数控技术及应用指南

本书译自原书第31版，首先介绍了数控技术的发展历史，从使用者的角度对数控系统的组成及功能进行了详细的介绍，特别是结合丰富的实例图解，使读者更加容易理解机床加工过程的逻辑控制、加工轨迹的运动控制原理和技术，从而对数控机床有更加深入、清晰的认识。本书重点介绍了数控机床的应用，从数控机床的种类、生产系统的组成、刀具及其管理、数控编程以及数字化网络化的生产信息系统，全面覆盖了数控机床应用的各个环节，使读者系统性地掌握数控机床的高效绿色的使用，是一本学习和使用数控机床的不可多得的经典指南。本书图文并茂，既可用于数控技术基础培训，也可作为实际应用中的技术指导用书，同时对扩展数控技术专业视野和从事相关研究具有极大的参考价值。本书适合从事数控技术的专业技术人员、数控机床的使用人员及大专院校相关专业的师生阅读。

译者序原书前言第1章　计算机数控（CNC）技术导论11.1　数控加工的发展历史31.1.1　第二次世界大战后初期31.1.2　机床行业的重建31.1.3　东德的机床工业41.1.4　全球机床行业的发展51.1.5　德国机床工业的进一步发展61.1.6　日本机床的影响61.1.7　德国机床制造业的危机61.1.8　原因及影响71.1.9　柔性制造系统71.1.10　2009年世界经济危机91.1.11　形势及展望91.1.12　结论101.2　数控技术发展的里程碑121.3　数控技术和计算机数控技术151.3.1　通向NC的途径151.3.2　硬件161.3.3　软件171.3.4　控制类型171.3.5　数控轴191.3.6　可编程序控制器201.3.7　适配单元201.3.8　计算机技术和数控技术201.3.9　NC程序和编程221.3.10?数据输入241.3.11　数控系统的操作241.3.12　数控编程251.3.13　小结271.3.14?本节要点28第2章　计算机数控（CNC）机床的功能292.1　路径信息和路径测量312.1.1　引言312.1.2　轴的标识312.1.3　位置控制回路332.1.4　位置的测量352.1.5　测量仪器的简单诊断442.1.6　补偿452.1.7　本节要点542.2　切换功能552.2.1　简要介绍552.2.2　换刀功能552.2.3　铣床和加工中心的换刀功能562.2.4　车床的换刀功能572.2.5　刀具的位置编码582.2.6　工件的更换592.2.7　主轴的变速功能612.2.8　进给速度功能622.2.9　小结622.2.10　本节要点632.3　操作功能642.3.1　定义系统642.3.2　CNC系统的基本功能642.3.3　CNC系统的特殊功能682.3.4　防碰撞功能712.3.5　数控机床的集成安全理念782.3.6　状态监测和机床数据采集932.3.7　数控显示972.3.8　CNC的触摸操作982.3.9　数控系统用户界面的扩展992.3.10　安全运行模式选择的电子钥匙系统1022.3.11　开放式数控系统1042.3.12　OPC UA在数控机床中的应用1062.3.13　成本评估1072.3.14　现代数控系统的优点1092.3.15　小结1092.3.16　本节要点1102.4　可编程序控制器1122.4.1　定义1122.4.2　PLC的发展历史1122.4.3　PLC的组成和工作原理1132.4.4　数据总线和现场总线1152.4.5　PLC的优点1182.4.6　PLC的编程和文档语言1192.4.7　PLC 程序1202.4.8　程序存储器1212.4.9　PLC、CNC和PC集成1222.4.10　PLC的选择标准1222.4.11　小结1242.4.12　CNC和PLC的列表比较1242.4.13　本节要点1262.5　CNC系统对机床组件的影响1282.5.1　机床配置1282.5.2　床身1292.5.3　导轨1302.5.4　机床外罩1312.5.5　冷却系统1312.5.6　排屑系统1312.5.7　小结1312.5.8　本节要点132第3章　计算机数控（CNC）机床的电气驱动系统1333.1　CNC机床的驱动调节1353.1.1　定义1353.1.2　数控坐标轴的机械结构1363.1.3　模拟控制1373.1.4　模拟量调节与数字量调节的比较1373.1.5　数字量的智能驱动技术1383.1.6　控制器类型和控制特性1403.1.7　控制环路增益和Kv因数（位置环增益）1413.1.8　前馈控制1423.1.9　伺服驱动器1433.1.10　小结1463.1.11　本节要点1473.2　CNC机床的进给驱动系统1493.2.1　进给驱动系统的要求1503.2.2　进给驱动的类型1503.2.3　直线电动机的种类1553.2.4　直线电动机驱动的优缺点1563.2.5　驱动控制器和CNC系统的连接1573.2.6　测量传感器1583.2.7　小结1593.2.8　本节要点1603.3　