機牀數控技術

本書系統全面地敍述了機牀數控技術的有關內容，突出了內容的先進性、技術的綜合性，內容全面、深入，理論聯繫實際，重在應用。 全書共分8章，各章既有聯繫性，又有一定的獨立性，內容包括數控技術概述、數控加工程序的編制、數控插補原理與刀具補償原理、計算機數控裝置、位置檢測裝置、數控機牀的伺服系統、數控機牀的機械結構、數控機牀與先進製造技術，各章後均附有習題。 考慮到數控技術的迅速發展及應用的日益廣泛，教材編寫中除注意內容安排的系統性、完整性之外，還注意突出介紹方法和思路上的多樣性和實用性，並體現數控技術的*發展趨勢。 ^[1] 

劉軍，教授，鄭州科技學院機械工程學院院長，擔任的社會職務有全國高校製造自動化研究會理事、河南省農業工程學會理事、農業電氣化與自動化專業委員會主任。長期擔任的教學課程是機械工程、先進製造技術等，參與編寫過多部教材。 ^[1] 

第1章 數控技術概述 1

1.1 機牀數控技術的基本概念 1

1.2 數控機牀的組成及工作原理 2

1.2.1 數控機牀的組成 2

1.2.2 數控機牀的工作原理 4

1.3 數控機牀的分類 5

1.3.1 按功能用途分類 5

1.3.2 按運動軌跡分類 6

1.3.3 按伺服系統的控制原理分類 7

1.3.4 按數控系統的功能水平分類 8

1.4 數控加工的特點及應用範圍 9

1.4.1 數控機牀的特點 9

1.4.2 數控機牀的應用 10

1.5 數控機牀的產生與發展趨勢 11

1.5.1 數控機牀的發展概況 11

1.5.2 數控機牀的發展趨勢 12

思考題與習題 17

第2章 數控加工程序的編制 18

2.1 概述 18

2.2 數控加工工藝基礎 20

2.2.1 數控加工零件的選擇 20

2.2.2 數控加工零件的工藝性分析 21

2.2.3 加工方法的選擇與加工方案

的確定 23

2.2.4 數控加工工序與工步的劃分 25

2.2.5 數控機牀的刀具 26

2.2.6 數控加工工序的設計 28

2.2.7 數控加工工藝文件的編制 34

2.3 數控程序編制基礎 35

2.3.1 數控編程的方法 35

2.3.2 數控機牀座標系 35

2.3.3 加工程序結構與格式 39

2.4 程序編制中的數值計算 40

2.4.1 基點座標的計算 40

2.4.2 非圓曲線節點座標的計算 40

2.4.3 列表曲線型值點座標的計算 44

2.4.4 刀位點軌跡的計算 45

2.4.5 輔助計算 45

2.5 數控車削加工程序編制 46

2.5.1 數控車牀編程特點與座標系 46

2.5.2 數控車牀常用編程指令 47

2.5.3 螺紋加工指令G32、G92、

G76 54

2.5.4 車削固定循環功能 57

2.5.5 數控車削加工編程實例 61

2.6 數控銑削和加工中心加工

程序編制 64

2.6.1 數控銑牀及加工中心編程

特點與座標系 64

2.6.2 數控銑牀及加工中心常用

編程指令 67

2.6.3 數控銑牀及加工中心固定

循環指令 72

2.6.4 數控銑牀及加工中心編程

實例 80

2.7 自動編程簡介 85

2.7.1 概述 85

2.7.2 主要CAD/CAM系統 85

2.7.3 自動編程實例 87

思考題與習題 93

第3章 數控插補原理與刀具補償原理 96

3.1 概述 96

3.1.1 基準脈衝插補 97

3.1.2 數據採樣插補 97

3.2 基準脈衝插補 98

3.2.1 逐點比較法插補 98

3.2.2 數字積分法插補 103

3.3 數字採樣插補 110

3.3.1 直線插補 110

3.3.2 圓弧插補 111

3.4 數控裝置進給速度控制 114

3.4.1 進給速度控制 114

3.4.2 加減速度控制 115

3.5 刀具補償原理 120

3.5.1 刀具半徑補償計算 121

3.5.2 C功能刀具半徑補償計算 122

思考題與習題 124

第4章 計算機數控裝置 125

4.1 概述 125

4.1.1 CNC系統的組成 126

4.1.2 CNC系統的功能和

一般工作過程 126

4.2 CNC裝置的硬件結構 130

4.2.1 單CPU系統的硬件結構 131

4.2.2 多CPU系統的硬件結構 132

4.2.3 開放式CNC系統 133

4.3 CNC裝置的軟件結構 138

4.3.1 CNC軟件結構特點 139

4.3.2 CNC軟件結構模式 142

4.4 可編程機牀控制器PMC 147

4.4.1 PLC的概述 147

4.4.2 PLC在數控機牀上的應用 152

思考題與習題 159

第5章 位置檢測裝置 160

5.1 概述 160

5.1.1 位置檢測裝置的作用及要求 160

5.1.2 位置檢測裝置的分類 161

5.2 光柵 162

5.2.1 光柵的結構及特點 162

5.2.2 光柵的工作原理 163

5.2.3 光柵位移-數字變換電路 164

5.3 脈衝編碼器 165

5.3.1 增量式脈衝編碼器 166

