數(shù)控技術

前言

數(shù)控技術（數(shù)字化控制技術）是未來控制技術的發(fā)展方向，從家用電器到醫(yī)療器械，從地下的探測設備到太空飛行器，許多領域都大量使用了數(shù)字信號和數(shù)控技術。隨著信息技術的發(fā)展，特別是現(xiàn)代控制理論研究的深入，數(shù)字化控制技術在控制領域的比重將逐漸增加，并有逐漸取代其他傳統(tǒng)控制方法的趨勢。數(shù)控技術與機械制造中的機床設備相結合，形成了一種全新的加工裝備——數(shù)控機床。數(shù)控機床的整個加工過程由數(shù)控系統(tǒng)進行自動控制。近年來數(shù)控技術的快速發(fā)展極大地推動了計算機輔助設計與制造（CAD/CAM) 、柔性制造系統(tǒng)（FMS）和計算機集成制造系統(tǒng)（CIMS）的發(fā)展。數(shù)控技術正在改變制造業(yè)的生產(chǎn)方式、產(chǎn)業(yè)結構、組織模式，是關系到國家戰(zhàn)略地位的重要技術。數(shù)控技術的發(fā)展歷程經(jīng)歷了硬件數(shù)控（numerical control,NC）和計算機數(shù)控(computerized numerical control,CNC)兩個階段。硬件數(shù)控的運算和控制功能均由邏輯電路來完成，靈活性差，柔性不好。計算機數(shù)控是隨著微電子技術和計算機技術的發(fā)展而產(chǎn)生的，其主要功能基本上由軟件來完成。隨著數(shù)控操作系統(tǒng)功能的不斷完善，軟件系統(tǒng)開放性的不斷提高，CNC對不同的加工工藝及要求容易通過軟件程序來解決，不需改變硬件，因此，靈活性好，柔性較強。教育部高等學校機械設計制造及其自動化專業(yè)教學指導分委員會于2007年會同中國機械工程學會、清華大學出版社組成“中國機械工程學科教程研究組” 出版的《中國機械工程學科教程》，采用知識領域邊界再設計的方法，構造了機械工程本科專業(yè)教育的知識體系和框架，形成了科學的課程知識體系。我們根據(jù)該知識體系和框架，本著從高等院校教育目標及知識、能力和素質結構的要求出發(fā)，編寫了數(shù)控技術教材。書中以數(shù)控技術的基本原理和基本知識為根基，以數(shù)控機床為主線，全面且系統(tǒng)地反映了數(shù)控技術各方面的內容。本書對數(shù)控技術的核心內容和最新技術作了較為深入、系統(tǒng)的介紹，全書內容充實、具體、科學、先進，敘述深入淺出，內容編排循序漸進，文字簡練。本書采用國產(chǎn)著名品牌華中數(shù)控系統(tǒng)作為典型系統(tǒng)進行分析講解，以國產(chǎn)三維CAD/CAM軟件CAXA作為自動編程軟件進行介紹，在數(shù)控系統(tǒng)和自動編程的講解上實例充分。通過對本教材的學習掌握，讀者可以對數(shù)控技術有較完整的、系統(tǒng)的認識，對數(shù)控機床的結構有較清晰的了解。本書可作為高等院校機械工程相關本科專業(yè)“數(shù)控技術”、“數(shù)控系統(tǒng)及數(shù)控機床原理”課程的教學用書，也適合研究生、專科學生及從事數(shù)控技術工程的技術人員閱讀參考。本書共分為7章。第1章簡要介紹數(shù)控機床的組成、工作原理、分類和發(fā)展及其水平；第2章分析插補原理，并介紹典型的插補方法；第3章講述計算機數(shù)控系統(tǒng)的硬件和軟件，分別介紹計算機數(shù)控系統(tǒng)硬件的組成和功能以及軟件的結構和功能；第4章分析數(shù)控位置檢測裝置，按照工作原理的不同分別對各種數(shù)控位置檢測裝置進行了分析；第5章分析數(shù)控伺服系統(tǒng)，對數(shù)控伺服系統(tǒng)的類型、伺服電機及調速、現(xiàn)代典型數(shù)控伺服系統(tǒng)進行了詳細介紹；第6章講述數(shù)控手工編程；第7章講述自動編程及CAXA軟件的使用方法。本書由張福潤教授、嚴育才老師擔任主編，程憲平教授、段明忠老師擔任副主編。本書第1、2章由張福潤編寫，第3、4、7章由嚴育才編寫，第5章由程憲平、嚴育才共同編寫，第6章由段明忠、嚴育才共同編寫。本書在編寫過程中得到了華中科技大學數(shù)控國家重點實驗室和華中科技大學金工實訓中心的大力幫助，在此對數(shù)控國家重點實驗室和金工實訓中心的各位老師表示衷心的感謝。華中科技大學李元科教授、孫親錫教授、劉延林教授、朱冬梅教授對本書的編寫提出了許多寶貴的意見，在此也一致感謝！數(shù) 控 技 術限于編者的水平，書中難免有錯誤和不妥之處，敬請讀者批評指正。

