數(shù)控原理與數(shù)控系統(tǒng)

前言

　　數(shù)控機(jī)床是國(guó)防工業(yè)現(xiàn)代化的重要戰(zhàn)略裝備，是關(guān)系到國(guó)家戰(zhàn)略地位和體現(xiàn)國(guó)家綜合國(guó)力水平的重要標(biāo)志。為增強(qiáng)競(jìng)爭(zhēng)能力，中國(guó)制造業(yè)開始廣泛使用先進(jìn)的數(shù)控技術(shù)。勞動(dòng)力市場(chǎng)出現(xiàn)數(shù)控技術(shù)應(yīng)用型人才嚴(yán)重短缺。國(guó)家教育部、勞動(dòng)與社會(huì)保障部等部門正在積極采取措施，加強(qiáng)應(yīng)用型人才的培養(yǎng)。機(jī)械工業(yè)教育發(fā)展中心“關(guān)于數(shù)控人才需求與數(shù)控職業(yè)教育改革的調(diào)研報(bào)告”中的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)表明，91％的數(shù)控技術(shù)人才是大專及以下學(xué)歷。數(shù)控技術(shù)人才的工作崗位分為“藍(lán)領(lǐng)層”、“灰領(lǐng)層”和“金領(lǐng)層”，其中“藍(lán)領(lǐng)層”是指在生產(chǎn)崗位上承擔(dān)數(shù)控機(jī)床的具體操作及日常簡(jiǎn)單維護(hù)工作的技術(shù)工人，在企業(yè)數(shù)控技術(shù)崗位中占70.2％，是目前需求量最大的數(shù)控技術(shù)人才；“灰領(lǐng)層”是指在生產(chǎn)崗位上承擔(dān)數(shù)控編程的工藝人員和數(shù)控機(jī)床維護(hù)、維修人員，在企業(yè)數(shù)控技術(shù)崗位中占25％。由此可見(jiàn)，高等職業(yè)技術(shù)教育在數(shù)控技術(shù)人員培養(yǎng)領(lǐng)域大有可為，且培養(yǎng)目標(biāo)主要是工作在企業(yè)生產(chǎn)第一線的“藍(lán)領(lǐng)層”和“灰領(lǐng)層”數(shù)控技術(shù)人才?！　o(wú)論是“藍(lán)領(lǐng)層”的數(shù)控機(jī)床操作能力，還是“灰領(lǐng)層”的數(shù)控加工編程和數(shù)控機(jī)床的維護(hù)維修能力，在所需知識(shí)與能力結(jié)構(gòu)中，都要求掌握一定的數(shù)控機(jī)床的工作原理、機(jī)械結(jié)構(gòu)、主要數(shù)控系統(tǒng)的特點(diǎn)、接口技術(shù)、PLC等方面的知識(shí)。而教材《數(shù)控原理與數(shù)控系統(tǒng)》、《數(shù)控技術(shù)》正是為高職學(xué)生掌握上述知識(shí)和能力，講述一定的理論基礎(chǔ)和實(shí)踐技能的?！　　稊?shù)控原理與數(shù)控系統(tǒng)》、《數(shù)控技術(shù)》是教育部高職高專教改試點(diǎn)專業(yè)“數(shù)控技術(shù)應(yīng)用，，必修的職業(yè)技術(shù)課程中的主干課程。我們?cè)谠摻滩牡脑O(shè)計(jì)中，盡可能以數(shù)控技術(shù)人才的職業(yè)標(biāo)準(zhǔn)為主要依據(jù)，服務(wù)于數(shù)控技術(shù)人才崗位的前兩個(gè)層次“藍(lán)領(lǐng)層”和“灰領(lǐng)層”。編寫時(shí)注意與機(jī)類、電類職業(yè)基礎(chǔ)內(nèi)容的銜接，突出以數(shù)控加工工藝、模具制造基礎(chǔ)、數(shù)控系統(tǒng)的硬軟件特點(diǎn)、接口技術(shù)、PLC參數(shù)設(shè)置和機(jī)電聯(lián)調(diào)等職業(yè)性內(nèi)容為主，以學(xué)術(shù)性內(nèi)容為輔的特點(diǎn)。理論知識(shí)根據(jù)“必需、夠用”的原則編寫，加強(qiáng)實(shí)訓(xùn)內(nèi)容的導(dǎo)入，盡量體現(xiàn)實(shí)用性、針對(duì)性、簡(jiǎn)約性、及時(shí)性、新穎性和直觀性。同時(shí)借鑒CBE的科學(xué)性，打破傳統(tǒng)的公共課、基礎(chǔ)課為主導(dǎo)的教學(xué)模式，強(qiáng)調(diào)以工作崗位所需職業(yè)能力的培養(yǎng)為核心，以保證職業(yè)能力培養(yǎng)目標(biāo)的順利實(shí)現(xiàn)。