CNC机床的主轴驱动系统1613.3.1　主轴驱动系统的要求1613.3.2　主轴驱动的类型1623.3.3　主轴驱动系统的结构形式1623.3.4　交流同步电动机的驱动模式1643.3.5　永磁同步电动机驱动的优缺点1653.3.6　本节要点1653.4　CNC机床的驱动系统选型1673.4.1　方法与步骤1673.4.2　主轴驱动系统的选型1723.4.3　小结1733.5　基于工艺参数的主轴机械设计1743.5.1　电机的选择1743.5.2　轴承1743.5.3　润滑1753.5.4　加工过程1753.5.5　工业4.0对主轴的要求1793.5.6　本节要点180第4章　数控机床和制造系统1834.1　数控机床1854.1.1　加工中心和数控铣床1854.1.2　数控车床1914.1.3　数控磨床1964.1.4　数控齿轮加工机床2024.1.5　数控钻床和镗床2074.1.6　数控锯床2094.1.7　激光加工设备2104.1.8　冲压机床和冲剪机床2154.1.9　弯管机床2184.1.10　数控电火花加工机床2204.1.11　电子束机床2224.1.12　水切割机床2234.1.13　复合机床2254.1.14　测量和检验设备2324.1.15　小结2344.1.16　本节要点2354.2　增材制造2364.2.1　引言2364.2.2　定义2374.2.3　工艺流程2384.2.4　增材制造工艺的分类2414.2.5　几种重要的叠层制造工艺2424.2.6　增材制造的优点2504.2.7　应用2524.2.8　新的方法2524.2.9　准备工作 2544.2.10　与生产的结合2554.2.11　小结2564.2.12　本节要点2564.3　柔性制造系统2574.3.1　定义2574.3.2　柔性制造单元2594.3.3　柔性制造系统2614.3.4　柔性制造系统的技术特征2634.3.5　柔性制造系统的应用准则2654.3.6　加工策略2664.3.7　设备选型及布局2664.3.8　工件运输系统2674.3.9　柔性制造系统对CNC控制器的要求2724.3.10　柔性制造系统的主机2754.3.11　柔性制造系统的经济优势2774.3.12　柔性制造系统规划中的问题与风险2774.3.13　柔性和复杂性2794.3.14　柔性制造系统的仿真2804.3.15　生产计划系统2834.3.16　柔性制造系统的弹性规划2844.3.17　小结2854.3.18　本节要点2864.4　工业机器人及搬运装置2884.4.1　引言2884.4.2　工业机器人的定义2884.4.3　工业机器人的组成2894.4.4　工业机器人的机械学／运动学结构2894.4.5　夹持器或末端执行器2904.4.6　控制器2914.4.7　机器人的安全技术2934.4.8　编程2954.4.9　传感器2964.4.10　工业机器人的应用案例2974.4.11　机器人与机床的连接2984.4.12　具有CNC功能需求的机器人2994.4.13　工业机器人的应用标准3004.4.14　总结与展望3014.4.15　本节要点3024.5　高能效经济型生产3034.5.1　引言3034.5.2　能效的定义3034.5.3　车间3034.5.4　机加工车间3034.5.5　加工中心的节能特征3044.5.6　数控程序的节能措施3054.5.7　机床制造商的节能潜力3054.5.8　用户的节能潜力3054.5.9　无功电流补偿3074.5.10　小结3094.5.11　展望3094.5.12　本节要点309第5章　数控加工刀具3115.1　刀具的结构3135.1.1　引言3135.1.2　技术要求3135.1.3　刀具的分类3155.1.4　机床端刀具夹头3195.1.5　模块化刀具系统3225.1.6　可调刀具3235.1.7　螺纹铣削3255.1.8　专用刀具3275.1.9　刀具的选择3315.1.10　本节要点3315.2　刀具的管理3335.2.1　引言3335.2.2　刀具管理的评估3345.2.3　技术规范3345.2.4　解决方案的评定3355.2.5　刀具管理的引入3355.2.6　组成3355.2.7　集成3355.2.8　刀具的识别3365.2.9　刀具的查询3375.2.10　刀具的分类3375.2.11　刀具部件3375.2.12　刀具的总成3385.2.13　刀具列表3395.2.14　工序3395.2.15　刀具的预调3405.2.16　刀具的物流3415.2.17　刀具的电子识别3425.2.18　小结3475.2.19　本节要点3475.3　在线工件测量和过程控制3495.3.1　引言3495.3.2　过程控制的切入点3495.3.3　工件和刀具测量系统的应用范围3505.3.4　机床的工件测量系统3525.3.5　本节要点3575.4　批量生产中集成于机床的工件测量3585.4.1　