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第1章数控机床概述1

1.1数控机床的特点1

1.1.1数控机床的优点1

1.1.2数控机床加工零件的特点2

1.2数控机床的组成和工作原理3

1.2.1数控机床的组成3

1.2.2数控机床的工作原理4

1.2.3数控系统的主要工作过程5

1.3数控机床的分类5

1.3.1按运动方式分类6

1.3.2按控制方式分类6

1.3.3按数控系统的功能水平分类7

1.4控制轴数与联动轴数8

1.5数控机床性能、结构及应用8

1.5.1数控机床的精度指标8

1.5.2典型数控机床结构及应用9

1.6数控机床的发展趋势14

1.6.1数控机床的产生和发展14

1.6.2数控机床的发展趋势14

第2章数控机床的总体设计18

2.1数控机床设计方法和理论18

2.1.1设计类型18

2.1.2设计方法的特点19

2.1.3数控机床的设计步骤20

2.1.4数控机床设计的基本理论21

2.1.5并联机床设计创新25

2.2数控机床总体方案设计26

2.2.1运动设计及表面形成方法26

2.2.2机床总体结构方案设计28

2.3机床主要参数的设计36

2.3.1主参数和尺寸参数36

2.3.2运动参数36

2.3.3动力参数39

第3章数控机床主传动系统设计44

3.1概述44

3.1.1数控机床主传动系统的特点44

3.1.2主传动系统的设计要求44

3.1.3数控机床主传动系统配置方式44

3.1.4主传动系统的类型45

3.2分级变速主传动系统设计46

3.2.1转速图的概念46

3.2.2变速规律47

3.2.3结构网及结构式48

3.2.4拟定转速图的方法49

3.2.5齿轮齿数的确定50

3.2.6主传动系统计算转速50

3.3无级变速传动链的设计53

3.3.1无级变速装置的分类53

3.3.2机械无级变速与分级变速机构的串联53

3.3.3采用直流或交流电动机无级调速54

3.3.4主轴转速的自动变换58

3.3.5主轴旋转与进给轴的同步控制60

3.4现代数控机床主传动系统61

3.4.1高速主传动设计61

3.4.2柔性化、复合化设计61

3.5主传动系统结构设计62

3.5.1变速机构63

3.5.2齿轮在轴上的布置63

3.5.3立式加工中心主轴箱的构造65

3.5.4数控车床主轴箱构造66

第4章主轴组件设计69

4.1主轴组件的基本要求69

4.2主轴70

4.2.1主轴的构造70

4.2.2主轴的材料和热处理71

4.3主轴滚动支承71

4.3.1主轴常用滚动轴承的类型72

4.3.2主轴滚动轴承的选择74

4.3.3主轴轴承的配置方式75

4.3.4滚动轴承精度等级的选择77

4.3.5主轴滚动轴承的预紧78

4.4静压轴承79

4.4.1液体静压轴承79

4.4.2气体静压轴承80

4.5主轴组件的设计计算81

4.5.1初选主轴直径81

4.5.2主轴悬伸量的确定82

4.5.3主轴最佳跨距的选择82

4.6数控机床主轴组件的结构形式85

4.6.1主轴的支承与润滑85

4.6.2刀具自动装卸及切屑清除装置86

4.6.3主轴准停装置87

4.7高速主轴单元87

4.7.1高速电主轴的结构88

4.7.2高性能的CNC控制系统89

4.7.3冷却润滑技术的研究89

4.7.4高速精密轴承89

4.7.5电主轴的动平衡90

4.7.6刀具的夹紧90

4.7.7轴上零件的连接91

4.8提高主轴组件性能的措施91

4.8.1提高旋转精度91

4.8.2改善动态特性92

4.8.3控制主轴组件温升93

第5章伺服进给传动系统设计94

5.1伺服进给传动系统概述94

5.1.1伺服进给系统分类94

5.1.2伺服进给系统的基本要求95

5.2直线运动机构——滚珠丝杠螺母机构95

5.2.1工作原理及其特点95

