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第1章 数控机床概述1

1.1 数控机床的产生与发展1

1.1.1 数控机床的产生与发展过程1

1.1.2 数控机床的发展趋势2

1.1.3 各国数控机床的发展状况6

1.2 机床中有关数控的基本概念7

1.3 数控机床的组成及工作原理9

1.3.1 数控机床的组成9

1.3.2 数控机床的工作原理10

1.4 数控机床的分类11

1.4.1 按工艺用途分类11

1.4.2 按机床运动轨迹分类13

1.4.3 按伺服系统控制方式分类15

1.4.4 按数控系统功能水平分类16

1.5 数控机床的特点17

1.5.1 数控机床的设计特点17

1.5.2 数控机床的加工特点17

1.5.3 数控机床的结构特点18

1.6 数控机床的主要性能指标与功能19

1.6.1 数控机床的规格指标19

1.6.2 数控机床的精度指标20

1.6.3 数控机床的运动指标20

1.6.4 数控机床的主要功能20

1.7 数控机床的应用范围22

思考与练习题23

第2章 数控机床的数控系统24

2.1 数控系统的总体结构及各部分功能24

2.1.1 数控系统的组成与机床的基本控制要求24

2.1.2 CNC装置的结构25

2.1.3 CNC装置的工作过程30

2.1.4 CNC装置的功能31

2.2 CNC装置的插补原理34

2.2.1 插补的分类34

2.2.2 逐点比较法35

2.2.3 逐点比较法直线插补36

2.2.4 逐点比较法圆弧插补39

2.3 CNC装置的刀具补偿41

2.3.1 刀具长度补偿41

2.3.2 刀具半径补偿42

2.4 CNC装置误差补偿原理48

2.4.1 反转间隙补偿49

2.4.2 螺距误差补偿49

2.4.3 其他因素引起的误差及其补偿50

2.5 可编程序控制器51

2.5.1 PLC的组成及特点51

2.5.2 PLC在数控机床上的应用53

2.6 CNC装置的I／O与通信接口54

2.6.1 CNC装置对I／O与通信接口的要求54

2.6.2 数控系统I／O接口55

2.6.3 数控系统串行数据通信及其接口56

思考与练习题58

第3章 数控机床的伺服系统59

3.1 步进电动机驱动控制系统60

3.1.1 步进电动机的分类与结构60

3.1.2 步进电动机的工作原理与主要特性61

3.1.3 步进电动机的驱动控制63

3.2 直流伺服电动机控制系统65

3.2.1 直流伺服电动机的分类与结构66

3.2.2 直流伺服电动机的工作原理与工作特性66

3.2.3 直流伺服电动机的调速方法69

3.3 交流伺服电动机控制系统69

3.3.1 交流伺服电动机的分类与结构69

3.3.2 交流伺服电动机的工作原理与性能70

3.3.3 交流伺服电动机的调速方法71

思考与练习题72

第4章 数控机床的位置检测装置73

4.1 旋转变压器75

4.2 感应同步器78

4.3 光栅81

4.4 光电脉冲编码器83

思考与练习题85

第5章 数控机床的机械结构86

5.1 数控机床机械结构组成及特点86

5.1.1 数控机床机械结构的主要组成86

5.1.2 数控机床机械结构的主要特点88

5.2 数控机床的总体布局94

5.2.1 工件形状、尺寸和质量对运动分配的影响94

5.2.2 加工功能与运动数目对机床部件的布局影响95

5.2.3 机床的结构性能与总布局的关系97

5.2.4 机床的使用要求与总布局的关系98

思考与练习题100

第6章 数控机床的主传动系统101

6.1 数控机床对主传动系统的要求101

6.2 数控机床主传动系统的变速方式102

6.2.1 机床主轴的功率转矩特性102

6.2.2 直流和交流调速电动机的功率转矩特性103

6.2.3 主轴转速的自动变换103

6.2.4 数控机床主轴的传动方式103

