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• 課程資源

《機床數控技術及應用（第四版）》配有在線開放課程——“機床數控技術”。

《機床數控技術及應用（第四版）》配有實操類視頻，以二維碼形式呈現。

機床數控技術及應用（第四版）修訂情況

該書第1章由陳蔚芳、劉凱編寫，第2章、第3章由陳蔚芳編寫，第4章由薛建彬、劉凱編寫，第5章由王宏濤、陳蔚芳、羅福源編寫，第6章、第7章由王宏濤、羅福源編寫，第8章由薛建彬、吳青聰編寫，第9章、第10章由樓佩煌、吳青聰編寫。全書由陳蔚芳、王宏濤、劉凱統稿和定稿。南京航空航天大學游有鵬教授和南京數控機床有限公司孫序泉教授級高工對該書進行了審閱，提出了意見。

該書在編寫過程中，參閱了相關文獻、教材和PPT講義，何磊、侯軍明、郝小忠、劉志東提供了部分編程例題、工藝素材和加工視頻，倪麗君、沈雨蘇、曹新航等完成了書中大部分圖形的繪制、部分文字的錄入和整理工作，冷晟、史建新、趙正彩、周明虎等提供了部分材料。南京納威精密機械有限公司、南京德西數控新技術有限公司、南京航空航天大學工程訓練中心和南京工程學院為該書提供了相關視頻資料。

機床數控技術及應用（第四版）出版工作

2019年9月1日，《機床數控技術及應用（第四版）》由科學出版社出版發行。

該書共10章，第1章介紹數控技術及數控機床的概念、組成、工作原理、分類和新發展；第2章介紹數控編程方面的基礎知識，包括數控工藝、數學處理、常用編程指令和高速加工工藝；第3章介紹數控車床、數控銑床、數控線切割機床、加工中心、車銑復合機床的手工編程方法，同時介紹基于UG平臺的自動編程方法；第4章介紹數控裝置的硬件和軟件結構及可編程控制器在數控系統中的應用；第5章介紹各種插補方法及其實現步驟，以及刀具半徑補償原理、進給加減速控制方法；第6章介紹數控機床常用的各種檢測裝置；第7章介紹應用于數控機床的多種控制電機及其驅動控制方式；第8章介紹數控機床機械結構的特點、主傳動系統、進給傳動系統及相關部件；第9章介紹分布式數控系統的概念、功能、控制方式、信息采集技術和應用實例；第10章介紹柔性制造系統的組成、功能、控制調度技術，最后給出應用實例。

1. 側重于數控編程和數控原理，兼顧現代數控機床結構、分布式數控技術、柔性制造技術等方面的知識。

2. 編寫時既注重基礎性、系統性和綜合性，也考慮應用性、實踐性和先進性。

陳蔚芳，女，南京航空航天大學機電學院機械電子工程系教授、博士生導師，研究領域：現代集成制造、裝備設計與優化、CAD/CAE/CAPP/CAM/PDM、制造過程建模與仿真。

王宏濤，女，南京航空航天大學機電學院機械電子工程系教授、博士生導師，研究領域：機電控制及自動化，智能機器人技術，測控技術及儀器，基于視覺的三維測量，智能材料與結構。 2100433B

《機床數控技術及應用》為普通高等教育“十一五”國家級規劃教材,是根據高職高專教育機械類專業人才培養目標及規格的要求編寫的。全書共分為8章。第1章簡要介紹數控機床的特點及加工原理。第2章介紹數控編程的有關內容。第3章詳細講解了計算機數控(cNc)系統的硬、軟件工作原理與應用知識。第4章介紹了各種開、閉環進給驅動裝置及位置檢測元件。第5章介紹數控機床的主軸驅動,并討論主軸控制中的變速及主軸準停控制。第6章介紹數控機床的機械結構及特點。第7章講述數控機床的選用、調試、驗收、維護保養及故障診斷等知識。第8章介紹現代數控系統與機械加工自動化的發展。

