目　录

上篇　数控机床控制技术

第 1章　数控机床组成及数字控制原理　2
1.1　数控机床的组成及分类　3
1.1.1　数控机床的控制技术　3
1.1.2　数控机床组成　4
1.1.3　数控机床的分类　6
1.2　国内外数控机床的现状及发展趋势　14
1.2.1　国外数控机床的发展与现状　15
1.2.2　我国数控机床的现状　16
1.2.3　数控机床的发展趋势　17
复习与思考题　22

第 2章　插补与刀具补偿　23
2.1　数控加工技术基础　23
2.1.1　加工控制示例　23
2.1.2　插补控制原理　24
2.1.3　插补方法的分类　28
2.1.4　评价插补算法的指标　29
2.2　刀具半径补偿　30
2.2.1　刀具半径补偿的概念　30
2.2.2　刀具半径补偿功能的主要用途　31
2.2.3　刀具半径补偿的常用方法　31
2.2.4　刀具半径补偿的工作原理　32
2.2.5　C机能刀具半径补偿的转接形式和过渡方式　32
2.2.6　刀具半径补偿的实例　34
复习与思考题　34

第3章　数控系统的组成　36
3.1　数控系统的硬件结构　36
3.1.1　典型的数控系统的硬件结构　37
3.1.2　辅助控制接口模块　41
3.1.3　数字逻辑控制模块　42
3.1.4　位置控制模块　43
3.1.5　功能接口模块　45
3.2　数控系统的软件结构　46
3.2.1　数控系统的结构特点　46
3.2.2　微机系统　48
3.2.3　数控系统的软件结构类型　49
3.3　数控装置的技术特征　57
3.3.1　数控装置的特点　57
3.3.2　数控装置的功能　58
3.3.3　NC、CNC、SV与PMC的概念　60
3.3.4　现代数控技术的特征　61
复习与思考题　62

第4章　数控机床的电气控制系统　63
4.1　数控系统的电气控制　63
4.1.1　数控系统的电源控制　64
4.1.2　数控系统的连接　64
4.2　数控机床的电气控制　66
4.2.1　数控车床的电气控制系统　66
4.2.2　数控铣床的电气控制　70
4.2.3　典型数控机床电气控制系统原理图　74
4.3　数控机床电气控制设计示例　77
4.3.1　CK6142数控车床的电气控制要求　77
4.3.2　CK6142数控车床的电气控制方案设计　77
4.3.3　强电控制回路的设计　78
4.3.4　HANUC输入输出控制回路的连接与参数设置　79
4.3.5　机床信号的连接　81
4.3.6　HANUC系统伺服轴接口与伺服驱动器以及伺服电动机的连接与参数设置　82
4.3.7　HANUC系统与变频器、主轴编码器的连接与参数设置　84
复习与思考题　85

第5章　数控机床PLC控制　86
5.1　数控机床PLC及其功能介绍　86
5.1.1　数控机床中的可编程控制器　87
5.1.2　内装型PLC　87
5.1.3　独立型PLC　88
5.1.4　数控机床中PLC的功能　89
5.2　CNC、PLC、机床之间的信号处理　90
5.2.1　CNC侧与MT侧的概念　90
5.2.2　CNC、PLC、机床之间的信号处理过程　91
5.2.3　PLC、CNC、机床间的信息交换　91
5.2.4　数控机床PLC信号的种类与接口地址　91
5.2.5　M、S、T功能的实现　92
5.2.6　安全互锁　94
5.3　数控机床PLC系统的设计及调试　95
5.3.1　可编程序控制器系统设计要求　95
5.3.2　PLC控制系统设计的基本内容　96
5.3.3　PLC系统设计步骤　96
5.4　PLC程序设计　97
5.4.1　PLC程序设计的常用方法　98
5.4.2　PLC程序设计的一般步骤　98
5.4.3　PLC程序设计的一般原则　100
5.4.4　PLC调试的步骤　100
5.5　其他数控系统的可编程控制器　100
5.5.1　FANUC数控系统的可编程机床控制器　101
5.5.2　FANUC系统典型PLC的指令和程序编制　103
5.5.3　国产数控系统的PLC　104
复习与思考题　110

第6章　进给伺服控制与驱动　111
6.1　进给伺服系统的类型　111
6.1.1　数控加工对进给伺服系统的技术要求　112
6.1.2　进给伺服系统的分类　113
6.2　步进电动机及其驱动系统　117
6.2.1　步进电动机的结构类型　117
6.2.2　步进电动机的工作原理　119
6.2.3　反应式步进电动机的主要性能指标　122
6.2.4　驱动控制系统组成　125
6.2.5　步进电动机驱动控制技术　126
6.2.6　步进电动机的应用　130
6.3　直流伺服驱动系统　131
6.3.1　SCR速度控制系统　131
6.3.2　PWM速度控制系统　132
6.4　交流伺服驱动系统　135
6.4.1　交流伺服系统的特点　136
6.4.2　模拟式交流伺服控制系统　137
6.4.3　数字式交流伺服系统　138
复习与思考题　141

第7章　主轴伺服驱动系统　142
7.1　直流主轴驱动系统　142
7.1.1　直流主轴驱动系统的特点与构成　142
7.1.2　交流主轴驱动系统　143
7.1.3　主轴定向准停的控制　145
7.2　主轴变频驱动系统　146
7.2.1　变频器定义及工作原理　146
7.2.2　主轴变频器选用　151
7.2.3　西门子6SC650系列交流主轴驱动装置　152
7.2.4　三菱FR-A500系列变频器简介　155
7.2.5　变频器调试与参数的设定　158
复习与思考题　159

