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第1章 概述 1

1.1 数控机床的基本概念 1

1.2 数控机床的工作原理及组成 1

1.2.1 数控机床的工作原理 1

1.2.2 数控机床的组成 1

1.3 数控机床的分类 3

1.3.1 按运动轨迹分类 3

1.3.2 按伺服控制系统分类 5

1.3.3 按工艺用途分类 6

1.3.4 按照功能水平分类 6

1.4 机床数控技术的发展 7

1.4.1 数控机床的产生和发展 7

1.4.2 我国数控机床的发展概况 7

1.4.3 机床数控技术的发展趋势 8

1.5 数控机床的特点及适用范围 10

1.5.1 数控机床的特点 10

1.5.2 数控机床的适用范围 10

1.6 常见的数控机床 10

1.6.1 数控车床 11

1.6.2 数控铣床 11

1.6.3 加工中心 11

第2章 数控机床计算机数控装置 13

2.1 CNC装置的组成 13

2.1.1 CNC系统 13

2.1.2 CNC装置的组成 13

2.2 CNC装置的功能 14

2.3 CNC装置的硬件结构 16

2.3.1 单微处理器结构 16

2.3.2 单微处理器CNC的结构特点 20

2.3.3 多微处理器结构 20

2.4 CNC装置的软件结构 22

2.4.1 CNC装置的软硬件界面 22

2.4.2 CNC装置的数据转换流程 22

2.4.3 CNC系统的软件结构特点 24

2.5 数控机床的可编程序控制器 27

2.5.1 PLC的原理 28

2.5.2 数控机床中PLC的功能 29

2.5.3 PLC的指令和程序编程 30

2.6 典型CNC系统简介 34

2.6.1 FANUC公司的主要数控系统 34

2.6.2 武汉华中数控公司的主要数控系统 37

第3章 数控机床控制原理 42

3.1 插补的概念及分类 42

3.1.1 插补的概念 42

3.1.2 对插补器的基本要求 42

3.1.3 插补分类 42

3.2 逐点比较法插补 43

3.2.1 插补原理 43

3.2.2 直线插补 44

3.2.3 圆弧插补 47

3.3 数字积分法插补 48

3.3.1 插补原理 48

3.3.2 数字积分直线插补 49

3.3.3 数字积分圆弧插补 53

3.4 直线函数法 56

3.4.1 直线函数法直线插补 56

3.4.2 直线函数法圆弧插补 57

3.5 扩展数字积分法 58

3.5.1 扩展DDA直线插补 58

3.5.2 扩展DDA圆弧插补 59

3.6 曲面直接插补 61

3.6.1 概述 61

3.6.2 实现SDI的软件系统结构和工作流程 62

3.7 刀具补偿原理 63

3.7.1 刀具半径补偿原理 63

3.7.2 刀具长度补偿原理 65

3.8 速度控制 65

3.8.1 开环系统进给速度的计算 66

3.8.2 半闭环和闭环系统的速度计算 66

第4章 数控机床机械结构与装置 68

4.1 概述 68

4.1.1 数控机床机械结构的特点 68

4.1.2 数控机床机械结构的基本要求 68

4.2 数控机床主运动系统 74

4.2.1 主传动方式 74

4.2.2 主轴部件的结构 75

4.2.3 主轴部件的支承 75

4.2.4 主轴的准停装置 77

4.2.5 自动换刀装置 78

4.3 数控机床的进给传动系统 80

4.3.1 齿轮传动副 81

4.3.2 滚珠丝杠螺母副 82

4.3.3 齿轮齿条副 84

4.3.4 回转工作台 85

4.4 数控机床的导轨 89

4.4.1 带有塑料层的滑动导轨 89

4.4.2 滚动导轨 90

4.4.3 静压导轨 91

4.5 数控机床刀具 92

4.5.1 刀具材料 92

4.5.2 数控刀具选择 94

4.5.3 数控铣刀种类 94

4.5.4 数控车刀种类 98

4.5.5 刀柄 99

4.6 自动换刀装置 101

4.6.1 自动换刀装置的形式 101

4.6.2 换刀过程及换刀方式 103

4.6.3 刀具的选择方法 105

4.6.4 刀具（刀座）识别装置 106

4.6.5 对刀装置 107

4.7 数控机床的辅助装置 108

4.7.1 液压和气动装置 108

4.7.2 排屑装置 108

4.7.3 其他辅助装置 109

第5章 数控机床伺服系统 110

5.1 概述 110

5.1.1 数控机床伺服系统的分类 110

5.1.2 数控机床对伺服系统的要求 112