5.3.2 值式脈衝編碼器 167

5.4 感應同步器 168

5.4.1 感應同步器的結構和

工作原理 168

5.4.2 感應同步器的應用 170

5.4.3 感應同步器檢測裝

置的優點 171

5.5 旋轉變壓器 171

5.5.1 旋轉變壓器的結構和

工作原理 171

5.5.2 旋轉變壓器的應用 173

5.5.3 旋轉變壓器的主要參數 174

思考題與習題 174

第6章 數控機牀的伺服系統 175

6.1 概述 175

6.1.1 伺服系統的概念 175

6.1.2 數控機牀對伺服系統

的要求 176

6.1.3 伺服系統的分類 178

6.1.4 伺服系統的發展 180

6.2 主軸伺服系統 182

6.2.1 基本要求 182

6.2.2 工作原理 183

6.2.3 主軸分段無級變速 185

6.2.4 主軸準停 186

6.3 步進電動機伺服系統 191

6.3.1 步進電動機組成及其

工作原理 191

6.3.2 步進電動機的特性及選擇 194

6.3.3 步進電動機的控制線路 196

6.4 直流伺服電動機伺服系統 198

6.4.1 直流伺服電動機及工作特性 198

6.4.2 直流伺服電動機的速度控制

方法 202

6.5 交流伺服電動機伺服系統 206

6.5.1 交流伺服電動機的分類及

特點 206

6.5.2 交流伺服電動機的結構及

工作原理 207

6.5.3 交流伺服電動機的主要

特性參數 209

6.5.4 交流伺服電動機的調速方法 210

6.6 直線電動機傳動 210

6.6.1 直線電動機的工作原理 210

6.6.2 直線電動機的結構形式 211

6.6.3 直線電動機的特點 211

思考題與習題 212

第7章 數控機牀的機械結構 213

7.1 概述 214

7.1.1 數控機牀機械結構的組成 214

7.1.2 數控機牀機械結構的特點 214

7.1.3 數控機牀對機械結構的要求 216

7.2 數控機牀整體佈局 217

7.2.1 數控車牀的佈局 218

7.2.2 數控銑牀的佈局 219

7.2.3 加工中心的佈局 220

7.3 數控機牀的主傳動系統 223

7.3.1 數控機牀對主傳動系統的

要求 223

7.3.2 數控機牀主傳動系統的

類型 224

7.3.3 主軸部件 227

7.3.4 主軸潤滑與密封 237

7.4 數控機牀的進給傳動系統 238

7.4.1 數控機牀進給傳動系統的

要求 239

7.4.2 數控機牀進給傳動系統的

形式 239

7.4.3 滾珠絲槓螺母副 240

7.5 數控機牀的導軌 246

7.5.1 數控機牀對導軌的要求 246

7.5.2 數控機牀導軌形狀和

組合形式 247

7.5.3 數控機牀常用導軌 249

7.5.4 機牀導軌的使用及防護 254

7.5.5 齒輪間隙的調整 256

7.6 數控機牀迴轉工作台 258

7.6.1 數控迴轉工作台 258

7.6.2 分度工作台 261

7.7 數控機牀的自動換刀系統 264

7.7.1 數控車牀的自動換刀裝置 264

7.7.2 數控加工中心自動換刀裝置 268

7.7.3 刀具選擇方式 276

7.8 數控機牀液壓與氣動裝置 279

7.8.1 數控機牀液壓及氣壓

傳動特點 279

7.8.2 數控機牀液壓及氣壓

傳動的歷史 280

7.8.3 數控機牀液壓及氣壓

執行裝置 280

7.8.4 液壓與氣壓傳動系統在

數控機牀上的應用 281

思考題與習題 283

第8章 數控機牀與先進製造技術 285

8.1 概述 285

8.1.1 概念 285

8.1.2 先進製造技術的特徵 286

8.1.3 先進製造技術的體系

結構和分類 287

8.2 直接數字控制（DNC） 289

8.2.1 DNC技術的原理 289

8.2.2 DNC系統的組成 290

8.2.3 DNC系統的控制結構 291

8.3 柔性製造系統 294

8.3.1 柔性製造技術概述 294

8.3.2 柔性製造系統的定義

和特徵 294

8.3.3 柔性製造系統的組成 295

8.3.4 柔性製造系統的類型和

適應範圍 296

8.3.5 FMS的工作過程 297

8.3.6 FMS的實例 297

8.3.7 FMS的效益 298

8.4 計算機集成製造系統

（CIMS） 299

8.4.1 CIMS的產生與發展 299

8.4.2 CIMS的基本組成與

體系結構 301

8.4.3 CIMS中的先進製造模式 303

8.4.4 CIMS的發展趨勢 319

8.5 快速成形簡介 320

8.5.1 快速成形技術產生的背景 320

8.5.2 快速成形技術的基本原理 320

8.5.3 快速成形技術的特點 321

8.5.4 快速成形技術的類型 321

8.5.5 快速成形技術的應用 322

8.5.6 快速成形技術的發展方向 322

思考題與習題 323

參考文獻 324