內(nèi)容概要

全書共分8章。系統(tǒng)介紹數(shù)控機(jī)床的基礎(chǔ)知識(shí)；軌跡控制（插補(bǔ)）原理與數(shù)據(jù)處理；數(shù)控系統(tǒng)的硬件、軟件結(jié)構(gòu)、組成、工作原理及應(yīng)用；數(shù)控機(jī)床位置檢測(cè)裝置；數(shù)控系統(tǒng)中的檢測(cè)技術(shù)和速度位移的伺服控制技術(shù)；數(shù)控機(jī)床的PLC及應(yīng)用；柔性制造系統(tǒng)和計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)等。重點(diǎn)突出數(shù)控系統(tǒng)的應(yīng)用。    該教材的設(shè)計(jì)和編寫努力體現(xiàn)高職教育教材的發(fā)展趨勢(shì)：    1.國(guó)際化。加入WTO后，中國(guó)正在逐步變成“世界制造中心”。我們參照發(fā)達(dá)國(guó)家美國(guó)、加拿大先進(jìn)的CBE模塊式教材的經(jīng)驗(yàn)，與國(guó)際接軌，以適應(yīng)人才培養(yǎng)國(guó)際滑的進(jìn)程。    2.前瞻性。教材要有適當(dāng)超前經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展的意識(shí)。本教材內(nèi)容不僅努力反映最新的科技成果和社會(huì)動(dòng)態(tài)，還要努力隨著數(shù)控職業(yè)崗位對(duì)知識(shí)、能力結(jié)構(gòu)要求的變化而變化。同時(shí)，注重用先進(jìn)的科學(xué)觀點(diǎn)和行業(yè)規(guī)范調(diào)整、組織教材，形成先進(jìn)的教材結(jié)構(gòu)，使學(xué)習(xí)對(duì)象站在知識(shí)的最高點(diǎn)，以具有高瞻遠(yuǎn)矚的眼光。    3.個(gè)性化。以就業(yè)為導(dǎo)向，根據(jù)高職培養(yǎng)模式、培養(yǎng)規(guī)格和教學(xué)內(nèi)容的特點(diǎn)，本教材盡量體現(xiàn)“以職業(yè)崗位能力為本位，以工作過(guò)程為主線，以應(yīng)用為重點(diǎn)”的高職機(jī)電類數(shù)控技術(shù)及應(yīng)用專業(yè)、教師、培養(yǎng)對(duì)象的特色和個(gè)性。    本書既可用于職業(yè)技術(shù)學(xué)院數(shù)控技術(shù)應(yīng)用專業(yè)、機(jī)電一體化專業(yè)、機(jī)械制造及自動(dòng)化專業(yè)、模具設(shè)計(jì)與制造專業(yè)以及相關(guān)專業(yè)的教學(xué)用書，也可作為數(shù)控技術(shù)專業(yè)等相關(guān)專業(yè)有關(guān)技術(shù)人員和數(shù)控機(jī)床操作、編程和維修人員的參考書。    本書配有電子教案，讀者可以從中國(guó)水利水電出版社網(wǎng)站或萬(wàn)水書苑免費(fèi)下載，網(wǎng)址：http://www.waterpub.com.cn/softdown/或http://www.wsbookshow.com。

