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第1篇 机床总体设计1

第1章 机床设计的基本要求1

1.1工艺范围1

1.2加工精度1

1.2.1加工精度的概念1

1.2.2数控机床加工精度的影响因素分析2

1.3开放性4

1.3.1开放性的概念4

1.3.2数控系统开放性的内容和方向4

1.4柔性6

1.4.1柔性的概念6

1.4.2速度控制中柔性的应用7

1.5振动、噪声和热变形8

1.5.1振动及检测8

1.5.2噪声9

1.5.3热变形与补偿10

1.6生产率和自动化11

1.7价值分析与成本12

1.8生产周期12

1.9可靠性13

1.9.1可靠性的概念13

1.9.2可靠性的度量14

1.9.3数控机床的可靠性14

1.10机床宜人性15

1.11符合绿色工程的要求17

第2章 机床设计的方法和理论20

2.1机床设计方法20

2.2机床设计步骤22

2.3机床设计的基本理论23

2.3.1精度23

2.3.2刚度24

2.3.3抗振性24

2.3.4热变形24

2.3.5噪声25

2.3.6低速运动平稳性25

2.4并联机床设计创新26

2.4.1并联运动机床及创新设计介绍26

2.4.2并联运动机床的设计步骤27

2.4.3并联机床的总体方案设计28

第3章 系列化、通用化、标准化和模块化30

3.1机床系列化设计30

3.1.1基本概念30

3.1.2系列化设计的特点30

3.2零部件的通用化和标准化30

3.3模块化设计31

3.3.1模块化设计的特点31

3.3.2模块化设计的方式32

3.3.3功能模块32

3.3.4结构模块32

3.3.5模块化产品的设计33

第4章 数控机床总体方案设计34

4.1几何运动设计34

4.1.1工作原理34

4.1.2工件表面的形成方法34

4.1.3运动分类35

4.1.4运动功能方案设计36

4.2机床总体结构方案设计38

4.2.1几何运动功能分配设计38

4.2.2结构布局设计39

4.2.3机床总体结构的概略形状与尺寸设计41

4.3机床艺术造型与宜人学42

4.3.1造型形态的设计43

4.3.2操作界面的宜人设计44

4.3.3机床的色彩设计45

4.3.4表面装饰设计45

4.3.5认知设计46

4.3.6安全与环保问题46

参考文献47

第2篇 机床机械系统设计49

第5章 机床主要技术参数的确定49

5.1机床尺寸参数的确定49

5.1.1主要尺寸参数49

5.1.2其他尺寸参数53

5.2机床运动参数的确定53

5.2.1主运动参数的计算53

5.2.2进给量和进给范围54

5.2.3空行程快速移动速度55

5.3机床动力参数的确定56

5.3.1机床传动功率56

5.3.2动力参数的计算56

5.4通用机床的主要技术参数58

5.4.1按典型加工条件确定机床参数58

5.4.2各类通用机床主要技术参数59

第6章 机床传动系统设计79

6.1主传动系统设计79

6.1.1分级变速的主传动系统79

6.1.2齿轮变速装置设计89

6.1.3无级变速系统设计94

6.2进给系统的设计96

6.2.1进给传动系统96

6.2.2切削螺纹系统104

6.2.3快速传动系统107

6.2.4分度传动系统109

第7章 数控机床伺服进给系统设计111

7.1数控机床伺服进给系统111

7.1.1数控机床伺服进给系统的分类和特点111

7.1.2数控机床伺服进给系统的组成115

7.2伺服进给系统机械传动设计115

7.2.1挠性联轴器116

7.2.2齿轮传动间隙的消除118

7.2.3提高丝杠刚度和消除间隙120

7.3伺服进给系统机械传动设计步骤121

7.3.1开环伺服进给系统机械传动设计121

7.3.2闭环伺服进给系统机械传动设计126

7.4机械传动装置设计实例131

7.4.1步进电动机驱动的开环数控车床131

7.4.2直流伺服电动机驱动半闭环控制的立式加工中心137

第8章 机床主轴部件的设计140

8.1主轴部件的技术要求140

8.1.1旋转精度140

8.1.2主轴刚度141

8.1.3抗振性143

8.1.4热变形144

8.1.5耐磨性144

8.2主轴部件的传动方案145

8.2.1主轴的传动方式145

8.2.2主轴传动件的布置145

8.3主轴轴承的选择146

8.3.1滚动轴承147

8.3.2滑动轴承154

8.4主轴端部的结构设计157

