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上篇 数控机床控制技术2

第1章 数控机床组成及数字控制原理2

1.1 数控机床的组成及分类3

1.1.1 数控机床的控制技术3

1.1.2 数控机床组成4

1.1.3 数控机床的分类6

1.2 国内外数控机床的现状及发展趋势14

1.2.1 国外数控机床的发展与现状15

1.2.2 我国数控机床的现状16

1.2.3 数控机床的发展趋势17

复习与思考题22

第2章 插补与刀具补偿23

2.1 数控加工技术基础23

2.1.1 加工控制示例23

2.1.2 插补控制原理24

2.1.3 插补方法的分类28

2.1.4 评价插补算法的指标29

2.2 刀具半径补偿30

2.2.1 刀具半径补偿的概念30

2.2.2 刀具半径补偿功能的主要用途31

2.2.3 刀具半径补偿的常用方法31

2.2.4 刀具半径补偿的工作原理32

2.2.5 C机能刀具半径补偿的转接形式和过渡方式32

2.2.6 刀具半径补偿的实例34

复习与思考题34

第3章 数控系统的组成36

3.1 数控系统的硬件结构36

3.1.1 典型的数控系统的硬件结构37

3.1.2 辅助控制接口模块41

3.1.3 数字逻辑控制模块42

3.1.4 位置控制模块43

3.1.5 功能接口模块45

3.2 数控系统的软件结构46

3.2.1 数控系统的结构特点46

3.2.2 微机系统48

3.2.3 数控系统的软件结构类型49

3.3 数控装置的技术特征57

3.3.1 数控装置的特点57

3.3.2 数控装置的功能58

3.3.3 NC、CNC、SV与PMC的概念60

3.3.4 现代数控技术的特征61

复习与思考题62

第4章 数控机床的电气控制系统63

4.1 数控系统的电气控制63

4.1.1 数控系统的电源控制64

4.1.2 数控系统的连接64

4.2 数控机床的电气控制66

4.2.1 数控车床的电气控制系统66

4.2.2 数控铣床的电气控制70

4.2.3 典型数控机床电气控制系统原理图74

4.3 数控机床电气控制设计示例77

4.3.1 CK6142数控车床的电气控制要求77

4.3.2 CK6142数控车床的电气控制方案设计77

4.3.3 强电控制回路的设计78

4.3.4 HANUC输入输出控制回路的连接与参数设置79

4.3.5 机床信号的连接81

4.3.6 HANUC系统伺服轴接口与伺服驱动器以及伺服电动机的连接与参数设置82

4.3.7 HANUC系统与变频器、主轴编码器的连接与参数设置84

复习与思考题85

第5章 数控机床PLC控制86

5.1 数控机床PLC及其功能介绍86

5.1.1 数控机床中的可编程控制器87

5.1.2 内装型PLC87

5.1.3 独立型PLC88

5.1.4 数控机床中PLC的功能89

5.2 CNC、PLC、机床之间的信号处理90

5.2.1 CNC侧与MT侧的概念90

5.2.2 CNC、PLC、机床之间的信号处理过程91

5.2.3 PLC、CNC、机床间的信息交换91

5.2.4 数控机床PLC信号的种类与接口地址91

5.2.5 M、S、T功能的实现92

5.2.6 安全互锁94

5.3 数控机床PLC系统的设计及调试95

5.3.1 可编程序控制器系统设计要求95

5.3.2 PLC控制系统设计的基本内容96

5.3.3 PLC系统设计步骤96

5.4 PLC程序设计97

5.4.1 PLC程序设计的常用方法98

5.4.2 PLC程序设计的一般步骤98

5.4.3 PLC程序设计的一般原则100

5.4.4 PLC调试的步骤100

5.5 其他数控系统的可编程控制器100

5.5.1 FANUC数控系统的可编程机床控制器101

5.5.2 FANUC系统典型PLC的指令和程序编制103

5.5.3 国产数控系统的PLC104

复习与思考题110

第6章 进给伺服控制与驱动111

6.1 进给伺服系统的类型111

6.1.1 数控加工对进给伺服系统的技术要求112

6.1.2 进给伺服系统的分类113

6.2 步进电动机及其驱动系统117

6.2.1 步进电动机的结构类型117

6.2.2 步进电动机的工作原理119

6.2.3 反应式步进电动机的主要性能指标122

6.2.4 驱动控制系统组成125

6.2.5 步进电动机驱动控制技术126

6.2.6 步进电动机的应用130

6.3 直流伺服驱动系统131

6.3.1 SCR速度控制系统131

6.3.2 PWM速度控制系统132

6.4 交流伺服驱动系统135

6.4.1 交流伺服系统的特点136

6.4.2 模拟式交流伺服控制系统137

6.4.3 数字式交流伺服系统138

复习与思考题141

第7章 主轴伺服驱动系统142

7.1 直流主轴驱动系统142

7.1.1 直流主轴驱动系统的特点与构成142

7.1.2 交流主轴驱动系统143

7.1.3 主轴定向准停的控制145

7.2 主轴变频驱动系统146

7.2.1 变频器定义及工作原理146

7.2.2 主轴变频器选用151

