7.1.5 数控车床的工装夹具 220

7.1.6 数控车床的刀具 222

7.2 数控铣床的机械结构 224

7.2.1 数控铣床的组成与特点 224

7.2.2 数控铣床的分类 225

7.2.3 数控铣床的主运动系统 227

7.2.4 数控铣床的进给系统 227

7.2.5 数控铣床的夹具 230

7.2.6 数控铣床的刀具 231

7.3 加工中心的机械结构 234

7.3.1 加工中心的基础知识 234

7.3.2 加工中心的分类 235

7.3.3 加工中心的主运动系统 236

7.3.4 加工中心的刀具系统 238

7.3.5 自动换刀装置 239

思考与训练 243

第8章 典型数控系统 244

8.1 华中HNC-21数控系统 244

8.1.1 华中数控系统的认知 244

8.1.2 华中HNC-21数控系统的硬件连接 244

8.1.3 华中HNC-21数控系统的进给控制 253

8.1.4 华中HNC-21数控系统的主轴控制 256

8.2 FANUC Oi数控系统 260

8.2.1 FANUC数控系统的认知 260

8.2.2 FANUC数控系统的硬件连接 262

8.2.3 FANUC系统配套的伺服驱动装置 276

8.2.4 FANUC系统配套的主轴驱动装置 284

8.3 SINUMERIK 840D数控系统 288

8.3.1 SINUMERIK数控系统的认知 288

8.3.2 SINUMERIK 840D的硬件连接 290

8.3.3 SINUMERIK系统配套的伺服驱动装置 296

8.3.4 SINUMERIK系统配套的主轴驱动装置 302

思考与训练 304

参考文献 306