8.4.1 A型主轴端部结构157

8.4.2 C型主轴端部结构159

8.4.3 D型主轴端部结构160

8.4.4手动换刀圆锥连接的主轴端部结构162

8.4.5刀柄插入式短锥孔和端面定位的主轴端部结构163

8.5主轴结构参数的确定164

8.5.1主轴直径的确定164

8.5.2主轴内孔直径的确定164

8.5.3主轴支承跨距的确定165

8.5.4主轴悬伸量的确定167

8.6主轴的刚度验算167

8.6.1主轴刚度验算项目167

8.6.2主轴挠度计算168

8.6.3主轴扭转刚度的验算169

8.7主轴的材料、热处理和技术要求169

8.7.1主轴的材料及热处理169

8.7.2主轴的技术要求169

8.7.3主轴部件装配图170

第9章 机床导轨171

9.1机床导轨的功能171

9.1.1机床导轨的技术要求171

9.1.2导轨的分类和主要技术特性171

9.2机床导轨的材料173

9.2.1常用金属导轨材料173

9.2.2常用塑料导轨材料174

9.3导轨低速运动平稳性174

9.4滑动导轨174

9.4.1滑动导轨的结构形式174

9.4.2导轨的间隙调整装置179

9.4.3导轨的卸荷装置180

9.4.4镶装导轨结构181

9.5液体静压导轨182

9.5.1液体静压导轨的结构形式182

9.5.2供油系统与油腔结构183

9.6塑料导轨185

9.6.1常用塑料导轨的性能186

9.6.2塑料导轨的工艺设计186

9.7滚动导轨188

9.7.1滚动导轨的特点及结构形式188

9.7.2滚动直线导轨副189

9.8导轨的润滑与防护190

9.8.1导轨润滑方式190

9.8.2导轨的防护装置192

第10章 机床支承件结构设计193

10.1机床支承件的结构特征和要求193

10.1.1支承件的基本要求193

10.1.2支承件的结构特征193

10.1.3机床支承件的材料194

10.2支承件的刚度设计195

10.3支承件的热变形198

10.3.1机床和支承件的热变形198

10.3.2改善支承件热变形的措施198

10.4支承件的结构设计199

10.4.1截面形状、隔板和窗口的设计199

10.4.2加强肋设计202

10.4.3连接结构设计202

10.4.4焊接结构的造型特点204

10.5提高支承件刚度的结构措施205

10.5.1提高支承件结构阻尼的措施205

10.5.2提高固有频率的结构措施208

第11章 机床常用机构与装置209

11.1操纵机构209

11.1.1操纵机构的组成与特点209

11.1.2操纵机构基本构件的结构形式209

11.2夹紧机构214

11.2.1夹紧元件214

11.2.2夹紧机构的设计、计算217

11.2.3机床典型夹紧机构举例222

11.3自动换刀装置230

11.3.1自动换刀装置的分类230

11.3.2刀库方式的自动换刀装置232

11.4自动上、下料装置249

11.4.1料仓式自动上料装置249

11.4.2料斗式自动上料装置252

11.4.3振动上料装置255

11.5机床附件259

11.5.1分度头259

11.5.2回转工作台261

11.5.3卡盘263

11.5.4吸盘265

11.5.5夹头266

11.5.6顶尖268

第12章 机床辅助系统设计270

12.1润滑系统270

12.1.1机床润滑方式270

12.1.2润滑方式选择272

12.2排屑系统273

12.2.1常用的排屑器273

12.2.2排屑装置选择277

参考文献279

第3篇 机床液压与气动系统设计280

第13章 机床液压传动的基础知识280

13.1液压油280

13.1.1液压油的种类280

13.1.2液压油的性质280

13.1.3液压油的要求和选用282

13.1.4液压油的污染与防污284

13.2液体静力学286

13.2.1静压力及其特性287

13.2.2静力学基本方程287

13.2.3压力的表示方法和单位287

13.2.4静止液体中压力的传递288

13.2.5液体作用在容器壁面上的力288

13.3液体动力学289

13.3.1基本概念289

13.3.2连续性方程291

13.3.3伯努利方程292

13.3.4动量方程294

13.4流动阻力和压力损失295

13.4.1流动阻力及压力损失的两种形式295

13.4.2圆管湍流沿程阻力系数298

13.5小孔和缝隙流量300

13.5.1小孔流量计算300

13.5.2缝隙流量计算301

