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第1章 概论1

1.1 数控机床的基本结构及工作原理1

1.1.1 数控机床的产生1

1.1.2 数控技术的基本概念1

1.1.3 数控机床的基本结构及工作原理3

1.2 数控机床的分类5

1.2.1 按加工工艺方法分类5

1.2.2 按运动控制方式分类6

1.2.3 按伺服驱动的特点分类7

1.3 数控机床的适用范围和特点9

1.3.1 数控技术的适用范围9

1.3.2 数控机床的特点9

1.4 数控系统性能指标11

1.4.1 控制轴数和联动轴数11

1.4.2 插补功能11

1.4.3 脉冲当量12

1.4.4 定位精度和重复定位精度12

1.4.5 行程12

1.4.6 主轴转速和进给速度及其调节范围12

1.4.7 机床的数控功能12

1.4.8 程序的编辑、管理和控制功能12

1.4.9 误差补偿功能13

1.4.10 加减速控制功能13

1.4.11 逻辑控制功能13

1.4.12 通信方式13

1.4.13 故障诊断功能13

1.5 数控技术的发展13

1.5.1 数控技术的功能发展14

1.5.2 数控技术的体系结构发展15

1.5.3 新一代数控加工技术16

1.5.4 数控技术在先进制造技术中的作用16

复习思考题16

第2章 数控机床的机械结构与传动17

2.1 概述17

2.1.1 数控机床机械结构的特点17

2.1.2 数控机床对机械结构的基本要求17

2.2 数控机床的典型机械结构18

2.2.1 滚珠丝杠螺母结构18

2.2.2 齿轮传动间隙消除结构23

2.2.3 机床导轨26

2.2.4 刀库与自动换刀装置28

2.2.5 回转工作台与分度工作台32

2.3 数控机床的主传动系统35

2.3.1 主传动的基本要求和变速方式36

2.3.2 主轴部件的结构37

2.3.3 电主轴与高速主轴系统41

2.4 数控机床的进给传动系统42

2.4.1 数控机床对进给传动系统的基本要求42

2.4.2 数控机床进给传动系统的基本形式43

2.4.3 直线电动机与高速进给单元45

复习思考题46

第3章 数控机床加工与编程47

3.1 数控加工的工艺特点47

3.1.1 数控加工过程47

3.1.2 零件图纸的数控工艺分析49

3.1.3 数控加工工序划分49

3.2 数控机床刀具49

3.2.1 数控刀具特点50

3.2.2 数控车床常用刀具50

3.2.3 数控铣床、加工中心常用刀具51

3.3 数控机床夹具53

3.3.1 数控机床夹具要求及选用方法53

3.3.2 数控车床常用夹具53

3.3.3 数控铣床、加工中心常用夹具53

3.4 数控编程基础54

3.4.1 程序与编程54

3.4.2 程序组成与结构55

3.4.3 程序主要功能字55

3.5 数控基本编程指令58

3.5.1 坐标系建立与选择58

3.5.2 绝对、增量编程方式61

3.5.3 基本移动指令61

3.5.4 刀具补偿功能指令62

3.6 数控车床的程序编制62

3.6.1 数控车床的编程特点62

3.6.2 数控车床的典型编程指令63

3.6.3 车削加工循环指令65

3.7 数控镗铣床（加工中心）的程序编制68

3.7.1 数控镗铣床（加工中心）的编程特点68

3.7.2 数控镗铣床（加工中心）的典型编程指令68

3.7.3 固定循环指令69

3.7.4 子程序格式及应用71

复习思考题72

练习73

第4章 插补原理75

4.1 插补原理概述75

4.1.1 插补的概念75

4.1.2 插补方法的分类75

4.2 逐点比较法76

4.2.1 逐点比较法原理76

4.2.2 逐点比较法直线插补77

4.2.3 逐点比较法圆弧插补80

4.3 数字积分法83

4.3.1 数字积分法的基本原理83

4.3.2 DDA直线插补84

4.3.3 DDA直线插补实例86

4.3.4 DDA圆弧插补87

4.3.5 DDA圆弧插补实例89

复习思考题90

第5章 计算机数控系统91

5.1 数控系统的基本结构及工作原理91

5.1.1 CNC系统的组成91

5.1.2 CNC装置的工作原理91

5.1.3 CNC装置的功能95

5.2 CNC系统的硬件结构97

5.2.1 大板结构和功能模板结构97

5.2.2 单微处理器结构和多微处理器结构98

5.2.3 CNC装置的输入/输出接口101

5.2.4 开放式CNC的硬件结构102

5.3 CNC系统的软件结构104

5.3.1 CNC系统软件的组成104

5.3.2 CNC的软件结构105

5.3.3 CNC软件结构模式107

5.3.4 开放式CNC的软件结构110

5.3.5 系统参考结构112

5.4 典型数控系统113

5.4.1 日本FANUC系列数控系统113

5.4.2 德国SIEMENS公司的SINUMERIK系列CNC系统114

5.4.3 华中数控系统（HNC）114

复习思考题115

第6章 位置检测技术116

6.1 位置伺服控制116

6.1.1 位置伺服控制分类116

6.1.2 幅值伺服控制117

6.1.3 相位伺服控制118

6.2 光电编码器119

6.2.1 增量式编码器119

6.2.2 绝对式编码器120

6.2.3 编码器在数控机床中的应用121

6.3 光栅尺和磁栅尺122

6.3.1 光栅尺的结构及工作原理122

6.3.2 光栅尺位移数字变换系统124

6.3.3 磁栅尺的结构及工作原理125

6.3.4 磁栅尺的检测电路127

6.4 旋转变压器和感应同步器128

6.4.1 旋转变压器的结构和工作原理128

6.4.2 感应同步器的结构和工作原理130

复习思考题132

第7章 数控机床伺服系统133

7.1 概述134

7.1.1 伺服系统的构成134

7.1.2 伺服系统的分类134

7.1.3 数控机床对伺服系统的要求136

7.2 步进电动机及其驱动系统137

7.2.1 步进电动机的种类与结构137

7.2.2 步进电动机的使用特性139

7.2.3 步进电动机驱动及控制技术141

7.2.4 利用数控实验台实现步进电动机的正、反转控制142

7.2.5 利用数控实验台实现三相异步电动机的调频145

7.3 直流伺服控制145

7.3.1 小惯量直流伺服电动机145

7.3.2 直流主轴电动机146

7.3.3 晶闸管直流调速146

7.3.4 晶体管直流脉宽调速150

7.4 交流伺服控制154

7.4.1 交流伺服电动机154

7.4.2 交流主轴电动机155

7.4.3 交流伺服电动机的变频调速156

7.4.4 交流伺服电动机的矢量控制调速158

7.4.5 矢量变换SPWM变频调速实例159

7.5 伺服系统性能及参数161

7.5.1 稳态性能161

7.5.2 动态性能161

7.5.3 轮廓加工中的跟随精度162

7.5.4 伺服系统参数164

复习思考题166

参考文献167