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前言1

第1章 概述1

1.1 数控系统的基本概念1

1.2 数控机床的组成与工作原理2

1.2.1 数控机床的组成2

1.2.2 数控机床的工作原理3

1.3 数控机床的分类与适用范围5

1.3.1 按机床运动轨迹的分类6

1.3.2 按伺服系统类型的分类8

1.3.3 按加工工艺类型的分类10

1.3.4 按数控系统功能水平的分类11

1.3.5 数控机床的适用范围12

1.4 数控机床的特点13

1.5 国外主要数控系统产品简介15

1.5.1 日本FANUC公司的CNC产品15

1.5.2 德国SIEMENS公司的CNC产品16

1.5.3 西班牙FAGOR公司的CNC产品19

1.6 数控系统的发展21

1.6.1 数控系统的发展简述21

1.6.2 我国数控系统的发展简述22

1.6.3 数控系统的发展趋势24

第2章 数控系统的工作原理30

2.1 数控机床的坐标系30

2.1.1 机床坐标和运动方向的定义30

2.1.2 机床坐标的确定方法32

2.1.3 绝对坐标系与相对坐标系34

2.2 数控机床的零点偏置37

2.2.1 零点偏置的基本定义37

2.2.2 可设定零点偏置与可编程零点偏置38

2.2.3 零点偏置的取消40

2.2.4 轨迹计算42

2.3 数控系统的控制面板43

2.4 数控系统的复位操作48

2.5 数控系统的一般工作方式48

2.5.1 返回参考点方式48

2.5.2 自动加工方式49

2.5.3 连续点动方式52

2.5.4 增量点动方式53

2.5.5 手动输入/自动加工方式54

2.5.6 设定实际值方式54

2.5.7 重定位方式55

第3章 数控系统的程序编制56

3.1 概述56

3.2 程序编制的基础知识57

3.3 手工程序编制60

3.3.1 程序编制的G代码60

3.3.2 辅助功能M代码64

3.3.3 其他功能代码67

3.3.4 手工编程的缺点68

3.4.1 概述69

3.4 自动程序编制69

3.4.2 数控语言70

3.4.3 APT语言的基本要素71

3.4.4 APT数控语言的几何定义语句76

3.4.5 APT数控语言的运动语句85

3.4.6 APT数控语言的后置处理语句及其他语句92

3.4.7 APT编程举例98

3.5 图形程序编制102

3.5.1 蓝图编程的基本概念102

3.5.2 蓝图编程的基本原理103

3.5.3 蓝图编程的主要算法103

3.5.4 蓝编程软件的总体设计107

3.5.5 蓝图编程系统软件的实现108

第4章 数控系统的插补原理114

4.1 概述114

4.2 数据采样插补117

4.2.1 插补周期与采样周期117

4.2.2 插补周期与采样周期的选择117

4.2.3 插补周期与精度、速度的关系118

4.3 内接弦线法插补原理121

4.3.1 直线插补原理122

4.3.2 圆弧插补原理123

4.4 扩展DDA插补原理125

4.4.1 直线插补原理126

4.4.2 DDA圆弧插补原理128

4.4.3 扩展DDA圆弧插补131

4.4.4 圆弧插补参数 I、K的符号判别134

4.4.5 扩展DDA圆弧插补法分析135

4.5 圆弧插补二阶递归算法138

4.6 数据采样插补的终点判别141

4.6.1 终点判别的一般方法142

4.6.2 终点判别的快速判别方法144

4.7 椭圆插补方法148

4.7.1 椭圆插补基本原理148

4.7.2 椭圆插补终点判别处理150

4.7.3 椭圆插补精度分析152

4.8.1 参数三次样条插补原理154

4.8 高次曲线样条插补方法154

4.8.2 参数三次样条插补基本算法156

4.8.3 参数三次样条插补轮廓误差分析157

4.9 螺纹加工算法159

4.9.1 固定螺距的螺纹加工算法160

4.9.2 变动螺距的螺纹加工算法163

4.9.3 多螺纹加工算法163

第5章 数控系统的刀具补偿原理166

5.1 概述166

5.2 数控系统的刀具补偿原理167

5.2.1 刀具数据167

5.2.2 刀具长度补偿原理170

5.2.3 刀具半径补偿原理172

