數(shù)控技術(shù)

前言

　　數(shù)控技術(shù)是一個(gè)綜合了計(jì)算機(jī)技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)、檢測(cè)技術(shù)和機(jī)械加工技術(shù)的交叉和綜合技術(shù)領(lǐng)域。計(jì)算機(jī)數(shù)控技術(shù)的核心是由計(jì)算機(jī)（主要是軟件）實(shí)現(xiàn)對(duì)加工過程中信息的處理和控制，實(shí)現(xiàn)加工過程自動(dòng)化。隨著微電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、傳感器技術(shù)和機(jī)械加工技術(shù)的發(fā)展，從20世紀(jì)70年代以來，計(jì)算機(jī)數(shù)控技術(shù)獲得了突飛猛進(jìn)的發(fā)展，數(shù)控機(jī)床和其他數(shù)控裝備在實(shí)際生產(chǎn)中獲得了越來越廣泛的應(yīng)用。同時(shí)，計(jì)算機(jī)數(shù)控技術(shù)的發(fā)展又極大地推動(dòng)了計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)和輔助制造（CAD／CAM）、柔性制造系統(tǒng)（FMS）和計(jì)算機(jī)集成制造技術(shù)（CIMS）的發(fā)展，成為先進(jìn)制造技術(shù)的技術(shù)基礎(chǔ)和重要組成部分?！　≈袊?guó)的機(jī)械制造業(yè)正面臨著前所未有的機(jī)遇與挑戰(zhàn)——參與國(guó)際市場(chǎng)的競(jìng)爭(zhēng)。用以數(shù)控技術(shù)為基礎(chǔ)的先進(jìn)制造技術(shù)武裝機(jī)械制造業(yè)，是在這場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)中獲勝的重要條件之一。因此在中國(guó)推廣應(yīng)用數(shù)控技術(shù)有著特別重要的意義。　　目前，隨著國(guó)內(nèi)數(shù)控機(jī)床用量的劇增，急需培養(yǎng)一大批數(shù)控應(yīng)用型高級(jí)技術(shù)人才。為了適應(yīng)我國(guó)高等職業(yè)技術(shù)教育發(fā)展及數(shù)控應(yīng)用型技術(shù)人才培養(yǎng)的需要，我們編寫了本書?！　”緯容^全面、系統(tǒng)地講述了數(shù)控系統(tǒng)的基本組成，各部分的主要功能、特點(diǎn)、工作原理等，重點(diǎn)突出了數(shù)控系統(tǒng)的應(yīng)用。在數(shù)控機(jī)床的結(jié)構(gòu)上，主要針對(duì)數(shù)控機(jī)床的特色，介紹了機(jī)床布局、相關(guān)機(jī)械結(jié)構(gòu)和輔助裝備。　　本書可作為高等職業(yè)教育機(jī)電類專業(yè)中從事數(shù)控技術(shù)應(yīng)用、CAD／CAM技術(shù)應(yīng)用和模具設(shè)計(jì)與制造人員的培訓(xùn)用書或教材，也可作為機(jī)械設(shè)計(jì)制造及自動(dòng)化專業(yè)學(xué)生的教材，還可供從事數(shù)控技術(shù)的工程技術(shù)人員參考。

內(nèi)容概要

本書系統(tǒng)地介紹了數(shù)控機(jī)床的特點(diǎn)、數(shù)控機(jī)床機(jī)械結(jié)構(gòu)、數(shù)控加工編程、插補(bǔ)原理、機(jī)床用可編程控制器、計(jì)算機(jī)數(shù)控系統(tǒng)、伺服系統(tǒng)和典型數(shù)控系統(tǒng)等內(nèi)容。本書取材新穎，注重內(nèi)容的先進(jìn)性、科學(xué)性和實(shí)用性。全書注重理論聯(lián)系實(shí)際，各章既有聯(lián)系，又有一定的獨(dú)立性。每章后均附有習(xí)題。    本書可用作高等院校機(jī)械、機(jī)電、數(shù)控專業(yè)學(xué)生的教材，也可供從事機(jī)床數(shù)控技術(shù)的工程技術(shù)人員、研究人員參考。

