數(shù)控技術(shù)

前言

數(shù)控技術(shù)（數(shù)字化控制技術(shù)）是未來控制技術(shù)的發(fā)展方向，從家用電器到醫(yī)療器械，從地下的探測(cè)設(shè)備到太空飛行器，許多領(lǐng)域都大量使用了數(shù)字信號(hào)和數(shù)控技術(shù)。隨著信息技術(shù)的發(fā)展，特別是現(xiàn)代控制理論研究的深入，數(shù)字化控制技術(shù)在控制領(lǐng)域的比重將逐漸增加，并有逐漸取代其他傳統(tǒng)控制方法的趨勢(shì)。數(shù)控技術(shù)與機(jī)械制造中的機(jī)床設(shè)備相結(jié)合，形成了一種全新的加工裝備——數(shù)控機(jī)床。數(shù)控機(jī)床的整個(gè)加工過程由數(shù)控系統(tǒng)進(jìn)行自動(dòng)控制。近年來數(shù)控技術(shù)的快速發(fā)展極大地推動(dòng)了計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)與制造（CAD/CAM) 、柔性制造系統(tǒng)（FMS）和計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)（CIMS）的發(fā)展。數(shù)控技術(shù)正在改變制造業(yè)的生產(chǎn)方式、產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)、組織模式，是關(guān)系到國家戰(zhàn)略地位的重要技術(shù)。數(shù)控技術(shù)的發(fā)展歷程經(jīng)歷了硬件數(shù)控（numerical control,NC）和計(jì)算機(jī)數(shù)控(computerized numerical control,CNC)兩個(gè)階段。硬件數(shù)控的運(yùn)算和控制功能均由邏輯電路來完成，靈活性差，柔性不好。計(jì)算機(jī)數(shù)控是隨著微電子技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展而產(chǎn)生的，其主要功能基本上由軟件來完成。隨著數(shù)控操作系統(tǒng)功能的不斷完善，軟件系統(tǒng)開放性的不斷提高，CNC對(duì)不同的加工工藝及要求容易通過軟件程序來解決，不需改變硬件，因此，靈活性好，柔性較強(qiáng)。教育部高等學(xué)校機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化專業(yè)教學(xué)指導(dǎo)分委員會(huì)于2007年會(huì)同中國機(jī)械工程學(xué)會(huì)、清華大學(xué)出版社組成“中國機(jī)械工程學(xué)科教程研究組” 出版的《中國機(jī)械工程學(xué)科教程》，采用知識(shí)領(lǐng)域邊界再設(shè)計(jì)的方法，構(gòu)造了機(jī)械工程本科專業(yè)教育的知識(shí)體系和框架，形成了科學(xué)的課程知識(shí)體系。我們根據(jù)該知識(shí)體系和框架，本著從高等院校教育目標(biāo)及知識(shí)、能力和素質(zhì)結(jié)構(gòu)的要求出發(fā)，編寫了數(shù)控技術(shù)教材。書中以數(shù)控技術(shù)的基本原理和基本知識(shí)為根基，以數(shù)控機(jī)床為主線，全面且系統(tǒng)地反映了數(shù)控技術(shù)各方面的內(nèi)容。本書對(duì)數(shù)控技術(shù)的核心內(nèi)容和最新技術(shù)作了較為深入、系統(tǒng)的介紹，全書內(nèi)容充實(shí)、具體、科學(xué)、先進(jìn)，敘述深入淺出，內(nèi)容編排循序漸進(jìn)，文字簡練。本書采用國產(chǎn)著名品牌華中數(shù)控系統(tǒng)作為典型系統(tǒng)進(jìn)行分析講解，以國產(chǎn)三維CAD/CAM軟件CAXA作為自動(dòng)編程軟件進(jìn)行介紹，在數(shù)控系統(tǒng)和自動(dòng)編程的講解上實(shí)例充分。通過對(duì)本教材的學(xué)習(xí)掌握，讀者可以對(duì)數(shù)控技術(shù)有較完整的、系統(tǒng)的認(rèn)識(shí)，對(duì)數(shù)控機(jī)床的結(jié)構(gòu)有較清晰的了解。本書可作為高等院校機(jī)械工程相關(guān)本科專業(yè)“數(shù)控技術(shù)”、“數(shù)控系統(tǒng)及數(shù)控機(jī)床原理”課程的教學(xué)用書，也適合研究生、專科學(xué)生及從事數(shù)控技術(shù)工程的技術(shù)人員閱讀參考。本書共分為7章。第1章簡要介紹數(shù)控機(jī)床的組成、工作原理、分類和發(fā)展及其水平；第2章分析插補(bǔ)原理，并介紹典型的插補(bǔ)方法；第3章講述計(jì)算機(jī)數(shù)控系統(tǒng)的硬件和軟件，分別介紹計(jì)算機(jī)數(shù)控系統(tǒng)硬件的組成和功能以及軟件的結(jié)構(gòu)和功能；第4章分析數(shù)控位置檢測(cè)裝置，按照工作原理的不同分別對(duì)各種數(shù)控位置檢測(cè)裝置進(jìn)行了分析；第5章分析數(shù)控伺服系統(tǒng)，對(duì)數(shù)控伺服系統(tǒng)的類型、伺服電機(jī)及調(diào)速、現(xiàn)代典型數(shù)控伺服系統(tǒng)進(jìn)行了詳細(xì)介紹；第6章講述數(shù)控手工編程；第7章講述自動(dòng)編程及CAXA軟件的使用方法。本書由張福潤教授、嚴(yán)育才老師擔(dān)任主編，程憲平教授、段明忠老師擔(dān)任副主編。本書第1、2章由張福潤編寫，第3、4、7章由嚴(yán)育才編寫，第5章由程憲平、嚴(yán)育才共同編寫，第6章由段明忠、嚴(yán)育才共同編寫。本書在編寫過程中得到了華中科技大學(xué)數(shù)控國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室和華中科技大學(xué)金工實(shí)訓(xùn)中心的大力幫助，在此對(duì)數(shù)控國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室和金工實(shí)訓(xùn)中心的各位老師表示衷心的感謝。華中科技大學(xué)李元科教授、孫親錫教授、劉延林教授、朱冬梅教授對(duì)本書的編寫提出了許多寶貴的意見，在此也一致感謝！數(shù) 控 技 術(shù)限于編者的水平，書中難免有錯(cuò)誤和不妥之處，敬請(qǐng)讀者批評(píng)指正。