6.3 数控机床的主轴部件105

6.3.1 主轴106

6.3.2 主轴的支承107

6.3.3 刀杆自动拉紧放松机构及切屑清除装置110

6.3.4 主轴的定向准停装置112

6.3.5 主轴润滑与密封113

6.4 电主轴116

思考与练习题118

第7章 数控机床的进给系统119

7.1 对进给系统机械传动机构的要求119

7.2 滚珠丝杠螺母副120

7.2.1 工作原理和特点120

7.2.2 结构类型121

7.2.3 滚珠丝杠螺母副的预紧121

7.2.4 丝杠的支承方式124

7.3 静压丝杠螺母副125

7.4 蜗杆蜗轮副126

7.4.1 双导程蜗杆的工作原理126

7.4.2 双导程蜗杆蜗轮副及其间隙调整结构127

7.4.3 双导程蜗杆蜗轮副的特点127

7.5 齿轮传动副128

7.6 数控机床导轨131

7.6.1 对导轨的基本要求131

7.6.2 导轨的基本类型及特点131

7.6.3 普通滑动导轨132

7.6.4 滚动导轨134

7.6.5 静压导轨137

7.7 直线电动机传动137

思考与练习题140

第8章 数控机床的辅助装置141

8.1 自动换刀装置141

8.1.1 转塔式自动换刀装置141

8.1.2 刀库式自动换刀装置146

8.2 数控机床的工作台156

8.2.1 数控回转工作台156

8.2.2 分度工作台158

8.3 液压与气压传动系统在数控机床中的应用162

8.3.1 TND360机床的液压系统162

8.3.2 数控加工中心气动换刀系统164

8.3.3 气液增压的结构原理与应用166

8.4 数控机床用附件168

8.4.1 卡盘168

8.4.2 尾座170

8.4.3 分度头170

8.4.4 常用铣削刀柄172

8.4.5 三坐标测量机177

8.4.6 机外对刀仪179

8.4.7 寻边器与Z轴设定器180

8.5 排屑装置182

8.6 润滑系统183

思考与练习题185

第9章 常用数控机床186

9.1 数控车床186

9.1.1 数控车床的分类186

9.1.2 数控车床的结构特点189

9.1.3 数控车床的布局191

9.1.4 数控车床的传动系统和机械结构192

9.1.5 车削加工中心200

9.2 数控铣床202

9.2.1 数控铣床特点及分类202

9.2.2 数控铣床的主要功能及加工对象204

9.2.3 数控铣床的机械结构205

9.2.4 数控铣床的传动系统与结构208

9.3 加工中心210

9.3.1 加工中心的特点210

9.3.2 加工中心的分类210

9.3.3 加工中心的应用范围216

思考与练习题217

第10章 数控机床加工程序的编制218

10.1 数控编程218

10.1.1 数控编程的内容与步骤218

10.1.2 数控编程的方法220

10.1.3 程序的结构与格式221

10.1.4 数控机床坐标轴和运动方向224

10.1.5 数控系统的准备功能和辅助功能227

10.2 数控加工工艺分析235

10.2.1 数控加工工艺的基本特点和基本内容235

10.2.2 工序与工步的划分235

10.2.3 零件的安装与夹具的选择237

10.2.4 刀具的选择与切削用量的确定237

10.2.5 数控机床的坐标系和坐标原点238

10.2.6 对刀点和换刀点的确定239

10.2.7 工艺路线的确定240

10.3 数控车床编程242

10.3.1 单一指令242

10.3.2 刀尖半径补偿（G41、G42、G40）242

10.3.3 循环指令245

10.3.4 数控车床编程实例247

10.4 数控铣床编程250

10.4.1 刀具——立铣刀250

10.4.2 指令251

10.4.3 数控铣床编程实例255

10.5 数控加工自动编程258

思考与练习题264

参考文献265