工具機數控技術及套用（第四版）

成書過程

修訂情況

該書第1章由陳蔚芳、劉凱編寫，第2章、第3章由陳蔚芳編寫，第4章由薛建彬、劉凱編寫，第5章由王宏濤、陳蔚芳、羅福源編寫，第6章、第7章由王宏濤、羅福源編寫，第8章由薛建彬、吳青聰編寫，第9章、第10章由樓佩煌、吳青聰編寫。全書由陳蔚芳、王宏濤、劉凱統稿和定稿。南京航空航天大學游有鵬教授和南京數控工具機有限公司孫序泉教授級高工對該書進行了審閱，提出了意見。

該書在編寫過程中，參閱了相關文獻、教材和PPT講義，何磊、侯軍明、郝小忠、劉志東提供了部分編程例題、工藝素材和加工視頻，倪麗君、沈雨蘇、曹新航等完成了書中大部分圖形的繪製、部分文字的錄入和整理工作，冷晟、史建新、趙正彩、周明虎等提供了部分材料。南京納威精密機械有限公司、南京德西數控新技術有限公司、南京航空航天大學工程訓練中心和南京工程學院為該書提供了相關視頻資料。

出版工作

2019年9月1日，《工具機數控技術及套用（第四版）》由科學出版社出版發行。

責任編輯	責任校對	責任印製	封面設計
朱曉穎、朱靈真	王萌萌	霍兵	迷底書裝

內容簡介

該書共10章，第1章介紹數控技術及數控工具機的概念、組成、工作原理、分類和新發展；第2章介紹數控編程方面的基礎知識，包括數控工藝、數學處理、常用編程指令和高速加工工藝；第3章介紹數控車床、數控銑床、數控線切割工具機、加工中心、車銑複合工具機的手工編程方法，同時介紹基於UG平台的自動編程方法；第4章介紹數控裝置的硬體和軟體結構及可程式控制器在數控系統中的套用；第5章介紹各種插補方法及其實現步驟，以及刀具半徑補償原理、進給加減速控制方法；第6章介紹數控工具機常用的各種檢測裝置；第7章介紹套用於數控工具機的多種控制電機及其驅動控制方式；第8章介紹數控工具機機械結構的特點、主傳動系統、進給傳動系統及相關部件；第9章介紹分散式數控系統的概念、功能、控制方式、信息採集技術和套用實例；第10章介紹柔性製造系統的組成、功能、控制調度技術，最後給出套用實例。