書籍目錄

前言第1章  概述  1.1  數(shù)字控制和數(shù)控機(jī)床    1.1.1  數(shù)控與計(jì)算機(jī)數(shù)控    1.1.2  數(shù)控機(jī)床的加工特點(diǎn)    1.1.3  數(shù)控機(jī)床的使用特點(diǎn)  1.2  數(shù)控機(jī)床的組成和工作原理  1.3  數(shù)控機(jī)床的分類    1.3.1  按加工工藝方法分類    1.3.2  按控制運(yùn)動(dòng)軌跡分類    1.3.3  按驅(qū)動(dòng)裝置的特點(diǎn)分類    1.3.4  按功能水平分類  1.4  數(shù)控機(jī)床的發(fā)展趨勢(shì)  復(fù)習(xí)思考題第2章  數(shù)控機(jī)床的機(jī)械結(jié)構(gòu)  2.1  概述  2.2  數(shù)控機(jī)床的主傳動(dòng)系統(tǒng)    2.2.1  數(shù)控機(jī)床主傳動(dòng)系統(tǒng)的特點(diǎn)    2.2.2  數(shù)控機(jī)床主軸變速方式    2.2.3  主軸組件    2.2.4  主軸組件的潤(rùn)滑與密封    2.2.5  主軸的準(zhǔn)停  2.3  數(shù)控機(jī)床的進(jìn)給運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)    2.3.1  概述    2.3.2  電機(jī)與絲杠之間的聯(lián)接    2.3.3  滾珠絲杠螺母副    2.3.4  進(jìn)給系統(tǒng)傳動(dòng)間隙的補(bǔ)償機(jī)構(gòu)  2.4  回轉(zhuǎn)工作臺(tái)與導(dǎo)軌    2.4.1  回轉(zhuǎn)工作臺(tái)    2.4.2  導(dǎo)軌  2.5  數(shù)控機(jī)床的自動(dòng)換刀裝置    2.5.1  自動(dòng)換刀裝置的形式    2.5.2  刀庫    2.5.3  刀具系統(tǒng)及刀具選擇  復(fù)習(xí)思考題第3章  數(shù)控機(jī)床加工程序的編制  3.1  數(shù)控編程基礎(chǔ)    3.1.1  數(shù)控編程的概念    3.1.2  數(shù)控編程的內(nèi)容和步驟    3.1.3  數(shù)控編程的方法    3.1.4  程序的結(jié)構(gòu)與格式    3.1.5  數(shù)控機(jī)床坐標(biāo)軸和運(yùn)動(dòng)方向    3.1.6  數(shù)控系統(tǒng)的準(zhǔn)備功能和輔助功能  3.2  數(shù)控編程中的數(shù)值計(jì)算    3.2.1  基點(diǎn)與節(jié)點(diǎn)    3.2.2  坐標(biāo)值計(jì)算的方法    3.2.3  坐標(biāo)值計(jì)算的基本環(huán)節(jié)    3.2.4  坐標(biāo)值的常用計(jì)算方法    3.2.5  基點(diǎn)坐標(biāo)的計(jì)算    3.2.6  非圓曲線節(jié)點(diǎn)坐標(biāo)的計(jì)算  3.3  數(shù)控加工手工編程    3.3.1  數(shù)控手工編程的工藝處理    3.3.2  常用基本指令    3.3.3  程序編制舉例  3.4  數(shù)控自動(dòng)編程    3.4.1  自動(dòng)編程概述    3.4.2  自動(dòng)編程的現(xiàn)狀和發(fā)展  復(fù)習(xí)思考題第4章  數(shù)控系統(tǒng)的加工控制原理  4.1  數(shù)控裝置的工作過程  4.2  CNC裝置的插補(bǔ)原理    4.2.1  概述    4.2.2  逐點(diǎn)比較法直線插補(bǔ)    4.2.3  圓弧插補(bǔ)計(jì)算原理  4.3  刀具半徑補(bǔ)償原理    4.3.1  概述    4.3.2  刀具半徑補(bǔ)償?shù)墓ぷ鬟^程和常用方法    4.3.3  程序段間轉(zhuǎn)接情況分晰    4.3.4  刀具半徑補(bǔ)償?shù)膶?shí)例    4.3.5  加工過程中的過切判別原理    復(fù)習(xí)思考題第5章  計(jì)算機(jī)數(shù)控系統(tǒng)(CNC系統(tǒng))  5.1  概述    5.1.1  CNC系統(tǒng)的組成    5.1.2  CNC系統(tǒng)的功能和一般工作過程  5.2  CNC系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)    5.2.1  CNC系統(tǒng)的硬件構(gòu)成特點(diǎn)    5.2.2  單CPU結(jié)構(gòu)CNC系統(tǒng)    5.2.3  多CPU結(jié)構(gòu)CNC系統(tǒng)  5.3  CNC系統(tǒng)的軟件結(jié)構(gòu)    5.3.1  CNC裝置軟、硬件的界面    5.3.2  