《機床數控技術及應用》可作為高職、高專、成人高校及本科院校舉辦的二級職業技術學院機電類專業教材,也可供應用型高校和企業技術人員選用與參考。

第1章 緒論

1.1 數控機床的基本組成及加工原理

1.1.1 數控機床的產生

1.1.2 計算機數控的概念與發展

1.1.3 數控機床的基本結構及工作原理

1.2 數控機床的分類

1.2.1 按加工工藝方法分類

1.2.2 按控制運動的方式分類

1.2.3 按驅動裝置的特點分類

1.3 數控機床的特點及應用范圍

1.3.1 數控機床的加工特點

1.3.2 數控機床的使用特點

1.3.3 數控機床的應用范圍

復習題

第2章 數控加工的工藝與編程

2.1 數控加工程序編制基礎

2.1.1 穿孔紙帶及代碼

2.1.2 數控機床的坐標軸和運動方向

2.1.3 程序段格式

2.2 數控機床的加工工藝及編程步驟

2.2.1 工序的劃分

2.2.2 編制加工程序的內容及步驟

2.2.3 零件的安裝和對刀點的確定

2.2.4 確定加工路線

2.2.5 切削用量及刀具的選擇

2.2.6 數值計算

2.3 數控車床的編程

2.3.1 數控車床的編程基礎

2.3.2 數控車床的基本編程功能

2.3.3 數控車床的基本編程方法

2.3.4 固定循環功能

2.3.5 螺紋切削

2.4 數控銑床及加工中心的編程

2.4.1 數控銑床及加工中心的編程基礎

2.4.2 數控銑床及加工中心的基本編程功能

2.4.3 數控銑床及加工中心的基本編程方法

2.4.4 刀具補償功能

2.4.5 固定循環

2.4.6 子程序

復習題

第3章 計算機數控系統

3.1 計算機數控((；NC)系統的基本概念

3..微處理器數控(MNC)系統的組成

3.2.1 中央處理單元(CPU)和總線

(BUS)

3.2.2 存儲器(memory)