內容概要

　　《數(shù)控技術》為中國機械工程學科教程配套系列教材暨教育部高等學校機械設計制造及其自動化專業(yè)教學指導分委員會推薦教材。全書共分為7章。第1章簡要介紹了數(shù)控的有關概念、數(shù)控機床的組成、工作原理、分類及其發(fā)展趨勢；第2章深入分析了插補原理，并詳細介紹了典型的插補方法；第3章簡要介紹了計算機數(shù)控系統(tǒng)硬件的組成、功能和軟件的功能及結構；第4章按照工作原理的不同分別對各種數(shù)控位置檢測裝置進行了深入分析；第5章對數(shù)控伺服系統(tǒng)的類型，伺服電機原理及控制方法，現(xiàn)代典型數(shù)控伺服系統(tǒng)進行了較詳細的講解；第6章講述了數(shù)控手工編程，介紹了數(shù)控編程的工藝處理方法、編程誤差的來源和控制方法、數(shù)控編程中的指令代碼及數(shù)控編程；第7章介紹了自動編程、CAXA軟件的使用及加工案例。《數(shù)控技術》可作為本科院校相關專業(yè)學生的教學用書，也適合研究生、?？茖W生、從事數(shù)控技術及有關工程技術人員閱讀參考。

書籍目錄

第1章 緒論11.1 數(shù)控技術概念概述11.2 數(shù)控機床組成及工作原理11.2.1 數(shù)控機床的組成11.2.2 數(shù)控機床的工作原理41.2.3 數(shù)控系統(tǒng)的工作過程41.3 數(shù)控機床的分類、特點與應用41.3.1 數(shù)控機床的分類41.3.2 數(shù)控機床的特點71.3.3 數(shù)控機床的應用81.4 數(shù)控機床的產(chǎn)生與發(fā)展81.4.1 數(shù)控機床的產(chǎn)生81.4.2 數(shù)控機床的發(fā)展歷程81.4.3 數(shù)控機床的發(fā)展趨勢91.5 數(shù)控技術在我國的發(fā)展情況12習題13第2章 插補原理142.1 插補概念分析142.1.1 插補的概念142.1.2 插補需要解決的問題152.1.3 插補的實質152.1.4 插補的基本要求162.1.5 插補方法的分類162.2 硬件插補162.2.1 數(shù)字脈沖乘法器的工作原理172.2.2 數(shù)字脈沖乘法器的直線插補182.2.3 脈沖分配的不均勻性問題192.3 逐點比較法202.3.1 逐點比較法插補原理202.3.2 逐點比較法直線插補212.3.3 逐點比較法圓弧插補242.3.4 逐點比較法象限處理272.3.5 逐點比較法的進給速度292.4 數(shù)字積分法302.4.1 數(shù)字積分法的工作原理302.4.2 數(shù)字積分法直線插補原理302.4.3 數(shù)字積分法圓弧插補原理342.4.4 數(shù)字積分法插補精度的提高372.5 數(shù)據(jù)采樣插補法402.5.1 概述402.5.2 時間分割法插補422.5.3 擴展DDA數(shù)據(jù)采樣插補法45習題48第3章 計算機數(shù)控(CNC)系統(tǒng)493.1 CNC系統(tǒng)的組成與工作原理493.1.1 CNC 系統(tǒng)的組成493.1.2 CNC裝置的工作原理503.2 CNC裝置的硬件結構513.2.1 大板結構和功能模板結構513.2.2 單微處理器結構和多微處理器結構523.2.3 CNC裝置的硬件功能模塊553.2.4 CNC裝置的輸入輸出接口593.3 CNC裝置的軟件結構613.3.1 CNC裝置軟件的組成613.3.2 CNC裝置軟件結構模式633.3.3 CNC裝置軟件的特點673.4 CNC裝置的數(shù)據(jù)轉換及處理703.4.1 數(shù)據(jù)轉換流程703.4.2 數(shù)據(jù)處理733.5 進給速度處理和加減速控制773.5.1 開環(huán)CNC系統(tǒng)的進給速度及加減速控制783.5.2 閉環(huán)(或半閉環(huán))CNC系統(tǒng)的加減速控制783.6 數(shù)控機床用可編程控制器(PLC)793.6.1 數(shù)控機床中PLC完成的功能813.6.2 PLC順序程序接口信號處理813.6.3 PLC地址分配823.6.4 PLC順序程序的執(zhí)行833.6.5 PLC與CNC機床的關系843.6.6 M、S、T功能的實現(xiàn)863.6.7 華中數(shù)控系統(tǒng)PLC的形式和原理873.7 開放式數(shù)控體系結構883.7.1 概述883.7.2 開放式數(shù)控系統(tǒng)的定義及其基本特征89習題92第4章 數(shù)控檢測技術934.1 概述934.1.1 檢測裝置的分類934.1.2 數(shù)控測量裝置的性能指標及要求944.2 