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1　绪论1

1.1 概述1

目录1

1.2　数控技术发展概况2

1.2.1 性能发展方向3

1.2.2　功能发展方向3

1.2.3 体系结构的发展方向4

1.2.4 智能化新一代PCNC数控系统5

1.3 数控机床的适用范围和特点6

1.3.1 数控机床的适用范围6

1.3.2 数控机床的特点6

1.4　数控系统设计开发规范和标准7

1.4.1 数控系统设计开发规范7

1.4.2　数控系统的标准7

1.5.6 系统的通讯接口功能9

1.5.5 数控系统内PLC功能9

1.5.4 伺服驱动系统的性能9

1.5.7 数控系统的开放性9

1.5 数控系统的技术性能指标9

1.5.3 控制功能9

1.5.2 系统具有高分辨率9

1.5.1 数控系统的性能9

1.5.8 数控系统可靠性与故障自诊断10

1.6 数控技术在先进制造技术中的作用10

本章小结11

思考题与习题11

2　数控机床的组成和工作原理12

2.1 概述12

2.1.1 机床的数字控制12

2.2　数控机床的组成13

2.1.2 数控技术是实现FMS和CIMS的基础技术13

2.3 数控机床的基本工作原理15

2.4 数控机床的基本类型18

2.4.1 按运动轨迹分类18

2.4.2 按伺服系统控制方式分类19

2.4.3　按功能水平分类21

2.4.4　按工艺用途分类21

2.5 数控机床的坐标系和自由度21

2.5.1 数控机床的坐标系和运动方向的规定21

2.5.2 数控机床的坐标系与工件坐标系23

2.5.3　数控机床的自由度26

本章小结26

思考题与习题27

3.1.2 数控编程的内容和步骤28

3.1.1 数控编程的作用与目的28

3.1 概述28

3　数控机床的编程基础28

3.1.3 数控编程的方法29

3.2 数控编程的代码30

3.3 程序段格式和程序结构31

3.3.1 程序段格式31

3.3.2 程序结构33

3.4.1 准备功能G指令34

3.4 准备功能（G指令）和辅助功能（M指令）34

3.4.2 辅助功能M指令40

3.4.3 进给速度指令（F）、主轴转速指令（S）及刀具功能指令（T）43

3.5 典型数控加工程序编制44

3.5.1 数控铣削加工程序编制44

3.5.2 数控钻削加工程序编制46

3.5.3 数控车削加工程序编制48

3.5.4 加工中心程序编制49

3.6.1 数控自动编程的基本概念54

3.6.2 数控语言程序编程系统54

3.6 数控语言自动编程54

3.6.3 APT自动编程系统55

3.6.4 APT语言编写数控加工源程序实例62

3.7　数控加工过程仿真67

3.7.1 数控加工仿真67

3.7.2 数控车削仿真67

3.7.3 数控铣削仿真68

3.8　数控编程的数据处理69

3.8.1 基点和节点数值计算69

3.8.2 非圆曲线轮廓零件的数据处理69

3.8.3 列表曲线72

本章小结72

思考题与习题73

4.1.2 数控插补方法的分类75

4.1.1 数控插补的基本概念75

4.1 概述75

4　数控系统插补原理75

4.2　逐点比较法76

4.2.1 逐点比较法直线插补76

4.2.2 逐点比较法圆弧插补81

4.2.3 逐点比较法算法的改进84

4.3 数字积分插补法88

4.3.1 DDA直线插补89

4.3.2 DDA空间直线插补91

4.3.3 数字积分法圆弧插补92

4.4　数据采样插补法93

4.4.1 数据采样插补法原理94

4.4.2 时间分割法直线插补95

4.4.3 时间分割法圆弧插补96

4.4.4 扩展DDA数据采样插补法98

4.5 CNC系统的刀具补偿和加、减速控制100

4.5.1 刀具补偿方法100

4.5.2 CNC系统的加减速控制104

本章小结108

思考题与习题109

5　计算机数字控制系统110

5.1 计算机数字控制装置的组成和工作过程110

5.1.1 计算机数字控制装置的组成110

5.1.2 计算机数字控制装置的工作过程111

5.1.3 计算机数字控制装置的功能112

5.1.4 计算机数字控制装置的优点114

5.2 计算机数字控制系统的数据信息115

5.2.1 数控机床的控制信息115

5.2.2 数控机床的接口信息116

5.2.3 CNC装置的数据转换信息117

5.3 CNC装置的硬件结构118

5.3.1 单微处理器结构118

5.3.2 多微处理器结构121

5.4.1 CNC装置的软、硬件界面123

5.4 CNC装置的软件结构123

5.4.2 CNC装置的软件结构特点124

5.5 数控机床输入输出和通信接口127

5.5.1 数控机床输入输出（I/O）接口127

5.5.2　异步串行通讯接口129

5.5.3 网络通讯接口131

5.6 可编程序控制器在数控机床中的应用132

5.6.1 PLC的基本组成133

5.6.2 可编程序控制器对继电器控制系统的仿真135

5.6.3 可编程序控制器的工作原理136

5.6.4 可编程序控制器循环扫描的工作方式137

5.6.5 可编程序控制器I/O延迟响应138

5.6.6 数控机床中的PLC数据处理功能141

5.7 PLC在数控机床上的应用实例142

5.7.1 数控机床中PLC的程序编制步骤143

5.7.2　PLC在数控机床上的应用举例143

本章小结151

思考题与习题152