简介3585.4.2　孔测量头快速完成测量3585.4.3　用于表面自动测试粗糙度的测量设备3595.4.4　使用数字量和模拟量进行数据采集的DIGILOG测量探头3605.4.5　通过同步测量获得最高的生产率3625.4.6　小结3625.4.7　本节要点3625.5　基于激光技术的刀具监控3645.5.1　引言3645.5.2　破损检测3655.5.3　单切削刃的监控3655.5.4　刀具测量3655.5.5　高速切削刀具的测量3665.5.6　组合式激光测量系统3665.5.7　小结3675.5.8　本节要点367第6章　NC程序及编程3696.1　NC程序3716.1.1　定义3716.1.2　NC程序的结构3716.1.3　程序的组成、语法和语义3726.1.4　辅助功能（M指令）3736.1.5　坐标信息3746.1.6　准备功能（G功能指令）3756.1.7　加工循环3776.1.8　零点和参考点3866.1.9　转换3906.1.10　刀具补偿3936.1.11　DXF文件转换3956.1.12　CNC高级编程语言3986.1.13　小结4006.1.14　本节要点4016.2　NC机床的编程4026.2.1　NC编程的定义4026.2.2　编程方法4026.2.3　基于CAM的数控切削加工策略4076.2.4　图形辅助编程4116.2.5　编程系统的选择4126.2.6　小结4136.2.7　本节要点4146.3　NC编程系统4156.3.1　引言4156.3.2　变化中的加工方法4156.3.3　根据应用范围确定优先级4176.3.4　不同来源的数据输入4186.3.5　现代NC编程系统（CAM）的功能范围4186.3.6　高级的数据模型4186.3.7　面向CAM的几何元素处理4186.3.8　高效加工策略4196.3.9　自适应加工4206.3.10　三维模型提供更多信息4206.3.11　三维数据接口4216.3.12　特征技术的创新4216.3.13　NC编程的自动化4226.3.14　刀具4246.3.15　装夹方案及顺序的确定4246.3.16　仿真的重要性4266.3.17　后置处理器4266.3.18　生成的数据与机床间的接口4266.3.19　小结4266.3.20　本节要点4266.4　加工仿真4286.4.1　引言4286.4.2　系统的定性区分4286.4.3　仿真场景中的组件4306.4.4　NC仿真的流程4336.4.5　集成的仿真系统4346.4.6　应用领域4356.4.7　小结4376.4.8　本节要点438第7章　从企业信息化到工业4.04397.1　直接数字控制或分布式数字控制4417.1.1　定义4417.1.2　DNC的任务4417.1.3　DNC系统的应用准则4417.1.4　与CNC控制器的数据通信4427.1.5　程序的访问调用技术4437.1.6　DNC系统4437.1.7　用于DNC的网络技术4447.1.8　网络应用的优点4457.1.9　NC程序的管理4457.1.10　DNC的优点4487.1.11　DNC的成本和经济性4497.1.12　DNC的现状和发展趋势4497.1.13　小结4507.1.14　本节要点4507.2　局域网4527.2.1　引言4527.2.2　局域网4537.2.3　信息的定义4537.2.4　局域网的特征与属性4547.2.5　网桥和网关4587.2.6　局域网的选择标准4597.2.7　接口4597.2.8　小结4627.2.9　本节要点4637.3　数字化产品的研发和制造：从CAD、CAM到PLM4647.3.1　引言4647.3.2　概念和发展史4647.3.3　数字化产品的研发4687.3.4　数字化制造4727.3.5　小结4757.3.6　本节要点4767.4　工业4.04777.4.1　基础4777.4.2　工业4.0的核心元素4777.4.3　制造业中的工业4.04837.4.4　制造执行系统是工业4.0的重要组件4837.4.5　工业4.0的挑战与风险4857.5　数控机床领域的数字化之路4877.5.1　社会变革的影响4877.5.2　数控加工工艺的数字化4897.5.3　机床的数字孪生4957.5.4　数控机床的传感器技术是工业4.0的前提条件4987.6　中型制造业企业中的工业4.05037.6.1　工业4.0的前提5037.6.2　工业4.0的优势5037.6.3　信息物理系统和物联网5057.6.4　工业4.0的16个案例5057.6.5　工业4.0的一个工作日5097.6.6　小结510第8章　附录5138.1　准则、标准和建议5158.1.1　VDI 准则5158.1.2　VDI/NCG准则5178.1.3　德国工业标准（DIN）5188.2　NC专业词汇5228.3　缩写词汇5748.4　关键词索引5778.5　推荐的NC文献600