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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