旋轉變壓器944.2.1 旋轉變壓器的結構944.2.2 旋轉變壓器的工作原理954.2.3 旋轉變壓器的應用964.3 感應同步器984.3.1 直線式感應同步器984.3.2 旋轉式感應同步器994.3.3 直線式感應同步器的工作原理1004.3.4 感應同步器的應用1014.3.5 感應同步器使用應注意的事項1024.4 光柵傳感器1024.4.1 光柵的類型和結構1034.4.2 計量光柵的工作原理1044.5 光電脈沖編碼器1084.5.1 脈沖編碼器的結構與分類1084.5.2 光電脈沖編碼器在數(shù)控機床上的應用1084.5.3 增量式光電脈沖編碼器1094.5.4 絕對式光電脈沖編碼器1104.5.5 光電脈沖編碼器的應用形式112習題113第5章 數(shù)控伺服系統(tǒng)1155.1 概述1155.1.1 伺服系統(tǒng)的組成1155.1.2 對伺服系統(tǒng)的基本要求1175.1.3 對伺服電機的要求1175.1.4 伺服系統(tǒng)分類1185.2 步進電機伺服系統(tǒng)1205.2.1 步進電機結構及工作原理1205.2.2 步進電機的主要性能指標1225.2.3 步進電機功率驅動1245.2.4 功率放大器1285.2.5 調頻調壓驅動電路1305.2.6 細分驅動電路1305.2.7 步進電機應用中的注意問題1315.3 直流電機伺服系統(tǒng)1315.3.1 直流伺服電機的種類與應用1315.3.2 直流伺服電機的結構與工作原理1315.3.3 直流伺服電機的控制原理1325.3.4 直流伺服電機的分類1325.3.5 直流伺服電機的調速1335.3.6 晶閘管調速控制系統(tǒng)1345.3.7 晶體管直流脈寬調制調速系統(tǒng)1355.3.8 全數(shù)字脈寬調制調速系統(tǒng)1385.4 交流電機伺服系統(tǒng)1395.4.1 交流伺服電機的種類1395.4.2 永磁交流同步伺服電機的結構1395.4.3 交流伺服電機的發(fā)展方向1405.4.4 交流伺服電機的調速原理1405.4.5 交流伺服電機的速度控制單元1405.5 伺服系統(tǒng)的位置控制1445.5.1 相位比較伺服系統(tǒng)1445.5.2 幅值比較伺服系統(tǒng)1485.5.3 數(shù)字比較伺服系統(tǒng)1495.5.4 全數(shù)字伺服系統(tǒng)舉例150習題152第6章 數(shù)控加工的程序編制1546.1 數(shù)控機床編程概述1546.2 數(shù)控機床坐標系的確定1556.2.1 數(shù)控機床的坐標系1556.2.2 數(shù)控機床上坐標軸方向的確定1566.2.3 機床坐標系與工件坐標系1576.3 數(shù)控編程工藝處理1596.3.1 數(shù)控加工工藝方案設計的主要內容1596.3.2 影響數(shù)控加工工藝方案設計的主要因素1606.3.3 零件數(shù)控加工工藝性分析1616.3.4 劃分加工階段1636.3.5 數(shù)控加工工序規(guī)劃1646.3.6 選擇走刀路線1666.3.7 數(shù)控編程誤差及其控制1696.4 數(shù)控加工刀具與切削用量的選擇1706.4.1 數(shù)控加工刀具的選擇1706.4.2 切削用量的選擇1726.5 數(shù)控機床上工件的裝夾1746.5.1 零件裝夾注意事項1746.5.2 數(shù)控機床上零件裝夾的方法1756.5.3 使用平口虎鉗裝夾零件1756.5.4 使用壓板和T形槽用螺釘固定零件1766.5.5 彎板的使用1766.5.6 V形塊的使用1776.5.7 零件通過托盤裝夾在工作臺上1776.5.8 使用組合夾具、專用夾具等1786.6 數(shù)控加工程序的組成及各指令的應用1786.6.1 程序的組成1786.6.2 程序的格式1786.6.3 程序指令一覽表1796.6.4 常用指令的使用方法及舉例說明1836.7 數(shù)控編程舉例1846.7.1 數(shù)控車床編程舉例1846.7.2 數(shù)控銑床編程舉例188習題192第7章 CAXA自動編程1937.1 自動編程概述1937.2 CAXA制造工程師基本功能1957.2.1 簡介1957.2.2 主要功能1957.2.3 用戶界面簡介1967.3 CAXA幾何建模技術基礎1987.4 CAXA的拾取操作2007.5 線架造型2037.5.1 線架造型簡介2037.5.2 實例操作203  7.6 實體特征造型2157.6.1 草圖繪制2157.6.2 輪廓特征2177.7 連桿件的造型與加工2217.7.1 連桿件的實體造型2217.7.2 加工前的準備工作2277.7.3 刀具軌跡的生成和仿真檢驗230參考文獻234