內(nèi)容概要

　　《數(shù)控技術(shù)》為中國機(jī)械工程學(xué)科教程配套系列教材暨教育部高等學(xué)校機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化專業(yè)教學(xué)指導(dǎo)分委員會(huì)推薦教材。全書共分為7章。第1章簡要介紹了數(shù)控的有關(guān)概念、數(shù)控機(jī)床的組成、工作原理、分類及其發(fā)展趨勢(shì)；第2章深入分析了插補(bǔ)原理，并詳細(xì)介紹了典型的插補(bǔ)方法；第3章簡要介紹了計(jì)算機(jī)數(shù)控系統(tǒng)硬件的組成、功能和軟件的功能及結(jié)構(gòu)；第4章按照工作原理的不同分別對(duì)各種數(shù)控位置檢測(cè)裝置進(jìn)行了深入分析；第5章對(duì)數(shù)控伺服系統(tǒng)的類型，伺服電機(jī)原理及控制方法，現(xiàn)代典型數(shù)控伺服系統(tǒng)進(jìn)行了較詳細(xì)的講解；第6章講述了數(shù)控手工編程，介紹了數(shù)控編程的工藝處理方法、編程誤差的來源和控制方法、數(shù)控編程中的指令代碼及數(shù)控編程；第7章介紹了自動(dòng)編程、CAXA軟件的使用及加工案例?！稊?shù)控技術(shù)》可作為本科院校相關(guān)專業(yè)學(xué)生的教學(xué)用書，也適合研究生、專科學(xué)生、從事數(shù)控技術(shù)及有關(guān)工程技術(shù)人員閱讀參考。