13.6气穴现象和液压冲击303

13.6.1气穴现象303

13.6.2液压冲击303

第14章 液压元件、回路及典型机床液压传动系统305

14.1液压泵和液压马达305

14.1.1液压泵概述305

14.1.2液压泵的性能参数305

14.1.3齿轮泵307

14.1.4叶片泵310

14.1.5柱塞泵314

14.1.6螺杆泵320

14.1.7液压马达321

14.1.8液压泵的选用323

14.1.9液压泵的运行325

14.1.10液压泵系统的安装327

14.2液压缸的设计和选用330

14.2.1液压缸概述330

14.2.2液压缸设计依据、原则和步骤336

14.2.3液压缸的设计选型337

14.2.4液压缸的设计计算337

14.2.5液压缸结构设计341

14.2.6液压缸的安装形式347

14.2.7工作介质的选用349

14.2.8实例分析349

14.3液压控制阀351

14.3.1方向控制阀352

14.3.2流量控制阀372

14.3.3压力控制阀383

14.4液压回路396

14.4.1压力控制回路396

14.4.2速度控制回路409

14.4.3方向控制回路419

14.4.4多缸控制回路423

14.5辅助装置427

14.5.1蓄能器428

14.5.2过滤器431

14.5.3油箱435

14.5.4换热器437

14.5.5密封装置439

14.5.6管系元件442

14.6机床典型液压系统445

14.6.1阅读和分析液压系统原理图的方法和步骤445

14.6.2 YT4543型组合机床动力滑台液压系统445

14.6.3 M1432A型万能外圆磨床的液压系统448

14.6.4 MJ-50型数控车床液压系统452

14.7机床常用液压伺服系统454

14.7.1概述454

14.7.2液压伺服系统的基本类型456

第15章 机床液压系统的设计及安装、使用和维护460

15.1机床液压系统设计460

15.1.1机床液压系统的设计步骤460

15.1.2机床液压系统设计应用实例472

15.2液压系统的安装477

15.2.1安装前的准备工作477

15.2.2各组成元件的安装477

15.3液压系统的清洗478

15.4液压系统的调试478

15.4.1空载试车478

15.4.2负载试车479

15.5液压元件、回路及系统常见故障分析479

15.5.1典型液压元件故障分析及排除479

15.5.2典型液压回路的故障分析及排除481

15.5.3液压系统常见故障分析及排除483

15.6液压系统的维护485

第16章 机床气压传动的基础知识486

16.1空气的物理性质486

16.1.1空气的组成486

16.1.2空气的基本状态参数486

16.1.3空气的粘度487

16.1.4空气的压缩性487

16.1.5标准状态和基准状态487

16.1.6空气的湿度和含湿量487

16.2空气的热力学性质488

16.2.1基本概念488

16.2.2热力学第一定律492

16.2.3热力学过程493

16.3气体的流动规律494

16.4气体在管道中的流动特性496

16.4.1声速与马赫数496

16.4.2变截面管道中气体的流动特性496

16.4.3气体在管道中流动时的压力损失497

16.4.4气阻与气容498

16.5气体的高速流动及噪声498

第17章 气动元件、回路及典型机床的气动系统499

17.1气源装置及气动辅助元件499

17.1.1气源装置499

17.1.2压缩空气净化设备501

17.1.3油雾器508

17.1.4消声器512

17.1.5管路系统513

17.2气动执行元件514

17.2.1气缸的分类514

17.2.2普通气缸514

17.2.3特殊气缸521

17.2.4气缸的选择与使用523

17.2.5气动马达525

17.3气动控制元件528

17.3.1压力控制阀528

17.3.2流量控制阀533

17.3.3方向控制阀535

17.3.4气动逻辑元件549

17.4气动控制回路及回路设计553

17.4.1基本回路553

17.4.2应用回路561

17.4.3安全保护回路566

17.5典型机床的气动系统分析568

17.5.1阅读和分析气动系统原理图的一般步骤568

17.5.2 H400型卧式加工中心气动系统568

17.5.3硬质合金刀片磨床气液传动系统572

第18章 机床气动系统设计及安装、使用和维护578

