數(shù)控技術

前言

　　數(shù)控技術是一個綜合了計算機技術、自動控制技術、檢測技術和機械加工技術的交叉和綜合技術領域。計算機數(shù)控技術的核心是由計算機（主要是軟件）實現(xiàn)對加工過程中信息的處理和控制，實現(xiàn)加工過程自動化。隨著微電子技術、計算機技術、傳感器技術和機械加工技術的發(fā)展，從20世紀70年代以來，計算機數(shù)控技術獲得了突飛猛進的發(fā)展，數(shù)控機床和其他數(shù)控裝備在實際生產(chǎn)中獲得了越來越廣泛的應用。同時，計算機數(shù)控技術的發(fā)展又極大地推動了計算機輔助設計和輔助制造（CAD／CAM）、柔性制造系統(tǒng)（FMS）和計算機集成制造技術（CIMS）的發(fā)展，成為先進制造技術的技術基礎和重要組成部分。　　中國的機械制造業(yè)正面臨著前所未有的機遇與挑戰(zhàn)——參與國際市場的競爭。用以數(shù)控技術為基礎的先進制造技術武裝機械制造業(yè)，是在這場競爭中獲勝的重要條件之一。因此在中國推廣應用數(shù)控技術有著特別重要的意義?！　∧壳?，隨著國內數(shù)控機床用量的劇增，急需培養(yǎng)一大批數(shù)控應用型高級技術人才。為了適應我國高等職業(yè)技術教育發(fā)展及數(shù)控應用型技術人才培養(yǎng)的需要，我們編寫了本書?！　”緯容^全面、系統(tǒng)地講述了數(shù)控系統(tǒng)的基本組成，各部分的主要功能、特點、工作原理等，重點突出了數(shù)控系統(tǒng)的應用。在數(shù)控機床的結構上，主要針對數(shù)控機床的特色，介紹了機床布局、相關機械結構和輔助裝備。　　本書可作為高等職業(yè)教育機電類專業(yè)中從事數(shù)控技術應用、CAD／CAM技術應用和模具設計與制造人員的培訓用書或教材，也可作為機械設計制造及自動化專業(yè)學生的教材，還可供從事數(shù)控技術的工程技術人員參考。

內容概要

本書系統(tǒng)地介紹了數(shù)控機床的特點、數(shù)控機床機械結構、數(shù)控加工編程、插補原理、機床用可編程控制器、計算機數(shù)控系統(tǒng)、伺服系統(tǒng)和典型數(shù)控系統(tǒng)等內容。本書取材新穎，注重內容的先進性、科學性和實用性。全書注重理論聯(lián)系實際，各章既有聯(lián)系，又有一定的獨立性。每章后均附有習題。    本書可用作高等院校機械、機電、數(shù)控專業(yè)學生的教材，也可供從事機床數(shù)控技術的工程技術人員、研究人員參考。