5.2 直流伺服电机及应用 114

5.2.1 直流伺服电机的分类 114

5.2.2 直流伺服电机的基本结构及工作原理 115

5.2.3 直流伺服电机在数控机床中的应用 115

5.3 步进电机及应用 115

5.3.1 步进电机的分类及应用 115

5.3.2 步进电机的组成及工作原理 116

5.3.3 步进电机的主要参数及特性 118

5.4 交流伺服电机及应用 119

5.4.1 交流电机的分类及应用 119

5.4.2 交流伺服电机的类型和特点 119

5.4.3 永磁式交流伺服电机工作原理 120

5.5 直线电机及其应用 120

5.5.1 直线电机的特点 121

5.5.2 直线电机的分类 122

5.5.3 直线电机的基本工作原理 122

5.5.4 直线电机在机床上的应用 123

第6章 数控机床位置检测装置 125

6.1 概述 125

6.1.1 位置检测装置分类 125

6.1.2 数控测量装置的性能指标 126

6.2 旋转变压器 126

6.2.1 工作原理与结构 126

6.2.2 应用 127

6.3 感应同步器 127

6.3.1 结构与工作原理 127

6.3.2 应用 128

6.3.3 感应同步器特点 128

6.4 脉冲编码器 129

6.4.1 结构与工作原理 129

6.4.2 应用 130

6.5 光栅 130

6.5.1 光栅的结构 130

6.5.2 工作原理 130

6.5.3 光栅位移—数字变换电路 131

6.6 容栅 131

6.6.1 容栅的特点 131

6.6.2 容栅测量原理 131

6.6.3 容栅传感器的误差分析 132

第7章 数控机床加工工艺 134

7.1 概述 134

7.1.1 数控加工的工艺特点 134

7.1.2 数控加工工艺设计的主要内容 134

7.2 数控加工内容的选择 135

7.2.1 数控加工零件的选择 135

7.2.2 数控加工内容的选择 135

7.3 零件的工艺分析 136

7.3.1 零件图样分析 136

7.3.2 零件的结构工艺性分析 137

7.4 数控加工的工艺路线设计 142

7.4.1 选择加工方法 142

7.4.2 划分加工阶段 146

7.4.3 划分工序 147

7.4.4 安排加工顺序 148

7.5 数控加工工序设计 149

7.5.1 进给路线的确定和工步的顺序安排 149

7.5.2 定位基准与夹紧方案的确定 152

7.5.3 工件的安装与夹具的选择 154

7.5.4 切削用量的选择 154

7.5.5 对刀点与换刀点的确定 156

第8章 数控机床加工编程 158

8.1 概述 158

8.1.1 数控编程的基本概念 158

8.1.2 数控编程的内容和步骤 158

8.2 程序的结构与格式 159

8.2.1 加工程序的结构 159

8.2.2 程序段格式 160

8.2.3 主程序和子程序 161

8.3 数控机床的坐标系统 162

8.3.1 坐标轴及运动方向的规定 162

8.3.2 常用坐标系及原点 164

8.3.3 机床参考点与装夹原点 166

8.4 程序原点的确定与对刀 166

8.4.1 程序原点的确定 166

8.4.2 数控车床对刀 167

8.4.3 数控铣床对刀 169

8.5 编程指令 170

8.5.1 准备功能（G指令） 170

8.5.2 宏程序简介 191

8.5.2 F指令、S指令、T指令 192

8.5.4 辅助指令（M指令） 193

8.6 数控编程中的数学处理 194

8.6.1 直线、圆弧类零件的数学处理 195

8.6.2 非圆曲线节点坐标计算 196

8.6.3 列表曲线轮廓零件的数学处理 200

8.6.4 刀位点轨迹的计算 203

8.7 数控编程的方法 205

8.7.1 数控编程方法的分类 205

8.7.2 计算机辅助数控加工编程的一般原理 207

8.7.3 语言编程技术 207

8.7.4 图形编程技术概述 212

8.7.5 数控程序的检查与仿真 217

8.7.6 典型系统的数控编程功能简介 219

8.7.7 自动编程技术的新进展 223

第9章 典型零件数控加工实例 224

9.1 锥孔螺母套车削加工 224

9.2 凸轮铣削加工实例 229

9.3 端盖卧式加工中心加工实例 230

9.3.1 工艺方案及工艺路线的确定 231

9.3.2 确定工件坐标系 232

9.3.3 加工程序 232

思考题与习题 234

参考文献 238