18.1气动系统的设计578

18.1.1设计依据和装置工作要求578

18.1.2气动回路的设计578

18.1.3执行元件的选择579

18.1.4控制元件的选择580

18.1.5气动辅件的选择581

18.1.6空压机的选择581

18.1.7气源站的设计581

18.1.8气动系统的噪声控制582

18.1.9管道设计和安装582

18.1.10绘制图样、编制技术文件583

18.2程序控制系统设计583

18.2.1程序控制的分类583

18.2.2行程程序的表示方法584

18.2.3干扰信号及其分类585

18.2.4多缸单往复行程程序回路设计587

18.3气动系统的安装592

18.3.1配管592

18.3.2配管的吹除593

18.3.3元件安装注意事项593

18.4气动系统的调试594

18.4.1气动系统的试运转调试594

18.4.2气动系统的自动运转调试594

18.4.3完成作业后的工作594

18.5气动系统的维护594

18.5.1经常性的维护594

18.5.2定期的维护工作595

18.6气动系统的故障分析及排除596

18.6.1气动系统常见故障的分类596

18.6.2常用故障诊断方法596

18.7气动系统常见故障及排除597

18.7.1气路常见故障及排除597

18.7.2冷却器常见故障及排除598

18.7.3气罐常见故障及排除599

18.7.4制冷式干燥器常见故障及排除599

18.7.5吸附式干燥器常见故障及排除600

18.7.6主管路过滤器故障分析及排除600

18.7.7空气过滤器常见故障分析及排除600

18.7.8减压阀常见故障分析及排除601

18.7.9除油器常见故障分析及排除602

18.7.10油雾器常见故障分析及排除602

18.7.11差压型油雾器常见故障分析及排除603

18.7.12气缸常见故障分析及排除603

18.7.13摆动气缸的常见故障分析及排除606

18.7.14气液单元故障分析及排除606

18.7.15气液联用缸故障分析及排除607

18.7.16磁性开关常见故障分析及排除607

18.7.17速度控制阀故障分析及排除608

18.7.18电磁换向阀常见故障及排除608

18.7.19排气口故障分析及排除609

18.7.20密封圈故障分析及排除610

18.7.21液压缓冲器故障及排除611

18.8气动系统的维修611

18.8.1维修前的准备工作611

18.8.2维修过程注意事项611

18.8.3维修后元件性能的验证612

参考文献613

第4篇 机床电力拖动及控制系统设计614

第19章 机床电力拖动及控制系统设计概论614

19.1机床电气控制系统设计的基本内容和一般原则614

19.1.1机床电气控制系统设计的基本内容614

19.1.2机床电气控制线路设计的一般原则615

19.2机床电力拖动方案确定原则和电动机的选择618

19.2.1确定机床拖动方式619

19.2.2选择传动电动机619

19.3机床电气控制线路的经验设计法和逻辑设计法620

19.3.1经验设计法620

19.3.2逻辑分析设计法620

19.4机床电气控制系统的工艺设计621

19.4.1机床电气设备总体配置设计621

19.4.2机床电气元件布置图的设计及电气部件接线图的绘制622

19.4.3清单汇总和说明书的编写623

19.5机床的PLC控制设计623

19.5.1机床PLC控制系统设计的基本原则623

19.5.2机床PLC控制系统设计的基本内容623

19.5.3机床PLC控制系统设计的一般步骤624

第20章 机床电气控制系统设计中的传动电动机选择626

20.1概述626

20.2交流异步电动机的选择626

20.2.1交流异步电动机的工作原理和机械特性626

20.2.2机床电动机的选择632

20.2.3机床拖动中常用的几种典型交流异步电动机的技术数据634

20.3直流电动机的选择652

20.3.1直流电动机的基本工作原理652

20.3.2直流自动调速系统的分类654

20.3.3直流电动机的机械特性和调速方法654

20.3.4机床拖动中常用的几种典型直流电动机的技术数据656

20.4伺服控制电动机选择670

20.4.1步进电动机的选择670

20.4.2伺服电动机的选择675

第21章 机床电气控制系统设计中的常用低压电器705

21.1概述705

21.1.1低压电器分类706

21.1.2电器产品的型号708

21.1.3电磁式低压电器的基础知识709