書籍目錄

前言第1章  概述  1.1  數(shù)字控制和數(shù)控機床    1.1.1  數(shù)控與計算機數(shù)控    1.1.2  數(shù)控機床的加工特點    1.1.3  數(shù)控機床的使用特點  1.2  數(shù)控機床的組成和工作原理  1.3  數(shù)控機床的分類    1.3.1  按加工工藝方法分類    1.3.2  按控制運動軌跡分類    1.3.3  按驅動裝置的特點分類    1.3.4  按功能水平分類  1.4  數(shù)控機床的發(fā)展趨勢  復習思考題第2章  數(shù)控機床的機械結構  2.1  概述  2.2  數(shù)控機床的主傳動系統(tǒng)    2.2.1  數(shù)控機床主傳動系統(tǒng)的特點    2.2.2  數(shù)控機床主軸變速方式    2.2.3  主軸組件    2.2.4  主軸組件的潤滑與密封    2.2.5  主軸的準停  2.3  數(shù)控機床的進給運動系統(tǒng)    2.3.1  概述    2.3.2  電機與絲杠之間的聯(lián)接    2.3.3  滾珠絲杠螺母副    2.3.4  進給系統(tǒng)傳動間隙的補償機構  2.4  回轉工作臺與導軌    2.4.1  回轉工作臺    2.4.2  導軌  2.5  數(shù)控機床的自動換刀裝置    2.5.1  自動換刀裝置的形式    2.5.2  刀庫    2.5.3  刀具系統(tǒng)及刀具選擇  復習思考題第3章  數(shù)控機床加工程序的編制  3.1  數(shù)控編程基礎    3.1.1  數(shù)控編程的概念    3.1.2  數(shù)控編程的內容和步驟    3.1.3  數(shù)控編程的方法    3.1.4  程序的結構與格式    3.1.5  數(shù)控機床坐標軸和運動方向    3.1.6  數(shù)控系統(tǒng)的準備功能和輔助功能  3.2  數(shù)控編程中的數(shù)值計算    3.2.1  基點與節(jié)點    3.2.2  坐標值計算的方法    3.2.3  坐標值計算的基本環(huán)節(jié)    3.2.4  坐標值的常用計算方法    3.2.5  基點坐標的計算    3.2.6  非圓曲線節(jié)點坐標的計算  3.3  數(shù)控加工手工編程    3.3.1  數(shù)控手工編程的工藝處理    3.3.2  常用基本指令    3.3.3  程序編制舉例  3.4  數(shù)控自動編程    3.4.1  自動編程概述    3.4.2  自動編程的現(xiàn)狀和發(fā)展  復習思考題第4章  數(shù)控系統(tǒng)的加工控制原理  4.1  數(shù)控裝置的工作過程  4.2  CNC裝置的插補原理    4.2.1  概述    4.2.2  逐點比較法直線插補    4.2.3  圓弧插補計算原理  4.3  刀具半徑補償原理    4.3.1  概述    4.3.2  刀具半徑補償?shù)墓ぷ鬟^程和常用方法    4.3.3  程序段間轉接情況分晰    4.3.4  刀具半徑補償?shù)膶嵗?   4.3.5  加工過程中的過切判別原理    復習思考題第5章  計算機數(shù)控系統(tǒng)(CNC系統(tǒng))  5.1  概述    5.1.1  CNC系統(tǒng)的組成    5.1.2  CNC系統(tǒng)的功能和一般工作過程  5.2  CNC系統(tǒng)的硬件結構    5.2.1  CNC系統(tǒng)的硬件構成特點    5.2.2  單CPU結構CNC系統(tǒng)    5.2.3  多CPU結構CNC系統(tǒng)  5.3  CNC系統(tǒng)的軟件結構    5.3.1  CNC裝置軟、硬件的界面    5.3.2  CNC系統(tǒng)控制軟件的結構特點    5.3.3  常規(guī)CNC系統(tǒng)的軟件結構  5.4  CNC系統(tǒng)的輸入輸出與通信功能    5.4.1  CNC裝置的輸入輸出和通信要求    5.4.2  CNC系統(tǒng)常用外設及接口  5.5  開放式數(shù)控系統(tǒng)的結構及其特點    5.5.1  開放式數(shù)控系統(tǒng)概述    5.5.2  開放式數(shù)控系統(tǒng)主要特點    5.5.3  基于Linux的開放式結構數(shù)控系統(tǒng)  復習思考題第6章  數(shù)控機床用可編程控制器  6.1  概述    6.1.1  PLC的產(chǎn)生與發(fā)展    6.1.2  PLC的基本功能    6.1.3  PLC的基本結構    6.1.4  PLC的規(guī)模和幾種常用名稱  6.2  數(shù)控機床用PLC    6.2.1  兩類數(shù)控機床用PLC    6.2.2  PLC的工作過程  6.3  典型PLC指令系統(tǒng)    6.3.1  基本指令    6.3.2  功能指令  6.4  數(shù)控機床PLC程序設計及調試    6.4.1  數(shù)控機床的控制對象及接I=／信號    6.4.2  梯形圖工作原理    6.4.3  數(shù)控機床PLC程序的設計和調試  復習思考題第7章  數(shù)控機床伺服驅動系統(tǒng)  7.1  伺服驅動系統(tǒng)概述  7.2  伺服電動機及調速    7.2.1  概述    7.2.2  步進電動機    7.2.3  直流伺服電動機及調速系統(tǒng)    7.2.4  交流伺服電動機及其調速  7.3  位置檢測裝置    7.3.1  概述    7.3.2  旋轉變壓器    7.3.3  感應同步器    7.3.4  光柵    7.3.5  磁尺    7.3.6  脈沖編碼器  7.4  典型進給伺服系統(tǒng)    7.4.1  概述    7.4.2  開環(huán)進給伺服系統(tǒng)    7.4.3  脈沖比較進給伺服系統(tǒng)    7.4.4  全數(shù)字進給伺服系統(tǒng)  7.5  伺服系統(tǒng)的特性對數(shù)控機床加工精度的影響    7.5.1  速度誤差對加工精度的影響    7.5.2  伺服系統(tǒng)的響應特性對加工拐角的影響  復習思考題第8章  典型數(shù)控系統(tǒng)介紹  8.1  數(shù)字控制和數(shù)控機床  8.2  FANUC數(shù)控系統(tǒng)介紹    8.2.1  FANUC數(shù)控系統(tǒng)的發(fā)展歷史    8.2.2  常見FANUC數(shù)控系統(tǒng)    8.2.3  FANUC系統(tǒng)功能特點  8.3  西門子數(shù)控系統(tǒng)    8.3.1  西門子系統(tǒng)簡介    8.3.2  西門子數(shù)控系統(tǒng)的基本構成    8.3.3  SINUMERIK810D、840D參數(shù)體系及參數(shù)的調整  8.4  華中數(shù)控系統(tǒng)    8.4.1  華中數(shù)控系統(tǒng)產(chǎn)品類型    8.4.2  華中世紀星系列數(shù)控系統(tǒng)概述    8.4.3  世紀星系列數(shù)控系統(tǒng)    8.4.4  華中世紀星系列數(shù)控系統(tǒng)的開放性    8.4.5  華中世紀星系列數(shù)控系統(tǒng)網(wǎng)絡聯(lián)接解決方案    8.4.6  華中數(shù)控系統(tǒng)產(chǎn)品型號    8.4.7  華中數(shù)控系統(tǒng)的總體聯(lián)接  8.5  數(shù)控系統(tǒng)應用    8.5.1  應用概述    8.5.2  華中系統(tǒng)CJK6032數(shù)控車床  復習思考題參考文獻

