数控机床原理与结构

第1章数控技术原理1

1.1数控装置加工原理1

1.1.1数控加工技术基础1

1.1.2数控装置的插补原理2

1.1.3插补方法的分类5

1.1.4评价插补算法的指标7

1.1.5刀具半径补偿8

1.2数控系统的硬件组成12

1.2.1数控系统的硬件结构12

1.2.2辅助控制接口模块16

1.2.3数控系统的PLC17

1.2.4位置控制模块(伺服系统)19

1.2.5功能接口模块21

1.3数控装置的技术特征21

1.3.1CNC装置21

1.3.2NC、CNC、SV与PLC23

1.3.3现代数控技术的特征24

复习与思考题26

第2章数控机床基础27

2.1数控机床的组成及分类27

2.1.1数控机床的组成27

2.1.2数控机床的分类30

2.2数控机床的电气控制系统38

2.2.1数控系统的电气控制39

2.2.2数控机床的电气控制40

2.3国内外数控机床的现状45

2.3.1国外数控机床的发展与现状45

2.3.2我国数控机床的现状46

2.4数控机床的发展趋势47

2.4.1高速、高效、高精度与高可靠性48

2.4.2复合化、多轴化、柔性化、网络化、智能化与绿色化49

2.4.3新型功能部件52

2.4.4重视新技术标准、规范的建立52

复习与思考题53

第3章数控机床的主体结构54

3.1数控机床的特点54

3.1.1数控机床的加工特点54

3.1.2数控机床的结构特点55

3.2数控机床的结构要求55

3.2.1较高的结构刚度55

3.2.2良好的抗振性能60

3.2.3低速进给运动的平稳性和运动精度62

3.2.4减小机床的热变形64

3.3床身65

3.3.1床身结构65

3.3.2床身截面形状66

3.3.3床身的刚度67

3.4导轨副68

3.4.1数控机床对导轨的要求68

3.4.2数控机床上导轨的种类69

3.5数控机床的总体布局74

3.5.1总布局与工件形状、尺寸和质量的关系75

3.5.2运动分配与部件的布局76

3.5.3总体布局与机床结构性能77

3.5.4自动换刀数控卧式镗铣床(加工中心)的总布局79

3.5.5机床的使用要求与总布局80

3.5.6数控机床总布局的其他趋向81

复习与思考题82

第4章数控机床的主传动系统83

4.1主传动系统的要求83

4.1.1主传动系统的要求83

4.1.2主传动变速的配置84

4.2主轴部件结构87

4.2.1主轴本体87

4.2.2主轴部件的支承88

4.2.3刀具自动夹紧和吹屑装置91

4.2.4主轴的润滑与密封92

4.2.5主轴准停装置95

4.3典型机床主轴的结构100

4.3.1数控车床的主轴部件100

4.3.2自动换刀数控铣床的主轴部件102

复习与思考题105

第5章数控机床的进给系统106

5.1进给系统的要求106

5.2齿轮与联轴器传动108

5.2.1齿轮传动108

5.2.2齿轮传动结构间隙的消除108

5.2.3联轴器传动111

5.3滚珠丝杠螺母副115

5.3.1滚动螺旋副的工作原理与特点115

5.3.2滚珠的循环方式116

5.3.3滚珠丝杠的选定118

5.3.4滚珠丝杠的支承结构120

5.3.5垂直安装滚珠丝杠的制动125

5.3.6滚珠丝杠副的防护及润滑125

5.3.7滚珠丝杠安装示例126

5.4静压丝杠螺母副129

5.4.1工作特点和原理129

5.4.2结构130

5.4.3控制方式131

5.5双导程蜗杆蜗轮副131

5.5.1双导程蜗杆蜗轮副的特点132

5.5.2双导程蜗杆蜗轮副的工作原理132

5.5.3双导程蜗杆蜗轮副的间隙调整结构133

5.5.4双导程渐开线蜗杆齿轮传动133

5.6静压蜗杆蜗条副133

5.6.1静压蜗杆蜗条副的工作原理134

5.6.2静压蜗杆蜗轮条副的特点134

5.6.3静压蜗杆蜗轮条副的材料135

5.6.4传动方案135

5.7直线电动机驱动136

5.7.1直线电动机的工作原理136

5.7.2直线电动机的分类137

5.7.3结构与工作方式139

复习与思考题140

第6章工作台与自动换刀系统141

6.1分度工作台141

6.1.1插销定位的分度工作台141

6.1.2齿盘定位的分度工作台142

6.1.3多齿盘分度工作台144

6.1.4带有交换托盘的分度工作台146

6.2数控回转工作台148

6.2.1开环数控回转工作台148

6.2.2闭环数控回转工作台150

6.2.3双导程蜗杆传动150

6.3刀架换刀装置152

6.3.1自动换刀装置的形式152

6.3.2回转刀架换刀装置152

6.3.3多主轴转塔头换刀装置156