書籍目錄

第1章 緒論11.1 數(shù)控技術(shù)概念概述11.2 數(shù)控機(jī)床組成及工作原理11.2.1 數(shù)控機(jī)床的組成11.2.2 數(shù)控機(jī)床的工作原理41.2.3 數(shù)控系統(tǒng)的工作過程41.3 數(shù)控機(jī)床的分類、特點(diǎn)與應(yīng)用41.3.1 數(shù)控機(jī)床的分類41.3.2 數(shù)控機(jī)床的特點(diǎn)71.3.3 數(shù)控機(jī)床的應(yīng)用81.4 數(shù)控機(jī)床的產(chǎn)生與發(fā)展81.4.1 數(shù)控機(jī)床的產(chǎn)生81.4.2 數(shù)控機(jī)床的發(fā)展歷程81.4.3 數(shù)控機(jī)床的發(fā)展趨勢(shì)91.5 數(shù)控技術(shù)在我國的發(fā)展情況12習(xí)題13第2章 插補(bǔ)原理142.1 插補(bǔ)概念分析142.1.1 插補(bǔ)的概念142.1.2 插補(bǔ)需要解決的問題152.1.3 插補(bǔ)的實(shí)質(zhì)152.1.4 插補(bǔ)的基本要求162.1.5 插補(bǔ)方法的分類162.2 硬件插補(bǔ)162.2.1 數(shù)字脈沖乘法器的工作原理172.2.2 數(shù)字脈沖乘法器的直線插補(bǔ)182.2.3 脈沖分配的不均勻性問題192.3 逐點(diǎn)比較法202.3.1 逐點(diǎn)比較法插補(bǔ)原理202.3.2 逐點(diǎn)比較法直線插補(bǔ)212.3.3 逐點(diǎn)比較法圓弧插補(bǔ)242.3.4 逐點(diǎn)比較法象限處理272.3.5 逐點(diǎn)比較法的進(jìn)給速度292.4 數(shù)字積分法302.4.1 數(shù)字積分法的工作原理302.4.2 數(shù)字積分法直線插補(bǔ)原理302.4.3 數(shù)字積分法圓弧插補(bǔ)原理342.4.4 數(shù)字積分法插補(bǔ)精度的提高372.5 數(shù)據(jù)采樣插補(bǔ)法402.5.1 概述402.5.2 時(shí)間分割法插補(bǔ)422.5.3 擴(kuò)展DDA數(shù)據(jù)采樣插補(bǔ)法45習(xí)題48第3章 計(jì)算機(jī)數(shù)控(CNC)系統(tǒng)493.1 CNC系統(tǒng)的組成與工作原理493.1.1 CNC 系統(tǒng)的組成493.1.2 CNC裝置的工作原理503.2 CNC裝置的硬件結(jié)構(gòu)513.2.1 大板結(jié)構(gòu)和功能模板結(jié)構(gòu)513.2.2 單微處理器結(jié)構(gòu)和多微處理器結(jié)構(gòu)523.2.3 CNC裝置的硬件功能模塊553.2.4 CNC裝置的輸入輸出接口593.3 CNC裝置的軟件結(jié)構(gòu)613.3.1 CNC裝置軟件的組成613.3.2 CNC裝置軟件結(jié)構(gòu)模式633.3.3 CNC裝置軟件的特點(diǎn)673.4 CNC裝置的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換及處理703.4.1 數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換流程703.4.2 數(shù)據(jù)處理733.5 進(jìn)給速度處理和加減速控制773.5.1 開環(huán)CNC系統(tǒng)的進(jìn)給速度及加減速控制783.5.2 閉環(huán)(或半閉環(huán))CNC系統(tǒng)的加減速控制783.6 數(shù)控機(jī)床用可編程控制器(PLC)793.6.1 數(shù)控機(jī)床中PLC完成的功能813.6.2 PLC順序程序接口信號(hào)處理813.6.3 PLC地址分配823.6.4 PLC順序程序的執(zhí)行833.6.5 PLC與CNC機(jī)床的關(guān)系843.6.6 M、S、T功能的實(shí)現(xiàn)863.6.7 華中數(shù)控系統(tǒng)PLC的形式和原理873.7 開放式數(shù)控體系結(jié)構(gòu)883.7.1 概述883.7.2 開放式數(shù)控系統(tǒng)的定義及其基本特征89習(xí)題92第4章 數(shù)控檢測(cè)技術(shù)934.1 概述934.1.1 檢測(cè)裝置的分類934.1.2 數(shù)控測(cè)量裝置的性能指標(biāo)及要求944.2 旋轉(zhuǎn)變壓器944.2.1 旋轉(zhuǎn)變壓器的結(jié)構(gòu)944.2.2 旋轉(zhuǎn)變壓器的工作原理954.2.3 旋轉(zhuǎn)變壓器的應(yīng)用964.3 感應(yīng)同步器984.3.1 直線式感應(yīng)同步器984.3.2 旋轉(zhuǎn)式感應(yīng)同步器994.3.3 直線式感應(yīng)同步器的工作原理1004.3.4 感應(yīng)同步器的應(yīng)用1014.3.5 感應(yīng)同步器使用應(yīng)注意的事項(xiàng)1024.4 光柵傳感器1024.4.1 光柵的類型和結(jié)構(gòu)1034.4.2 