現(xiàn)代數(shù)控原理及控制系統(tǒng)

前言

《現(xiàn)代數(shù)控技術(shù)系列》包括六個分冊：《現(xiàn)代數(shù)控原理及控制系統(tǒng)》、《現(xiàn)代數(shù)控機床伺服及檢測技術(shù)》、《現(xiàn)代數(shù)控編程技術(shù)及應(yīng)用》、《現(xiàn)代數(shù)控機床故障診斷及維修》、《現(xiàn)代數(shù)控機床實用操作技術(shù)》和《現(xiàn)代數(shù)控機床》，前五個分冊2001年1月初版，2005年1月再版；后一分冊2003年4月初版，2005年8月第2次印刷時列入《現(xiàn)代數(shù)控技術(shù)系列》。該系列圖書出版以來，深受數(shù)控技術(shù)領(lǐng)域廣大師生和相關(guān)技術(shù)人員的歡迎。天津大學(xué)、天津工業(yè)大學(xué)、西安工業(yè)大學(xué)、廣東工業(yè)大學(xué)、蘭州理工大學(xué)等幾十所高等院校將其作為本科生或研究生教材，天津工業(yè)大學(xué)還將《現(xiàn)代數(shù)控原理及控制系統(tǒng)》作為博士生入學(xué)考試參考用書，許多從事數(shù)控技術(shù)的科技人員也將其作為常備的參考書，廣大讀者對該系列書籍給予很高的評價。前兩版各分冊市場銷售均超過3萬冊，取得了較好的社會效益和經(jīng)濟效益，為我國飛速發(fā)展的數(shù)控事業(yè)做出了一定貢獻。根據(jù)讀者的反映及收集到的大量寶貴意見，結(jié)合數(shù)控技術(shù)發(fā)展的現(xiàn)狀，現(xiàn)再次對《現(xiàn)代數(shù)控技術(shù)系列》進行修訂，出版第3版（《現(xiàn)代數(shù)控機床》出版第2版）。本次修訂對各分冊進行了較大幅度的修改和結(jié)構(gòu)調(diào)整，主要體現(xiàn)在以下幾個方面：1．力求反映數(shù)控技術(shù)的最新發(fā)展。如《現(xiàn)代數(shù)控原理及控制系統(tǒng)》：刪除了一部分陳舊的內(nèi)容，增加了介紹STEP—NC標(biāo)準(zhǔn)的內(nèi)容、STEP—NC數(shù)控系統(tǒng)的譯碼過程、DNC數(shù)控系統(tǒng)輸入方式、曲面插補和螺紋加工算法、S型加減速控制、自適應(yīng)加減速控制、開放式數(shù)控系統(tǒng)接口等內(nèi)容；《現(xiàn)代數(shù)控編程技術(shù)及應(yīng)用》：在加工中心的編程部分，增加四軸、五軸加工中心編程內(nèi)容的介紹，同時增加大型CAD軟件中CAM部分的內(nèi)容，如Pro／E、Master’CAM等；《現(xiàn)代數(shù)控機床》：更新了數(shù)控機床的新技術(shù)和最新發(fā)展趨勢，增加了并聯(lián)機床、多軸車削中心、復(fù)合加工中心等內(nèi)容，并結(jié)合參編作者的博士論文研究成果，更新了數(shù)控機床結(jié)構(gòu)設(shè)計基本原則、數(shù)控機床的總體布局、數(shù)控機床的計算機輔助分析與設(shè)計等內(nèi)容；《現(xiàn)代數(shù)控機床故障診斷及維修》：對第2、8、9、10章進行較大改動，增加開放式數(shù)控系統(tǒng)維修的內(nèi)容，增加并重寫了信號的描述、常用數(shù)學(xué)變換、時域分析、頻域分析到頻譜分析、時間序列分析，以及故障檢測及常用診斷儀器儀表，精選了數(shù)控機床維修實例并增加了數(shù)控機床故障診斷技術(shù)的最新進展；《現(xiàn)代數(shù)控機床實用操作技術(shù)》：對數(shù)控操作技術(shù)相關(guān)的知識如數(shù)控刀具、工件裝夾等作了較為詳細的闡述，并增加或更新了每一章節(jié)的內(nèi)容，在選用典型控制系統(tǒng)時，既考慮到目前國內(nèi)常用的系統(tǒng)，又體現(xiàn)科學(xué)性、先進性；《現(xiàn)代數(shù)控機床伺服及檢測技術(shù)》分冊已列入普通高等教育“十一五”國家級規(guī)劃教材，結(jié)合最新成果進行了重新編寫。