第8章　位置检测装置　160
8.1　位置检测装置的要求和分类　160
8.1.1　对检测装置的要求　160
8.1.2　检测装置的类型　161
8.2　位置检测装置简介　163
8.2.1　旋转变压器　163
8.2.2　感应同步器　166
8.2.3　脉冲编码器　176
8.2.4　光栅　181
8.2.5　磁栅　185
复习与思考题　189

下篇　数控机床的机械结构

第9章　数控机床的主体结构　192
9.1　数控机床的特点　192
9.1.1　数控机床的加工特点　192
9.1.2　数控机床的结构特点　193
9.2　数控机床的结构要求　194
9.2.1　较高的结构刚度　194
9.2.2　良好的抗振性能　199
9.2.3　低速进给运动的平稳性和运动精度　201
9.2.4　减小机床的热变形　202
9.3　床身　203
9.3.1　床身结构　203
9.3.2　床身截面形状　204
9.3.3　床身的刚度　205
9.4　导轨副　206
9.4.1　数控机床对导轨的要求　206
9.4.2　数控机床上导轨的种类　207
9.5　数控机床的总体布局　212
9.5.1　总布局与工件形状、尺寸和质量的关系　213
9.5.2　运动分配与部件的布局　214
9.5.3　总体布局与机床结构性能　216
9.5.4　自动换刀数控卧式镗铣床(加工中心)的总布局　218
9.5.5　机床的使用要求与总布局　219
9.5.6　数控机床总布局的其他趋向　220
复习与思考题　221

第 10章　数控机床的主传动系统　222
10.1　主传动系统的要求与特点　222
10.1.1　对主传动系统的要求　222
10.1.2　主传动变速的配置　223
10.2　主轴部件结构　226
10.2.1　主轴本体　227
10.2.2　主轴部件的支承　228
10.2.3　刀具自动夹紧和吹屑装置　230
10.2.4　主轴的润滑与密封　231
10.2.5　主轴的定向准停装置　234
10.3　典型机床主轴的结构　239
10.3.1　数控车床的主轴部件　239
10.3.2　自动换刀数控铣床的主轴部件　240
复习与思考题　243

第 11章　数控机床的进给系统　244
11.1　对进给系统的要求　244
11.2　电动机与丝杠的传动　246
11.2.1　齿轮传动　246
11.2.2　齿轮传动结构间隙的消除　247
11.2.3　联轴器传动　250
11.3　滚珠丝杠螺母副　254
11.3.1　滚动螺旋副的工作原理与特点　254
11.3.2　滚珠的循环方式　255
11.3.3　滚珠丝杠的选定　256
11.3.4　滚珠丝杠的支承结构　259
11.3.5　滚珠丝杠的制动　264
11.3.6　滚珠丝杠副的防护及润滑　265
11.4　静压丝杠螺母副　265
11.4.1　工作特点和原理　265
11.4.2　静压丝杠副的结构　267
11.4.3　控制方式　267
11.5　双导程蜗杆蜗轮副　268
11.5.1　双导程蜗杆蜗轮副的特点　268
11.5.2　双导程蜗杆的工作原理　269
11.5.3　双导程蜗轮副的间隙调整结构　270
11.5.4　双导程渐开线蜗杆齿轮传动　270
11.6　静压蜗杆蜗条副　270
11.6.1　工作原理　271
11.6.2　特点　271
11.6.3　材料　272
11.6.4　传动方案　272
11.7　直线电动机驱动　273
11.7.1　直线电动机的工作原理　274
11.7.2　直线电动机的分类　275
11.7.3　结构与工作方式　276
复习与思考题　278

第 12章　工作台与自动换刀装置　279
12.1　分度工作台　279
12.1.1　插销定位的分度工作台　279
12.1.2　齿盘定位的分度工作台　280
12.1.3　多齿盘分度工作台　282
12.1.4　带有交换托盘的分度工作台　284
12.2　数控回转工作台　286
12.2.1　开环数控工作台　286
12.2.2　闭环数控工作台　288
12.2.3　双导程蜗杆传动分度工作台　288
12.3　刀架换刀装置　290
12.3.1　自动换刀装置的形式　291
12.3.2　回转刀架换刀装置　291
12.3.3　多主轴转塔头换刀装置　295
12.3.4　排刀式刀架　296
12.4　刀库自动换刀系统　297
12.4.1　刀库的形式　298
12.4.2　刀具选择形式　303
12.4.3　刀具交换装置　305
12.4.4　机械手结构原理　307
12.4.5　动力刀具的结构　311
复习与思考题　312

第 13章　其他辅助装置　313
13.1　一般辅助机构　313
13.1.1　润滑系统　313
13.1.2　冷却系统　313
13.1.3　排屑装置　314
13.1.4　过载保护、超程限位和回机床参考点装置　315
13.2　数控机床液压系统　316
13.2.1　液压系统的组成　316
13.2.2　数控机床上典型的液压回路分析　318
13.3　数控机床上典型气压回路的分析　327
13.3.1　H400型卧式加工中心气动系统　327
13.3.2　数控车床用真空卡盘　331
13.3.3　数控加工中心气动换刀系统　332
复习与思考题　333