書籍目錄

前言第1章 緒論  本章學(xué)習(xí)目標(biāo)  1.1 基本概念    1.1.1 數(shù)控機(jī)床的產(chǎn)生背景    1.1.2 數(shù)控系統(tǒng)的發(fā)展    1.1.3 數(shù)控系統(tǒng)的組成    1.1.4 數(shù)控系統(tǒng)的分類    1.1.5 機(jī)床數(shù)字控制的原理  1.2 微機(jī)數(shù)控系統(tǒng)    1.2.1 微機(jī)數(shù)控系統(tǒng)的硬件構(gòu)成    1.2.2 微機(jī)數(shù)控系統(tǒng)的軟件構(gòu)成    1.2.3 數(shù)控系統(tǒng)的功能    1.2.4 數(shù)控系統(tǒng)的發(fā)展趨勢(shì)  1.3 數(shù)控系統(tǒng)與現(xiàn)代制造系統(tǒng)    1.3.1 柔性制造模塊(FMM)    1.3.2 柔性制造單元(FMC)    1.3.3 柔性制造系統(tǒng)(FMS)    1.3.4 計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)(CIMS)  本章小結(jié)  習(xí)題與思考題第2章 數(shù)控系統(tǒng)的插補(bǔ)原理與數(shù)據(jù)處理  本章學(xué)習(xí)目標(biāo)  2.1 數(shù)控系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)軌跡的插補(bǔ)原理    2.1.1 概述    2.1.2 逐點(diǎn)比較插補(bǔ)法    2.1.3 數(shù)字積分插補(bǔ)法    2.1.4 數(shù)據(jù)采樣插補(bǔ)  2.2 數(shù)控系統(tǒng)的數(shù)據(jù)處理    2.2.1 譯碼    2.2.2 刀具補(bǔ)償原理    2.2.3 輔助信息處理  本章小結(jié)  習(xí)題與思考題第3章 位置檢測(cè)裝置  本章學(xué)習(xí)目標(biāo)  3.1 概述  3.2 光柵    3.2.1 光柵的種類    3.2.2 光柵的結(jié)構(gòu)與工作原理    3.2.3 光柵位移的數(shù)字轉(zhuǎn)換系統(tǒng)  3.3 旋轉(zhuǎn)變壓器    3.3.1 旋轉(zhuǎn)變壓器的結(jié)構(gòu)    3.3.2 旋轉(zhuǎn)變壓器的工作原理    3.3.3 旋轉(zhuǎn)變壓器工作方式    3.3.4 旋轉(zhuǎn)變壓器的應(yīng)用  3.4 感應(yīng)同步器    3.4.1 工作原理    3.4.2 感應(yīng)同步器的工作方式  3.5 旋轉(zhuǎn)編碼器    3.5.1 增量式旋轉(zhuǎn)編碼器    3.5.2 絕對(duì)式旋轉(zhuǎn)編碼器  3.6 測(cè)速發(fā)電機(jī)    3.6.1 交流異步測(cè)速發(fā)電機(jī)    3.6.2 直流測(cè)速發(fā)電機(jī)    3.6.3 測(cè)速發(fā)電機(jī)的特點(diǎn)  本章小結(jié)  習(xí)題與思考題第4章 數(shù)控機(jī)床的進(jìn)給伺服系統(tǒng)  本章學(xué)習(xí)目標(biāo)  4.1 伺服系統(tǒng)的基本概念    4.1.1 伺服系統(tǒng)的組成    4.1.2 對(duì)進(jìn)給伺服系統(tǒng)的基本要求    4.1.3 伺服系統(tǒng)的分類  4.2 位置控制    4.2.1 開環(huán)控制系統(tǒng)    4.2.2 幅值伺服系統(tǒng)    4.2.3 相位伺服系統(tǒng)    4.2.4 脈沖比較伺服系統(tǒng)    4.2.5 全數(shù)字式伺服系統(tǒng)  4.3 速度控制    4.3.1 進(jìn)給運(yùn)動(dòng)的速度控制    4.3.2 主軸驅(qū)動(dòng)的速度控制  本章小結(jié)  習(xí)題與思考題第5章 數(shù)控機(jī)床的可編程控制器  本章學(xué)習(xí)目標(biāo)  5.1 可編程控制器概述    5.1.1 可編程控制器的產(chǎn)生    5.1.2 可編程控制器的特點(diǎn)    5.1.3 可編程控制器的基本組成和工作原理    5.1.4 可編程控制器的編程語(yǔ)言  5.2 