6　数控机床的检测技术153

6.1 概述153

6.2　位置伺服控制153

6.2.1 开环、闭环、半闭环位置控制系统153

6.2.2 幅值伺服控制155

6.2.3 相位伺服控制155

6.3 检测装置常用类型155

6.4　光电编码器156

6.4.1 增量式编码器156

6.4.2 绝对式编码器158

6.5　光栅尺和磁栅尺159

6.5.1 光栅尺159

6.5.2 直线光栅尺的工作原理159

6.5.3 光栅尺位移数字变换系统160

6.5.5 磁栅尺结构及工作原理161

6.5.4　磁栅尺161

6.5.6　磁栅尺检测电路162

6.6　旋转变压器163

6.6.1 旋转变压器的组成及工作原理163

6.6.2 旋转变压器的工作方式及应用164

本章小结164

思考题与习题165

7　数控机床的驱动与控制系统166

7.1 数控机床的驱动系统分类166

7.1.1 根据其控制对象和使用目的分类166

7.1.2 按调节理论分类166

7.1.3 数控机床对驱动系统的要求167

7.1.4 驱动系统中常用的检测装置168

7.2 步进电动机及其驱动系统168

7.2.1 步进电动机168

7.2.2 步进电动机的主要性能指标172

7.2.3 步进电动机的驱动和控制技术173

7.3 直流伺服电动机与速度控制179

7.3.1 晶闸管调速控制方式180

7.3.2 晶体管脉宽调速控制方式181

7.4 交流伺服电动机与速度控制185

7.4.1 交流伺服电动机的变频调速185

7.4.2 交流伺服电动机的矢量控制调速188

本章小结193

思考题与习题193

8　数控机床的机械结构与传动194

8.1 数控机床的结构要求194

8.1.1 提高机床的结构刚度194

8.1.2　提高机床的抗振性194

8.1.3 提高低速进给运动的平稳性和运动精度195

8.1.4 减少机床的热变形195

8.2.2 主传动系统的设计要求196

8.2.1 数控机床主传动系统的参数196

8.2 数控机床的主传动系统和主轴部件196

8.2.3 主传动系统的配置197

8.2.4 主轴组件199

8.3 数控机床进给传动部件202

8.3.1 对进给运动系统的要求202

8.3.2 电动机与丝杠间的联接203

8.3.3 传动间隙补偿机构203

8.3.4 滚珠丝杠螺母副205

8.4　数控机床的导轨208

8.4.1 塑料滑动导轨208

8.4.2　静压导轨209

8.4.3 滚动导轨210

8.5 数控机床的回转工作台212

8.5.1 数控回转工作台212

8.5.2 分度工作台212

8.6.1 回转刀架换刀215

8.6 数控机床的自动换刀装置215

8.6.2 更换主轴换刀216

8.6.3 更换主轴箱换刀217

8.6.4 带刀库的自动换刀系统218

8.6.5 刀库219

8.7 数控机床中采用的一些特殊结构223

8.7.1 改变机床结构的阻尼特性223

8.7.2 静压蜗杆－螺母条传动223

8.7.3 低摩擦系数的导轨223

8.7.4 传动带224

8.7.5 自动拉刀机构224

8.7.6 高速动力卡盘224

8.7.7　对刀仪225

思考题与习题226

9.1 数控机床的选择方法227

9.1.1 根据典型加工零件来选择227

9　数控机床的选择、安装、使用与维护227

9.1.2 数控机床规格的选择228

9.1.3 数控机床精度的选择229

9.1.4 数控系统（CNC系统）的选择230

9.1.5 根据生产能力来选择231

9.1.6 数控机床功能的选择和附件的选择232

9.1.7 数控机床使用刀具的选择234

9.1.8　技术服务的选择236

9.2 数控机床的使用237

9.2.1 数控机床的使用要点237

9.2.2 数控机床的生产管理方法241

9.3 数控机床的安装与调试241

9.3.1 数控机床的安装要求241

9.3.2 数控机床安装、调试步骤242

9.4 数控机床精度的检测244

9.4.1 数控机床几何精度的检测244

9.4.2 数控机床定位精度的检测245

9.4.3 数控机床切削精度的检测247

9.5 数控机床的维护、保养及故障排除248

9.5.1 可靠性和可维护性248

9.5.2 数控系统的预防性维护249

9.5.3 数控机床的日常维护与保养250

9.5.4 数控系统现场维修基本条件和实施步骤252

9.5.5 数控机床的故障检测与排除253

本章小结260

思考题与习题260

10　先进制造技术261

10.1 先进制造技术的概念261

10.2 先进制造技术的特点261

10.3 先进制造技术的内容263

10.3.1 主体技术群263

10.3.2　支撑技术群267

10.3.3 管理技术群268

10.4 柔性制造系统（FMS）271

10.4.1 柔性制造系统的定义271

10.4.2 柔性制造系统的组成和功能272

10.4.3 柔性制造系统的类型与特点273

10.4.4 柔性制造系统的关键技术274

10.4.5 柔性制造与装配系统（FMS/FAS）275

10.5 计算机集成制造276

10.5.1 计算机集成制造系统的概念276

10.5.2 计算机集成制造系统的构成277

10.5.3 计算机集成制造系统的集成技术280

本章小结280

思考题与习题281

附录Ⅰ 机床数字控制术语（GB 8129—87）282

附录Ⅱ APT数控语言常用的专用字293

参考文献296