第1章 现代数控机床概述 1
1.1数控机床简介 1
1.1.1基本概念 1
1.1.2数控机床的特点 2
1.2数控机床的工作原理及组成 3
1.2.1数控机床的工作原理 3
1.2.2数控机床的组成 3
1.3数控机床的分类 5
1.3.1按工艺用途分类 5
1.3.2按运动轨迹分类 5
1.3.3按伺服控制系统分类 8
1.3.4按数控系统的功能水平分类 9
1.4现代数控机床的发展 10
1.4.1数控技术的产生与发展 10
1.4.2直接数字控制系统 11
1.4.3柔性制造单元及柔性制造系统 12
1.4.4计算机集成制造系统 14
1.4.5现代数控机床的发展趋势 16
第2章 数控加工的信息处理及程序编制 22
2.1数控机床的信息处理 22
2.1.1输入方式 22
2.1.2信息处理 22
2.1.3信息输出 23
2.2数控编程的内容与步骤 23
2.2.1数控机床程序编制的方法 24
2.2.2数控加工的工艺分析 25
2.3数控程序的编制 28
2.3.1数控程序编制的国际标准和国家标准 28
2.3.2数控加工程序段格式和程序结构 28
2.3.3数控机床的坐标系 29
2.3.4数控机床的最小设定单位 32
2.3.5数控加工程序常用的编程指令 32
2.4自动数控编程 40
2.4.1自动编程概述 40
2.4.2数控语言编程 40
2.4.3图形交互自动编程 43
2.4.4语音式自动编程 44
2.4.5实物模型式自动编程 44
2.5 STEP-NC简介 44
2.5.1 STEP-NC发展概况 45
2.5.2 STEP-NC对CNC系统的影响 46
第3章 数控机床位置检测 48
3.1概述 48
3.1.1数控机床对位置检测装置的主要要求 48
3.1.2位置检测装置的分类 48
3.2旋转变压器 49
3.2.1结构 49
3.2.2工作原理 50
3.3感应同步器 51
3.3.1感应同步器的组成及原理 51
3.3.2感应同步器的特点与使用 52
3.3.3感应同步器检测系统的应用 53
3.4光电脉冲编码器 54
3.4.1光电脉冲编码器的结构 55
3.4.2光电脉冲编码器的工作原理 55
3.4.3光电脉冲编码器在数控机床上的应用 56
3.5光栅 57
3.5.1光栅的结构和工作原理 57
3.5.2光栅的种类 59
3.5.3光栅测量装置的位移-数字变换电路 59
3.6磁尺 61
3.6.1磁尺位置检测装置的组成和原理 61
3.6.2磁栅测量装置的工作方式 61
3.7激光在机床位置检测上的应用 63
3.7.1激光干涉法测距 63
3.7.2多普勒效应 63
3.7.3双频激光干涉仪的基本原理 64
第4章 计算机数字控制系统 66
4.1概述 66
4.1.1 CNC系统的组成 66
4.1.2 CNC装置的功能 67
4.2计算机数字控制装置的硬件结构 68
4.2.1单微处理器结构 68
4.2.2多微处理器结构 70
4.2.3专用型结构数控装置和通用型结构数控装置 72
4.2.4开放式数控系统 73
4.3计算机数字控制装置的软件结构 75
4.3.1 CNC装置的软件组成 75
4.3.2 CNC系统软件的工作过程 75
4.3.3计算机数字控制系统的软件结构特点 76
4.4数控机床的可编程控制器 79
4.4.1概述 79
4.4.2 PLC的原理 80
4.4.3数控机床中PLC的功能 82
4.4.4 PLC的指令和程序编程 82
4.5数控插补原理 87
4.5.1插补方法的分类 87
4.5.2逐点比较法 87
4.5.3数字积分法 93
4.5.4数据采样插补法 98
4.6数控系统的刀具补偿原理 100
4.6.1刀具长度补偿 100
4.6.2刀具半径补偿 101
4.6.3 B刀具半径补偿 103
4.6.4 C刀具半径补偿 105
第5章 进给伺服系统 109
5.1数控机床进给伺服系统的组成和分类 109
5.1.1组成 109
5.1.2分类 110
5.1.3数控机床对进给伺服系统的要求 112
5.2伺服驱动装置 112
5.2.1步进电机 113
5.2.2直流伺服电机 114
5.2.3交流伺服电机 119
5.2.4直线电机 125
5.3典型进给伺服系统 127
5.3.1步进电机开环伺服系统 127
5.3.2闭环进给位置伺服系统 128
5.3.3半闭环进给伺服系统 131
5.4全数字伺服系统 133
5.4.1全数字伺服系统的特点 133
5.4.2前馈控制简介 134
5.4.3全数字伺服系统举例 135
第6章 数控机床的机械结构 137
6.1数控机床机械结构的特点 137
6.1.1提高机床结构的刚度 138
6.1.2提高机床结构的抗振性 144
6.1.3减小机床的热变形 146
6.1.4改善运动导轨副的摩擦特性 148
6.2数控机床的主轴部件 152
6.2.1主轴端部的结构形状 152
6.2.2主轴部件的支承 153
6.2.3主轴的准停装置 156
6.2.4自动换刀装置 157
6.3进给传动系统 159
6.3.1概述 160
6.3.2齿轮传动副 160
6.3.3滚珠丝杠螺母副 162
6.3.4静压蜗杆蜗轮副和齿轮齿条副 165
6.3.5回转工作台 166
6.4自动换刀机构 167
6.4.1自动换刀装置 167
6.4.2刀库 170
6.4.3刀具交换装置 171
第7章 数控刀具 173
7.1数控刀具的特点 173
7.2数控工具系统 174
7.2.1数控刀具的分类 174
7.2.2数控机床工具系统 176
7.3数控刀具材料 179
7.3.1高速钢 180
7.3.2硬质合金 181
7.3.3陶瓷 182
7.3.4立方氮化硼 183
7.3.5金刚石 184
7.4刀具表面涂层技术 186
7.4.1涂层工艺 186
7.4.2涂层种类 188
7.4.3刀具涂层材料 188
7.5数控刀具的选择 190
7.5.1选用原则 190
7.5.2选用方法 190
7.6切削用量的选择 191
7.7数控刀具的换刀装置 191
7.7.1换刀装置的基本形式 191
7.7.2自动换刀装置 192
7.7.3刀具尺寸预调 194
7.7.4刀具的识别 194
第8章 高速数控机床及其技术 197
8.1概述 197
8.1.1高速切削的特点 199
8.1.2高速机床的关键技术 200
8.2高速主轴单元 201
8.2.1高速电主轴的结构和特点 201
8.2.2高速主轴的散热 203
8.2.3高速精密轴承 203
8.3高速进给系统 205
8.3.1高速机床对进给系统的要求 205
8.3.2新型快速进给系统 206
8.4高速刀具系统 208
8.4.1高速切削对刀具的要求 208
8.4.2高速切削刀具材料 209
8.4.3高速刀具的几何结构设计 211
8.4.4刀具系统的动平衡 212
8.4.5高速刀具与机床的连接 214
8.4.6高速切削刀具的安全性 217
8.5高速控制系统 219
8.5.1高速主轴矢量控制器 220
8.5.2实时控制伺服系统 220
8.5.3精简指令集系统 221
8.5.4其他辅助控制技术 222
8.6高速加工监测技术 222
8.6.1关键技术 222
8.6.2高速加工的监测内容 223
参考文献 224