數(shù)控機(jī)床的PLC    5.2.1 數(shù)控機(jī)床PLC的功能    5.2.2 數(shù)控機(jī)床PLC的類型  5.3 典型PLC的指令系統(tǒng)    5.3.1 FANUC PLC概述    5.3.2 FANUC PLC的基本指令    5.3.3 FANUC PLC的功能指令    5.3.4 FANUC PLC系統(tǒng)設(shè)計(jì)與調(diào)試  5.4 PLC在數(shù)控機(jī)床中的應(yīng)用    5.4.1 數(shù)控機(jī)床主軸系統(tǒng)PMC控制    5.4.2 數(shù)控機(jī)床潤(rùn)滑系統(tǒng)PMC控制    5.4.3 加工中心刀庫(kù)自動(dòng)選刀控制梯形圖    5.4.4 零件加工計(jì)數(shù)控制  本章小結(jié)  習(xí)題與思考題第6章 經(jīng)濟(jì)型數(shù)控系統(tǒng)  本章學(xué)習(xí)目標(biāo)  6.1 經(jīng)濟(jì)型數(shù)控系統(tǒng)的硬件組成    6.1.1 經(jīng)濟(jì)型數(shù)控系統(tǒng)的一般結(jié)構(gòu)    6.1.2 經(jīng)濟(jì)型數(shù)控系統(tǒng)的微處理器    6.1.3 經(jīng)濟(jì)型數(shù)控系統(tǒng)的存儲(chǔ)器    6.1.4 經(jīng)濟(jì)型數(shù)控系統(tǒng)的I/O接口    6.1.5 經(jīng)濟(jì)型數(shù)控系統(tǒng)的輔助電路及變頻主軸驅(qū)動(dòng)  6.2 經(jīng)濟(jì)型數(shù)控系統(tǒng)的軟件組成    6.2.1 經(jīng)濟(jì)型數(shù)控系統(tǒng)的軟件結(jié)構(gòu)    6.2.2 經(jīng)濟(jì)型數(shù)控系統(tǒng)的系統(tǒng)總控程序    6.2.3 零件加工程序的輸入和輸出管理    6.2.4 零件加工程序的編輯    6.2.5 機(jī)床的手動(dòng)調(diào)整控制    6.2.6 零件加工程序的解釋和執(zhí)行    6.2.7 插補(bǔ)計(jì)算    6.2.8 伺服控制    6.2.9 系統(tǒng)管理診斷程序  6.3 經(jīng)濟(jì)型數(shù)控系統(tǒng)舉例    6.3.1 單片機(jī)控制的數(shù)控系統(tǒng)硬件組成    6.3.2 單片機(jī)控制的數(shù)控系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)  本章小結(jié)  習(xí)題與思考題第7章 標(biāo)準(zhǔn)型數(shù)控系統(tǒng)  本章學(xué)習(xí)目標(biāo)  7.1 標(biāo)準(zhǔn)型數(shù)控系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)    7.1.1 單微處理器CNC結(jié)構(gòu)    7.1.2 多微處理器CNC結(jié)構(gòu)  7.2 標(biāo)準(zhǔn)型數(shù)控系統(tǒng)的軟件結(jié)構(gòu)    7.2.1 CNC裝置的軟件組成    7.2.2 CNC裝置的軟件結(jié)構(gòu)特點(diǎn)    7.2.3 軟件結(jié)構(gòu)模式  7.3 標(biāo)準(zhǔn)型數(shù)控系統(tǒng)舉例    7.3.1 華中數(shù)控世紀(jì)星HNC-21數(shù)控系統(tǒng)簡(jiǎn)介    7.3.2 FANUC公司的主要數(shù)控系統(tǒng)    7.3.3 德國(guó)SIEMENS(西門子)公司的SINUMERIK系列數(shù)控系統(tǒng)  本章小結(jié)  習(xí)題與思考題第8章 數(shù)控系統(tǒng)的應(yīng)用  本章學(xué)習(xí)目標(biāo)  8.1 輸入輸出信號(hào)及其連接、調(diào)試    8.1.1 開關(guān)量接口電路    8.1.2 模擬量接口電路    8.1.3 輸入輸出信號(hào)及其連接、調(diào)試的實(shí)例  8.2 操作面板與顯示器    8.3 通信接口    8.4 數(shù)控系統(tǒng)的主要應(yīng)用功能  本章小結(jié)  習(xí)題與思考題參考文獻(xiàn)

