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第1章 概论 1

1.1 数控机床的基本结构及工作原理 1

1.1.1 数控机床的产生 1

1.1.2 数控技术的基本概念 1

1.1.3 数控机床的基本结构及工作原理 3

1.2 数控机床的分类 5

1.2.1 按加工工艺方法分类 5

1.2.2 按运动控制方式分类 6

1.2.3 按伺服驱动的特点分类 7

1.3 数控机床的适用范围和特点 9

1.3.1 数控技术的适用范围 9

1.3.2 数控机床的特点 9

1.4 数控系统性能指标 11

1.4.1 控制轴数和联动轴数 11

1.4.2 插补功能 11

1.4.3 脉冲当量 12

1.4.4 定位精度和重复定位精度 12

1.4.5 行程 12

1.4.6 主轴转速和进给速度及其调节范围 12

1.4.7 机床的数控功能 12

1.4.8 程序的编辑、管理和控制功能 12

1.4.9 误差补偿功能 13

1.4.10 加减速控制功能 13

1.4.11 逻辑控制功能 13

1.4.12 通信方式 13

1.4.13 故障诊断功能 13

1.5 数控技术的发展 13

1.5.1 数控技术的功能发展 14

1.5.2 数控技术的体系结构发展 15

1.5.3 新一代数控加工技术 16

1.5.4 数控技术在先进制造技术中的作用 16

复习思考题 16

第2章 数控机床的机械结构与传动 17

2.1 概述 17

2.1.1 数控机床机械结构的特点 17

2.1.2 数控机床对机械结构的基本要求 17

2.2 数控机床的典型机械结构 18

2.2.1 滚珠丝杠螺母结构 18

2.2.2 齿轮传动间隙消除结构 23

2.2.3 机床导轨 26

2.2.4 刀库与自动换刀装置 28

2.2.5 回转工作台与分度工作台 32

2.3 数控机床的主传动系统 35

2.3.1 主传动的基本要求和变速方式 36

2.3.2 主轴部件的结构 37

2.3.3 电主轴与高速主轴系统 41

2.4 数控机床的进给传动系统 42

2.4.1 数控机床对进给传动系统的基本要求 42

2.4.2 数控机床进给传动系统的基本形式 43

2.4.3 直线电动机与高速进给单元 45

复习思考题 46

第3章 数控机床加工与编程 47

3.1 数控加工的工艺特点 47

3.1.1 数控加工过程 47

3.1.2 零件图纸的数控工艺分析 49

3.1.3 数控加工工序划分 49

3.2 数控机床刀具 49

3.2.1 数控刀具特点 50

3.2.2 数控车床常用刀具 50

3.2.3 数控铣床、加工中心常用刀具 51

3.3 数控机床夹具 53

3.3.1 数控机床夹具要求及选用方法 53

3.3.2 数控车床常用夹具 53

3.3.3 数控铣床、加工中心常用夹具 53

3.4 数控编程基础 54

3.4.1 程序与编程 54

3.4.2 程序组成与结构 55

3.4.3 程序主要功能字 55

3.5 数控基本编程指令 58

3.5.1 坐标系建立与选择 58

3.5.2 绝对、增量编程方式 61

3.5.3 基本移动指令 61

3.5.4 刀具补偿功能指令 62

3.6 数控车床的程序编制 62

3.6.1 数控车床的编程特点 62

3.6.2 数控车床的典型编程指令 63

3.6.3 车削加工循环指令 65

3.7 数控镗铣床（加工中心）的程序编制 68

3.7.1 数控镗铣床（加工中心）的编程特点 68

3.7.2 数控镗铣床（加工中心）的典型编程指令 68

3.7.3 固定循环指令 69

3.7.4 子程序格式及应用 71

复习思考题 72

练习 73

第4章 插补原理 75

4.1 插补原理概述 75

4.1.1 插补的概念 75

4.1.2 插补方法的分类 75

4.2 逐点比较法 76

4.2.1 逐点比较法原理 76

4.2.2 逐点比较法直线插补 77

4.2.3 逐点比较法圆弧插补 80

4.3 数字积分法 83

4.3.1 数字积分法的基本原理 83

4.3.2 DDA直线插补 84

4.3.3 DDA直线插补实例 86

4.3.4 DDA圆弧插补 87

4.3.5 DDA圆弧插补实例 89

复习思考题 90

第5章 计算机数控系统 91

5.1 数控系统的基本结构及工作原理 91

5.1.1 CNC系统的组成 91

5.1.2 CNC装置的工作原理 91

5.1.3 CNC装置的功能 95

5.2 CNC系统的硬件结构 97

5.2.1 大板结构和功能模板结构 97

5.2.2 单微处理器结构和多微处理器结构 98

5.2.3 CNC装置的输入/输出接口 101

5.2.4 开放式CNC的硬件结构 102

5.3 CNC系统的软件结构 104

5.3.1 CNC系统软件的组成 104

5.3.2 CNC的软件结构 105

5.3.3 CNC软件结构模式 107

5.3.4 开放式CNC的软件结构 110

5.3.5 系统参考结构 112

5.4 典型数控系统 113

5.4.1 日本FANUC系列数控系统 113

5.4.2 德国SIEMENS公司的SINUMERIK系列CNC系统 114

5.4.3 华中数控系统（HNC） 114

复习思考题 115

第6章 位置检测技术 116

6.1 位置伺服控制 116

6.1.1 位置伺服控制分类 116

6.1.2 幅值伺服控制 117

6.1.3 相位伺服控制 118

6.2 光电编码器 119

6.2.1 增量式编码器 119

6.2.2 绝对式编码器 120

6.2.3 编码器在数控机床中的应用 121

6.3 光栅尺和磁栅尺 122

6.3.1 光栅尺的结构及工作原理 122

6.3.2 光栅尺位移数字变换系统 124

6.3.3 磁栅尺的结构及工作原理 125

6.3.4 磁栅尺的检测电路 127

6.4 旋转变压器和感应同步器 128

6.4.1 旋转变压器的结构和工作原理 128

6.4.2 感应同步器的结构和工作原理 130

复习思考题 132

第7章 数控机床伺服系统 133

7.1 概述 134

7.1.1 伺服系统的构成 134

7.1.2 伺服系统的分类 134

7.1.3 数控机床对伺服系统的要求 136

7.2 步进电动机及其驱动系统 137

7.2.1 步进电动机的种类与结构 137

7.2.2 步进电动机的使用特性 139

7.2.3 步进电动机驱动及控制技术 141

7.2.4 利用数控实验台实现步进电动机的正、反转控制 142

7.2.5 利用数控实验台实现三相异步电动机的调频 145

7.3 直流伺服控制 145

7.3.1 小惯量直流伺服电动机 145

7.3.2 直流主轴电动机 146

7.3.3 晶闸管直流调速 146

7.3.4 晶体管直流脉宽调速 150

7.4 交流伺服控制 154

7.4.1 交流伺服电动机 154

7.4.2 交流主轴电动机 155

7.4.3 交流伺服电动机的变频调速 156

7.4.4 交流伺服电动机的矢量控制调速 158

7.4.5 矢量变换SPWM变频调速实例 159

7.5 伺服系统性能及参数 161

7.5.1 稳态性能 161

7.5.2 动态性能 161

7.5.3 轮廓加工中的跟随精度 162

7.5.4 伺服系统参数 164

复习思考题 166

参考文献 167