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第1章 现代数控机床概述1

1.1 数控机床简介1

1.1.1 基本概念1

1.1.2 数控机床的特点2

1.2 数控机床的工作原理及组成3

1.2.1 数控机床的工作原理3

1.2.2 数控机床的组成3

1.3 数控机床的分类5

1.3.1 按工艺用途分类5

1.3.2 按运动轨迹分类5

1.3.3 按伺服控制系统分类7

1.3.4 按数控系统的功能水平分类8

1.4 现代数控机床的发展9

1.4.1 数控技术的产生与发展9

1.4.2 直接数字控制系统10

1.4.3 柔性制造单元及柔性制造系统11

1.4.4 计算机集成制造系统13

1.5 现代数控机床的发展趋势14

第2章 数控机床的计算机数字控制系统19

2.1 概述19

2.1.1 CNC系统的组成19

2.1.2 CNC装置的功能20

2.2 计算机数字控制装置的硬件结构21

2.2.1 单微处理器结构21

2.2.2 多微处理器结构23

2.2.3 专用型结构数控装置和通用型结构数控装置25

2.2.4 开放式数控系统25

2.3 计数机数字控制装置的软件结构27

2.3.1 CNC装置的软件组成28

2.3.2 CNC系统软件的工作过程28

2.3.3 计算机数字控制系统的软件结构特点28

2.4 数控机床的可编程控制器31

2.4.1 概述31

2.4.2 PLC的原理31

2.4.3 数控机床中PLC的功能33

2.5 数控插补原理34

2.5.1 逐点比较法34

2.5.2 数字积分法38

2.5.3 数据采样插补法42

2.6 刀具补偿原理44

2.6.1 刀具长度补偿44

2.6.2 刀具半径补偿45

第3章 数控机床的进给伺服系统52

3.1 数控机床的进给伺服系统的组成和分类52

3.1.1 进给伺服系统的组成52

3.1.2 数控机床进给伺服系统的分类52

3.1.3 数控机床对进给伺服系统的要求55

3.2 数控机床伺服进给系统的伺服驱动装置56

3.2.1 步进电动机56

3.2.2 直流伺服电动机57

3.2.3 交流伺服电动机及其速度控制62

3.3 位置检测装置67

3.3.1 概述67

3.3.2 旋转变压器69

3.3.3 感应同步器70

3.3.4 光电编码器73

3.3.5 光栅76

3.3.6 磁尺79

3.3.7 激光在机床位置检测上的应用81

3.4 典型进给伺服系统83

3.4.1 步进电动机开环伺服系统83

3.4.2 闭环进给位置伺服系统84

3.4.3 半闭环进给伺服系统87

3.5 全数字伺服系统88

3.5.1 全数字伺服系统的特点88

3.5.2 前馈控制简介89

3.5.3 全数字伺服系统举例90

第4章 数控机床的机械系统93

4.1 概述93

4.1.1 数控机床机械结构特点93

4.1.2 数控机床的总体布局93

4.2 数控机床主传动系统95

4.2.1 数控机床对主传动系统的基本要求95

4.2.2 数控机床主传动的特点96

4.2.3 主传动变速方式96

4.2.4 主轴部件98

4.3 数控机床进给传动系统105

4.3.1 概述106

4.3.2 齿轮传动副106

4.3.3 滚珠丝杠螺母副108

4.3.4 静压蜗杆蜗条副和齿轮齿条副111

4.3.5 导轨112

4.4 自动换刀机构121

4.4.1 自动换刀装置121

4.4.2 刀库123

4.4.3 刀具交换装置125

4.5 数控机床回转工作台126

4.5.1 概述126

4.5.2 数控回转工作台126

4.5.3 分度工作台127

第5章 数控刀具及其工具系统131

5.1 概述131

5.1.1 数控刀具特点132

5.1.2 数控刀具的分类132

5.2 数控刀具的工具系统135

5.2.1 数控机床工具系统的组成135

5.2.2 车削类数控工具系统135

5.2.3 镗铣类数控工具系统137

5.3 数控刀具材料142

5.3.1 高速钢144

5.3.2 硬质合金144

5.3.3 陶瓷145

5.3.4 立方氮化硼147

5.3.5 金刚石148

5.4 刀具涂层技术149

5.4.1 涂层技术的种类150

5.4.2 刀具涂层材料150

5.5 数控加工刀具的选择原则153

5.6 数控刀具的切削用量选择154

5.7 数控刀具的换刀装置154

5.7.1 换刀装置的基本形式154

5.7.2 自动换刀装置155

5.7.3 刀具尺寸预调156

5.7.4 刀具的识别157

第6章 数控机床的加工信息处理及程序编制160

6.1 数控机床的信息处理160

6.1.1 输入方式160

6.1.2 信息处理160

6.1.3 信息输出161

6.2 数控编程的内容与步骤161

6.2.1 数控机床程序编制的方法162

6.2.2 数控加工的工艺分析163

6.3 数控程序的编制165

6.3.1 数控程序编制的国际标准和国家标准165

6.3.2 数控加工程序段格式和程序结构166

6.3.3 数控机床的坐标系166

6.3.4 数控机床的最小设定单位169

6.3.5 数控加工程序常用的编程指令169

6.4 自动数控编程169

6.4.1 自动编程概述169

6.4.2 数控语言编程170

6.4.3 图形交互自动编程171

6.4.4 语音式自动编程172

6.4.5 实物模型式自动编程172

6.5 STEP-NC简介172

6.5.1 STEP-NC研究现状及展望173

6.5.2 STEP标准的体系结构及特点175

6.5.3 STEP-NC对CNC系统的影响179

6.5.4 STEP-NC产品数据模型和编程180

6.5.5 相关的辅助软件介绍184

6.5.6 STEP-NC的实施185

第7章 基于VERICUT的虚拟数控加工仿真188

7.1 概述188

7.1.1 VERICUT模块功能188

7.1.2 VERICUT软件工作界面190

7.1.3 VERICUT机床仿真加工工作过程192

7.1.4 VERICUT的机床构建193

7.2 基于VERICUT的数控铣削仿真194

7.2.1 构建一个三轴铣的机床194

7.2.2 数控铣削加工仿真201

7.3 基于VERICUT的数控车削仿真206

7.3.1 构建一个二轴运动的车床模型206

7.3.2 数控车削加工仿真207

7.4 基于VERICUT的五轴数控加工仿真211

7.4.1 构建一个五轴机床211

7.4.2 五轴数控加工仿真212

第8章 典型数控加工机床219

8.1 CJK6240数控车床219

8.2 XK5025数控铣床223

8.3 XHK716立式加工中心227

8.4 NCUT-M E30型数控雕铣机234

8.5 数控五轴联动激光加工机237

参考文献244