教材目錄

第1章數控技術概論 1

1.1 數控技術的基本概念 1

1.2 工具機數控技術的組成 1

1.2.1 工具機本體 1

1.2.2 數控系統 2

1.2.3 外圍技術 3

1.3 數控加工零件的過程 4

1.4 數控工具機的特點與分類 5

1.4.1 數控工具機的特點 5

1.4.2 數控工具機的分類 6

1.5 數控技術的發展趨勢 9

複習思考題 13

第2章數控加工程式編制基礎 14

2.1 概述 14

2.1.1 數控編程的基本概念 14

2.1.2 數控編程的內容和步驟 14

2.1.3 數控編程的方法 15

2.1.4 數控工具機坐標系 16

2.1.5 加工程式結構與格式 18

2.2 數控編程中的常用指令 19

2.2.1 準備功能G代碼 19

2.2.2 輔助功能M代碼 26

2.2.3 F代碼、S代碼、T代碼 28

2.3 數控編程中的工藝處理 29

2.3.1 數控加工工藝的特點與內容 29

2.3.2 數控加工零件或加工內容的選擇 29

2.3.3 數控加工工藝性分析 30

2.3.4 數控加工工藝路線的設計 31

2.3.5 數控加工工序的詳細設計 31

2.3.6 工藝處理案例分析 42

2.4 高速加工及其工藝處理 44

2.4.1 高速加工概述 44

2.4.2 高速加工中的工藝處理 44

2.5 數控編程中的數學處理 47

2.5.1 直線、圓弧類零件的數學處理 47

2.5.2 非圓曲線節點坐標計算 48

2.5.3 列表曲線輪廓零件的數學處理 50

2.5.4 列表曲面輪廓零件的數學處理 53

複習思考題 54

第3章數控加工編程方法 56

3.1 概述 56

3.2 手工編程方法 57

3.2.1 數控車床編程方法及編程實例 57

3.2.2 數控銑床編程方法及編程實例 70

3.2.3 數控線切割工具機編程方法及編程實例 75

3.2.4 加工中心編程方法及編程實例 83

3.2.5 車銑複合工具機編程方法及編程實例 90

3.2.6 宏程式編程方法及編程實例 97

3.3 自動編程方法 102

3.3.1 概述 102

3.3.2 圖形互動編程的主要過程 103

3.3.3 圖形互動編程實例 103

複習思考題 110

第4章計算機數控裝置 113

4.1 概述 113

4.2 計算機數控裝置的硬體結構 113

4.2.1 單微處理器結構 113

4.2.2 多微處理器結構 115

4.2.3 開放式數控系統 116

4.2.4 嵌入式數控系統 117

4.3 計算機數控裝置的軟體結構 119

4.3.1 CNC裝置的軟體組成 119

4.3.2 CNC系統軟體的工作過程 120

4.3.3 CNC系統的軟體結構 121

4.4 數控工具機的可程式控制器 123

4.4.1 數控工具機中可程式控制器實現的功能 123

4.4.2 PLC、CNC與數控工具機的關係 124

4.4.3 PLC在數控工具機上的套用舉例 125

4.5 典型的CNC系統簡介 127

4.5.1 SIEMENS數控系統 127

4.5.2 FANUC數控系統 130

複習思考題 133

第5章數控工具機的運動控制原理 134

5.1 概述 134

5.1.1 插補的基本概念 134

5.1.2 插補方法的分類 135

5.2 逐點比較法 137

5.2.1 逐點比較法直線插補 137

5.2.2 逐點比較法圓弧插補 140

5.3 數字積分法 144

5.3.1 DDA法直線插補 145

5.3.2 DDA法圓弧插補 148

5.3.3 提高DDA法插補質量的措施 151

5.3.4 其他函式的DDA法插補運算 156

5.4 直線函式法 156

5.4.1 直線函式法直線插補 156

5.4.2 直線函式法圓弧插補 157

5.5 擴展數字積分法 158

5.5.1 擴展DDA法直線插補 158

5.5.2 擴展DDA法圓弧插補 159

5.6 曲面直接插補 161

5.6.1 實現SDI的軟體系統結構和工作流程 162

5.6.2 SDI算法的基本原理 162

5.6.3 SDI的信息輸入 164

5.6.4 曲面直接插補的技術關鍵 165

5.7 刀具半徑補償 166

5.7.1 B刀具半徑補償 166

5.7.2 C刀具半徑補償 168

5.8 進給加減速控制方法 175

5.8.1 進給速度的控制方法 176

5.8.2 CNC裝置的常見加減速控制方法 177

複習思考題 188

第6章數控工具機的檢測裝置 190

6.1 概述 190

6.1.1 數控工具機對檢測裝置的主要要求 190

6.1.2 位置檢測裝置分類 191

6.2 旋轉變壓器 192

6.2.1 旋轉變壓器的結構 192

6.2.2 旋轉變壓器的工作原理 193

6.2.3 旋轉變壓器的套用 195

6.2.4 磁阻式多極旋轉變壓器簡介 195

6.3 感應同步器 196

6.3.1 感應同步器的結構與種類 196

6.3.2 感應同步器的安裝 198

6.3.3 感應同步器的工作原理 198

6.3.4 感應同步器的特點 200

6.4 光柵 201

6.4.1 光柵的種類與精度 201