21.1.4低压电器的发展方向711

21.2信号及控制电器712

21.2.1非自动切换信号及控制电器712

21.2.2自动切换信号及控制电器740

21.3执行电器751

21.3.1接触器751

21.3.2固态继电器757

21.3.3电磁阀760

21.3.4制动电磁铁762

21.4保护电器765

21.4.1熔断器765

21.4.2热继电器769

21.4.3干簧继电器772

21.4.4漏电保护器774

21.5智能电器778

21.5.1智能电器的新发展778

21.5.2几种常用的智能电器简介779

21.6机床电气控制系统设计中常用的电力电子器件781

21.6.1晶闸管（SCR）781

21.6.2其他电力半导体器件785

21.6.3电力半导体器件的发展现况786

第22章 传统机床电气“继-接”控制系统的设计790

22.1概述790

22.2机床电气制图与识图基础790

22.2.1电气控制系统图的分类790

22.2.2电气图的一般特点791

22.2.3电气图的图形符号和文字符号792

22.2.4电气原理图的绘制规则796

22.2.5电气元件布置图798

22.2.6电气安装接线图799

22.2.7电气识图方法与步骤799

22.3机床电气控制常用电路的基本环节800

22.3.1机床的全电压起动控制电路环节800

22.3.2机床电动机的减压起动控制电路环节801

22.3.3机床电动机的软起动控制802

22.3.4机床电动机的点动、长动和停止控制电路807

22.3.5机床电动机的联锁和互锁控制807

22.3.6机床电动机的多地点控制809

22.3.7机床电动机的正反向可逆运行控制810

22.3.8直流电动机起动、制动控制线路环节810

22.3.9机床控制的保护环节813

22.4机床电气控制线路常用的一些控制原则814

22.4.1机床的行程控制原则814

22.4.2机床的时间控制原则815

22.4.3机床的速度控制原则817

22.4.4机床的电流控制原则818

22.4.5机床的电源频率控制原则——变频调速控制线路819

22.5机床中的电液控制823

22.5.1液压系统组成823

22.5.2电磁换向阀824

22.5.3液压系统工作自动循环控制电路824

22.6传统机床电气“继-接”控制系统的设计826

22.6.1机床电气控制系统设计的主要内容、一般程序及基本原则826

22.6.2机床电气原理线路设计的方法和步骤831

第23章 机床电气控制系统中的PLC技术839

23.1可编程序控制器（PLC）概述839

23.1.1 PLC的基本概念839

23.1.2 PLC的特点及应用840

23.1.3 PLC与“继电器-接触器”控制系统的比较841

23.1.4 PLC与微机（PC）的区别841

23.1.5 PLC的新发展842

23.2 PLC的基本结构及工作原理843

23.2.1 PLC的基本结构843

23.2.2 PLC的工作原理848

23.3 PLC的技术性能852

23.3.1基本技术性能852

23.3.2 PLC的内存分配及I/O点数854

23.4 PLC的分类854

23.5 PLC的编程语言855

23.5.1梯形图855

23.5.2指令表855

23.5.3顺序功能图（或称状态转移图SFC）856

23.5.4功能块图856

23.5.5高级编程语言856

23.6机床电气控制系统中最常用的几种典型PLC介绍856

23.6.1日本三菱公司FX2N系列PLC的硬、软件资源856

23.6.2日本OMRON公司小型PLC的硬、软件资源890

23.6.3法国施耐德公司Twido系列PLC的硬、软件资源900

23.6.4德国西门子（SIMATIC） S7-300PLC的硬、软件资源918

23.7基本逻辑指令的编程规则与技巧937

23.7.1梯形图的特点937

23.7.2 PLC梯形图的编程规则与技巧938

23.8机床PLC控制的最常用编程环节942

23.9常用的微机编程器及其使用957

23.9.1概述957

23.9.2日本三菱公司FX2N系列PLC编程软件SW OPC-FXGP/WIN-C的使用说明958

23.9.3施耐德公司Twido编程工具软件970

23.10机床PLC控制系统精典设计举例974

23.10.1原有传统机床的PLC技术改造设计974

23.10.2新型机床设备的PLC控制系统创新开发设计977