7.2.3 西门子6SC650系列交流主轴驱动装置152

7.2.4 三菱FR-A500系列变频器简介155

7.2.5 变频器调试与参数的设定158

复习与思考题159

第8章 位置检测装置160

8.1 位置检测装置的要求和分类160

8.1.1 对检测装置的要求160

8.1.2 检测装置的类型161

8.2 位置检测装置简介163

8.2.1 旋转变压器163

8.2.2 感应同步器166

8.2.3 脉冲编码器176

8.2.4 光栅181

8.2.5 磁栅185

复习与思考题189

下篇 数控机床的机械结构192

第9章 数控机床的主体结构192

9.1 数控机床的特点192

9.1.1 数控机床的加工特点192

9.1.2 数控机床的结构特点193

9.2 数控机床的结构要求194

9.2.1 较高的结构刚度194

9.2.2 良好的抗振性能199

9.2.3 低速进给运动的平稳性和运动精度201

9.2.4 减小机床的热变形202

9.3 床身203

9.3.1 床身结构203

9.3.2 床身截面形状204

9.3.3 床身的刚度205

9.4 导轨副206

9.4.1 数控机床对导轨的要求206

9.4.2 数控机床上导轨的种类207

9.5 数控机床的总体布局212

9.5.1 总布局与工件形状、尺寸和质量的关系213

9.5.2 运动分配与部件的布局214

9.5.3 总体布局与机床结构性能216

9.5.4 自动换刀数控卧式镗铣床（加工中心）的总布局218

9.5.5 机床的使用要求与总布局219

9.5.6 数控机床总布局的其他趋向220

复习与思考题221

第10章 数控机床的主传动系统222

10.1 主传动系统的要求与特点222

10.1.1 对主传动系统的要求222

10.1.2 主传动变速的配置223

10.2 主轴部件结构226

10.2.1 主轴本体227

10.2.2 主轴部件的支承228

10.2.3 刀具自动夹紧和吹屑装置230

10.2.4 主轴的润滑与密封231

10.2.5 主轴的定向准停装置234

10.3 典型机床主轴的结构239

10.3.1 数控车床的主轴部件239

10.3.2 自动换刀数控铣床的主轴部件240

复习与思考题243

第11章 数控机床的进给系统244

11.1 对进给系统的要求244

11.2 电动机与丝杠的传动246

11.2.1 齿轮传动246

11.2.2 齿轮传动结构间隙的消除247

11.2.3 联轴器传动250

11.3 滚珠丝杠螺母副254

11.3.1 滚动螺旋副的工作原理与特点254

11.3.2 滚珠的循环方式255

11.3.3 滚珠丝杠的选定256

11.3.4 滚珠丝杠的支承结构259

11.3.5 滚珠丝杠的制动264

11.3.6 滚珠丝杠副的防护及润滑265

11.4 静压丝杠螺母副265

11.4.1 工作特点和原理265

11.4.2 静压丝杠副的结构267

11.4.3 控制方式267

11.5 双导程蜗杆蜗轮副268

11.5.1 双导程蜗杆蜗轮副的特点268

11.5.2 双导程蜗杆的工作原理269

11.5.3 双导程蜗轮副的间隙调整结构270

11.5.4 双导程渐开线蜗杆齿轮传动270

11.6 静压蜗杆蜗条副270

11.6.1 工作原理271

11.6.2 特点271

11.6.3 材料272

11.6.4 传动方案272

11.7 直线电动机驱动273

11.7.1 直线电动机的工作原理274

11.7.2 直线电动机的分类275

11.7.3 结构与工作方式276

复习与思考题278

第12章 工作台与自动换刀装置279

12.1 分度工作台279

12.1.1 插销定位的分度工作台279

12.1.2 齿盘定位的分度工作台280

12.1.3 多齿盘分度工作台282

12.1.4 带有交换托盘的分度工作台284

12.2 数控回转工作台286

12.2.1 开环数控工作台286

12.2.2 闭环数控工作台288

12.2.3 双导程蜗杆传动分度工作台288

12.3 刀架换刀装置290

12.3.1 自动换刀装置的形式291

12.3.2 回转刀架换刀装置291

12.3.3 多主轴转塔头换刀装置295

12.3.4 排刀式刀架296

12.4 刀库自动换刀系统297

12.4.1 刀库的形式298

12.4.2 刀具选择形式303

12.4.3 刀具交换装置305

12.4.4 机械手结构原理307

12.4.5 动力刀具的结构311

复习与思考题312

第13章 其他辅助装置313

13.1 一般辅助机构313

13.1.1 润滑系统313

13.1.2 冷却系统313

13.1.3 排屑装置314

13.1.4 过载保护、超程限位和回机床参考点装置315

13.2 数控机床液压系统316

13.2.1 液压系统的组成316

13.2.2 数控机床上典型的液压回路分析318

13.3 数控机床上典型气压回路的分析327

13.3.1 H400型卧式加工中心气动系统327

13.3.2 数控车床用真空卡盘331

13.3.3 数控加工中心气动换刀系统332

复习与思考题333