6.3.4排刀式刀架158

6.4刀库自动换刀系统159

6.4.1刀库的形式159

6.4.2刀具选择形式165

6.4.3刀具交换装置167

6.4.4机械手结构原理169

6.4.5动力刀具的结构173

6.5辅助机构174

6.5.1润滑系统174

6.5.2冷却系统174

6.5.3排屑装置174

6.5.4过载保护、超程限位和回机床参考点装置176

复习与思考题176

第7章数控机床的伺服系统177

7.1进给伺服系统177

7.1.1进给伺服系统的技术要求177

7.1.2按系统结构分类的伺服系统179

7.1.3按驱动方式分类的伺服系统181

7.2步进伺服驱动系统183

7.2.1步进电动机的结构类型183

7.2.2步进电动机的工作原理185

7.2.3反应式步进电机的主要性能指标187

7.2.4驱动控制系统组成190

7.2.5步进电动机驱动控制技术191

7.2.6步进电机的应用195

7.3直流伺服驱动系统196

7.3.1SCR速度控制系统197

7.3.2PWM速度控制系统198

7.4交流伺服驱动系统200

7.4.1交流伺服系统的特点201

7.4.2模拟式交流伺服控制系统202

7.4.3数字式交流伺服系统203

7.5主轴驱动系统206

7.5.1直流主轴驱动系统206

7.5.2交流主轴驱动系统207

7.5.3主轴定向准停的控制209

复习与思考题210

第8章位置检测装置211

8.1位置检测装置的要求和分类211

8.1.1对检测装置的要求211

8.1.2检测装置的类型211

8.2常用位置检测装置213

8.2.1旋转变压器213

8.2.2感应同步器217

8.2.3脉冲编码器226

8.2.4光栅231

8.2.5磁栅235

复习与思考题239

第9章数控机床液压与气动系统240

9.1液压系统的组成240

9.1.1能源部分240

9.1.2执行机构部分241

9.1.3控制部分242

9.1.4辅件部分242

9.2数控机床上典型的液压回路分析242

9.2.1MJ-50数控车床液压系统242

9.2.2CK3225数控车床液压系统244

9.2.3VP1050加工中心液压系统246

9.2.4TH6350卧式加工中心液压系统248

9.3数控机床上液压系统的维护251

9.3.1液压系统的维护要点251

9.3.2维护、保养计划的安排252

9.4数控机床上典型气压回路的分析254

9.4.1H400型卧式加工中心气动系统254

9.4.2数控车床用真空卡盘258

9.4.3HT6350卧式加工中心气压系统259

9.4.4数控加工中心气动换刀系统260

复习与思考题261

第10章数控机床设计入门263

10.1数控机床的结构设计263

10.2数控系统设计263

10.2.1数控系统的结构特点264

10.2.2微机系统266

10.2.3数控系统的软件设计267

10.2.4数控系统的硬件设计274

10.3步进电机驱动电路设计275

10.3.1输入/输出通道276

10.3.2进给驱动电路设计277

10.3.3单片机系统与步进电机驱动器之间的接口方法及方向控制278

10.3.4步进电机的速度控制280

10.3.5步进电机的点位控制281

10.3.6步进电机的加减速控制282

10.4主轴驱动电路设计286

10.4.1系统设计方案286

10.4.2主轴准停(M19)292

10.4.3自动换刀293

10.5电气控制电路设计294

10.5.1CK6142数控车床的电气控制要求294

10.5.2CK6142数控车床的电气控制方案设计294

参考文献302

　　本书在简要说明数控技术的基本概念、轨迹控制(插补)原理的基础上，介绍了数控装置的硬件结构、组成、工作原理，数控机床各组成部分的结构原理，数控系统中的检测技术和伺服控制技术以及数控机床机械部件的构成特点、调整方法等。利用电气控制系统这条主线，把数控机床各组成部分有机地串连起来，并通过“数控机床设计入门”这一章的说明，使初学者建立一个数控机床控制的整体概念，以便较快地掌握数控机床各组成部分的结构原理。　　本书在简要说明数控技术的基本概念、轨迹控制(插补)原理的基础上，介绍了数控装置的硬件结构、组成、工作原理，数控机床各组成部分的结构原理，数控系统中的检测技术和伺服控制技术以及数控机床机械部件的构成特点、调整方法等。利用电气控制系统这条主线，把数控机床各组成部分有机地串连起来，并通过“数控机床设计入门”这一章的说明，使初学者建立一个数控机床控制的整体概念，以便较快地掌握数控机床各组成部分的结构原理。　　本书适合高职高专院校、高级技校、机电、数控、电气类各专业使用，也可供相关领域工程技术人员参考。