內(nèi)容概要

　　機械加工領(lǐng)域中的有關(guān)數(shù)控原理與系統(tǒng)，主要內(nèi)容包括機床數(shù)字控制的基本原理、機床數(shù)控系統(tǒng)的基本概念，數(shù)控技術(shù)的最新發(fā)展動態(tài)數(shù)控加工程序的預(yù)處理．點位控制與點位／直線切削控制、連續(xù)切削控制的各種插補算法，數(shù)控系統(tǒng)的刀具補償原理以及數(shù)控機床進給速度的控制等數(shù)控技術(shù)，并介紹了機床數(shù)控系統(tǒng)的硬、軟件結(jié)構(gòu)及接口電路、數(shù)控系統(tǒng)的通信等相關(guān)技術(shù)，還介紹了最新型的控制系統(tǒng)——開放式數(shù)控系統(tǒng)?！冬F(xiàn)代數(shù)控原理及控制系統(tǒng)（第3版）》取材新穎，介紹的內(nèi)容由淺入深，循序漸進，理論與實際相結(jié)合，著重于應(yīng)用，突出理論的系統(tǒng)性、實例的代表性和技術(shù)的先進性?！　　冬F(xiàn)代數(shù)控原理及控制系統(tǒng)（第3版）》可作為高等院校機械制造及其自動化專業(yè)的教材和教學(xué)參考書，可作為機電一體化類專業(yè)各種層次繼續(xù)工程教育的數(shù)控培訓(xùn)教材，也可供自動化領(lǐng)域及機械制造業(yè)有關(guān)工程技術(shù)人員和研究人員參考。