CNC系統(tǒng)控制軟件的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)    5.3.3  常規(guī)CNC系統(tǒng)的軟件結(jié)構(gòu)  5.4  CNC系統(tǒng)的輸入輸出與通信功能    5.4.1  CNC裝置的輸入輸出和通信要求    5.4.2  CNC系統(tǒng)常用外設(shè)及接口  5.5  開放式數(shù)控系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)及其特點(diǎn)    5.5.1  開放式數(shù)控系統(tǒng)概述    5.5.2  開放式數(shù)控系統(tǒng)主要特點(diǎn)    5.5.3  基于Linux的開放式結(jié)構(gòu)數(shù)控系統(tǒng)  復(fù)習(xí)思考題第6章  數(shù)控機(jī)床用可編程控制器  6.1  概述    6.1.1  PLC的產(chǎn)生與發(fā)展    6.1.2  PLC的基本功能    6.1.3  PLC的基本結(jié)構(gòu)    6.1.4  PLC的規(guī)模和幾種常用名稱  6.2  數(shù)控機(jī)床用PLC    6.2.1  兩類數(shù)控機(jī)床用PLC    6.2.2  PLC的工作過程  6.3  典型PLC指令系統(tǒng)    6.3.1  基本指令    6.3.2  功能指令  6.4  數(shù)控機(jī)床PLC程序設(shè)計(jì)及調(diào)試    6.4.1  數(shù)控機(jī)床的控制對(duì)象及接I=／信號(hào)    6.4.2  梯形圖工作原理    6.4.3  數(shù)控機(jī)床PLC程序的設(shè)計(jì)和調(diào)試  復(fù)習(xí)思考題第7章  數(shù)控機(jī)床伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)  7.1  伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)概述  7.2  伺服電動(dòng)機(jī)及調(diào)速    7.2.1  概述    7.2.2  步進(jìn)電動(dòng)機(jī)    7.2.3  直流伺服電動(dòng)機(jī)及調(diào)速系統(tǒng)    7.2.4  交流伺服電動(dòng)機(jī)及其調(diào)速  7.3  位置檢測(cè)裝置    7.3.1  概述    7.3.2  旋轉(zhuǎn)變壓器    7.3.3  感應(yīng)同步器    7.3.4  光柵    7.3.5  磁尺    7.3.6  脈沖編碼器  7.4  典型進(jìn)給伺服系統(tǒng)    7.4.1  概述    7.4.2  開環(huán)進(jìn)給伺服系統(tǒng)    7.4.3  脈沖比較進(jìn)給伺服系統(tǒng)    7.4.4  全數(shù)字進(jìn)給伺服系統(tǒng)  7.5  伺服系統(tǒng)的特性對(duì)數(shù)控機(jī)床加工精度的影響    7.5.1  速度誤差對(duì)加工精度的影響    7.5.2  伺服系統(tǒng)的響應(yīng)特性對(duì)加工拐角的影響  復(fù)習(xí)思考題第8章  典型數(shù)控系統(tǒng)介紹  8.1  數(shù)字控制和數(shù)控機(jī)床  8.2  FANUC數(shù)控系統(tǒng)介紹    8.2.1  FANUC數(shù)控系統(tǒng)的發(fā)展歷史    8.2.2  常見FANUC數(shù)控系統(tǒng)    8.2.3  FANUC系統(tǒng)功能特點(diǎn)  8.3  西門子數(shù)控系統(tǒng)    8.3.1  西門子系統(tǒng)簡(jiǎn)介    8.3.2  西門子數(shù)控系統(tǒng)的基本構(gòu)成    8.3.3  SINUMERIK810D、840D參數(shù)體系及參數(shù)的調(diào)整  8.4  華中數(shù)控系統(tǒng)    8.4.1  華中數(shù)控系統(tǒng)產(chǎn)品類型    8.4.2  華中世紀(jì)星系列數(shù)控系統(tǒng)概述    8.4.3  世紀(jì)星系列數(shù)控系統(tǒng)    8.4.4  華中世紀(jì)星系列數(shù)控系統(tǒng)的開放性    8.4.5  華中世紀(jì)星系列數(shù)控系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)聯(lián)接解決方案    8.4.6  華中數(shù)控系統(tǒng)產(chǎn)品型號(hào)    8.4.7  華中數(shù)控系統(tǒng)的總體聯(lián)接  8.5  數(shù)控系統(tǒng)應(yīng)用    8.5.1  應(yīng)用概述    8.5.2  華中系統(tǒng)CJK6032數(shù)控車床  復(fù)習(xí)思考題參考文獻(xiàn)

