數控原理與數控系統(tǒng)

前言

　　數控機床是國防工業(yè)現(xiàn)代化的重要戰(zhàn)略裝備，是關系到國家戰(zhàn)略地位和體現(xiàn)國家綜合國力水平的重要標志。為增強競爭能力，中國制造業(yè)開始廣泛使用先進的數控技術。勞動力市場出現(xiàn)數控技術應用型人才嚴重短缺。國家教育部、勞動與社會保障部等部門正在積極采取措施，加強應用型人才的培養(yǎng)。機械工業(yè)教育發(fā)展中心“關于數控人才需求與數控職業(yè)教育改革的調研報告”中的統(tǒng)計數據表明，91％的數控技術人才是大專及以下學歷。數控技術人才的工作崗位分為“藍領層”、“灰領層”和“金領層”，其中“藍領層”是指在生產崗位上承擔數控機床的具體操作及日常簡單維護工作的技術工人，在企業(yè)數控技術崗位中占70.2％，是目前需求量最大的數控技術人才；“灰領層”是指在生產崗位上承擔數控編程的工藝人員和數控機床維護、維修人員，在企業(yè)數控技術崗位中占25％。由此可見，高等職業(yè)技術教育在數控技術人員培養(yǎng)領域大有可為，且培養(yǎng)目標主要是工作在企業(yè)生產第一線的“藍領層”和“灰領層”數控技術人才?！　o論是“藍領層”的數控機床操作能力，還是“灰領層”的數控加工編程和數控機床的維護維修能力，在所需知識與能力結構中，都要求掌握一定的數控機床的工作原理、機械結構、主要數控系統(tǒng)的特點、接口技術、PLC等方面的知識。而教材《數控原理與數控系統(tǒng)》、《數控技術》正是為高職學生掌握上述知識和能力，講述一定的理論基礎和實踐技能的?！　　稊悼卦砼c數控系統(tǒng)》、《數控技術》是教育部高職高專教改試點專業(yè)“數控技術應用，，必修的職業(yè)技術課程中的主干課程。我們在該教材的設計中，盡可能以數控技術人才的職業(yè)標準為主要依據，服務于數控技術人才崗位的前兩個層次“藍領層”和“灰領層”。編寫時注意與機類、電類職業(yè)基礎內容的銜接，突出以數控加工工藝、模具制造基礎、數控系統(tǒng)的硬軟件特點、接口技術、PLC參數設置和機電聯(lián)調等職業(yè)性內容為主，以學術性內容為輔的特點。理論知識根據“必需、夠用”的原則編寫，加強實訓內容的導入，盡量體現(xiàn)實用性、針對性、簡約性、及時性、新穎性和直觀性。同時借鑒CBE的科學性，打破傳統(tǒng)的公共課、基礎課為主導的教學模式，強調以工作崗位所需職業(yè)能力的培養(yǎng)為核心，以保證職業(yè)能力培養(yǎng)目標的順利實現(xiàn)。

內容概要

全書共分8章。系統(tǒng)介紹數控機床的基礎知識；軌跡控制（插補）原理與數據處理；數控系統(tǒng)的硬件、軟件結構、組成、工作原理及應用；數控機床位置檢測裝置；數控系統(tǒng)中的檢測技術和速度位移的伺服控制技術；數控機床的PLC及應用；柔性制造系統(tǒng)和計算機集成制造系統(tǒng)等。重點突出數控系統(tǒng)的應用。    該教材的設計和編寫努力體現(xiàn)高職教育教材的發(fā)展趨勢：    1.國際化。加入WTO后，中國正在逐步變成“世界制造中心”。我們參照發(fā)達國家美國、加拿大先進的CBE模塊式教材的經驗，與國際接軌，以適應人才培養(yǎng)國際滑的進程。    2.前瞻性。教材要有適當超前經濟和社會發(fā)展的意識。本教材內容不僅努力反映最新的科技成果和社會動態(tài)，還要努力隨著數控職業(yè)崗位對知識、能力結構要求的變化而變化。同時，注重用先進的科學觀點和行業(yè)規(guī)范調整、組織教材，形成先進的教材結構，使學習對象站在知識的最高點，以具有高瞻遠矚的眼光。    3.個性化。以就業(yè)為導向，根據高職培養(yǎng)模式、培養(yǎng)規(guī)格和教學內容的特點，本教材盡量體現(xiàn)“以職業(yè)崗位能力為本位，以工作過程為主線，以應用為重點”的高職機電類數控技術及應用專業(yè)、教師、培養(yǎng)對象的特色和個性。    本書既可用于職業(yè)技術學院數控技術應用專業(yè)、機電一體化專業(yè)、機械制造及自動化專業(yè)、模具設計與制造專業(yè)以及相關專業(yè)的教學用書，也可作為數控技術專業(yè)等相關專業(yè)有關技術人員和數控機床操作、編程和維修人員的參考書。    本書配有電子教案，讀者可以從中國水利水電出版社網站或萬水書苑免費下載，網址：http://www.waterpub.com.cn/softdown/或http://www.wsbookshow.com。

