機(jī)床數(shù)控技術(shù)

前言

　　本書(shū)是高等院校機(jī)械工程及自動(dòng)化（機(jī)械設(shè)計(jì)制造及自動(dòng)化、機(jī)電一體化、數(shù)控技術(shù)等）相關(guān)專(zhuān)業(yè)“十一五”規(guī)劃系列教材之一。　　數(shù)控技術(shù)是現(xiàn)代先進(jìn)制造技術(shù)的基礎(chǔ)之一，它的廣泛應(yīng)用使普通機(jī)械被數(shù)控機(jī)械所代替，使全球制造業(yè)發(fā)生了根本變化，已經(jīng)被世界各國(guó)列為優(yōu)先發(fā)展的關(guān)鍵工業(yè)技術(shù)，成為當(dāng)代國(guó)際間科技競(jìng)爭(zhēng)的重點(diǎn)。因此，數(shù)控技術(shù)的水平，數(shù)控設(shè)備的擁有和普及程度，已經(jīng)成為衡量一個(gè)國(guó)家綜合實(shí)力和工業(yè)現(xiàn)代化水平的重要標(biāo)志。為了適應(yīng)這種形勢(shì)，需要培養(yǎng)大量的數(shù)控技術(shù)人才。　　數(shù)控技術(shù)課程是機(jī)械工程學(xué)科中機(jī)電控制及其結(jié)合的專(zhuān)業(yè)技術(shù)基礎(chǔ)課。本課程是以數(shù)控機(jī)床作為物化對(duì)象，以解剖麻雀的形式講解數(shù)控技術(shù)中的關(guān)鍵技術(shù)，這也是本書(shū)取名“機(jī)床數(shù)控技術(shù)”的原因之一。該技術(shù)綜合應(yīng)用機(jī)、電、控制及計(jì)算機(jī)知識(shí)，結(jié)合各種實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)，進(jìn)行數(shù)控裝備機(jī)電控制的基本訓(xùn)練，為學(xué)生從事機(jī)電控制系統(tǒng)和現(xiàn)代先進(jìn)制造技術(shù)工作打下基礎(chǔ)?！　榱嗽诟叩仍盒０l(fā)展和普及數(shù)控技術(shù)，培養(yǎng)數(shù)控人才，由此編寫(xiě)了本書(shū)?！皵?shù)控技術(shù)”相關(guān)教材較多，本書(shū)著眼于國(guó)內(nèi)外最新的科研成果和發(fā)展動(dòng)態(tài)，力求做到先進(jìn)性。根據(jù)編者多年的教學(xué)經(jīng)驗(yàn)，在講義的基礎(chǔ)上，博采眾長(zhǎng)，將理論與實(shí)踐相結(jié)合。本書(shū)內(nèi)容新穎、圖文并茂、語(yǔ)言簡(jiǎn)潔、思路清晰，具有系統(tǒng)性、先進(jìn)性、針對(duì)性和實(shí)用性的特點(diǎn)?！　∪珪?shū)共分7章，分別介紹了機(jī)床數(shù)控技術(shù)的基本概念、數(shù)控機(jī)床加工控制原理、數(shù)控編程基礎(chǔ)、計(jì)算機(jī)數(shù)控裝置的軟硬件組成、伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)、測(cè)量反饋系統(tǒng)和數(shù)控機(jī)床的機(jī)械技術(shù)?！　⒓颖緯?shū)編寫(xiě)工作的有河北農(nóng)業(yè)大學(xué)王家忠（第1章、第4章），李猛（第3章），姜海勇（第6章），王澤河（第2章），浙江麗水職業(yè)技術(shù)學(xué)院楊小華（第5章），劉江濤（第7章）。全書(shū)由王家忠、李猛任主編，王家忠統(tǒng)稿?！　”緯?shū)由河北農(nóng)業(yè)大學(xué)弋景剛教授主審，參加審稿的還有吉林大學(xué)王龍山教授、中國(guó)地質(zhì)大學(xué)的李寶林教授和河南理工大學(xué)鄧樂(lè)教授，審稿人對(duì)本書(shū)提出了寶貴意見(jiàn)。在本書(shū)編寫(xiě)過(guò)程中，參考了大量同類(lèi)文獻(xiàn)和最新研究成果，在此一并表示衷心感謝?！　”緯?shū)編寫(xiě)雖然力求縝密?chē)?yán)謹(jǐn)，但由于編者水平有限，不足之處在所難免，敬請(qǐng)廣大讀者不吝指正。

內(nèi)容概要

　　《機(jī)床數(shù)控技術(shù)》以數(shù)控機(jī)床作為載體，詳細(xì)分析和闡述了數(shù)控技術(shù)的最新原理和技術(shù)，并緊緊圍繞機(jī)床數(shù)控技術(shù)的核心內(nèi)容，從理論和實(shí)踐結(jié)合的角度介紹了機(jī)床數(shù)控技術(shù)中所涵蓋的關(guān)鍵技術(shù)，為數(shù)控技術(shù)的推廣和應(yīng)用打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。全書(shū)共7章，主要包括機(jī)床數(shù)控技術(shù)的基本概念、數(shù)控機(jī)床的加工控制原理、數(shù)控機(jī)床的編程基礎(chǔ)、計(jì)算機(jī)控制裝置、伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)、測(cè)量反饋系統(tǒng)和數(shù)控機(jī)床機(jī)械技術(shù)等?！　　稒C(jī)床數(shù)控技術(shù)》內(nèi)容豐富新穎、圖文并茂，注意各章節(jié)內(nèi)容上的聯(lián)系，具有系統(tǒng)性、先進(jìn)性、針對(duì)性和實(shí)用性的特點(diǎn)?？勺鳛楦叩绕胀ㄔ盒：透叩嚷殬I(yè)院校機(jī)械類(lèi)工科及機(jī)械電子工程等相關(guān)專(zhuān)業(yè)教材，還可作為工程技術(shù)人員或相關(guān)研究者的參考書(shū)。

書(shū)籍目錄

第1章 緒論1.1 數(shù)控技術(shù)的基本概念1.1.1 機(jī)床的概念1.1.2 數(shù)控的概念1.1.3 數(shù)控技術(shù)的概念1.1.4 數(shù)控機(jī)床的概念1.1.5 其他相關(guān)的概念1.1.6 數(shù)控機(jī)床與普通機(jī)床、機(jī)電一體化及CAD/CAM的關(guān)系1.2 數(shù)控機(jī)床的組成及其特點(diǎn)1.2.1 數(shù)控機(jī)床的組成1.2.2 數(shù)控加工系統(tǒng)及其組成環(huán)節(jié)1.2.3 數(shù)控機(jī)床的工作原理1.2.4 數(shù)控機(jī)床的加工特點(diǎn)1.3 數(shù)控機(jī)床的分類(lèi)1.3.1 按運(yùn)動(dòng)控制的特點(diǎn)分類(lèi)1.3.2 按伺服系統(tǒng)的控制方式分類(lèi)1.3.3 按機(jī)床的工藝用途進(jìn)行分類(lèi)1.3.4 按數(shù)控系統(tǒng)的功能水平進(jìn)行分類(lèi)1.3.5 按照可聯(lián)動(dòng)軸數(shù)進(jìn)行分類(lèi)1.3.6 坐標(biāo)聯(lián)動(dòng)控制1.4 數(shù)控技術(shù)的產(chǎn)生與發(fā)展1.4.1 數(shù)控機(jī)床的產(chǎn)生1.4.2 數(shù)控機(jī)床的發(fā)展趨勢(shì)本章小結(jié)思考與練習(xí)題第2章 數(shù)控系統(tǒng)的加工控制原理2.1 概述2.1.1 零件加工表面分解過(guò)程2.1.2 刀具運(yùn)動(dòng)軌跡合成過(guò)程2.2 數(shù)控系統(tǒng)工作過(guò)程2.3 插補(bǔ)原理2.3.1 逐點(diǎn)比較法2.3.2 數(shù)字積分法2.3.3 數(shù)據(jù)采樣插補(bǔ)法2.4 刀具補(bǔ)償原理2.4.1 刀具半徑補(bǔ)償?shù)淖饔?.4.2 刀具半徑補(bǔ)償計(jì)算2.4.3 C功能刀具半徑補(bǔ)償本章小結(jié)思考與練習(xí)題第3章 數(shù)控機(jī)床編程基礎(chǔ)3.1 概述3.1.1 數(shù)控編程方法簡(jiǎn)介3.1.2 數(shù)控編程的內(nèi)容與手工編程的步驟3.2 數(shù)控編程的幾何基礎(chǔ)3.2.1 數(shù)控編程標(biāo)準(zhǔn)3.2.2 數(shù)控編程的坐標(biāo)系3.3 數(shù)控編程的工藝基礎(chǔ)3.3.1 數(shù)控加工的工藝特點(diǎn)與內(nèi)容3.3.2 數(shù)控加工的工藝分析方法3.3.3 數(shù)控加工的工藝路線(xiàn)設(shè)計(jì)3.3.4 數(shù)控加工的工序設(shè)計(jì)3.3.5 編寫(xiě)數(shù)控加工工藝文件3.4 數(shù)控編程的指令代碼和手工編程3.4.1 數(shù)控編程的程序結(jié)構(gòu)與程序段格式3.4.2 常用功能字簡(jiǎn)介3.4.3 FANUC0i系統(tǒng)常用準(zhǔn)備功能G代碼介紹3.4.4 常用輔助功能M代碼及用法3.4.5 其他常用編程指令3.4.6 用戶(hù)宏程序編程3.5 數(shù)控手工編程綜合應(yīng)用3.5.1 數(shù)控車(chē)削編程綜合應(yīng)用3.5.2 數(shù)控銑削編程綜合應(yīng)用3.5.3 加工中心編程綜合應(yīng)用3.6 數(shù)控編程的自動(dòng)編程簡(jiǎn)介3.6.1 計(jì)算機(jī)輔助數(shù)控程序自動(dòng)編制的基本概念3.6.2 CAD/CAM集成數(shù)控自動(dòng)編程系統(tǒng)的原理3.6.3 CAD/CAM集成數(shù)控自動(dòng)編程系統(tǒng)的應(yīng)用本章小結(jié)思考題與習(xí)題第4章 計(jì)算機(jī)數(shù)控裝置4.1 概述4.2 計(jì)算機(jī)數(shù)控系統(tǒng)的硬件4.2.1 CNC系統(tǒng)的硬件構(gòu)成4.2.2 CNC裝置的體系結(jié)構(gòu)4.2.3 開(kāi)放式數(shù)控裝置的體系結(jié)構(gòu)4.3 計(jì)算機(jī)數(shù)控系統(tǒng)的軟件4.3.1 計(jì)算機(jī)數(shù)控系統(tǒng)的軟件概述4.3.2 輸入數(shù)據(jù)處理程序4.3.3 插補(bǔ)運(yùn)算及位置控制程序4.3.4 速度處理和加減速控制程序4.3.5 輸出程序4.3.6 系統(tǒng)管理和診斷程序4.4 數(shù)控機(jī)床的輔助功能和可編程控制器（PMC）接口4.4.1 