3.2.3 輸入偷出(I/0)接口電路及相應的外部設備

3.3 CNC系統的硬件結構

3.3.1 單微處理機與多微處理機結構

3.3.2 大板式結構與功能模塊式結構

3.4 CNC系統的軟件

3.4.1 CNC系統軟件的組成與功能

3.4.2 CNC系統軟件的特點和結構

3.5 CNC系統的工作過程

3.5.1 CNC系統的數據段歷程

3.5.2 CNC系統自動工作時的總體流程

3.6 運動軌跡的插補原理

3.6.1 運動軌跡插補的概念

3.6.2 運動軌跡插補的方法

3.6.3 逐點比較法·

3.6.4 DI)A法——數字積分法

3.6.5 數據采樣法

3.7 進給運動的誤差補償

3.7.1 機床加工零件誤差的來源

3.7.2 螺距誤差補償

3.7.3 反向間隙誤差補償

3.7.4 熱變形補償

3.7.5 其他因素引起的誤差補償

3.8 輔助功能與PLC

3.8.1 可編程序控制器在機床數控中的應用

3.8.2 M，S，T功能的實現

3.9 FANUC一0系統介紹

3.9.1 FANtJC一0系統的硬件結構

3.9.2 FANI.JC一0系統的軟件結構

3.9.3 F'ANtJC一0系統的伺服結構

復習題

第4章 進給運動的控制

4.1 概述

4.1.1 進給伺服系統

4.1.2 伺服驅動系統的分類

4.1.3 位置伺服驅動系統的開環、閉環

控制

4.2 步進驅動及開環進給控制

4.2.1 步進電動機的工作原理

4.2.2 步進電動機的驅動電源

4.2.3 步進電動機的進給控制

4.2.4 步進電動機的主要特性及其選擇

4.3 位置檢測裝置

4.3.1 位置檢測元件的分類及要求

4.3.2 光電編碼器

4.3.3 光柵尺

4.3.4 直線感應同步器

4.4 直流、交流伺服驅動裝置

4.4.1 直流伺服驅動裝置

4.4.2 交流伺服驅動裝置

4.4.3 進給伺服電動機的選用

4.5 進給運動閉環位置控制

4.5.1 閉環位置控制的概念

4.5.2 閉環位置控制的實現

4.5.3 位置控制回路的數學模型

4.6 閉環位置控制系統的性能分析

4.6.1 定位過程的誤差分析

4.6.2 直線插補輪廓誤差分析

4.6.3 圓弧插補輪廓誤差分析

4.6.4 拐角輪廓誤差分析

4.7 進給傳動機構對位置控制特性的影響

4.7.1 機械傳動機構的基本要求

4.7.2 傳動剛度與阻尼對位置控制特性的影響

4.7.3 傳動間隙和慣量對位置控制特性的影響

復習題

第5章 主軸驅動及控制

5.1 概述

5.2 主軸驅動裝置的工作原理

5.2.1 主軸驅動裝置的特點

5.2.2 交流主軸電動機

5.2.3 交流主軸驅動裝置

5.2.4 交流主軸驅動特性曲線

5.3 主軸分段無級調速及控制

5.3.1 概述

5.3.2 自動變擋控制

5.3.3 自動變擋的實現

5.4 主軸準停控制

5.4.1 概述

5.4.2 機械準停控制

5.4.3 電氣準停控制

復習題

第6章 數控機床的機械結構與特點

6.1 數控機床的結構要求

6.1.1 數控機床機械結構的主要組成

6.1.2 數控機床機械結構的特點和要求

6.2 數控機床的主傳動及主軸部件

6.2.1 數控機床主傳動系統的要求

6.2.2 主軸的傳動方式

6.2.3 主軸組件

6.2.4 主軸的進給功能和主軸準停功能

6.2.5 主軸組件的潤滑與密封

6.3 數控機床的進給傳動機構

6.3.1 進給系統概述

6.3.2 傳動齒輪的消隙

6.3.3 聯軸器

6.3.4 絲杠螺母副

6.3.5 導軌

6.3.6 工作臺

6.4 自動換刀裝置

6.4.1 自動換刀裝置的分類

6.4.2 刀庫

6.4.3 機械手

6.4.4 加工中心主軸上刀具的夾緊機構

6.5 其他輔助裝置

6.5.1 數控機床的液壓和氣動系統

6.5.2 排屑裝置

6.6 數控機床實例

6.6.1 數控車床

6.6.2 加工中心

6.6.3 數控磨床

6.6.4 數控齒輪加工機床

6.6.5 數控電加工機床

復習題

第7章 數控機床的選用、驗收與維修

7.1 數控機床的選用

7.1.1 數控機床選用的原則

7.1.2 數控機床選用的基本要點

7.2 數控機床的調試和驗收

7.2.1 數控機床的安裝調試

7.2.2 數控機床的驗收

7.3 數控機床的維護與保養

7.3.1 預防性維護

7.3.2 設備的日常保養

7.4 CNC系統的可靠性和故障診斷技術

7.4.1 系統可靠性及故障的基本概念

7.4.2 影響可靠性的因素

7.4.3 提高可靠性的方法與措施

7.4.4 故障診斷的方法

7.5 數控機床故障的判斷與排除

7.5.1 數控機床故障處理的原則

7.5.2 數控機床的機械故障及排除

7.5.3 CNC裝置的故障

7.5.4 進給伺服系統的故障

7.5.5 主軸控制單元的故障

7.5.6 維修實例

復習題

第8章 數控技術的發展與機械加工

自動化

8.1 數控技術的發展

8.1.1 概述

8.1.2 幾種主要CNC系統介紹

8.1.3 數控機床的發展

8.2 機械加工自動化

8.2.1 機械加工發展的新趨勢

8.2.2 柔性制造系統(FMS)

8.2.3 計算機集成制造系統(CIMS)

復習題

參考文獻2100433B

數控技術及應用內容簡介

本書以數控機床為對象，深入淺出地對數控技術所包含的主要內容和應用做了比較全面的分析和敘述。全書共分7章，主要內容包括概論、數控機床的機械結構與傳動、數控機床加工與編程、插補原理、計算機數控系統、位置檢測技術、數控機床伺服系統。全書注重理論和實際應用相結合，各章既有聯系，又有一定的獨立性。 讀者對象：本書既可以作為高等院校本科機械類及相關專業教材使用，也可以作為從事機械工程的技術人員參考用書。

