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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