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高等院校教材机床数控技术及应用陈蔚芳 王宏涛 主 编薛建彬 楼佩煌 副主编北 京内 容 简 介 本书首先对数控技术进行了简要介绍，然后系统论述了数控加工程序编制基础、数控加工编程方法、计算机数字控制装置、数控机床的控制原理、数控机床的检测装置、数控机床的伺服驱动系统、数控机床的机械结构与装置。最后，还介绍了分布式数字控制技术以及柔性制造系统。书中案例丰富，并在每章后配有复习思考题。本书可以作为高等院校机械制造及自动化、材料成型等专业的本科生教材，也可以供一般工程技术人员参考。本书另有配套的电子教案，可以免费提供给任课教师。 图书在版编目（CIP）数据 机床数控技术及应用／陈蔚芳，王宏涛主编．—北京：科学出版社，２００５ （高等院校教材） ISBN７０３０１４９５０５ Ⅰ畅机… Ⅱ畅①陈…②王… Ⅲ畅数控机床高等学校教材Ⅳ畅TG６５９ 中国版本图书馆CIP数据核字（２００５）第００６９８２号责任编辑：段博原 鄢德平 于宏丽／责任校对：张怡君责任印制：钱玉芬／封面设计：陈 敬科学出版社发行 各地新华书店经销倡２００５年４月第 一 版 开本：B５（７２０×１０００）２００６年３月第三次印刷 印张：２３１／２印数：５５０１—１００００ 字数：４５９０００定价：30．00元（如有印装质量问题，我社负责调换枙环伟枛） 出版北京东黄城根北街１６号邮政编码：１００７１７http：／／．sciencep．com印刷前 言随着科学技术的高速发展，制造业发生了根本性的变化，高效率、高精度的数控机床逐渐取代普通机床，形成了巨大的生产力。数控机床的核心是机床数控技术，其发展和应用的水平标志着综合国力水平，也是实现制造系统自动化、柔性化、集成化、系统化的基础。枟机床数控技术枠作为培养机械工程技术人才的一门专业课程，其作用举足轻重，可使学生获得丰富的机械、电子、控制、检测、编程等方面的基础知识和综合技能，满足社会对数控技术人才的需要。本书是与枟机床数控技术枠课程相配套的教材，主要偏重于数控编程和数控原理，同时兼顾数控机床结构、分布式数控技术、柔性制造技术等方面的知识。编写时既注重基础性、系统性、综合性，也考虑应用性和实践性，同时兼顾先进性。文字叙述上力求通俗易懂。本书共分１０章，第１章介绍了数控技术及数控机床的概念、组成、工作原理、分类、新发展；第２章介绍了数控编程的一些基础知识，包括数控工艺处理、数学处理、常用编程指令；第３章介绍了数控车床、数控铣床、加工中心、数控线切割机床的手工编程方法，同时介绍了基于UG平台的自动编程方法；第４章介绍了数控装置的硬件和软件结构及可编程控制器在数控系统中的应用；第５章介绍了各种插补方法及其实现步骤，介绍了刀具半径补偿；第６章介绍了用在数控机床上的各种检测装置；第７章介绍了数控机床中电机种类及相应的驱动控制方式；第８章介绍了数控机床的结构特点、主轴部件、进给传动系统、导轨、自动换刀装置；第９章介绍了分布式数控系统的概念、功能、控制方式、信息采集方式、应用实例；第１０章介绍了柔性制造系统的组成、控制结构、调度与仿真技术，最后给出了应用实例。本书第１章、第２章、第３章由陈蔚芳编写，第５章由王宏涛、陈蔚芳编写，第６章、第７章由王宏涛编写，第４章、第８章由薛建彬编写，第９章、第１０章由楼佩煌编写。全书由陈蔚芳、王宏涛统稿和定稿。南京航空航天大学范炳炎教授、竺钦尧教授、杨文源教授对本书进行了主审，提出了许多宝贵的意见，在此表示衷心的感谢。在本书的编写过程中，何磊老师提供了自动编程的例子并审核了部分手工编程的例题，冷晟老师参与了部分复习思考题的编写，倪丽君硕士生完成了书中大部分图形的绘制、部分文字的录入、编辑和整理工作，云乃彰教授、臧铁钢老师和无锡国盛精密模具公司史建新工程师提供了部分材料，对他们的大力支持同样表示感谢。机床数控技术仍有许多理论需要进一步研究和完善。同时由于编者学识水平有限，成书时间仓促，因此书中难免有不足和错误，恳请广大读者批评指正。编 者２００５年１月 ·ii· 机床数控技术及应用目 录前言第1章 数控技术概论１……………………………………………………………… １．１ 数控技术的基本概念１…………………………………………………… １．２ 机床数控技术的组成１…………………………………………………… １．２．１ 机床本体１……………………………………………………………… １．２．２ 数控系统２……………………………………………………………… １．２．３ 外围技术４……………………………………………………………… １．３ 数控加工零件的过程４…………………………………………………… １．４ 数控机床的特点与分类６………………………………………………… １．４．１ 数控机床的特点６……………………………………………………… １．４．２ 数控机床的分类７……………………………………………………… １．５ 数控技术的发展趋势１２…………………………………………………… 复习思考题１４……………………………………………………………………第2章 数控加工程序编制基础１５………………………………………………… ２．１ 概述１５……………………………………………………………………… ２．１．１ 数控编程的基本概念１５………………………………………………… ２．１．２ 数控编程的内容和步骤１５……………………………………………… ２．１．３ 数控编程的方法１７……………………………………………………… ２．１．４ 数控机床坐标系１７……………………………………………………… ２．１．５ 加工程序结构与格式２０………………………………………………… ２．