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第1章 概述 1

1.1 数控系统发展简史及趋势 1

1.1.1 数控系统发展简史 1

1.1.2 数控技术在国民经济中的地位 2

1.1.3 数控系统发展趋势 3

1.2 数控机床的特点与层次划分 7

1.3 数控机床的组成与分类 7

1.3.1 数控机床的组成 7

1.3.2 数控机床的分类 9

思考题 10

第2章 计算机数控技术 12

2.1 计算机数控概述 12

2.1.1 数控系统 12

2.1.2 数控系统的基本功能 13

2.2 数控机床工作原理 13

2.2.1 数控基本原理 13

2.2.2 数控系统的结构及工作过程 17

2.2.3 常用微处理器简介 20

2.2.4 总线与接口规范 22

2.2.5 CNC系统的几种总线 23

2.3 CNC系统的软件插补 30

2.3.1 插补的概念 30

2.3.2 逐点比较法 31

2.3.3 数字积分法 35

2.3.4 时间分割直线插补算法 43

2.3.5 时间分割圆弧插补算法 44

2.4 数控系统的软件 46

2.4.1 典型数控系统的软件 46

2.4.2 刀具数控磨削自动编程软件 47

2.4.3 刀具测量与自动对刀软件 48

2.5 典型PC数控 48

2.5.1 CNC装置体系结构 48

2.5.2 操作系统选择 49

2.5.3 CNC面板结构 49

2.5.4 华中I型数控系统的体系结构 49

2.5.5 蓝天系列CNC系统LT1 51

2.5.6 FANUC数控系统的体系结构 51

2.5.7 串行总线计算机数控系统 51

思考题 53

第3章 数控加工程序的编制 57

3.1 数控编程基础 57

3.1.1 数控编程的基本指令 57

3.1.2 数控编程的方法 59

3.1.3 NC的指令字 62

3.1.4 NC纸带 63

3.1.5 自动编程的现状和发展趋势 64

3.2 数控加工工艺基础 67

3.2.1 数控加工工艺的主要内容 67

3.2.2 数控加工的工艺特点 68

3.2.3 数控加工的工艺设计 69

3.3 二维数控加工编程技术 78

3.3.1 二维数控加工的基本概念 78

3.3.2 数控车床编程中的有关问题 79

3.3.3 数控车床常用指令的编程方法 81

3.3.4 车削加工的常用方法 87

3.4 数控铣床编程技术 89

3.4.1 坐标系和编程零点 89

3.4.2 被加工零件的工艺分析 90

3.4.3 数控铣削编程常用的功能指令 91

3.4.4 二坐标数控铣削加工 94

3.5 数控加工中心编程 101

3.5.1 加工中心编程的特点 101

3.5.2 准备功能与辅助功能 102

3.5.3 机床坐标系统 105

3.5.4 刀具的选择与刀具交换 106

3.5.5 子程序 107

3.6 多坐标数控编程技术 108

3.6.1 多坐标加工刀具轨迹计算 108

3.6.2 曲面加工参数线加工方法 110

3.6.3 截面线加工方法 112

3.6.4 三坐标球形刀多面体曲面加工方法 113

3.6.5 曲面交线加工方法 113

3.6.6 曲面间过渡区域加工方法 114

3.6.7 曲面腔槽加工方法 115

3.7 自动编程与CAD/CAM/CMM 116

3.7.1 Master CAM软件概述 116

3.7.2 Master CAM主功能表 117

3.7.3 Master CAM系统的CAM功能 123

3.7.4 Master CAM的CAM实例 127

3.7.5 基于PC微机的CAD/CAM软件分析 129

3.7.6 三坐标测量系统（CMM） 132

3.7.7 CAD/CAM间的数据交换 135

3.7.8 采用CAD/CAM软件进行数控加工的计算机编程 138

思考题 146

第4章 位置检测系统 156

4.1 概述 156

4.2 感应同步器 159

4.2.1 感应同步器的特点 159

4.2.2 结构与安装 160

4.2.3 工作原理 162

4.2.4 感应同步器的应用 162

4.3 旋转变压器位置检测装置 164

4.4 磁尺位置检测装置 165

4.4.1 磁尺位置检测装置的组成及特点 166

4.4.2 磁尺位置检测装置的工作原理 167

4.5 光栅位移检测装置 169

4.5.1 光栅测量原理 170

4.5.2 辨向原理 171

4.5.3 细分技术 172

4.5.4 结构示例 173

4.6 脉冲编码器 173

4.6.1 分类 173

4.6.2 增量式光电脉冲编码器 173

4.6.3 绝对式脉冲编码器 175

4.6.4 编码器的密封结构 177

思考题 178

第5章 机床进给伺服系统 179

5.1 进给驱动的要求 179

5.2 进给伺服电机类型 181

5.3 步进电机进给伺服系统 182

5.4 半闭环进给伺服系统 183

5.5 闭环进给伺服系统 183

5.6 提高伺服系统定位精度的方法 187

5.6.1 伺服系统定位误差形成原因与克服办法 187

5.6.2 分段线性减速精确定位 188

思考题 189

第6章 数控机床的主轴控制与刀库控制 191