計(jì)量光柵的工作原理1044.5 光電脈沖編碼器1084.5.1 脈沖編碼器的結(jié)構(gòu)與分類1084.5.2 光電脈沖編碼器在數(shù)控機(jī)床上的應(yīng)用1084.5.3 增量式光電脈沖編碼器1094.5.4 絕對(duì)式光電脈沖編碼器1104.5.5 光電脈沖編碼器的應(yīng)用形式112習(xí)題113第5章 數(shù)控伺服系統(tǒng)1155.1 概述1155.1.1 伺服系統(tǒng)的組成1155.1.2 對(duì)伺服系統(tǒng)的基本要求1175.1.3 對(duì)伺服電機(jī)的要求1175.1.4 伺服系統(tǒng)分類1185.2 步進(jìn)電機(jī)伺服系統(tǒng)1205.2.1 步進(jìn)電機(jī)結(jié)構(gòu)及工作原理1205.2.2 步進(jìn)電機(jī)的主要性能指標(biāo)1225.2.3 步進(jìn)電機(jī)功率驅(qū)動(dòng)1245.2.4 功率放大器1285.2.5 調(diào)頻調(diào)壓驅(qū)動(dòng)電路1305.2.6 細(xì)分驅(qū)動(dòng)電路1305.2.7 步進(jìn)電機(jī)應(yīng)用中的注意問題1315.3 直流電機(jī)伺服系統(tǒng)1315.3.1 直流伺服電機(jī)的種類與應(yīng)用1315.3.2 直流伺服電機(jī)的結(jié)構(gòu)與工作原理1315.3.3 直流伺服電機(jī)的控制原理1325.3.4 直流伺服電機(jī)的分類1325.3.5 直流伺服電機(jī)的調(diào)速1335.3.6 晶閘管調(diào)速控制系統(tǒng)1345.3.7 晶體管直流脈寬調(diào)制調(diào)速系統(tǒng)1355.3.8 全數(shù)字脈寬調(diào)制調(diào)速系統(tǒng)1385.4 交流電機(jī)伺服系統(tǒng)1395.4.1 交流伺服電機(jī)的種類1395.4.2 永磁交流同步伺服電機(jī)的結(jié)構(gòu)1395.4.3 交流伺服電機(jī)的發(fā)展方向1405.4.4 交流伺服電機(jī)的調(diào)速原理1405.4.5 交流伺服電機(jī)的速度控制單元1405.5 伺服系統(tǒng)的位置控制1445.5.1 相位比較伺服系統(tǒng)1445.5.2 幅值比較伺服系統(tǒng)1485.5.3 數(shù)字比較伺服系統(tǒng)1495.5.4 全數(shù)字伺服系統(tǒng)舉例150習(xí)題152第6章 數(shù)控加工的程序編制1546.1 數(shù)控機(jī)床編程概述1546.2 數(shù)控機(jī)床坐標(biāo)系的確定1556.2.1 數(shù)控機(jī)床的坐標(biāo)系1556.2.2 數(shù)控機(jī)床上坐標(biāo)軸方向的確定1566.2.3 機(jī)床坐標(biāo)系與工件坐標(biāo)系1576.3 數(shù)控編程工藝處理1596.3.1 數(shù)控加工工藝方案設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容1596.3.2 影響數(shù)控加工工藝方案設(shè)計(jì)的主要因素1606.3.3 零件數(shù)控加工工藝性分析1616.3.4 劃分加工階段1636.3.5 數(shù)控加工工序規(guī)劃1646.3.6 選擇走刀路線1666.3.7 數(shù)控編程誤差及其控制1696.4 數(shù)控加工刀具與切削用量的選擇1706.4.1 數(shù)控加工刀具的選擇1706.4.2 切削用量的選擇1726.5 數(shù)控機(jī)床上工件的裝夾1746.5.1 零件裝夾注意事項(xiàng)1746.5.2 數(shù)控機(jī)床上零件裝夾的方法1756.5.3 使用平口虎鉗裝夾零件1756.5.4 使用壓板和T形槽用螺釘固定零件1766.5.5 彎板的使用1766.5.6 V形塊的使用1776.5.7 零件通過托盤裝夾在工作臺(tái)上1776.5.8 使用組合夾具、專用夾具等1786.6 數(shù)控加工程序的組成及各指令的應(yīng)用1786.6.1 程序的組成1786.6.2 程序的格式1786.6.3 程序指令一覽表1796.6.4 常用指令的使用方法及舉例說明1836.7 數(shù)控編程舉例1846.7.1 數(shù)控車床編程舉例1846.7.2 數(shù)控銑床編程舉例188習(xí)題192第7章 CAXA自動(dòng)編程1937.1 自動(dòng)編程概述1937.2 CAXA制造工程師基本功能1957.2.1 簡介1957.2.2 主要功能1957.2.3 用戶界面簡介1967.3 CAXA幾何建模技術(shù)基礎(chǔ)1987.4 CAXA的拾取操作2007.5 線架造型2037.5.1 線架造型簡介2037.5.2 實(shí)例操作203  7.6 實(shí)體特征造型2157.6.1 草圖繪制2157.6.2 輪廓特征2177.7 連桿件的造型與加工2217.7.1 連桿件的實(shí)體造型2217.7.2 加工前的準(zhǔn)備工作2277.7.3 刀具軌跡的生成和仿真檢驗(yàn)230參考文獻(xiàn)234