5.2.2结构类型96

5.2.3滚珠丝杠的安装98

5.2.4滚珠丝杠螺母副的计算和选用99

5.3数控机床消隙机构及其常用的连接方式101

5.3.1进给系统传动齿轮间隙消除101

5.3.2数控机床常用的连接方式103

5.4伺服电动机及其调速107

5.4.1步进电动机107

5.4.2直流伺服电动机及其调速系统112

5.4.3交流伺服电动机及其调速115

5.4.4直线电动机117

5.5典型进给系统结构119

5.6伺服进给系统设计的基本要求120

5.7伺服进给系统机械传动装置的设计步骤及计算122

5.7.1负载转矩的计算122

5.7.2负载惯量的计算123

5.7.3伺服电动机的选择124

5.7.4电动机惯量与负载惯量的匹配125

5.8伺服进给系统的动态响应、稳定性及精度127

5.8.1动态性能指标127

5.8.2系统的稳定性128

5.8.3开环、半闭环伺服进给系统的死区误差及定位精度129

5.8.4静态误差与伺服刚度131

5.8.5传动链的自然频率132

5.8.6刚度计算132

第6章数控机床检测装置135

6.1数控机床测量系统分类与特点135

6.1.1检测装置的分类135

6.1.2数控测量装置的性能指标及要求136

6.2常用测量元件的工作原理及应用136

6.2.1旋转变压器136

6.2.2感应同步器138

6.2.3光栅141

6.2.4磁栅144

6.2.5脉冲编码器147

第7章数控机床本体设计152

7.1支承件设计152

7.1.1数控机床支承件的功用和应满足的要求152

7.1.2支承件的静刚度153

7.1.3支承件的动态特性160

7.1.4支承件的结构设计165

7.1.5支承件的有限元计算简介167

7.2导轨设计169

7.2.1导轨的分类169

7.2.2对导轨的基本要求172

7.2.3滑动导轨173

7.2.4滚动导轨180

7.2.5提高导轨耐磨性的措施186

第8章自动换刀和自动交换工件系统191

8.1自动换刀装置191

8.1.1回转刀架换刀191

8.1.2更换主轴换刀193

8.1.3带刀库的自动换刀系统194

8.2工件自动交换系统200

8.2.1托盘交换装置200

8.2.2装卸料机器人201

8.2.3有轨小车202

8.2.4无轨小车202

8.3数控机床的回转工作台203

8.3.1数控回转工作台203

8.3.2分度工作台204

第9章计算机数控系统208

9.1概述208

9.1.1CNC系统组成208

9.1.2计算机数控装置的组成208

9.1.3CNC系统功能210

9.1.4计算机数控装置的工作原理213

9.2数控系统的硬件结构215

9.2.1CNC系统的硬件构成特点215

9.2.2单CPU结构GNC系统的硬件结构216

9.2.3多CPU结构CNC系统的硬件结构217

9.3CNC系统的软件结构218

9.3.1CNC装置软硬件的界面218

9.3.2CNC系统控制软件的结构特点219

9.3.3常规CNC系统的软件结构221

9.4数控系统的I/O接口226

9.4.1CNC装置的输入/输出和通信要求226

9.4.2数控系统的I/0接口电路的作用和要求226

9.4.3机床I/0接口227

9.4.4通用I/0接口228

9.5数控机床用可编程序控制器229

9.5.1可编程序控制器的组成229

9.5.2可编程序控制器的工作过程230

9.5.3可编程序控制器的特点232

9.5.4数控系统PLC的类型232

9.5.5数控机床中PLC控制功能的实现234

9.5.6PLC在数控机床上的应用举例237

9.6FANUC0i数控系统238

9.6.1控制单元238

9.6.2电源模块240

9.6.3伺服模块241

9.6.4主轴模块243

9.6.5综合连接图244

参考文献246