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目录1

第1章 绪论1

1.1 数控技术的产生和特点1

1.1.1 数控技术的产生1

1.1.2 数控技术的特点2

1.1.3 计算机数控2

1.2 数控机床的组成和作用3

1.2.1 数控机床的组成部分3

1.2.2 数控机床各组成部分的作用3

1.3 数字控制系统4

1.3.1 数字控制系统的组成和分类4

1.3.2 开环和闭环控制系统5

1.3.3 点位控制系统与连续控制系统6

1.3.4 多功能与经济型数控系统7

1.3.5 适应控制系统7

1.3.6 直接数控系统8

1.4 数控技术的应用9

1.4.1 数控技术在金属切削机床中的应用9

1.4.2 数控技术在电加工机床中的应用10

1.4.3 数控技术在工业机器人中的应用12

1.4.4 CNC三坐标测量机13

1.5 数控技术的发展与机械加工自动化14

1.5.1 数控机床的发展趋势14

1.5.2 先进制造技术简介18

1.6 习题23

第2章 数控加工程序的编制25

2.1 概述25

2.1.1 程序编制的目的25

2.1.2 程序编制的方法25

2.1.3 编程内容与步骤26

2.2 加工程序段的格式与代码27

2.2.1 加工程序的构成27

2.2.2 加工程序的代码27

2.2.3 加工程序段的格式27

2.3.1 数控机床的坐标轴33

2.3 数控机床的坐标系33

2.3.2 机床坐标系与工件坐标系34

2.4 常用准备功能指令的编程说明35

2.4.1 与位置有关的指令35

2.4.2 与插补有关的指令37

2.4.3 暂停（延迟）指令38

2.4.4 刀具补偿指令38

2.4.5 标准固定循环指令41

2.5 数控铣床与加工中心的编程41

2.5.1 数控铣床的编程特点41

2.5.2 数控铣床编程中的特殊功能指令42

2.5.3 数控铣床编程实例46

2.5.4 加工中心的编程特点48

2.5.5 加工中心换刀程序的编制49

2.6 数控车床加工程序的编制50

2.6.1 数控车床的编程特点50

2.6.2 编程实例50

2.7 自动编程系统53

2.7.1 概述53

2.7.2 自动编程技术的新进展57

2.8 习题58

3.1 CNC系统的组成和计算机的功用60

3.1.1 CNC系统的组成60

第3章 计算机数控系统60

3.1.2 CNC系统中的计算机61

3.1.3 CNC系统中的可编程逻辑控制器66

3.1.4 机床控制I/O部件的实现67

3.2 数控系统的模块化设计71

3.2.1 概述71

3.2.2 总线标准72

3.2.3 总线功能模块75

3.3 CNC系统中的插补运算76

3.3.1 概述76

3.3.2 脉冲增量插补法77

3.3.3 数字增量插补法（数据采样法）92

3.4.1 CNC控制软件的组成95

3.4 CNC系统的控制软件95

3.4.2 CNC控制软件的结构100

3.5 习题102

第4章 数控机床的机械结构103

4.1 数控机床机械结构的主要特点103

4.1.1 数控机床的主要工艺特点103

4.1.2 对数控机床机械结构提出的要求103

4.2 数控机床的主要组成部分及其结构简介104

4.2.1 数控机床的主要组成部分104

4.2.2 主传动系统及主轴部件105

4.2.4 自动换刀装置107

4.2.3 进给传动系统107

4.3 数控机床的导轨110

4.3.1 对导轨的基本要求110

4.3.2 导轨的分类和特点110

4.3.3 滚动导轨的结构和参数选择原则112

4.4 进给系统的机械传动机构116

4.4.1 对进给系统的机械传动机构的要求116

4.4.2 滚珠丝杠螺母副117

4.4.3 齿轮传动副的消隙措施122

4.5 习题124

第5章 数控机床的位置传感器件126

5.1 数控机床位置传感器件的类型126

5.2.1 光栅位移检测装置的组成128

5.2 光栅位移检测装置128

5.2.2 光栅传感器的结构和工作原理129