章節(jié)摘錄

插圖：（1）數(shù)據(jù)總線是各模塊間數(shù)據(jù)交換的通道，線的根數(shù)與數(shù)據(jù)寬度相等，是雙向總線。（2）地址總線是傳送數(shù)據(jù)存放地址的總線，與數(shù)據(jù)總線結合，可確定數(shù)據(jù)總線上數(shù)據(jù)的來源地和目的地，是單向總線。（3）控制總線是一組傳送管理或控制信號的總線（數(shù)據(jù)的讀、寫、控制，中斷、復位、I／O讀寫及各種確認信號等），是單向總線。工業(yè)用PC的總線母板是獨立的無源四層板（走線面、元件面、電源層和地線層），它的可靠性高于兩層板。其規(guī)格有6槽、8槽、12槽、14槽等。2．顯示模塊（顯示卡）顯示模塊是通用性很強的模塊，有VGA卡、SVGA卡，早期有CGA、EGA等，無需用戶自己開發(fā)。顯示模塊的作用：接收來自CPU的控制命令和顯示用的數(shù)據(jù)，經(jīng)與CRT的掃描信號調制后，產(chǎn)生CRT所需要的視頻信號，在CRT上產(chǎn)生所需要的畫面。

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《數(shù)控技術》由清華大學出版社出版。

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