机床数控技术及应用(第5版)

本书是“十二五”普通高等教育本科国家级规划教材，是“十三五”江苏省高等学校重点教材(编号：2017-1-110)。本书系统、全面地介绍了数控编程、数控原理、数控机床机械结构等方面的知识。全书共9章，内容包括数控技术概论、数控加工程序编制基础、数控加工编程方法、计算机数控装置、数控机床的运动控制原理、数控机床的检测装置、数控机床的伺服驱动系统、数控机床的机械结构与装置、智能制造系统。
本书深入浅出，内容丰富，系统性强。在强化理论基础的同时，突出了实践性和优选性。
本书可作为高等工科院校机械工程、机械电子工程、机械设计制造及其自动化、智能制造工程、飞行器制造工程等专业的本科生教材，也可作为从事数控技术研究与应用的工程技术人员的参考书。

第1章数控技术概论1
1.1数控技术的基本概念1
1.2机床数控技术的组成1
1.2.1机床本体1
1.2.2数控系统2
1.2.3外围技术3
1.3数控加工零件的过程4
1.4数控机床的特点与分类5
1.4.1数控机床的特点5
1.4.2数控机床的分类6
1.5数控技术的产生与发展趋势9
复习思考题12
第2章数控加工程序编制基础13
2.1概述13
2.1.1数控编程的基本概念13
2.1.2数控编程的内容和步骤13
2.1.3数控编程的方法14
2.1.4数控机床坐标系15
2.1.5加工程序结构与格式17
2.2数控编程中的常用指令18
2.2.1准备功能G代码18
2.2.2辅助功能M代码24
2.2.3F代码、S代码、T代码27
2.3数控编程中的工艺处理27
2.3.1数控加工工艺的特点与内容27
2.3.2数控加工零件或加工内容的选择28
2.3.3数控加工工艺性分析28
2.3.4数控加工工艺路线的设计29
2.3.5数控加工工序的详细设计30
2.3.6数控加工工艺分析案例40
2.4高速加工及其工艺处理44
2.4.1高速加工概述44
2.4.2高速加工中的工艺处理44
2.5数控编程中的数学处理47
2.5.1直线、圆弧类零件的数学处理47
2.5.2非圆曲线节点坐标计算47
2.5.3列表曲线轮廓零件的数学处理50
2.5.4列表曲面轮廓零件的数学处理53
复习思考题54
第3章数控加工编程方法56
3.1概述56
3.2手工编程方法57
3.2.1数控车床编程方法及编程实例57
3.2.2数控铣床编程方法及编程实例70
3.2.3数控线切割机床编程方法及编程实例75
3.2.4加工中心编程方法及编程实例82
3.2.5车铣复合机床编程方法及编程实例88
3.2.6宏程序编程方法及编程实例94
3.3自动编程方法99
3.3.1自动编程方法概述99
3.3.2图形交互编程的主要过程99
3.3.3图形交互编程实例100
复习思考题106
第4章计算机数控装置109
4.1概述109
4.2计算机数控装置的硬件结构109
4.2.1单微处理器结构109
4.2.2多微处理器结构111
4.2.3开放式数控系统112
4.2.4嵌入式数控系统113
4.3计算机数控装置的软件结构115
4.3.1CNC装置的软件组成115
4.3.2CNC系统软件的工作过程116
4.3.3CNC系统的软件结构117
4.4数控机床的可编程控制器119
4.4.1数控机床中可编程控制器实现的功能119
4.4.2PLC、CNC与数控机床的关系120
4.4.3PLC在数控机床上的应用举例121
4.5典型的CNC系统简介123
4.5.1SIEMENS数控系统123
4.5.2FANUC数控系统126
4.5.3华中数控(HNC)系统128
复习思考题128
第5章数控机床的运动控制原理129
5.1概述129
5.1.1插补的基本概念129
5.1.2插补方法的分类130
5.2逐点比较法132
5.2.1逐点比较法直线插补132
5.2.2逐点比较法圆弧插补135
5.3数字积分法139
5.3.1DDA法直线插补140
5.3.2DDA法圆弧插补144
5.3.3提高DDA法插补质量的措施147
5.3.4其他函数的DDA法插补运算151
5.4直线函数法152
5.4.1直线函数法直线插补152
5.4.2直线函数法圆弧插补152
5.5扩展数字积分法153
5.5.1扩展DDA法直线插补154
5.5.2扩展DDA法圆弧插补154
5.6曲面直接插补157
5.6.1SDI的含义与特点157
5.6.2实现SDI的软件系统结构和工作流程157
5.6.3SDI算法的基本原理158
5.6.4SDI的信息输入160
5.6.5SDI的技术关键161
5.7刀具半径补偿162
5.7.1B刀具半径补偿162
5.7.2C刀具半径补偿164