5.2.3 光栅传感器的信号处理技术132

5.3 脉冲发生器134

5.3.1 概述134

5.3.2 增量式脉冲发生器134

5.3.3 绝对脉冲发生器135

5.4 感应同步器137

5.4.1 感应同步器的结构、分类和选用138

5.4.2 感应同步器的工作原理和信号处理方式138

5.4.3 感应同步器数字位置测量系统140

5.5.1 旋转变压器142

5.5 其他位置检测元件142

5.5.2 磁栅143

5.6 习题146

第6章 数控机床的电气驱动148

6.1 数控机床动力源的类型148

6.1.1 主轴驱动动力源148

6.1.2 进给驱动动力源149

6.1.3 辅助运动驱动动力源149

6.2 步进电动机149

6.2.1 步进电动机的分类149

6.2.2 步进电动机的工作原理150

6.2.3 步进电动机的运行性能152

6.2.4 步进电动机的驱动电源157

6.2.5 步进电动机的选用159

6.3 进给伺服电动机160

6.3.1 进给伺服电动机的负载计算160

6.3.2 直流伺服电动机的特点与工作原理163

6.3.3 直流伺服电动机的选用167

6.3.4 交流伺服电动机的特点与工作原理168

6.4 数控机床主轴电动机171

6.4.1 数控机床主轴驱动的特殊问题171

6.4.2 直流主轴电动机及其控制单元简介173

6.4.3 交流主轴电动机及其控制单元简介173

6.5 习题174

7.1.2 全闭环和半闭环控制系统的区别176

7.2 进给伺服系统中的位置指令信号176

第7章 数控机床进给伺服系统的控制原理176

7.1.1 数控机床进给运动伺服系统的分类和特点176

7 1 概述176

7.2.1 位置指令信号的函数规律177

7.2.2 指令值的修正177

7.3 开环伺服系统178

7.3.1 开环伺服系统的结构178

7.3.2 系统工作原理179

7.3.3 提高步进系统精度的措施179

7.4.1 闭环（半闭环）伺服系统的结构与工作原理181

7.4 闭环（半闭环）伺服系统181

7.4.2 闭环伺服系统数学模型182

7.4.3 进给伺服系统的动、静态性能分析183

7 4.4 闭环伺服系统185

7.5 闭环伺服系统分析191

7.5.1 开环增益191

7.5.2 位置精度192

7.5.3 调速范围192

7 5.4 速度误差系数193

7.5.5 伺服系统的可靠性195

7.6 习题196

8.1.1 机床精度的基本概念197

8.1.2 数控机床精度的主要检测项目197

第8章 数控机床的精度197

8.1 概述197

8.2 数控机床的定位精度198

8.2.1 定位精度的基本概念198

8.2.2 定位精度的检测200

8.2.3 数控机床定位精度的评定201

8.3 数控机床定位精度分析和提高措施203

8.3.1 开环系统的定位精度分析203

8.3.2 失动量的来源和消除措施205

8.3.4 提高定位精度的措施——定位误差补偿206

8.3.3 全死循环控制系统的定位精度分析206

8.4 数控机床的工作精度207

8.4.1 数控机床的工作精度试验207

8.4.2 机床进给伺服系统特性对加工精度的影响209

8.5 习题210

第9章 数控机床的故障诊断211

9.1 概述211

9.1.1 系统可靠性和故障的概念211

9.1.2 数控机床的故障规律211

9.1.3 数控机床故障诊断的一般步骤212

9.2.1 根据报警号进行故障诊断213

9.2 数控机床常用的故障诊断方法213

9.2.2 根据控制系统LED灯或数码管的指示进行故障诊断214

9.2.3 根据PC状态或梯形图进行故障诊断214

9.2.4 根据机床参数进行故障诊断214

9.2.5 用诊断程序进行故障诊断215

9.2.6 经验法215

9.2.7 换板法216

9.3 人工智能（AI）在故障诊断中的应用216

9.3.1 专家系统的一般概念216

9.3.2 数控机床故障诊断的专家系统217

9.4 习题218

参考文献219