章節(jié)摘錄

　　1952年，計(jì)算機(jī)技術(shù)應(yīng)用到了機(jī)床上，在美國(guó)誕生了第一臺(tái)數(shù)控機(jī)床。從此計(jì)算機(jī)及其控制技術(shù)在機(jī)械制造設(shè)備中的應(yīng)用得到重大發(fā)展。傳統(tǒng)機(jī)床產(chǎn)生了質(zhì)的變化。半個(gè)多世紀(jì)以來(lái)，數(shù)控機(jī)床經(jīng)歷了兩個(gè)階段和六代的發(fā)展。1.數(shù)控（CNC）階段（1952——1970）早期計(jì)算機(jī)運(yùn)算速度低，這對(duì)當(dāng)時(shí)的科學(xué)計(jì)算和數(shù)據(jù)處理影響還不大，不能適應(yīng)機(jī)床實(shí)時(shí)控制的要求。人們不得不采用數(shù)字邏輯電路“搭”成一臺(tái)機(jī)床專用計(jì)算機(jī)作為控制系統(tǒng)，被稱為硬件連接控制，簡(jiǎn)稱為數(shù)控（NC）。隨著元器件的發(fā)展，這個(gè)階段歷經(jīng)了三代，即1952年第一代——電子管、1959年第二代——晶體管、1965年第三代——小規(guī)模集成電路?！　?.計(jì)算機(jī)控制（CNC）階段（1970——現(xiàn)在）　　到1970年，通用小型計(jì)算機(jī)出現(xiàn)并批量生產(chǎn)。其運(yùn)算速度比五六十年代有了大幅度的提高，這比專門“搭”成的專用計(jì)算機(jī)成本低、可靠性高。于是將它作為數(shù)控系統(tǒng)的核心部件，從此進(jìn)入了計(jì)算機(jī)數(shù)控（CNC）階段。1971年美國(guó)Intel公司在世界上第一次將計(jì)算機(jī)的兩個(gè)最核心的部件——運(yùn)算器和控制器采用大規(guī)模集成電路集成在一塊芯片上，稱之為微處理器，又稱為中央處理單元（簡(jiǎn)稱CPU）。1974年微處理器被應(yīng)用于數(shù)控系統(tǒng)。這是因?yàn)樾⌒陀?jì)算機(jī)功能太強(qiáng)，控制一臺(tái)機(jī)床能力有富裕，不及采用微處理器經(jīng)濟(jì)合理，而且當(dāng)時(shí)的小型機(jī)可靠性也不理想。早期的微處理器速度和功能還不夠高，但可以采用多處理器結(jié)構(gòu)來(lái)解決。由于微處理器是通用計(jì)算機(jī)的核心部件，故仍稱為計(jì)算機(jī)控制。到了1990年，PC機(jī)（個(gè)人計(jì)算機(jī)）的性能已發(fā)展到很高階段，可以滿足作為數(shù)控核心部件的要求，而且PC機(jī)生產(chǎn)批量很大、價(jià)格便宜、可靠性高。數(shù)控系統(tǒng)從此進(jìn)入了基于PC的時(shí)代。總之，計(jì)算機(jī)數(shù)控階段也經(jīng)歷了三代，即1970年第四代——小型計(jì)算機(jī)、1974.年第五代——微處理器、1990年第六代——基于PC（國(guó)外稱為.PC-Based）。　　數(shù)控系統(tǒng)50多年經(jīng)歷了兩個(gè)階段六代的發(fā)展，只是發(fā)展到了第五代以后，才從根本上解決了可靠性低、價(jià)格昂貴、應(yīng)用很不方便等極為關(guān)鍵的問(wèn)題。因此，即使在工業(yè)發(fā)達(dá)的國(guó)家，數(shù)控系統(tǒng)大規(guī)模地得到應(yīng)用和普及，也是在70年代末80年代初以后的事情，亦即數(shù)控技術(shù)經(jīng)過(guò)了近30年的發(fā)展才走向普及應(yīng)用的。

編輯推薦

　　本書是作者在多年的教學(xué)實(shí)踐、科學(xué)研究以及生產(chǎn)實(shí)踐的基礎(chǔ)上，參閱了大量國(guó)內(nèi)外相關(guān)教材后，幾經(jīng)修改而成的?！　”窘滩膬?nèi)容不僅努力反映最新的科技成果和社會(huì)動(dòng)態(tài)，還要努力隨著數(shù)控職業(yè)崗位對(duì)知識(shí)、能力結(jié)構(gòu)要求的變化而變化。同時(shí)，注重用先進(jìn)的科學(xué)觀點(diǎn)和行業(yè)規(guī)范調(diào)整、組織教材，形成先進(jìn)的教材結(jié)構(gòu)，使學(xué)習(xí)對(duì)象站在知識(shí)的最高點(diǎn)，以具有高瞻遠(yuǎn)矚的眼光。

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