數控技術及應用目錄

目 錄

第1章 概論 1

1.1 數控機床的基本結構及工作原理 1

1.1.1 數控機床的產生 1

1.1.2 數控技術的基本概念 1

1.1.3 數控機床的基本結構及工作原理 3

1.2 數控機床的分類 5

1.2.1 按加工工藝方法分類 5

1.2.2 按運動控制方式分類 6

1.2.3 按伺服驅動的特點分類 7

1.3 數控機床的適用范圍和特點 9

1.3.1 數控技術的適用范圍 9

1.3.2 數控機床的特點 9

1.4 數控系統性能指標 11

1.4.1 控制軸數和聯動軸數 11

1.4.2 插補功能 11

1.4.3 脈沖當量 12

1.4.4 定位精度和重復定位精度 12

1.4.5 行程 12

1.4.6 主軸轉速和進給速度及其調節范圍 12

1.4.7 機床的數控功能 12

1.4.8 程序的編輯、管理和控制功能 12

1.4.9 誤差補償功能 13

1.4.10 加減速控制功能 13

1.4.11 邏輯控制功能 13

1.4.12 通信方式 13

1.4.13 故障診斷功能 13

1.5 數控技術的發展 13

1.5.1 數控技術的功能發展 14

1.5.2 數控技術的體系結構發展 15

1.5.3 新一代數控加工技術 16

1.5.4 數控技術在先進制造技術中的作用 16

復習思考題 16

第2章 數控機床的機械結構與傳動 17

2.1 概述 17

2.1.1 數控機床機械結構的特點 17

2.1.2 數控機床對機械結構的基本要求 17

2.2 數控機床的典型機械結構 18

2.2.1 滾珠絲杠螺母結構 18

2.2.2 齒輪傳動間隙消除結構 23

2.2.3 機床導軌 26

2.2.4 刀庫與自動換刀裝置 28

2.2.5 回轉工作臺與分度工作臺 32

2.3 數控機床的主傳動系統 35

2.3.1 主傳動的基本要求和變速方式 36

2.3.2 主軸部件的結構 37

2.3.3 電主軸與高速主軸系統 41

2.4 數控機床的進給傳動系統 42

2.4.1 數控機床對進給傳動系統的基本要求 42

2.4.2 數控機床進給傳動系統的基本形式 43

2.4.3 直線電動機與高速進給單元 45

復習思考題 46

第3章 數控機床加工與編程 47

3.1 數控加工的工藝特點 47

3.1.1 數控加工過程 47

3.1.2 零件圖紙的數控工藝分析 49

3.1.3 數控加工工序劃分 49

3.2 數控機床刀具 49

3.2.1 數控刀具特點 50

3.2.2 數控車床常用刀具 50

3.2.3 數控銑床、加工中心常用刀具 51

3.3 數控機床夾具 53

3.3.1 數控機床夾具要求及選用方法 53

3.3.2 數控車床常用夾具 53

3.3.3 數控銑床、加工中心常用夾具 53

3.4 數控編程基礎 54

3.4.1 程序與編程 54

3.4.2 程序組成與結構 55

3.4.3 程序主要功能字 55

3.5 數控基本編程指令 58

3.5.1 坐標系建立與選擇 58

3.5.2 絕對、增量編程方式 61

3.5.3 基本移動指令 61

3.5.4 刀具補償功能指令 62

3.6 數控車床的程序編制 62

3.6.1 數控車床的編程特點 62

3.6.2 數控車床的典型編程指令 63

3.6.3 車削加工循環指令 65

3.7 數控鏜銑床（加工中心）的程序編制 68

3.7.1 數控鏜銑床（加工中心）的編程特點 68

3.7.2 數控鏜銑床（加工中心）的典型編程指令 68

3.7.3 固定循環指令 69

3.7.4 子程序格式及應用 71

復習思考題 72

練習 73

第4章 插補原理 75

4.1 插補原理 75

4.1.1 插補的概念 75

4.1.2 插補方法的分類 75

4.2 逐點比較法 76

4.2.1 逐點比較法原理 76

4.2.2 逐點比較法直線插補 77

4.2.3 逐點比較法圓弧插補 80

4.3 數字積分法 83

4.3.1 數字積分法的基本原理 83

4.3.2 DDA直線插補 84

4.3.3 DDA直線插補實例 86

4.3.4 DDA圓弧插補 87

4.3.5 DDA圓弧插補實例 89

復習思考題 90

第5章 計算機數控系統 91

5.1 數控系統的基本結構及工作原理 91

5.1.1 CNC系統的組成 91

5.1.2 CNC裝置的工作原理 91

5.1.3 CNC裝置的功能 95

5.2 CNC系統的硬件結構 97

5.2.1 大板結構和功能模板結構 97

5.2.2 單微處理器結構和多微處理器結構 98

5.2.3 CNC裝置的輸入/輸出接口 101

