数控技术

第1章 绪论1

1.1 数控技术概念概述1

1.2 数控机床组成及工作原理1

1.2.1 数控机床的组成1

1.2.2 数控机床的工作原理4

1.2.3 数控系统的工作过程4

1.3 数控机床的分类、特点与应用4

1.3.1 数控机床的分类4

1.3.2 数控机床的特点7

1.3.3 数控机床的应用8

1.4 数控机床的产生与发展8

1.4.1 数控机床的产生8

1.4.2 数控机床的发展历程8

1.4.3 数控机床的发展趋势9

1.5 数控技术在我国的发展情况12

习题13

第2章 插补原理14

2.1 插补概念分析14

2.1.1 插补的概念14

2.1.2 插补需要解决的问题15

2.1.3 插补的实质15

2.1.4 插补的基本要求16

2.1.5 插补方法的分类16

2.2 硬件插补16

2.2.1 数字脉冲乘法器的工作原理17

2.2.2 数字脉冲乘法器的直线插补18

2.2.3 脉冲分配的不均匀性问题19

2.3 逐点比较法20

2.3.1 逐点比较法插补原理20

2.3.2 逐点比较法直线插补21

2.3.3 逐点比较法圆弧插补24

2.3.4 逐点比较法象限处理27

2.3.5 逐点比较法的进给速度29

2.4 数字积分法30

2.4.1 数字积分法的工作原理30

2.4.2 数字积分法直线插补原理30

2.4.3 数字积分法圆弧插补原理34

2.4.4 数字积分法插补精度的提高37

2.5 数据采样插补法40

2.5.1 概述40

2.5.2 时间分割法插补42

2.5.3 扩展DDA数据采样插补法45

习题48

第3章 计算机数控（CNC）系统49

3.1 CNC系统的组成与工作原理49

3.1.1 CNC 系统的组成49

3.1.2 CNC装置的工作原理50

3.2 CNC装置的硬件结构51

3.2.1 大板结构和功能模板结构51

3.2.2 单微处理器结构和多微处理器结构52

3.2.3 CNC装置的硬件功能模块55

3.2.4 CNC装置的输入输出接口59

3.3 CNC装置的软件结构61

3.3.1 CNC装置软件的组成61

3.3.2 CNC装置软件结构模式63

3.3.3 CNC装置软件的特点67

3.4 CNC装置的数据转换及处理70

3.4.1 数据转换流程70

3.4.2 数据处理73

3.5 进给速度处理和加减速控制77

3.5.1 开环CNC系统的进给速度及加减速控制78

3.5.2 闭环（或半闭环）CNC系统的加减速控制78

3.6 数控机床用可编程控制器（PLC）79

3.6.1 数控机床中PLC完成的功能81

3.6.2 PLC顺序程序接口信号处理81

3.6.3 PLC地址分配82

3.6.4 PLC顺序程序的执行83

3.6.5 PLC与CNC机床的关系84

3.6.6 M、S、T功能的实现86

3.6.7 华中数控系统PLC的形式和原理87

3.7 开放式数控体系结构88

3.7.1 概述88

3.7.2 开放式数控系统的定义及其基本特征89

习题92

第4章 数控检测技术93

4.1 概述93

4.1.1 检测装置的分类93

4.1.2 数控测量装置的性能指标及要求94

4.2 旋转变压器94

4.2.1 旋转变压器的结构94

4.2.2 旋转变压器的工作原理95

4.2.3 旋转变压器的应用96

4.3 感应同步器98

4.3.1 直线式感应同步器98

4.3.2 旋转式感应同步器99

4.3.3 直线式感应同步器的工作原理100

4.3.4 感应同步器的应用101

4.3.5 感应同步器使用应注意的事项102

4.4 光栅传感器102

4.4.1 光栅的类型和结构103

4.4.2 计量光栅的工作原理104

4.5 光电脉冲编码器108

4.5.1 脉冲编码器的结构与分类108

4.5.2 光电脉冲编码器在数控机床上的应用108

4.5.3 增量式光电脉冲编码器109

4.5.4 绝对式光电脉冲编码器110

4.5.5 光电脉冲编码器的应用形式112

习题113

第5章 数控伺服系统115

5.1 概述115

5.1.1 伺服系统的组成115

5.1.2 对伺服系统的基本要求117

5.1.3 对伺服电机的要求117

5.1.4 伺服系统分类118

5.2 步进电机伺服系统120

5.2.1 步进电机结构及工作原理120