6.4.2 光柵的結構與測量原理 202

6.4.3 光柵測量系統 204

6.5 編碼器 207

6.5.1 接觸式編碼器 207

6.5.2 光電式編碼器 208

6.5.3 編碼器在數控工具機中的套用 209

6.6 磁柵 210

6.6.1 磁柵的工作原理與結構 210

6.6.2 磁柵位移檢測裝置的結構類型 214

6.7 雷射干涉儀 215

6.7.1 雷射干涉法測距的基本原理 215

6.7.2 雙頻雷射干涉儀 216

6.8 位置檢測裝置的輸出接口與傳輸協定 217

複習思考題 221

第7章數控工具機的伺服驅動系統 222

7.1 概述 222

7.2 步進電機及其驅動控制系統 223

7.2.1 步進電機的工作原理 223

7.2.2 步進電機的主要特性 225

7.2.3 步進電機的分類 226

7.2.4 步進電機的環形分配器 228

7.2.5 功率放大電路 230

7.3 直流伺服電機及其速度控制系統 234

7.3.1 直流伺服電機的分類和工作原理 234

7.3.2 直流伺服電機的調速原理與方法 234

7.3.3 直流伺服電機速度控制單元的調速控制方式 236

7.4 交流伺服電機及其速度控制系統 240

7.4.1 交流伺服電機的分類與特點 240

7.4.2 交流伺服電機的變頻調速 241

7.4.3 交流伺服電機的變頻調速特性 244

7.4.4 交流伺服電機的矢量控制 245

7.4.5 永磁式交流同步電機的矢量控制 248

7.4.6 感應式交流伺服電機的矢量控制 249

7.5 直線電機及其在數控工具機中的套用簡介 251

7.5.1 直線電機的特點 251

7.5.2 直線電機的基本結構和分類 252

7.5.3 直線電機的基本工作原理 253

7.5.4 直線電機在工具機上的套用 254

7.6 位置伺服系統的結構與原理 255

7.6.1 概述 255

7.6.2 相位比較伺服系統 257

7.6.3 幅值比較伺服系統 261

7.6.4 數字脈衝比較伺服系統 262

7.6.5 全數字控制伺服系統 263

7.6.6 多軸同步控制原理 264

複習思考題 265

第8章數控工具機的機械結構與裝置 266

8.1 概述 266

8.1.1 數控工具機機械結構的特點 266

8.1.2 數控工具機機械結構的基本要求 266

8.2 數控工具機主傳動系統 270

8.2.1 主傳動方式 270

8.2.2 主軸部件的結構 271

8.2.3 主軸部件的支承 271

8.2.4 主軸的準停裝置 273

8.2.5 自動換刀裝置 274

8.2.6 高速電主軸裝置 276

8.2.7 萬向銑頭 278

8.3 數控工具機的進給傳動系統 279

8.3.1 進給傳動方式 280

8.3.2 滾珠絲槓螺母副 280

8.3.3 齒輪齒條副 283

8.3.4 迴轉工作檯 283

8.4 數控工具機的導軌 285

8.4.1 帶有塑膠層的滑動導軌 285

8.4.2 滾動導軌 286

8.4.3 靜壓導軌 287

8.5 數控工具機的自動換刀裝置 287

8.5.1 自動換刀裝置概述 287

8.5.2 刀庫 290

8.5.3 刀具交換裝置 290

8.6 數控工具機的輔助裝置 291

8.6.1 液壓和氣動裝置 291

8.6.2 排屑裝置 291

8.6.3 其他輔助裝置 292

複習思考題 292

第9章分散式數字控制技術 293

9.1 概述 293

9.1.1 DNC的產生 293

9.1.2 DNC的特點 294

9.1.3 DNC的基本組成 294

9.1.4 DNC的主要功能 295

9.2 DNC系統結構與控制 296

9.3 DNC系統的通信方式 297

9.3.1 基於異步串列通信的點對點型 297

9.3.2 基於網路的分布型 298

9.3.3 混合通信型 301

9.4 DNC 系統中的數據採集與信息監視 301

9.4.1 數據採集與信息監視技術 301

9.4.2 信息採集的實現方案與策略 302

9.4.3 OPC原理與規範 304

9.4.4 OPC技術在DNC 中的套用 305

9.5 DNC系統實例分析 307

複習思考題 309

第10章柔性製造系統 310

10.1 概述 310

10.1.1 柔性製造系統的定義 310

10.1.2 柔性製造系統的特點 311

10.2 柔性製造系統基本組成 312

10.2.1 FMS製造工作站 312

10.2.2 物料儲運系統 313

10.2.3 FMS管理與控制系統 319

10.3 FMS實例 322

10.3.1 FMS-500概況 322

10.3.2 FMS-500系統遞階控制結構與系統功能 323

10.3.3 FMS-500的特點 324

10.4 智慧型製造系統 325

10.4.1 智慧型製造系統的網路層次模型 325

10.4.2 智慧型製造系統的數據流 326

10.4.3 智慧型製造系統實例 326

複習思考題 327

參考文獻 328

（註：目錄排版順序為從左列至右列）

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