5.2.4 開放式CNC的硬件結構 102

5.3 CNC系統的軟件結構 104

5.3.1 CNC系統軟件的組成 104

5.3.2 CNC的軟件結構 105

5.3.3 CNC軟件結構模式 107

5.3.4 開放式CNC的軟件結構 110

5.3.5 系統參考結構 112

5.4 典型數控系統 113

5.4.1 日本FANUC系列數控系統 113

5.4.2 德國SIEMENS公司的SINUMERIK系列CNC系統 114

5.4.3 華中數控系統（HNC） 114

復習思考題 115

第6章 位置檢測技術 116

6.1 位置伺服控制 116

6.1.1 位置伺服控制分類 116

6.1.2 幅值伺服控制 117

6.1.3 相位伺服控制 118

6.2 光電編碼器 119

6.2.1 增量式編碼器 119

6.2.2 絕對式編碼器 120

6.2.3 編碼器在數控機床中的應用 121

6.3 光柵尺和磁柵尺 122

6.3.1 光柵尺的結構及工作原理 122

6.3.2 光柵尺位移數字變換系統 124

6.3.3 磁柵尺的結構及工作原理 125

6.3.4 磁柵尺的檢測電路 127

6.4 旋轉變壓器和感應同步器 128

6.4.1 旋轉變壓器的結構和工作原理 128

6.4.2 感應同步器的結構和工作原理 130

復習思考題 132

第7章 數控機床伺服系統 133

7.1 概述 134

7.1.1 伺服系統的構成 134

7.1.2 伺服系統的分類 134

7.1.3 數控機床對伺服系統的要求 136

7.2 步進電動機及其驅動系統 137

7.2.1 步進電動機的種類與結構 137

7.2.2 步進電動機的使用特性 139

7.2.3 步進電動機驅動及控制技術 141

7.2.4 利用數控實驗臺實現步進電動機的正、反轉控制 142

7.2.5 利用數控實驗臺實現三相異步電動機的調頻 145

7.3 直流伺服控制 145

7.3.1 小慣量直流伺服電動機 145

7.3.2 直流主軸電動機 146

7.3.3 晶閘管直流調速 146

7.3.4 晶體管直流脈寬調速 150

7.4 交流伺服控制 154

7.4.1 交流伺服電動機 154

7.4.2 交流主軸電動機 155

7.4.3 交流伺服電動機的變頻調速 156

7.4.4 交流伺服電動機的矢量控制調速 158

7.4.5 矢量變換SPWM變頻調速實例 159

7.5 伺服系統性能及參數 161

7.5.1 穩態性能 161

7.5.2 動態性能 161

7.5.3 輪廓加工中的跟隨精度 162

7.5.4 伺服系統參數 164

復習思考題 166

參考文獻 167

數控技術及應用前言

前 言

隨著計算機技術的發展，數控技術已經廣泛應用于工業控制的各個領域，尤其是機械制造行業，具有高效率、高精度、高自動化的數控裝備得到越來越廣泛的應用。數控機床作為現代機械工業的重要技術裝備，是典型的機電一體化產品，它融合了計算機技術、自動控制技術、檢測技術、液壓與氣動技術，以及精密機械技術等各個方面的內容。數控技術的應用，不但使傳統的生產和制造模式發生了根本性的變化，而且隨著它的不斷發展和應用領域的擴大，對國民經濟中一些重要行業的發展起著越來越重要的作用。

本書是根據普通高等學校應用型本科面向“十二五”機電類專業教材建設的規劃要求，并結合不同院校實踐教學中的經驗編寫的。本書以數控機床為對象，主要介紹數控技術概述、數控機床機械結構與傳動、數控加工工藝與編程、數控原理與數控系統，以及數控伺服與檢測技術等內容。本書在內容編排上力求系統全面、重點突出、內容新穎。并本著“易教易學”與“貼近生產實際”的核心思想，突出本科教學理論與實踐的均衡，盡量減少理論教學的枯燥、抽象。每章均附有復習思考題，可以幫助學生理解和鞏固所學知識。

本書由北華航天工業學院王懷明教授、湖州師范學院程廣振教授擔任主編，昆明學院陳玲、西北工業大學明德學院侯偉、北華航天工業學院于杰擔任副主編。其中，第1章、第5章由北華航天工業學院王懷明、于杰編寫，第4章由北華航天工業學院王懷明、李晨、劉寶華編寫，第2章、第6章由湖州師范學院程廣振編寫，第3章由昆明學院陳玲編寫，第7章由西北工業大學明德學院侯偉編寫。

本書可作為機電類專業本科生的教材，還可作為從事數控技術開發與應用的工程技術人員的參考書。適用于普通高等院校機電類相關專業（機械設計制造及其自動化、材料成型及控制工程、機械電子工程、測控技術及儀器、過程裝備及控制工程、車輛工程、工業設計、工業工程等）的教學，也適合對應專業獨立學院、民辦院校的本科教學。本教材建議授課48-64學時。

由于編者的水平有限，書中難免有不妥和錯誤之處，懇請讀者批評指正。

編 者2100433B