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第1章 概论1

1.1数控技术与数控机床的基本概念1

1.1.1数字控制1

1.1.2数控机床2

1.1.3机床数字控制的原理2

1.1.4数控机床的组成及特点3

1.2数控机床分类5

1.2.1按运动控制的特点分类6

1.2.2按伺服系统的控制方式分类7

1.2.3按数控系统功能水平分类8

1.2.4按工艺用途分类10

1.3数控机床技术的发展历程与趋势10

3.1发展历程10

1.3.2我国数控机床技术发展概况13

1.3.3当前数控技术及数控加工发展趋势13

1.3.4数控装备创新设计及发展动态19

1.3.5数字产品定义（MBD）技术23

1.3.6关注我国“数控一代”发展战略24

1.4先进制造技术与数控装备26

1.4.1先进制造技术的内涵26

1.4.2先进制造技术的发展战略28

1.4.3先进制造技术及装备31

思考题与习题33

参考文献33

第2章 数控原理35

2.1插补方法35

2.1.1插补的基本概念35

2.1.2插补功能的基本要求35

2.1.3插补方法的分类36

2.2脉冲增量插补36

2.2.1逐点比较插补法36

2.2.2数字积分法43

2.3数据采样插补51

2.3.1概述51

2.3.2直线函数法54

2.3.3扩展DDA数据采样插补55

2.3.4其它插补方法简介59

2.4刀具补偿原理64

2.4.1刀具补偿的基本概念64

2.4.2刀具半径补偿的计算方法65

2.4.3刀具半径补偿的方法66

2.4.4刀具半径补偿的实例69

2.5 CNC装置的加减速控制70

2.5.1进给速度的计算70

2.5.2进给速度的控制72

思考题与习题81

参考文献82

第3章 数控机床的程序编制83

3.1概述83

3.1.1数控编程的基本概念83

3.1.2数控编程的内容与步骤83

3.1.3数控编程方法简介84

3.1.4数控编程的几何基础85

3.1.5数控编程的工艺基础89

3.2数控编程的标准101

3.2.1数控编程的国际标准与国家标准101

3.2.2程序结构与程序段格式102

3.3数控系统的指令代码105

3.3.1准备功能指令——G指令110

3.3.2辅助功能指令——M指令115

3.3.3子程序与宏程序116

3.4手工编程116

3.4.1数控孔加工程序编制116

3.4.2数控车削加工程序编制126

3.4.3数控铣削加工程序编制135

3.5数控编程的数学处理138

3.5.1基点和节点计算138

3.5.2刀位点的计算139

3.5.3非圆曲线刀位轨迹的计算139

3.5.4空间曲线、曲面的刀位轨迹的计算140

3.6自动编程简介140

3.6.1自动编程的基本概念140

3.6.2常用CAD/CAM软件简介141

3.6.3数控加工程序自动生成的方法与步骤143

思考题与习题144

参考文献145

第4章 计算机数字控制系统146

4.1概述146

4.1.1 CNC系统的组成146

4.1.2 CNC装置的组成和工作原理147

4.1.3 CNC装置的主要功能和特点149

4.1.4 CNC技术的发展151

4.2 CNC装置的硬件结构154

4.2.1单微处理器数控装置的硬件结构155

4.2.2多微处理器数控装置的硬件结构156

4.2.3开放式数控装置的体系结构161

4.3 CNC装置的软件结构162

4.3.1 CNC软件结构的特点163

4.3.2 CNC软件结构模式166

4.4数控系统常用接口169

4.4.1概述169

4.4.2键盘输入及其接口169

4.4.3显示器及其接口172

4.4.4机床开关量及其接口179

4.4.5串行通信及其接口184

4.4.6网络通信及其接口185

4.5可编程控制器在数控机床中的应用187

4.5.1可编程控制器（PLC）与数控机床的关系187

4.5.2可编程控制器及其工作过程188

4.5.3可编程控制器在数控机床上的应用实例195

思考题与习题201

参考文献201

第5章 位置检测装置203

5.1概述203

5.1.1位置检测装置的组成与作用203

5.1.2位置检测装置的分类204

5.2旋转变压器205

5.2.1旋转变压器的结构和工作原理205

5.2.2旋转变压器的应用207

5.2.3旋转变压器的主要参数209

5.3测速发电机209

5.4感应同步器210

5.4.1感应同步器的结构和工作原理210

5.4.2感应同步器的应用212

5.4.3感应同步器检测装置的优点214

5.4.4感应同步器的主要技术性能参数214

5.5脉冲编码器215

5.5.1增量式脉冲编码器215

5.5.2绝对值式脉冲编码器220

5.6光栅221

5.6.1光栅的结构221

5.6.2光栅的工作原理222

5.6.3光栅位移-数字变换电路224

5.6.4光栅尺主要应用225

思考题与习题226

参考文献226

第6章 数控机床的伺服系统227

6.1概述227

6.1.1伺服系统的组成227

6.1.2数控机床对伺服系统的基本要求228

6.1.3伺服系统的分类230

6.1.4伺服系统的发展233

6.2伺服电动机235

6.2.1直流伺服电动机及其工作特性236

6.2.2交流伺服电动机及其工作特性244

6.2.3步进电动机及其工作特性247

6.2.4直线电动机系统251

6.3速度控制255

6.3.1直流进给运动的速度控制256

6.3.2直流主轴驱动的速度控制264

6.3.3交流进给运动的速度控制265

6.3.4交流进给驱动的速度控制269

6.3.5交流主轴驱动的速度控制269

6.3.6交流伺服电动机的矢量控制271

6.4位置控制275

6.4.1位置控制的基本原理275

6.4.2数字脉冲比较位置控制伺服系统276

6.4.3全数字控制伺服系统277

思考题与习题278

参考文献278

第7章 数控机床结构279

7.1概述279

7.1.1数控机床结构组成279

7.1.2数控机床机械结构的主要特点280

7.2数控机床的总体布局282

7.2.1数控车床的布局形式282

7.2.2加工中心的布局形式283

7.2.3高速数控机床的布局形式285

7.2.4虚轴数控机床286

7.3数控机床主传动系统288

7.3.1主传动的基本要求和变速方式288

7.3.2直流或交流电动机的无级调速289

7.3.3主传动系统的机械结构292

7.3.4高速主轴单元295

7.4数控机床进给传动系统298

7.4.1进给传动系统的特点298

7.4.2滚珠丝杠螺母副299

7.4.3传动齿轮间隙消除机构302

7.4.4直接驱动技术304

7.5数控机床导轨306

7.5.1数控机床对导轨的基本要求306

7.5.2数控机床导轨的类型与特点307

7.6自动交换刀具和自动交换工件系统311

7.6.1自动换刀装置311

7.6.2工件自动交换系统315

7.7数控机床回转工作台317

7.7.1数控回转工作台317

7.7.2分度工作台319

思考题与习题320

参考文献321

附录A常用数控系统322

A1 FANUC数控系统322

A2西门子SINUMERIK 840D数控系统340

A3 APT语言353

A4 MasterCAM系统363

A5其它CAD/CAM系统374

附录B实验指导书379

B1逐点比较法插补实验379

B2步进电动机软件环分实验381

B3步进电动机调速实验382

B4圆光栅角位移闭环检测系统演示实验390

B5数控车床典型零件编程与基本操作393

B6数控铣床典型零件编程与基本操作397

B7加工中心典型零件编程与基本操作402

B8数控机床结构与传动认识实训404