23.10.3 PLC在机床设备现代高新技术中的应用设计979

第24章 几种最常用典型机床的电气与PLC控制设计实例987

24.1 C650普通车床的电气与PLC控制987

24.1.1普通车床的结构987

24.1.2车床的运动形式987

24.1.3车床的控制特点987

24.1.4 C650型普通车床的电气控制和PLC控制988

24.1.5 C650型普通车床常见的电控故障分析991

24.2 C5225型立式车床控制程序991

24.2.1机床概况991

24.2.2电路特点及拖动要求991

24.2.3 C5225型立式车床电气控制电路991

24.2.4 C5225型立式车床PLC控制995

24.2.5 C5225型立式车床的常见故障及检修1000

24.3 Z3040摇臂钻床的电气与PLC控制1001

24.3.1摇臂钻床的结构1001

24.3.2摇臂钻床的运动1001

24.3.3 Z3040摇臂钻床的电气控制和PLC控制1002

24.3.4 Z3040摇臂钻床的常见电控故障分析1005

24.4卧式镗床的电气与PLC控制1006

24.4.1卧式镗床的主要结构1006

24.4.2卧式镗床的主要运动1007

24.4.3卧式镗床的拖动特点及控制要求1007

24.4.4 T610型卧式镗床的电气与PLC控制1007

24.4.5 T610型卧式镗床常见的电控故障分析1021

24.5 M7475型立轴圆台平面磨床的电气和PLC控制1028

24.5.1立轴圆台平面磨床的结构1029

24.5.2外圆磨床的运动形式1029

24.5.3 M7475型立轴圆台平面磨床的电气控制和PLC控制1029

24.5.4 M7475型立轴圆台平面磨床的故障1034

24.6 B2012A型龙门刨床的电气与PLC控制1034

24.6.1龙门刨床的组成结构1034

24.6.2龙门刨床的运动1034

24.6.3龙门刨床生产工艺对电控的要求1035

24.6.4龙门刨床的电气控制和PLC控制1035

24.6.5龙门刨床的常见故障分析1044

24.7组合机床的电气与PLC控制1046

24.7.1组合机床的组成结构1046

24.7.2组合机床的工作特点1047

24.7.3双面单工液压传动组合机床的电气控制与PLC控制1047

24.7.4双面钻孔组合机床的PLC控制1050

第25章 机床电气控制中的晶闸管直流调速系统设计1055

25.1概述1055

25.2单闭环控制的机床直流调速系统设计1055

25.2.1直流电动机的调速方法和可控直流电源1055

25.2.2开环调速系统1058

25.2.3转速负反馈单闭环直流调速系统1062

25.2.4电压反馈电流补充控制的调速系统1075

25.3双闭环控制的机床直流调速系统设计1077

25.3.1双闭环调速系统的组成及其静特性1077

25.3.2双闭环直流调速系统的数学模型和动态性能分析1079

25.3.3调节器的工程设计方法1082

25.3.4按工程设计方法设计双闭环调速系统1090

25.3.5转速超调的抑制——转速微分负反馈1097

25.3.6弱磁控制的直流调速系统1099

25.3.7数字控制器的实现及其工程整定1100

25.4可逆控制的机床直流调速系统设计1104

25.4.1 V-M系统的可逆运行和回馈制动1104

25.4.2两组晶阐管装置可逆线路中的环流1108

25.4.3有环流可逆系统1110

25.4.4无环流可逆调速系统1114

25.4.5双闭环可逆直流脉宽调速系统1119

25.4.6工程设计举例1123

25.5直流调速装置的安装与调试1125

25.5.1电控设备检验依据标准1125

25.5.2电控装置的安装1126

25.5.3电控设备现场调试1127

25.5.4直流调速装置的现场调试1129

第26章 机床电气控制中的交流调速系统设计1133

26.1概述1133

26.1.1异步电动机调速系统的基本类型1133

26.1.2同步电动机调速系统的基本类型1135

26.2调压调速的机床交流调速系统设计1135

26.2.1转速负反馈闭环的交流调压调速系统1135

26.2.2系统的静态特性1135

26.2.3系统动态特性分析1136

26.2.4异步电动机调压调速系统应用举例1138

26.3变压变频的机床交流调速系统设计1145

26.3.1变频调速的基本控制方式1145

26.3.2变频器简介1147

26.3.3正弦波脉宽调制变频器1148

26.3.4异步电动机变频调速时的机械特性1154