5.2.4 C功能刀具补偿的基本设计思想174

5.3 刀具补偿类型及判别方法176

5.3.1 刀具补偿类型的定义176

5.3.2 刀具半径补偿算法的几个基本概念180

5.3.3 刀具补偿转接类型的判别方法182

5.4 刀具补偿的算法184

5.4.1 直线接直线的情况184

5.4.2 直线接圆弧的情况188

5.4.3 圆弧接直线的情况192

5.4.4 圆弧接圆弧的情况195

5.5 刀具补偿的几种情况198

6.1.1 数控机床的伺服系统简述201

6.1 概述201

第6章 数控机床的伺服系统201

6.1.2 数控机床对伺服系统的要求204

6.2 伺服系统的检测元件204

6.2.1 测速发电机204

6.2.2 自整角机208

6.2.3 旋转变压器211

6.2.4 感应同步器215

6.2.5 光栅222

6.2.6 脉冲编码器225

6.2.7 磁尺230

6.2.8 激光检测装置232

6.3.1 伺服电动机的种类、特点和选用原则233

6.3 进给伺服系统233

6.3.2 直流伺服系统234

6.3.3 交流伺服系统及其应用253

6.3.4 交、直流伺服电动机的计算机位置闭环控制266

6.3.5 步进电动机的驱动与控制273

6.3.6 直接驱动伺服系统284

6.4 主轴驱动系统291

6.4.1 数控机床对主轴驱动的要求291

6.4.2 直流主轴驱动293

6.4.3 交流主轴驱动295

6.4.4 主轴定向控制300

7.1 概述302

第7章 数控系统的硬件和软件302

7.2 数控系统的硬件结构305

7.2.1 按硬件制造方式对数控系统硬件结构的分类305

7.2.2 按所用的CPU对数控系统硬件结构的分类307

7.2.3 最新32位微处理器CNC系统310

7.3 数控系统的I/O接口313

7.4 数控系统的通信314

7.4.1 概述314

7.4.2 CNC系统的异步串行接口315

7.4.3 CNC系统的网络通信接口323

7.5 数控系统的软件327

7.5.1 前后台型结构的CNC系统软件328

7.5.2 中断型结构的CNC系统软件333

7.6.1 数控系统PLC的类型336

7.6 数控系统的可编程序控制器(PLC)336

7.6.2 数控系统PLC的工作过程339

7.6.3 数控系统PLC程序的设计流程340

7.7 数控系统的故障诊断341

第8章 自适应数控系统346

8.1 概述346

8.2 自适应控制的概念347

8.3 自适应数控系统350

8.4 具有约束条件的自适应控制354

8.4.1 基本概念354

8.4.2 车削ACC系统356

8.5 可变增益的AC系统358

8.6 最佳自适应控制数控系统363

8.6.1 磨削模型364

8.6.2 最优化对策365

8.6.3 磨削自适应控制的设计366

8.7 过程变量的检测368

8.7.1 切削力检测368

8.7.2 转矩检测370

8.7.3 温度检测370

8.7.4 空切检测372

8.7.5 振动检测372

8.8 自适应控制的应用373

8.8.1 自适应控制铣床373

8.8.2 自适应控制加工中心375

8.8.3 磨床的自适应控制问题376

8.9 自适应控制的研究展望377

第9章 计算机集成制造系统378

9.1 直接数字控制(DNC)系统378

9.2 柔性制造系统(FMS)382

9.2.1 FMS的定义与组成382

9.2.2 FMS的类型与特点384

9.2.3 FMS的管理与控制385

9.2.4 FMS的决策支持系统387

9.2.5 FMS的通信387

9.3 柔性制造单元(FMC)389

9.4 计算机集成制造技术391

9.4.1 概述391

9.4.2 CIMS的构成392

9.4.3 CIMS的分级递阶结构393

9.5 计算机集成制造技术的发展概况394

9.5.1 FMS的发展394

9.5.2 CIMS的发展396

第10章 新一代数控系统401

10.1 下一代控制器NGC计划的由来401

10.2 NGC的技术与标准402

10.3 NGC计划的目标406

10.4 NGC计划的实现407

10.5 NGC计划带来的好处410

10.6 相遇与挑战410

参考文献417