書籍目錄

第1章 數(shù)控系統(tǒng)概述.1.1 機床數(shù)字控制的基本原理1.1.1 數(shù)字控制的基本概念1.1.2 數(shù)控機床的組成1.1.3 數(shù)控機床加工零件的操作過程1.1.4 計算機數(shù)控系統(tǒng)的工作過程1.2 機床數(shù)控系統(tǒng)的分類1.2.1 按機床的運動軌跡分類1.2.2 按伺服系統(tǒng)的控制方式分類1.2.3 按數(shù)控系統(tǒng)功能水平分類1.3 數(shù)控系統(tǒng)的發(fā)展1.3.1 數(shù)控系統(tǒng)的發(fā)展簡史1.3.2 我國數(shù)控系統(tǒng)的發(fā)展概況1.3.3 數(shù)控系統(tǒng)的發(fā)展趨勢第2章 數(shù)控系統(tǒng)控制信號的構(gòu)成2.1 數(shù)控機床的坐標(biāo)系2.1.1 數(shù)控機床所使用的坐標(biāo)系2.1.2 機床坐標(biāo)的確定方法2.1.3 絕對坐標(biāo)系與相對坐標(biāo)系2.2 數(shù)控機床的原點偏置2.2.1 數(shù)控機床的各種原點2.2.2 數(shù)控機床的零點偏置2.3 數(shù)控機床指令代碼2.3.1 數(shù)控代碼標(biāo)準(zhǔn)2.3.2 程序段的組成2.3.3 程序段格式2.4 發(fā)展中的STEP-NC標(biāo)準(zhǔn)2.4.1 STEP-NC標(biāo)準(zhǔn)的提出2.4.2 STEP-NC與STEP標(biāo)準(zhǔn)2.4.3 STEP-NC的數(shù)據(jù)模型2.4.4 STEP-NC數(shù)控程序結(jié)構(gòu)2.4.5 STEP-NC標(biāo)準(zhǔn)的發(fā)展第3章 控制信息的輸入3.1 數(shù)控系統(tǒng)控制面板3.1.1 經(jīng)濟型JWK數(shù)控系統(tǒng)控制面板3.1.2 SIEMENS880數(shù)控系統(tǒng)控制面板3.2 數(shù)控加工程序的輸人3.2.1 數(shù)控加工程序的輸入過程3.2.2 鍵盤輸入方式3.2.3 DNC數(shù)控系統(tǒng)輸入方式3.3 數(shù)控加工程序的譯碼3.3.1 硬件譯碼過程3.3.2 軟件譯碼過程3.3.3 基于STEP-NC數(shù)控系統(tǒng)的譯碼過程第4章 數(shù)控機床點位控制與點位／直線切削控制4.1 點位控制與點位／直線控制的一般概念4.1.1 點位控制與點位／直線控制的異同4.1.2 程序編制的增量方式與絕對值方式4.1.3 測量系統(tǒng)的增量方式與絕對方式4.1.4 點位控制系統(tǒng)與點位／直線切削控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)4.2 位置計算與比較4.2.1 位置計算與比較線路的各種方案4.2.2 消除增量值方式累計誤差的方法4.2.3 使用絕對值編程方式的位置計算與比較線路結(jié)構(gòu)4.2.4 位置計算與比較的軟件實現(xiàn)4.3 點位／直線切削機床的其他功能4.3.1 主軸準(zhǔn)停功能4.3.2 自動換刀功能4.4 補償機能4.4.1 齒隙補償4.4.2 螺距補償4.4.3 計算機數(shù)控系統(tǒng)的誤差補償?shù)?章 數(shù)控機床的連續(xù)切削控制5.1 概述5.1.1 連續(xù)切削控制5.2 逐點比較法5.2.1 逐點比較法直線插補5.2.2 逐點比較法圓弧插補5.2.3 逐點比較法插補軟件5.2.4 逐點比較法算法的改進5.3 數(shù)字積分插補法5.3.1 數(shù)字積分法直線插補5.3.2 數(shù)字積分法圓弧插補5.3.3 空間直線插補5.3.4 改進DDA插補質(zhì)量的措施5.3.5 數(shù)字積分法插補軟件的實現(xiàn)5.4 數(shù)據(jù)采樣插補法5.4.1 數(shù)據(jù)采樣插補法原理5.4.2 時間分割法插補原理5.4.3 擴展DDA數(shù)據(jù)采樣插補法5.4.4 數(shù)據(jù)采樣插補的終點判別5.5 橢圓插補方法5.5.1 橢圓插補基本原理5.5.2 橢圓插補終點判別處理5.5.3 橢圓插補精度分析5.6 高次曲線樣條插補方法5.6.1 參數(shù)三次樣條插補原理5.6.2 參數(shù)三次樣條插補基本算法5.6.3 參數(shù)三次樣條插補輪廓誤差分析5.7 曲面插補5.7.1 曲面直接插補(SDI)5.7.2 基于S9YP-NC數(shù)控系統(tǒng)的曲面插補5.7.3 高精度開放式數(shù)控系統(tǒng)復(fù)雜曲線曲面插補5.8 螺紋加工算法5.8.1 固定螺距的螺紋加工算法5.8.2 變動螺距的螺紋加工算法5.8.3 多螺紋加工算法第6章 數(shù)控系統(tǒng)的刀具補償原理6.1 概述6.2 數(shù)控系統(tǒng)的刀具補償原理6.2.1 刀具數(shù)據(jù)6.2.2 刀具長度補償6.2.3 刀具半徑補償6.3 C刀具補償類型及判別方法6.3.1 C刀具補償類型的定義6.3.2 C刀具半徑補償算法的幾個基本概念6.3.3 C刀具補償轉(zhuǎn)接類型的判別方法6.4 C刀具補償?shù)乃惴?.4.1 直線接直線的情況6.4.2 直線接圓弧的情況6.4.3 圓弧接直線的情況6.4.4 圓弧接圓弧的情況第7章 數(shù)控機床加減速控制原理7.1 進給速度的控制方法7.1.1 進給速度的給定7.1.2 進給速度的控制方法7.2 CNC裝置的常見加減速控制方法7.2.1 前加減速控制7.2.2 后加減速控制7.2.3 S型加減速控制7.2.4 自適應(yīng)加減速控制第8章 數(shù)控系統(tǒng)的軟硬件8.1 概述8.1.1 CNC裝置的組成及工作原理8.1.2 CNC裝置的主要功能和特點8.2 數(shù)控系統(tǒng)的硬件8.2.1 數(shù)控系統(tǒng)硬件綜述8.2.2 數(shù)控裝置硬件結(jié)構(gòu)類型8.3 數(shù)控系統(tǒng)軟件結(jié)構(gòu)8.3.1 CNC系統(tǒng)的軟件體系結(jié)構(gòu)與軟硬件界面8.3.2 CNC系統(tǒng)控制軟件設(shè)計思想8.3.3 CNC系統(tǒng)典型的軟件結(jié)構(gòu)模式8.4 數(shù)控系統(tǒng)實例8.4.1 傳統(tǒng)數(shù)控系統(tǒng)8.4.2 開放式數(shù)控系統(tǒng)8.4.3 并聯(lián)數(shù)控系統(tǒng)第9章 數(shù)控系統(tǒng)接口技術(shù)9.1 數(shù)控系統(tǒng)輸入輸出設(shè)備接口9.1.1 鍵盤輸入接口9.1.2 顯示器輸出接口9.2 數(shù)控系統(tǒng)的I／O接口9.2.1 接口規(guī)范9.2.2 接口電路9.3 數(shù)控系統(tǒng)的可編程控制器9.3.1 可編程控制器工作原理9.3.2 PLC在數(shù)控系統(tǒng)中的應(yīng)用9.4 數(shù)控系統(tǒng)的通信9.4.1 數(shù)字通信概述9.4.2 數(shù)控系統(tǒng)常用串行通信接口標(biāo)準(zhǔn)9.4.3 數(shù)控系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)通信接口9.5 放式數(shù)控系統(tǒng)接口9.5.1 概述9.5.2 SERCOS接口的特性和能力9.5.3 SERCOS接口技術(shù)第10章 開放式數(shù)控系統(tǒng)10.1 開放式數(shù)控系統(tǒng)概述10.1.1 開放式數(shù)控系統(tǒng)產(chǎn)生的歷史背景10.1.2 開放式數(shù)控系統(tǒng)的概念和特征10.1.3 開放式數(shù)控系統(tǒng)的分類10.2 開放式數(shù)控技術(shù)的發(fā)展10.2.1 美國的開放式數(shù)控系統(tǒng)研究計劃10.2.2 歐盟的OSACA計劃和日本的OSEC計劃10.2.3 我國開放式數(shù)控技術(shù)的發(fā)展10.3 開放式數(shù)控系統(tǒng)案例10.3.1 華中數(shù)控系統(tǒng)10.3.2 “PC+運動控制器”數(shù)控系統(tǒng)10.3.3 全軟件型CNC數(shù)控系統(tǒng)參考文獻