26.3.5转速开环、电压闭环恒压频比控制的变频调速系统1157

26.3.6转差频率控制的转速闭环变频调速系统1161

26.3.7异步电动机矢量控制的变频调速系统1163

26.4实用数字控制的机床交流调速系统设计1168

26.4.1富士变频器结构分析1168

26.4.2富士变频器应用技术1176

26.4.3西门子6SE系列变频器应用实例1182

26.4.4高压变频器的实现及应用技术概述1185

26.5变频器与PLC配合扩展更多功能的应用设计1191

第27章 机床电气设计中的CAD技术1192

27.1电气CAD软件概述1192

27.1.1软件特点1192

27.1.2安装和卸载Pcschematic Elautomaiton1192

27.2电气CAD工作界面1194

27.2.1菜单栏1194

27.2.2程序工具栏1200

27.2.3命令工具栏1200

27.2.4符号选取栏1202

27.2.5编辑栏1202

27.3应用电气CAD进行典型电路绘制1203

27.3.1标准方案的建立1203

27.3.2点动、连续控制电路的绘制1206

27.3.3正反转控制电路1212

27.3.4星-三角降压起动控制电路1214

27.4电气CAD的高级绘图功能1216

27.4.1高级绘图功能1216

27.4.2布置接线端子和电缆符号1218

27.4.3创建符号1222

27.4.4 PLC功能1226

参考文献1229

第5篇 机床数字控制系统设计1231

第28章 绪论1231

28.1 CNC系统的主要组成1231

28.2 CNC系统的主要功能1232

28.2.1数控系统的基本功能1232

28.2.2数控系统的选择功能1233

28.3数控机床的主要组成1233

28.3.1程序的存储介质1233

28.3.2输入／输出装置1233

28.3.3 CNC单元1233

28.3.4伺服系统1233

28.3.5位置反馈系统（检测反馈系统）1234

28.3.6机床的机械部件1234

28.4数控机床的分类1234

28.4.1按工艺用途分类1234

28.4.2按运动方式分类1234

28.4.3按控制方式分类1235

28.4.4按功能水平分类1235

28.5数控技术的应用与发展1236

第29章CNC控制硬件设计1238

29.1计算机数字控制装置的一般结构1238

29.1.1 CNC装置的结构形式1238

29.1.2 CNC装置的硬件结构1238

29.2微型计算机结构1245

29.2.1单微处理器结构1245

29.2.2多微处理器结构1246

29.3机床数据运算器1247

29.3.1数字脉冲乘法器1247

29.3.2插补算法1251

29.3.3刀具补偿1258

第30章CNC控制软件设计1262

30.1计算机及CNC装置操作系统1262

30.2输入数据处理程序1262

30.2.1输入程序1262

30.2.2译码程序1263

30.2.3数据处理程序1266

30.3微机数控的插补控制程序1266

30.4中断处理1269

30.5速度控制程序1271

30.6管理程序1273

30.7诊断程序1273

30.7.1运行中的诊断1273

30.7.2停机诊断1274

第31章CNC伺服系统设计1276

31.1伺服系统组成1276

31.2步进电动机的微机控制1276

31.2.1步进电动机的开环控制1276

31.2.2步进电动机的细分控制1277

31.2.3步进电动机的闭环控制1279

31.3直流伺服系统与微机控制1279

31.3.1直流伺服电动机1279

31.3.2两种新型直流电动机1280

31.3.3直流伺服电动机的微机PWM速度控制系统1280

31.4交流伺服系统与微机控制1283

31.4.1异步电动机的两种调速方法1283

31.4.2交流伺服电动机的微机控制1283

31.5闭环数字控制及数显装置设计1284

31.5.1位置检测装置设计1284

31.5.2脉冲比较的闭环控制系统设计1284

31.5.3相位比较的闭环控制系统设计1285

第32章CNC外围设备及接口设计1286

32.1概述1286

32.2输入／输出接口设计1286

32.2.1输入／输出控制方式1286

32.2.2输入／输出接口的编址方式1287

32.2.3 I/O接口模块的总线驱动和译码电路设计1288

32.3机床控制设备接口设计1289

32.3.1数字输入／输出电路1289

