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第1章 数控系统概述 1

1.1 数字控制技术 1

1.1.1 数控技术、数控系统与数控机床 1

1.1.2 NC机床、加工中心、FMC、FMS与CIMS 2

1.2 数控系统与计算机数控系统（CNC系统） 3

1.2.1 数控系统的基本组成与基本原理 3

1.2.2 数控系统的分类 6

1.2.3 CNC系统的特点与功能 9

1.2.4 数控指令的标准代码 11

1.3 现代数控系统的发展 19

1.3.1 数控系统的发展过程 19

1.3.2 现代数控系统的发展方向 20

习题 22

第2章 数控系统的插补及刀具补偿原理 23

2.1 概述 23

2.1.1 插补定义 23

2.2.2 插补分类 23

2.2 逐点比较插补法 25

2.2.1 逐点比较法直线插补 25

2.2.2 逐点比较法圆弧插补 27

2.2.3 速度分析 30

2.3 数字积分插补法 31

2.3.1 数字积分器的工作原理 31

2.3.2 数字积分法直线插补 32

2.3.3 数字积分法圆弧插补 34

2.4 刀具补偿原理 36

2.4.1 刀具长度补偿 36

2.4.2 刀具半径补偿 37

2.5 加减速控制 45

习题 46

第3章 数控系统的软硬件及相关技术 47

3.1 数控系统组成与原理 47

3.1.1 数控系统组成 47

3.1.2 数控系统的基本原理 49

3.2 数控系统硬件结构概述 50

3.2.1 数控系统的硬件构成 50

3.2.2 大板式结构和模块化结构 50

3.2.3 单微处理器结构和多处理器结构 51

3.2.4 开放式数控装置的体系结构 55

3.3 数控系统软件结构 56

3.3.1 CNC系统软硬件的界面 56

3.3.2 CNC控制软件的特点 57

3.3.3 软件总体结构 59

3.3.4 CNC系统的控制软件工作过程 60

3.4 数控系统I/O接口 62

3.4.1 数控系统的I/O接口电路的作用和要求 62

3.4.2 数控系统的开关量I/O接口 63

3.4.3 数控系统的模拟量输入输出接口 63

3.4.4 机床控制I/O接口电路 63

3.5 数控机床的通信技术 65

3.5.1 CNC系统的串行通信 66

3.5.2 CNC系统的网络数据通信 69

习题 78

第4章 数控机床伺服驱动系统 79

4.1 概述 79

4.1.1 伺服系统的发展 79

4.1.2 伺服系统构成 81

4.1.3 位置伺服系统 81

4.1.4 伺服系统分类 83

4.1.5 进给伺服系统基本要求 84

4.1.6 伺服驱动装置 85

4.2 步进式伺服系统 86

4.2.1 步进电动机分类 86

4.2.2 步进电动机特点 87

4.2.3 三相反应式步进电动机工作原理 87

4.2.4 步进电动机功率驱动电路 88

4.2.5 步进电动机细分技术 89

4.2.6 步进电动机控制原理 90

4.3 直流电动机伺服系统 93

4.3.1 直流伺服系统构成 93

4.3.2 直流伺服系统特点 94

4.3.3 直流伺服系统组成方案及控制 95

4.3.4 直流电动机的控制原理 96

4.3.5 无刷直流电动机伺服控制系统 98

4.4 交流电动机伺服系统 99

4.4.1 交流伺服系统构成 100

4.4.2 交流伺服系统控制策略 102

4.5 伺服驱动系统接口和选型 106

4.5.1 伺服驱动装置接口 106

4.5.2 伺服驱动装置选型 115

习题 118

第5章 数控机床主轴驱动系统 119

5.1 概述 119

5.1.1 数控机床主轴驱动系统组成 119

5.1.2 数控机床对主轴控制的要求 119

5.2 主轴驱动装置及连接 120

5.2.1 主轴驱动装置的特点 120

5.2.2 数控装置与模拟主轴连接信号原理 121

5.2.3 数控装置与三菱变频器的连接 123

5.2.4 数控装置与伺服主轴装置的连接 124

5.3 主轴变速控制 127

5.3.1 无级变速 127

5.3.2 分段无级变速 127

5.3.3 自动换挡控制 128

5.4 主轴准停控制 129

5.4.1 概述 129

5.4.2 机械准停 130

5.4.3 电气准停控制 131

5.5 主轴与进给轴的关联控制 135

5.5.1 主轴编码器 135

5.5.2 主轴旋转与轴向进给的关联控制 137

5.5.3 主轴旋转与径向进给的关联控制 137

5.6 高速电主轴 138

5.6.1 高速电主轴的结构 138

5.6.2 冷却润滑技术 139

5.6.3 高速精密轴承 140

5.6.4 电主轴的动平衡 142

5.6.5 刀具的夹紧 142

5.6.6 轴上零件的连接 142

习题 143

第6章 可编程机床控制器 144

6.1 概述 144

6.1.1 可编程控制器的产生和发展 144

6.1.2 可编程控制器的原理与工作过程 148

6.2 数控机床用可编程控制器 153

6.2.1 PLC的类型 153

6.2.2 PMC的控制对象 155

6.2.3 PMC的信号存储器及地址 156

6.3 PMC的梯形图 158

6.3.1 梯形图的结构 158

6.3.2 顺序程序的执行 159

6.4 PMC的常用指令 161

6.4.1 PMC的基本指令 161

6.4.2 PMC的功能指令 163

6.5 梯形图的应用设计 179

6.5.1 梯形图的设计 179

6.5.2 PMC控制信号的分析 185

6.5.3 梯形图的应用设计 187

习题 201

第7章 数控机床位置检测装置 202

7.1 概述 202

7.2 旋转变压器 203

7.2.1 旋转变压器的结构 203

7.2.2 旋转变压器的工作原理 204

7.2.3 旋转变压器的工作方式 204

7.2.4 旋转变压器的应用 206

7.2.5 旋转变压器的主要参数 207

7.3 光电编码器 207

7.3.1 光电式编码器的结构 207

7.3.2 增量式光电编码器的工作原理 208

7.3.3 绝对式光电编码器的工作原理 209

7.3.4 编码器正反转辨别 210

7.4 光栅 210

7.4.1 光栅的结构 211

7.4.2 光栅的工作原理 211

7.4.3 光栅的种类 212

7.4.4 光栅测量系统 213

7.4.5 常用光栅的精度 214

7.5 感应同步器 215

7.5.1 感应同步器的结构和特点 215

7.5.2 感应同步器的工作原理 216

7.5.3 感应同步器的特点 217

7.6 磁栅 218

7.6.1 磁栅的结构 218

7.6.2 检测电路 220

7.7 测速发电机 221

7.7.1 测速发电机的结构 221

7.7.2 测速发电机的特点 222

习题 222

第8章 常用数控系统 223

8.1 概述 223

8.2 SIEMENS数控系统 224

8.2.1 SIEMENS数控系统的发展及特点 224

8.2.2 西门子840D硬件系统的组成 226

8.2.3 西门子840D系统的软件结构 229

8.3 FANUC数控系统 232

8.3.1 FANUC数控系统的发展及特点 232

8.3.2 FANUC 0i数控系统 233

8.4 华中数控系统 239

8.4.1 华中数控系统的分类及特点 239

8.4.2 华中数控系统的硬件系统 242

8.4.3 华中数控系统的软件系统 244

习题 246

参考文献 247