5.8进给速度和加减速控制方法171
5.8.1进给速度的控制方法172
5.8.2常用的加减速控制方法173
复习思考题183
第6章数控机床的位置检测装置184
6.1概述184
6.1.1数控机床对检测装置的主要要求184
6.1.2位置检测装置分类185
6.1.3位置检测装置输出信号及接口186
6.2旋转变压器187
6.2.1旋转变压器的结构187
6.2.2旋转变压器的工作原理188
6.2.3旋转变压器的应用190
6.2.4磁阻式多极旋转变压器简介190
6.3感应同步器191
6.3.1感应同步器的结构与种类191
6.3.2感应同步器的安装193
6.3.3感应同步器的工作原理193
6.3.4感应同步器的特点196
6.4光栅196
6.4.1光栅的种类与精度197
6.4.2光栅的结构与测量原理198
6.4.3光栅测量系统200
6.5编码器202
6.5.1接触式编码器202
6.5.2光电式编码器203
6.5.3编码器在数控机床中的应用205
6.6磁栅206
6.6.1磁栅的工作原理与结构206
6.6.2磁栅位移检测装置的结构类型210
6.7激光干涉仪211
6.7.1激光干涉仪测位移的基本原理211
6.7.2双频激光干涉仪测位移原理212
复习思考题213
第7章数控机床的伺服驱动系统214
7.1概述214
7.2步进电机及其驱动控制系统215
7.2.1步进电机的工作原理215
7.2.2步进电机的主要特性217
7.2.3步进电机的分类218
7.2.4步进电机的环形分配器220
7.2.5功率放大电路222
7.3直流伺服电机及其速度控制系统223
7.3.1直流伺服电机的分类和工作原理223
7.3.2有刷直流伺服电机的调速原理与方法224
7.3.3无刷直流伺服电机速度控制单元的调速控制方式226
7.4交流伺服电机及其速度控制系统230
7.4.1交流伺服电机的分类与特点230
7.4.2交流伺服电机的变频调速231
7.4.3交流伺服电机的变频调速特性235
7.4.4交流伺服电机的矢量控制235
7.4.5交流永磁同步电机的矢量控制238
7.4.6交流感应伺服电机的矢量控制240
7.5直线电机及其在数控机床中的应用简介241
7.5.1直线电机的特点241
7.5.2直线电机的基本结构和分类242
7.5.3直线电机的基本工作原理244
7.5.4直线电机在机床上的应用244
7.6位置伺服系统的结构与原理245
7.6.1位置伺服系统结构概述245
7.6.2相位比较伺服系统247
7.6.3幅值比较伺服系统251
7.6.4数字脉冲比较伺服系统252
7.6.5全数字控制伺服系统253
7.6.6多轴同步控制原理254
复习思考题255
第8章数控机床的机械结构与装置257
8.1概述257
8.1.1数控机床机械结构的特点257
8.1.2数控机床机械结构的基本要求257
8.2数控机床的主传动系统261
8.2.1主传动方式261
8.2.2主轴部件的结构262
8.2.3主轴部件的支承262
8.2.4主轴的准停装置264
8.2.5自动换刀装置265
8.2.6高速电主轴装置267
8.2.7万向铣头269
8.3数控机床的进给传动系统270
8.3.1进给传动方式271
8.3.2滚珠丝杠螺母副271
8.3.3齿轮齿条副274
8.3.4回转工作台274
8.4数控机床的导轨276
8.4.1带有塑料层的滑动导轨276
8.4.2滚动导轨277
8.4.3静压导轨278
8.5数控机床的自动换刀装置279
8.5.1自动回转刀架279
8.5.2转塔头式换刀装置280
8.5.3带刀库的自动换刀装置281
8.6数控机床的辅助装置283
8.6.1排屑装置283
8.6.2冷却装置283
8.7数控机床精度检测方法283
8.7.1仪器检测方法284
8.7.2试件检测方法284
复习思考题285
第9章智能制造系统286
9.1概述286
9.1.1智能制造系统的定义287
9.1.2智能制造系统的特征288
9.2智能制造系统的基本组成289
9.2.1制造工作站289
9.2.2物料与刀具储运系统289
9.2.3智能制造管理与控制系统296
9.3智能制造系统数据采集与监控299
9.3.1基于网络的分布型通信方式299
9.3.2IMS数据采集与监控技术300
9.3.3基于OPC协议的数据采集301
9.4智能制造系统实例303
9.4.1实例1：基于数字孪生的离散型智能制造系统303
9.4.2实例2：沈阳航空复杂结构件智能制造生产线306
9.4.3实例3：上飞公司大型商用
飞机智能制造工厂308
复习思考题310
参考文献311