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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