２ 数控编程中的常用指令２１………………………………………………… ２．２．１ 准备功能G代码２２…………………………………………………… ２．２．２ 辅助功能M代码３０…………………………………………………… ２．２．３ F、S、T代码３３………………………………………………………… ２．３ 数控编程中的工艺处理３３………………………………………………… ２．３．１ 数控加工工艺的特点与内容３４………………………………………… ２．３．２ 数控加工零件的选择３４………………………………………………… ２．３．３ 数控加工工艺性分析３５………………………………………………… ２．３．４ 数控加工工艺路线的设计３６…………………………………………… ２．３．５ 数控加工工序的详细设计３８…………………………………………… ２．４ 数控编程中的数学处理５０………………………………………………… ２．４．１ 直线、圆弧类零件的数学处理５１………………………………………… ２．４．２ 非圆曲线节点坐标计算５２……………………………………………… ２．４．３ 列表曲线轮廓零件的数学处理５８……………………………………… ２．４．４ 列表曲面轮廓零件的数学处理６１……………………………………… ２．４．５ 刀位点轨迹的计算６３…………………………………………………… 复习思考题６６……………………………………………………………………第3章 数控加工编程方法６８……………………………………………………… ３．１ 概述６８……………………………………………………………………… ３．２ 手工编程方法６９…………………………………………………………… ３．２．１ 数控车床编程方法及编程实例６９……………………………………… ３．２．２ 数控铣床编程方法及编程实例８９……………………………………… ３．２．３ 数控线切割机床编程方法及编程实例９６………………………………… ３．２．４ 加工中心编程方法及编程实例１０５……………………………………… ３．３ 自动编程方法１１４………………………………………………………… ３．３．１ 概述１１４……………………………………………………………… ３．３．２ 主要CAD／CAM系统简介１１４………………………………………… ３．３．３ 图形交互编程的主要过程１１７…………………………………………… ３．３．４ 编程实例１１８…………………………………………………………… 复习思考题１２３……………………………………………………………………第4章 计算机数字控制装置１２６…………………………………………………… ４畅１ 概述１２６…………………………………………………………………… ４畅２ 计算机数字控制装置的硬件结构１２６…………………………………… ４畅２畅１ 单微处理器结构１２６…………………………………………………… ４畅２畅２ 多微处理器结构１２９…………………………………………………… ４畅２畅３ 开放式数控系统１３０…………………………………………………… ４畅３ 计算机数字控制装置的软件结构１３１…………………………………… ４畅３畅１ CNC装置的软件构成１３１……………………………………………… ４畅３畅２ CNC系统软件的工作过程１３１………………………………………… ４畅３畅３ CNC系统的软件结构特点１３３………………………………………… ４畅４ 数控机床的可编程控制器１３５…………………………………………… ４畅４畅１ 数控机床中PLC实现的功能１３５……………………………………… ４畅４畅２ PLC、CNC与数控机床的关系１３６……………………………………… ·iv· 机床数控技术及应用 ４畅４畅３ PLC在数控机床上的应用举例１３７……………………………………… ４畅５ 典型的CNC系统简介１３９……………………………………………… ４畅５畅１ FANUC公司的主要数控系统１３９……………………………………… ４畅５畅２ SIEMENS公司的主要数控系统１４３…………………………………… 复习思考题１４５……………………………………………………………………第5章 数控机床的控制原理１４６…………………………………………………… ５畅１ 概述１４６…………………………………………………………………… ５畅１畅１ 插补的基本概念１４６…………………………………………………… ５畅１畅２ 插补方法的分类１４７…………………………………………………… ５畅２ 逐点比较法１５０…………………………………………………………… ５畅２畅１ 逐点比较法直线插补１５０……………………………………………… ５畅２畅２ 逐点比较法圆弧插补１５３……………………………………………… ５畅２畅３ 逐点比较法的速度分析１５７…………………………………………… ５畅３ 数字积分法１５８…………………………………………………………… ５畅３畅１ DDA法直线插补１５９…………………………………………………… ５畅３畅２ DDA法圆弧插补１６２…………………………………………………… ５畅３畅３ 提高数字积分法插补质量的措施１６５…………………………………… ５畅３畅４ 其他函数的DDA插补运算１７１………………………………………… ５畅４ 直线函数法１７２…………………………………………………………… ５畅４畅１ 直线函数法直线插补１７２……………………………………………… ５畅４畅２ 直线函数法圆弧插补１７３……………………………………………… ５畅５ 扩展数字积分法１７４………………………………………