章節(jié)摘錄

　　第2章　數(shù)控機(jī)床的機(jī)械結(jié)構(gòu)　　2.1　概述　　在數(shù)控機(jī)床發(fā)展的初始階段，人們通常認(rèn)為任何設(shè)計(jì)優(yōu)良的傳統(tǒng)機(jī)床只要裝備了數(shù)控裝置就能成為一臺(tái)完善的數(shù)控機(jī)床。當(dāng)時(shí)采取的主要方法是在傳統(tǒng)的機(jī)床上進(jìn)行改裝，或者以通用機(jī)床為基礎(chǔ)進(jìn)行局部的改進(jìn)設(shè)計(jì)，這些方法在當(dāng)時(shí)還是很有必要的。但隨著數(shù)控技術(shù)的發(fā)展，考慮到它的控制方式和使用特點(diǎn)，對(duì)機(jī)床的生產(chǎn)率、加工精度和壽命提出了更高的要求。因此，傳統(tǒng)機(jī)床的一些弱點(diǎn)（例如結(jié)構(gòu)剛性不足、抗振性差、滑動(dòng)面的摩擦阻力較大及傳動(dòng)元件中的間隙等）就越來越明顯地暴露出來，它的某些基本結(jié)構(gòu)限制著數(shù)控機(jī)床技術(shù)性能的發(fā)揮。以機(jī)床的精度為例，數(shù)控機(jī)床通過數(shù)字信息來控制刀具與工件的相對(duì)運(yùn)動(dòng)，它要求在相當(dāng)大的進(jìn)給速度范圍內(nèi)能達(dá)到較高的精度。當(dāng)進(jìn)給速度范圍在5～15000mm／min，最大加速度為1500mm／S2時(shí)，定位精度通常為±0.015～±0.05mm；進(jìn)行輪廓加工時(shí)，在5～2000mm／min的進(jìn)給范圍內(nèi)，精度為0.02～0.05mm?？吹饺绱烁叩募庸ひ缶筒浑y理解20多年前已逐步由改裝現(xiàn)有機(jī)床轉(zhuǎn)變?yōu)獒槍?duì)數(shù)控的要求設(shè)計(jì)新機(jī)床的原因?！　∮脭?shù)控機(jī)床加工中、小批量工件時(shí)，要求在保證質(zhì)量的前提下比傳統(tǒng)加工方法有更好的經(jīng)濟(jì)性。數(shù)控機(jī)床價(jià)格較貴，因此每小時(shí)的加工費(fèi)用比傳統(tǒng)機(jī)床的要高。如果不采取措施大幅度地壓縮單件加工工時(shí)，就不可能獲得較好的經(jīng)濟(jì)效果。刀具材料的發(fā)展使切削速度成倍提高，它為縮短切削時(shí)間提供了可能；加快換刀及變速等操作，又為減少輔助時(shí)間創(chuàng)造了條件。然而這些要求將會(huì)明顯地增加機(jī)床的負(fù)載和負(fù)載狀態(tài)下的運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)間，因而對(duì)機(jī)床的剛度及壽命都提出了新的要求。此外，為了縮短裝夾與運(yùn)送工件的時(shí)間以及減少工件在多次裝夾中所引起的定位誤差，要求工件在一臺(tái)數(shù)控機(jī)床上的一次裝夾中能先后進(jìn)行粗加工和精加工，要求機(jī)床既能承受粗加工時(shí)的最大切削功率，又能保證精加工時(shí)的高精度，所以機(jī)床的結(jié)構(gòu)必須具有很高的強(qiáng)度、剛度和抗振性。排除操作者的技術(shù)熟練程度對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量的影響，以避免人為造成的廢品和返修品，數(shù)控系統(tǒng)不但要對(duì)刀具的位置或軌跡進(jìn)行控制，而且還要具備自動(dòng)換刀和補(bǔ)償?shù)绕渌δ?，因而機(jī)床的結(jié)構(gòu)必須有很高的可靠性，以保證這些功能的正確執(zhí)行。

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