32.3.2模拟输入／输出电路1290

32.4微型机可编程机床接口1291

32.5 CNC外围设备1292

第33章CNC数控装置设计实例1293

33.1数控基本系统的构成1293

33.2经济型数控装置1293

33.3标准型数控装置1297

33.4开放式数控装置1298

参考文献1315

第6篇 机床现代设计方法及现代制造系统1316

第34章 机床模块化设计1316

34.1机床模块划分的基本原则1316

34.1.1现代机床模块化设计思想1316

34.1.2机床模块的划分原则1317

34.1.3数控机床的模块划分1318

34.2机床模块创建过程1318

34.2.1模块创建的过程1318

34.2.2机床模块的功能分析1319

34.2.3机床模块设计过程中的基本要求1321

34.3机床模块化设计实例1322

34.3.1横系列模块化设计1322

34.3.2横系列和跨系列模块化设计1322

34.3.3全系列模块化设计1325

第35章 机床优化设计1327

35.1优化设计的基本概念1327

35.1.1优化设计的数学模型1328

35.1.2优化设计的几何解释1330

35.2机床常用优化方法1332

35.2.1机床常用建立数学模型方法1335

35.2.2数学规划法1344

35.2.3优化准则法1356

35.3机床整机和部件优化设计1358

35.3.1灵敏度分析和结构修改法1358

35.3.2模态分析和能量平衡准则法1363

35.3.3机床优化设计实例1366

第36章 虚拟机床设计及加工过程仿真1383

36.1虚拟机床的基本概念1383

36.2虚拟机床的特点及功能1383

36.3虚拟机床的体系结构1384

36.4虚拟加工过程的建模1385

36.4.1虚拟机床建模1385

36.4.2加工过程的建模1385

36.4.3仿真过程的建模1386

36.5虚拟加工过程仿真1386

36.5.1仿真环境的建立1386

36.5.2加工过程仿真1387

36.5.3加工误差的评估1388

36.6虚拟机床设计及加工过程仿真实例1388

36.6.1几何仿真1389

36.6.2物理仿真1390

第37章 柔性制造系统（FMS）1392

37.1 FMS的基本组成及主要功能1392

37.1.1 FMS的定义及基本组成1392

37.1.2 FMS的主要功能1393

37.1.3 FMS的类型1393

37.2 FMS的自动加工系统1394

37.2.1加工系统的功能及要求1394

37.2.2自动上下料装置1395

37.3 FMS的物料输送与储存系统1396

37.3.1物料运储系统的组成1396

37.3.2物料输送系统的基本回路1397

37.3.3自动化仓库系统1398

37.3.4自动导向小车1399

37.4 FMS的刀具管理系统1401

37.4.1 FMS刀具管理系统的组成1401

37.4.2刀具交换1401

37.4.3刀具的监控与信息处理1404

37.5工业机器人1407

37.5.1工业机器人的定义及组成1407

37.5.2工业机器人的分类1408

37.5.3机器人的性能特征1410

37.5.4工业机器人的控制技术1410

37.5.5工业机器人的应用1413

37.6 FMS的控制系统1414

37.6.1 FMS的控制结构1414

37.6.2控制系统任务1415

37.7 FMS的信息流支持系统1416

37.7.1 FMS的信息流模型1416

37.7.2 FMS的信息流要素、联系和特征1417

37.8 FMS的设计与实施1419

37.8.1 FMS的设计要点1419

37.8.2 FMS的实施步骤1420

37.9 FMS应用实例1423

37.9.1总体结构1423

37.9.2运行控制子系统1423

37.9.3加工子系统1424

37.9.4物流子系统1424

37.9.5检测监控子系统1425

第38章 计算机集成制造系统（CIMS）1426

38.1 CIMS概述1426

38.1.1 CIMS的基本概念1426

38.1.2 CIMS的构成1426

38.1.3 CIMS的发展现状1428

38.2 CIMS的递阶控制模式1429

38.3 CIMS的体系结构1430

38.3.1 CIMS/OSA体系结构1430

38.3.2 IMACS/GIM体系结构1433

38.4 CIMS应用实例1434

38.4.1支撑体系1434

38.4.2计算体系1437

参考文献1440