章節(jié)摘錄

　　第2章　數(shù)控機床的機械結構　　2.1　概述　　在數(shù)控機床發(fā)展的初始階段，人們通常認為任何設計優(yōu)良的傳統(tǒng)機床只要裝備了數(shù)控裝置就能成為一臺完善的數(shù)控機床。當時采取的主要方法是在傳統(tǒng)的機床上進行改裝，或者以通用機床為基礎進行局部的改進設計，這些方法在當時還是很有必要的。但隨著數(shù)控技術的發(fā)展，考慮到它的控制方式和使用特點，對機床的生產(chǎn)率、加工精度和壽命提出了更高的要求。因此，傳統(tǒng)機床的一些弱點（例如結構剛性不足、抗振性差、滑動面的摩擦阻力較大及傳動元件中的間隙等）就越來越明顯地暴露出來，它的某些基本結構限制著數(shù)控機床技術性能的發(fā)揮。以機床的精度為例，數(shù)控機床通過數(shù)字信息來控制刀具與工件的相對運動，它要求在相當大的進給速度范圍內能達到較高的精度。當進給速度范圍在5～15000mm／min，最大加速度為1500mm／S2時，定位精度通常為±0.015～±0.05mm；進行輪廓加工時，在5～2000mm／min的進給范圍內，精度為0.02～0.05mm?？吹饺绱烁叩募庸ひ缶筒浑y理解20多年前已逐步由改裝現(xiàn)有機床轉變?yōu)獒槍?shù)控的要求設計新機床的原因?！　∮脭?shù)控機床加工中、小批量工件時，要求在保證質量的前提下比傳統(tǒng)加工方法有更好的經(jīng)濟性。數(shù)控機床價格較貴，因此每小時的加工費用比傳統(tǒng)機床的要高。如果不采取措施大幅度地壓縮單件加工工時，就不可能獲得較好的經(jīng)濟效果。刀具材料的發(fā)展使切削速度成倍提高，它為縮短切削時間提供了可能；加快換刀及變速等操作，又為減少輔助時間創(chuàng)造了條件。然而這些要求將會明顯地增加機床的負載和負載狀態(tài)下的運轉時間，因而對機床的剛度及壽命都提出了新的要求。此外，為了縮短裝夾與運送工件的時間以及減少工件在多次裝夾中所引起的定位誤差，要求工件在一臺數(shù)控機床上的一次裝夾中能先后進行粗加工和精加工，要求機床既能承受粗加工時的最大切削功率，又能保證精加工時的高精度，所以機床的結構必須具有很高的強度、剛度和抗振性。排除操作者的技術熟練程度對產(chǎn)品質量的影響，以避免人為造成的廢品和返修品，數(shù)控系統(tǒng)不但要對刀具的位置或軌跡進行控制，而且還要具備自動換刀和補償?shù)绕渌δ?，因而機床的結構必須有很高的可靠性，以保證這些功能的正確執(zhí)行。

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