章節(jié)摘錄

插圖：第1章 數(shù)控系統(tǒng)概述1.1機床數(shù)字控制的基本原理1.1.1數(shù)字控制的基本概念數(shù)字控制（Numerical Control，NC），簡稱為數(shù)控，是一種自動控制技術(shù)，是用數(shù)字化信號對控制對象加以控制的一種方法。數(shù)字控制是相對于模擬控制而言的，數(shù)字控制系統(tǒng)中的控制信息是數(shù)字量，而模擬控制系統(tǒng)中的控制信息是模擬量。數(shù)字控制與模擬控制相比有許多優(yōu)點，如可用不同的字長表示不同精度的信息，可對數(shù)字化信息進行邏輯運算、數(shù)學(xué)運算等復(fù)雜的信息處理工作，特別是可用軟件來改變信息處理的方式或過程，而不用改動電路或機械機構(gòu)。從而使機械設(shè)備具有很大的“柔性”。因此數(shù)字控制已被廣泛用于機械運動的軌跡控制和機械系統(tǒng)的開關(guān)量控制，如機床的控制、機器人的控制等。數(shù)字控制的對象是多種多樣的，但數(shù)控機床是最早應(yīng)用數(shù)控技術(shù)的控制對象，也是最典型的數(shù)控化設(shè)備。數(shù)控機床是采用了數(shù)控技術(shù)的機床，或者說是裝備了數(shù)控系統(tǒng)的機床。國際信息處理聯(lián)盟（International Federation ofInformation Processin9，IFIP）第五技術(shù)委員會，對數(shù)控機床作了如下定義：數(shù)控機床是一種裝了程序控制系統(tǒng)的機床。該系統(tǒng)能邏輯地處理具有使用號碼或其他符號編碼指令規(guī)定的程序。定義中所提的程序控制系統(tǒng)，就是數(shù)控系統(tǒng)（Numerical Control System，NCS）。數(shù)控系統(tǒng)是一種控制系統(tǒng)，它自動輸入載體上事先給定的數(shù)字量，并將其譯碼，再進行必要的信息處理和運算后，控制機床動作和加工零件。最初的數(shù)控系統(tǒng)是由數(shù)字邏輯電路構(gòu)成的專用硬件數(shù)控系統(tǒng)。隨著微型計算機的發(fā)展，硬件數(shù)控系統(tǒng)已逐漸被淘汰，取而代之的是計算機數(shù)控系統(tǒng)（Computer Numerical Control，CNC）。CNC系統(tǒng)是由計算機承擔(dān)數(shù)控中的命令發(fā)生器和控制器的數(shù)控系統(tǒng)。由于計算機可完全由軟件來確定數(shù)字信息的處理過程，從而具有真正的“柔性”，并可以處理硬件邏輯電路難以處理的復(fù)雜信息，使數(shù)字控制系統(tǒng)的性能大大提高。

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