書籍目錄

前言第1章 緒論  本章學習目標  1.1 基本概念    1.1.1 數控機床的產生背景    1.1.2 數控系統(tǒng)的發(fā)展    1.1.3 數控系統(tǒng)的組成    1.1.4 數控系統(tǒng)的分類    1.1.5 機床數字控制的原理  1.2 微機數控系統(tǒng)    1.2.1 微機數控系統(tǒng)的硬件構成    1.2.2 微機數控系統(tǒng)的軟件構成    1.2.3 數控系統(tǒng)的功能    1.2.4 數控系統(tǒng)的發(fā)展趨勢  1.3 數控系統(tǒng)與現(xiàn)代制造系統(tǒng)    1.3.1 柔性制造模塊(FMM)    1.3.2 柔性制造單元(FMC)    1.3.3 柔性制造系統(tǒng)(FMS)    1.3.4 計算機集成制造系統(tǒng)(CIMS)  本章小結  習題與思考題第2章 數控系統(tǒng)的插補原理與數據處理  本章學習目標  2.1 數控系統(tǒng)運動軌跡的插補原理    2.1.1 概述    2.1.2 逐點比較插補法    2.1.3 數字積分插補法    2.1.4 數據采樣插補  2.2 數控系統(tǒng)的數據處理    2.2.1 譯碼    2.2.2 刀具補償原理    2.2.3 輔助信息處理  本章小結  習題與思考題第3章 位置檢測裝置  本章學習目標  3.1 概述  3.2 光柵    3.2.1 光柵的種類    3.2.2 光柵的結構與工作原理    3.2.3 光柵位移的數字轉換系統(tǒng)  3.3 旋轉變壓器    3.3.1 旋轉變壓器的結構    3.3.2 旋轉變壓器的工作原理    3.3.3 旋轉變壓器工作方式    3.3.4 旋轉變壓器的應用  3.4 感應同步器    3.4.1 工作原理    3.4.2 感應同步器的工作方式  3.5 旋轉編碼器    3.5.1 增量式旋轉編碼器    3.5.2 絕對式旋轉編碼器  3.6 測速發(fā)電機    3.6.1 交流異步測速發(fā)電機    3.6.2 直流測速發(fā)電機    3.6.3 測速發(fā)電機的特點  本章小結  習題與思考題第4章 數控機床的進給伺服系統(tǒng)  本章學習目標  4.1 伺服系統(tǒng)的基本概念    4.1.1 伺服系統(tǒng)的組成    4.1.2 對進給伺服系統(tǒng)的基本要求    4.1.3 伺服系統(tǒng)的分類  4.2 位置控制    4.2.1 開環(huán)控制系統(tǒng)    4.2.2 幅值伺服系統(tǒng)    4.2.3 相位伺服系統(tǒng)    4.2.4 脈沖比較伺服系統(tǒng)    4.2.5 全數字式伺服系統(tǒng)  4.3 速度控制    4.3.1 進給運動的速度控制    4.3.2 主軸驅動的速度控制  本章小結  習題與思考題第5章 數控機床的可編程控制器  本章學習目標  5.1 可編程控制器概述    5.1.1 可編程控制器的產生    5.1.2 可編程控制器的特點    5.1.3 可編程控制器的基本組成和工作原理    5.1.4 可編程控制器的編程語言  5.2 數控機床的PLC    5.2.1 數控機床PLC的功能    5.2.2 數控機床PLC的類型  5.3 典型PLC的指令系統(tǒng)    5.3.1 FANUC PLC概述    5.3.2 FANUC PLC的基本指令    5.3.3 FANUC PLC的功能指令    5.3.4 FANUC PLC系統(tǒng)設計與調試  5.4 PLC在數控機床中的應用    5.4.1 數控機床主軸系統(tǒng)PMC控制    5.4.2 數控機床潤滑系統(tǒng)PMC控制    5.4.3 加工中心刀庫自動選刀控制梯形圖    5.4.4 零件加工計數控制  本章小結  習題與思考題第6章 經濟型數控系統(tǒng)  本章學習目標  6.1 經濟型數控系統(tǒng)的硬件組成    6.1.1 經濟型數控系統(tǒng)的一般結構    6.1.2 經濟型數控系統(tǒng)的微處理器    6.1.3 經濟型數控系統(tǒng)的存儲器    6.1.4 經濟型數控系統(tǒng)的I/O接口    6.1.5 經濟型數控系統(tǒng)的輔助電路及變頻主軸驅動  6.2 經濟型數控系統(tǒng)的軟件組成    6.2.1 經濟型數控系統(tǒng)的軟件結構    6.2.2 經濟型數控系統(tǒng)的系統(tǒng)總控程序    6.2.3 零件加工程序的輸入和輸出管理    6.2.4 零件加工程序的編輯    6.2.5 機床的手動調整控制    6.2.6 零件加工程序的解釋和執(zhí)行    6.2.7 插補計算    6.2.8 伺服控制    6.2.9 系統(tǒng)管理診斷程序  6.3 經濟型數控系統(tǒng)舉例    6.3.1 單片機控制的數控系統(tǒng)硬件組成    6.3.2 單片機控制的數控系統(tǒng)軟件設計  本章小結  習題與思考題第7章 標準型數控系統(tