機床數(shù)控技術(shù)

前言

　　本書是高等院校機械工程及自動化（機械設(shè)計制造及自動化、機電一體化、數(shù)控技術(shù)等）相關(guān)專業(yè)“十一五”規(guī)劃系列教材之一?！　?shù)控技術(shù)是現(xiàn)代先進制造技術(shù)的基礎(chǔ)之一，它的廣泛應(yīng)用使普通機械被數(shù)控機械所代替，使全球制造業(yè)發(fā)生了根本變化，已經(jīng)被世界各國列為優(yōu)先發(fā)展的關(guān)鍵工業(yè)技術(shù)，成為當(dāng)代國際間科技競爭的重點。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)成為衡量一個國家綜合實力和工業(yè)現(xiàn)代化水平的重要標志。為了適應(yīng)這種形勢，需要培養(yǎng)大量的數(shù)控技術(shù)人才?！　?shù)控技術(shù)課程是機械工程學(xué)科中機電控制及其結(jié)合的專業(yè)技術(shù)基礎(chǔ)課。本課程是以數(shù)控機床作為物化對象，以解剖麻雀的形式講解數(shù)控技術(shù)中的關(guān)鍵技術(shù)，這也是本書取名“機床數(shù)控技術(shù)”的原因之一。該技術(shù)綜合應(yīng)用機、電、控制及計算機知識，結(jié)合各種實踐教學(xué)環(huán)節(jié)，進行數(shù)控裝備機電控制的基本訓(xùn)練，為學(xué)生從事機電控制系統(tǒng)和現(xiàn)代先進制造技術(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，由此編寫了本書。“數(shù)控技術(shù)”相關(guān)教材較多，本書著眼于國內(nèi)外最新的科研成果和發(fā)展動態(tài)，力求做到先進性。根據(jù)編者多年的教學(xué)經(jīng)驗，在講義的基礎(chǔ)上，博采眾長，將理論與實踐相結(jié)合。本書內(nèi)容新穎、圖文并茂、語言簡潔、思路清晰，具有系統(tǒng)性、先進性、針對性和實用性的特點?！　∪珪卜?章，分別介紹了機床數(shù)控技術(shù)的基本概念、數(shù)控機床加工控制原理、數(shù)控編程基礎(chǔ)、計算機數(shù)控裝置的軟硬件組成、伺服驅(qū)動系統(tǒng)、測量反饋系統(tǒng)和數(shù)控機床的機械技術(shù)?！　⒓颖緯帉懝ぷ鞯挠泻颖鞭r(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）。全書由王家忠、李猛任主編，王家忠統(tǒng)稿?！　”緯珊颖鞭r(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、中國地質(zhì)大學(xué)的李寶林教授和河南理工大學(xué)鄧樂教授，審稿人對本書提出了寶貴意見。在本書編寫過程中，參考了大量同類文獻和最新研究成果，在此一并表示衷心感謝?！　”緯帉戨m然力求縝密嚴謹，但由于編者水平有限，不足之處在所難免，敬請廣大讀者不吝指正。

內(nèi)容概要

　　《機床數(shù)控技術(shù)》以數(shù)控機床作為載體，詳細分析和闡述了數(shù)控技術(shù)的最新原理和技術(shù)，并緊緊圍繞機床數(shù)控技術(shù)的核心內(nèi)容，從理論和實踐結(jié)合的角度介紹了機床數(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)用打下堅實的基礎(chǔ)。全書共7章，主要包括機床數(shù)控技術(shù)的基本概念、數(shù)控機床的加工控制原理、數(shù)控機床的編程基礎(chǔ)、計算機控制裝置、伺服驅(qū)動系統(tǒng)、測量反饋系統(tǒng)和數(shù)控機床機械技術(shù)等?！　　稒C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、先進性、針對性和實用性的特點?？勺鳛楦叩绕胀ㄔ盒：透叩嚷殬I(yè)院校機械類工科及機械電子工程等相關(guān)專業(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。