可編程控制器的定義、特點(diǎn)和分類(lèi)4.4.2 可編程控制器的組成及工作原理4.4.3 可編程控制器在數(shù)控機(jī)床上的應(yīng)用實(shí)例4.5 國(guó)內(nèi)外常見(jiàn)數(shù)控系統(tǒng)介紹及性能比較4.5.1 FANUC數(shù)控系統(tǒng)4.5.2 SIEMENS數(shù)控系統(tǒng)4.5.3 A—B公司的7360系統(tǒng)4.5.4 國(guó)產(chǎn)數(shù)控系統(tǒng)本章小結(jié)思考題與習(xí)題第5章 數(shù)控機(jī)床伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)5.1 概述5.1.1 伺服系統(tǒng)的組成5.1.2 數(shù)控機(jī)床對(duì)伺服系統(tǒng)的基本要求5.1.3 伺服系統(tǒng)的分類(lèi)5.2 數(shù)控機(jī)床主軸驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)5.2.1 主軸驅(qū)動(dòng)裝置及工作特性5.2.2 主軸分段無(wú)級(jí)變速及控制5.2.3 主軸準(zhǔn)?？刂?.2.4 主軸與進(jìn)給軸關(guān)聯(lián)控制5.3 數(shù)控機(jī)床進(jìn)給驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)5.3.1 進(jìn)給驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)組成與分類(lèi)5.3.2 開(kāi)環(huán)進(jìn)給伺服控制5.3.3 閉環(huán)進(jìn)給伺服控制及特性分析5.3.4 脈沖比較的進(jìn)給伺服控制5.3.5 相位比較的進(jìn)給伺服控制5.3.6 幅值比較的進(jìn)給伺服控制5.3.7 數(shù)據(jù)采樣式和反饋補(bǔ)償式進(jìn)給伺服控制本章小結(jié)思考題與習(xí)題第6章 數(shù)控機(jī)床測(cè)量反饋系統(tǒng)6.1 概述6.1.1 數(shù)控機(jī)床檢測(cè)裝置的分類(lèi)6.1.2 數(shù)控機(jī)床對(duì)檢測(cè)裝置的要求6.1.3 數(shù)控檢測(cè)裝置的性能指標(biāo)與要求6.2 旋轉(zhuǎn)變壓器6.2.1 旋轉(zhuǎn)變壓器的組成及工作原理6.2.2 相位工作方式6.2.3 幅值工作方式6.3 感應(yīng)同步器6.3.1 感應(yīng)同步器的組成及工作原理6.3.2 感應(yīng)同步器測(cè)量系統(tǒng)6.4 光柵測(cè)量裝置6.4.1 光柵測(cè)量的工作原理6.4.2 光柵測(cè)量裝置的數(shù)字變換線(xiàn)路6.4.3 讀數(shù)頭6.4.4 等倍透鏡系統(tǒng)6.5 脈沖編碼器6.5.1 增量式脈沖編碼器6.5.2 絕對(duì)值式脈沖編碼器本章小結(jié)思考題與習(xí)題第7章 數(shù)控機(jī)床的機(jī)械系統(tǒng)7.1 概述7.1.1 數(shù)控機(jī)床機(jī)械結(jié)構(gòu)特點(diǎn)7.1.2 數(shù)控機(jī)床對(duì)機(jī)械結(jié)構(gòu)的要求7.2 數(shù)控機(jī)床的布局特點(diǎn)7.2.1 概述7.2.2 數(shù)控機(jī)床布局特點(diǎn)7.3 數(shù)控機(jī)床的主運(yùn)動(dòng)結(jié)構(gòu)7.3.1 概述7.3.2 主運(yùn)動(dòng)的配置形式和驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)7.3.3 主軸部件7.4 進(jìn)給系統(tǒng)的機(jī)械傳動(dòng)結(jié)構(gòu)7.4.1 進(jìn)給系統(tǒng)機(jī)械傳動(dòng)結(jié)構(gòu)概述7.4.2 滾珠絲杠螺母副7.4.3 回轉(zhuǎn)工作臺(tái)7.4.4 導(dǎo)軌7.5 數(shù)控機(jī)床的刀具交換裝置7.5.1 概述7.5.2 自動(dòng)換刀裝置的形式7.5.3 刀庫(kù)7.6 機(jī)床床身7.7 刀具系統(tǒng)7.8 夾具及附件本章小結(jié)習(xí)題與思考題附錄附錄1 FANUC系統(tǒng)準(zhǔn)備功能G代碼附錄2 FANUC系統(tǒng)輔助功能M代碼附錄3 FANUC系統(tǒng)部分功能的技術(shù)術(shù)語(yǔ)及解釋參考文獻(xiàn)