6.1 数控机床的主轴控制原理 191

6.1.1 直流调速系统 192

6.1.2 交流调速系统 193

6.2 常见的主轴控制单元 195

6.2.1 直流主轴控制单元 195

6.2.2 交流主轴控制单元 196

6.2.3 SIMODRIVE主轴驱动系统 197

6.2.4 电主轴 201

6.3 数控机床的主传动系统 202

6.3.1 传动系统的特点 202

6.3.2 数控机床主轴变速方式 202

6.3.3 数控车床主传动系统及主轴部件 203

6.3.4 加工中心主传动系统及主轴部件 208

6.4 刀库 211

6.4.1 刀库的常见类型 211

6.4.2 数控机床的自动换刀装置 212

思考题 234

第7章 数控机床结构与总体布局 235

7.1 数控机床结构 235

7.1.1 数控机床的模块化和机电一体化 235

7.1.2 提高机床的结构刚度 236

7.1.3 减少机床的热变形 240

7.1.4 减少运动件的摩擦和消除传动间隙 244

7.1.5 提高机床的寿命和精度保持性 245

7.1.6 减少辅助时间，改善操作性 245

7.2 数控机床的总体布局 246

7.2.1 总体布局与工件形状、尺寸和质量的关系 247

7.2.2 运动分配与部件的布局 247

7.2.3 总体布局与机床结构性能 249

7.2.4 自动换刀数控卧式镗铣床（加工中心）的总体布局 252

7.2.5 机床的使用要求与总体布局 252

7.2.6 数控机床总体布局的其他趋向 253

7.2.7 机床总体布局的CAD 254

7.3 进给系统的机械传动结构 258

7.3.1 基本要求 258

7.3.2 典型结构 259

7.3.3 进给系统机械结构的关键元件 259

7.4 数控机床的辅助装置 269

7.4.1 液压和气动装置 269

7.4.2 数控回转工作台 276

7.4.3 排屑装置 280

7.4.4 高速动力卡盘 281

7.4.5 对刀仪 281

7.4.6 数控分度头 282

思考题 286

第8章 典型数控机床与产业数控机床 287

8.1 数控车床 287

8.1.1 数控车床结构 287

8.1.2 数控机床的应用 289

8.2 数控铣床 290

8.2.1 数控铣床的特点与种类 290

8.2.2 DXK32型数控铣床的结构 292

8.2.3 数控铣床的应用 295

8.3 加工中心 296

8.3.1 加工中心的特点与种类 296

8.3.2 DHK40型加工中心的结构 297

8.3.3 加工中心的应用 299

8.4 数控雕刻机 300

8.4.1 雕刻机的特点与种类 300

8.4.2 CL—2MA CNC高速雕刻机的结构 302

8.4.3 数控雕刻机的应用 304

8.5 产业数控机床 305

8.5.1 CNC压力机 305

8.5.2 CNC板料折弯机 310

8.5.3 CNC弯管机 311

8.5.4 CNC弹簧机 313

8.5.5 CNC自动绕线机 314

8.5.6 CNC旋压机 315

思考题 319

第9章 常见故障报警与排除 320

9.1 安全操作与维护 320

9.1.1 安全操作 320

9.1.2 数控机床的维护 321

9.2 数控机床常见故障的现象和原因 322

9.2.1 工作台不能进行X轴或Z轴方向的移动 322

9.2.2 数控刀库（刀架）不能正常工作 322

9.2.3 自动运行后工件尺寸达不到要求 323

9.2.4 数控系统没有得电 323

9.2.5 主轴不能转动 323

9.2.6 切削出来的工件有锥度（斜度） 324

9.2.7 工作台间隙过大 324

9.3 CNC系统的故障诊断方法 324

9.3.1 GSK928TA或GSK928M系统 325

9.3.2 GSK928TA或GSK928M系统常见故障诊断及排除实例 325

9.4 伺服系统 333

9.4.1 步进驱动器系统 333

9.4.2 交流伺服驱动系统 335

9.4.3 伺服系统故障的排除方法 336

9.4.4 故障的诊断与排除实例 337

9.5 机床电器 339

9.5.1 工作原理简介 339

9.5.2 电器系统故障诊断的常见方法 340

9.5.3 故障的诊断和排除方法 340

9.6 机械系统 343

9.6.1 机械故障诊断的常见方法 343

9.6.2 常见故障的诊断与排除 344

9.7 综合故障实例分析与处理 346

第10章 典型数控系统设计实例 349

10.1 控制系统的功能及电气控制结构框图 349

10.2 CPU和存储器 350

10.2.1 CPU 350

10.2.2 存储器扩展电路 354

10.2.3 8031芯片与27128、6264连接 355

10.3 I/O接口电路 356

10.3.1 8155I/O接口芯片 356

10.3.2 8255可编程接口芯片 358

10.3.3 8188、8255与系统的连接 362

10.4 辅助电路 362

10.4.1 键盘显示接口电路 362

10.4.2 步进电机接口及驱动电路 362

10.4.3 其他辅助电路 364

10.5 各存储及I/O接口芯片的地址编码 365

参考文献 367