書籍目錄

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)控機床的概念1.1.5 其他相關(guān)的概念1.1.6 數(shù)控機床與普通機床、機電一體化及CAD/CAM的關(guān)系1.2 數(shù)控機床的組成及其特點1.2.1 數(shù)控機床的組成1.2.2 數(shù)控加工系統(tǒng)及其組成環(huán)節(jié)1.2.3 數(shù)控機床的工作原理1.2.4 數(shù)控機床的加工特點1.3 數(shù)控機床的分類1.3.1 按運動控制的特點分類1.3.2 按伺服系統(tǒng)的控制方式分類1.3.3 按機床的工藝用途進行分類1.3.4 按數(shù)控系統(tǒng)的功能水平進行分類1.3.5 按照可聯(lián)動軸數(shù)進行分類1.3.6 坐標聯(lián)動控制1.4 數(shù)控技術(shù)的產(chǎn)生與發(fā)展1.4.1 數(shù)控機床的產(chǎn)生1.4.2 數(shù)控機床的發(fā)展趨勢本章小結(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程2.1.2 刀具運動軌跡合成過程2.2 數(shù)控系統(tǒng)工作過程2.3 插補原理2.3.1 逐點比較法2.3.2 數(shù)字積分法2.3.3 數(shù)據(jù)采樣插補法2.4 刀具補償原理2.4.1 刀具半徑補償?shù)淖饔?.4.2 刀具半徑補償計算2.4.3 C功能刀具半徑補償本章小結(jié)思考與練習(xí)題第3章 數(shù)控機床編程基礎(chǔ)3.1 概述3.1.1 數(shù)控編程方法簡介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)控編程標準3.2.2 數(shù)控編程的坐標系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)控加工的工藝路線設(shè)計3.3.4 數(shù)控加工的工序設(shè)計3.3.5 編寫數(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 常用功能字簡介3.4.3 FANUC0i系統(tǒng)常用準備功能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)控編程的自動編程簡介3.6.1 計算機輔助數(shù)控程序自動編制的基本概念3.6.2 CAD/CAM集成數(shù)控自動編程系統(tǒng)的原理3.6.3 CAD/CAM集成數(shù)控自動編程系統(tǒng)的應(yīng)用本章小結(jié)思考題與習(xí)題第4章 計算機數(shù)控裝置4.1 概述4.2 計算機數(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 開放式數(shù)控裝置的體系結(jié)構(gòu)4.3 計算機數(shù)控系統(tǒng)的軟件4.3.1 計算機數(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 插補運算及位置控制程序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、特點和分類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)控機床上的應(yīng)用實例4.5 國內(nèi)外常見數(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)控機床伺服驅(qū)動系統(tǒng)5.1 概述5.1.1 伺服系統(tǒng)的組成5.1.2 數(shù)控機床對伺服系統(tǒng)的基本要求5.1.3 伺服系統(tǒng)的分類5.2 數(shù)控機床主軸驅(qū)動系統(tǒng)5.2.1 主軸驅(qū)動裝置及工作特性5.2.2 主軸分段無級變速及控制5.2.3 主軸準?？刂?.2.4 主軸與進給軸關(guān)聯(lián)控制5.3 數(shù)控機床進給驅(qū)動系統(tǒng)5.3.1 進給驅(qū)動系統(tǒng)組成與分類5.3.2 開環(huán)進給伺服控制5.3.3 閉環(huán)進給伺服控制及特性分析5.3.4 脈沖比較的進給伺服控制5.3.5 相位比較的進給伺服控制5.3.6 幅值比較的進給伺服控制5.3.7 數(shù)據(jù)采樣式和反饋補償式進給伺服控制本章小結(jié)思考題與習(xí)題第6章 數(shù)控機床測量反饋系統(tǒng)6.1 概述6.1.1 數(shù)控機床檢測裝置的分類6.1.2 數(shù)控機床對檢測裝置的要求6.1.3 數(shù)控檢測裝置的性能指標與要求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)同步器測量系統(tǒng)6.4 光柵測量裝置6.4.1 光柵測量的工作原理6.4.2 光柵測量裝置的數(shù)字變換線路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)控機床的機械系統(tǒng)7.1 概述7.1.1 數(shù)控機床機械結(jié)構(gòu)特點7.1.2 數(shù)控機床對機械結(jié)構(gòu)的要求7.2 數(shù)控機床的布局特點7.2.1 概述7.2.2 數(shù)控機床布局特點7.3 數(shù)控機床的主運動結(jié)構(gòu)7.3.1 概述7.3.2 主運動的配置形式和驅(qū)動電動機7.3.3 主軸部件7.4 進給系統(tǒng)的機械傳動結(jié)構(gòu)7.4.1 進給系統(tǒng)機械傳動結(jié)構(gòu)概述7.4.2 滾珠絲杠螺母副7.4.3 回轉(zhuǎn)工作臺7.4.4 導(dǎo)軌7.5 數(shù)控機床的刀具交換裝置7.5.1 概述7.5.2 自動換刀裝置的形式7.5.3 刀庫7.6 機床床身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)語及解釋參考文獻

章節(jié)摘錄

　　第2章 數(shù)控系統(tǒng)的加工控制原理　　2.3 插補原理　　在機床實際加工中，被加工工件的輪廓形狀千差萬別。為了滿足幾何尺寸精度的要求，刀具中心軌跡應(yīng)該準確地依照工件的輪廓形狀來生成。對于簡單的曲線，數(shù)控裝置易于實現(xiàn)；但對于較復(fù)雜的形狀，常常采用一小段直線或圓弧去逼近，有些場合也可以用拋物線、橢圓、雙曲線和其他高次曲線去逼近（或稱為擬合）。所謂插補是在對數(shù)控系統(tǒng)輸入有限坐標點（例如點、終點）的情況下，計算機根據(jù)線段的特征（直線、圓弧、橢圓等），運用一定的算法，自動地在有限坐標點之間生成一系列的坐標數(shù)據(jù)，即所謂“數(shù)據(jù)密化”，從而自動地對各坐標軸進行脈沖分配，完成整個線段的軌跡運行，以滿足加工精度的要求?！　〔逖a有兩層意思：一是用小線段逼近產(chǎn)生基本線型（如直線、圓弧等）；二是用基本線型擬合其他輪廓曲線。插補運算具有實時性，直接影響刀具的運動。五坐標插補加工仍是國外對我國封鎖的技術(shù)?！　〔逖a運算的速度和精度是數(shù)控裝置的重要指標，插補原理也叫軌跡控制原理。機床數(shù)控系統(tǒng)的輪廓控制主要問題就是怎樣控制刀具或工件的運動軌跡。無論是硬件數(shù)控（NC）系統(tǒng)，還是計算機數(shù)控（CNC）系統(tǒng)或微機數(shù)控（MNC）系統(tǒng)，都必須有完成插補功能的部分，但采取的方式不同。在CNC或MNC中，以軟件完成插補或軟、硬件結(jié)合實現(xiàn)插補，而在NC中有一個專門完成脈沖分配計算（即插補計算）的計算裝置——插補器。無論是軟件數(shù)控還是硬件數(shù)控，其插補的運算原理基本相同，其作用都是根據(jù)給定的信息進行數(shù)字計算，在計算過程中不斷向各個坐標發(fā)出相互協(xié)調(diào)的進給脈沖，使被控機械部件按指定的路線移動。

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