章節(jié)摘錄

插圖：（1）數(shù)據(jù)總線是各模塊間數(shù)據(jù)交換的通道，線的根數(shù)與數(shù)據(jù)寬度相等，是雙向總線。（2）地址總線是傳送數(shù)據(jù)存放地址的總線，與數(shù)據(jù)總線結(jié)合，可確定數(shù)據(jù)總線上數(shù)據(jù)的來源地和目的地，是單向總線。（3）控制總線是一組傳送管理或控制信號(hào)的總線（數(shù)據(jù)的讀、寫、控制，中斷、復(fù)位、I／O讀寫及各種確認(rèn)信號(hào)等），是單向總線。工業(yè)用PC的總線母板是獨(dú)立的無源四層板（走線面、元件面、電源層和地線層），它的可靠性高于兩層板。其規(guī)格有6槽、8槽、12槽、14槽等。2．顯示模塊（顯示卡）顯示模塊是通用性很強(qiáng)的模塊，有VGA卡、SVGA卡，早期有CGA、EGA等，無需用戶自己開發(fā)。顯示模塊的作用：接收來自CPU的控制命令和顯示用的數(shù)據(jù)，經(jīng)與CRT的掃描信號(hào)調(diào)制后，產(chǎn)生CRT所需要的視頻信號(hào)，在CRT上產(chǎn)生所需要的畫面。

編輯推薦

《數(shù)控技術(shù)》由清華大學(xué)出版社出版。

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