章節(jié)摘錄

　　第2章 數(shù)控系統(tǒng)的加工控制原理　　2.3 插補(bǔ)原理　　在機(jī)床實(shí)際加工中，被加工工件的輪廓形狀千差萬(wàn)別。為了滿(mǎn)足幾何尺寸精度的要求，刀具中心軌跡應(yīng)該準(zhǔn)確地依照工件的輪廓形狀來(lái)生成。對(duì)于簡(jiǎn)單的曲線(xiàn)，數(shù)控裝置易于實(shí)現(xiàn)；但對(duì)于較復(fù)雜的形狀，常常采用一小段直線(xiàn)或圓弧去逼近，有些場(chǎng)合也可以用拋物線(xiàn)、橢圓、雙曲線(xiàn)和其他高次曲線(xiàn)去逼近（或稱(chēng)為擬合）。所謂插補(bǔ)是在對(duì)數(shù)控系統(tǒng)輸入有限坐標(biāo)點(diǎn)（例如點(diǎn)、終點(diǎn)）的情況下，計(jì)算機(jī)根據(jù)線(xiàn)段的特征（直線(xiàn)、圓弧、橢圓等），運(yùn)用一定的算法，自動(dòng)地在有限坐標(biāo)點(diǎn)之間生成一系列的坐標(biāo)數(shù)據(jù)，即所謂“數(shù)據(jù)密化”，從而自動(dòng)地對(duì)各坐標(biāo)軸進(jìn)行脈沖分配，完成整個(gè)線(xiàn)段的軌跡運(yùn)行，以滿(mǎn)足加工精度的要求。　　插補(bǔ)有兩層意思：一是用小線(xiàn)段逼近產(chǎn)生基本線(xiàn)型（如直線(xiàn)、圓弧等）；二是用基本線(xiàn)型擬合其他輪廓曲線(xiàn)。插補(bǔ)運(yùn)算具有實(shí)時(shí)性，直接影響刀具的運(yùn)動(dòng)。五坐標(biāo)插補(bǔ)加工仍是國(guó)外對(duì)我國(guó)封鎖的技術(shù)?！　〔逖a(bǔ)運(yùn)算的速度和精度是數(shù)控裝置的重要指標(biāo)，插補(bǔ)原理也叫軌跡控制原理。機(jī)床數(shù)控系統(tǒng)的輪廓控制主要問(wèn)題就是怎樣控制刀具或工件的運(yùn)動(dòng)軌跡。無(wú)論是硬件數(shù)控（NC）系統(tǒng)，還是計(jì)算機(jī)數(shù)控（CNC）系統(tǒng)或微機(jī)數(shù)控（MNC）系統(tǒng)，都必須有完成插補(bǔ)功能的部分，但采取的方式不同。在CNC或MNC中，以軟件完成插補(bǔ)或軟、硬件結(jié)合實(shí)現(xiàn)插補(bǔ)，而在NC中有一個(gè)專(zhuān)門(mén)完成脈沖分配計(jì)算（即插補(bǔ)計(jì)算）的計(jì)算裝置——插補(bǔ)器。無(wú)論是軟件數(shù)控還是硬件數(shù)控，其插補(bǔ)的運(yùn)算原理基本相同，其作用都是根據(jù)給定的信息進(jìn)行數(shù)字計(jì)算，在計(jì)算過(guò)程中不斷向各個(gè)坐標(biāo)發(fā)出相互協(xié)調(diào)的進(jìn)給脈沖，使被控機(jī)械部件按指定的路線(xiàn)移動(dòng)。

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