5.2.2 步进电机的主要性能指标122

5.2.3 步进电机功率驱动124

5.2.4 功率放大器128

5.2.5 调频调压驱动电路130

5.2.6 细分驱动电路130

5.2.7 步进电机应用中的注意问题131

5.3 直流电机伺服系统131

5.3.1 直流伺服电机的种类与应用131

5.3.2 直流伺服电机的结构与工作原理131

5.3.3 直流伺服电机的控制原理132

5.3.4 直流伺服电机的分类132

5.3.5 直流伺服电机的调速133

5.3.6 晶闸管调速控制系统134

5.3.7 晶体管直流脉宽调制调速系统135

5.3.8 全数字脉宽调制调速系统138

5.4 交流电机伺服系统139

5.4.1 交流伺服电机的种类139

5.4.2 永磁交流同步伺服电机的结构139

5.4.3 交流伺服电机的发展方向140

5.4.4 交流伺服电机的调速原理140

5.4.5 交流伺服电机的速度控制单元140

5.5 伺服系统的位置控制144

5.5.1 相位比较伺服系统144

5.5.2 幅值比较伺服系统148

5.5.3 数字比较伺服系统149

5.5.4 全数字伺服系统举例150

习题152

第6章 数控加工的程序编制154

6.1 数控机床编程概述154

6.2 数控机床坐标系的确定155

6.2.1 数控机床的坐标系155

6.2.2 数控机床上坐标轴方向的确定156

6.2.3 机床坐标系与工件坐标系157

6.3 数控编程工艺处理159

6.3.1 数控加工工艺方案设计的主要内容159

6.3.2 影响数控加工工艺方案设计的主要因素160

6.3.3 零件数控加工工艺性分析161

6.3.4 划分加工阶段163

6.3.5 数控加工工序规划164

6.3.6 选择走刀路线166

6.3.7 数控编程误差及其控制169

6.4 数控加工刀具与切削用量的选择170

6.4.1 数控加工刀具的选择170

6.4.2 切削用量的选择172

6.5 数控机床上工件的装夹174

6.5.1 零件装夹注意事项174

6.5.2 数控机床上零件装夹的方法175

6.5.3 使用平口虎钳装夹零件175

6.5.4 使用压板和T形槽用螺钉固定零件176

6.5.5 弯板的使用176

6.5.6 V形块的使用177

6.5.7 零件通过托盘装夹在工作台上177

6.5.8 使用组合夹具、专用夹具等178

6.6 数控加工程序的组成及各指令的应用178

6.6.1 程序的组成178

6.6.2 程序的格式178

6.6.3 程序指令一览表179

6.6.4 常用指令的使用方法及举例说明183

6.7 数控编程举例184

6.7.1 数控车床编程举例184

6.7.2 数控铣床编程举例188

习题192

第7章 CAXA自动编程193

7.1 自动编程概述193

7.2 CAXA制造工程师基本功能195

7.2.1 简介195

7.2.2 主要功能195

7.2.3 用户界面简介196

7.3 CAXA几何建模技术基础198

7.4 CAXA的拾取操作200

7.5 线架造型203

7.5.1 线架造型简介203

7.5.2 实例操作203 7.6 实体特征造型215

7.6.1 草图绘制215

7.6.2 轮廓特征217

7.7 连杆件的造型与加工221

7.7.1 连杆件的实体造型221

7.7.2 加工前的准备工作227

7.7.3 刀具轨迹的生成和仿真检验230

参考文献234

本书为中国机械工程学科教程配套系列教材暨教育部高等学校机械设计制造及其自动化专业教学指导分委员会推荐教材。全书共分为7章。第1章简要介绍了数控的有关概念、数控机床的组成、工作原理、分类及其发展趋势；第2章深入分析了插补原理，并详细介绍了典型的插补方法；第3章简要介绍了计算机数控系统硬件的组成、功能和软件的功能及结构；第4章按照工作原理的不同分别对各种数控位置检测装置进行了深入分析；第5章对数控伺服系统的类型，伺服电机原理及控制方法，现代典型数控伺服系统进行了较详细的讲解；第6章讲述了数控手工编程，介绍了数控编程的工艺处理方法、编程误差的来源和控制方法、数控编程中的指令代码及数控编程；第7章介绍了自动编程、CAXA软件的使用及加工案例。本书可作为本科院校相关专业学生的教学用书，也适合研究生、专科学生、从事数控技术及有关工程技术人员阅读参考。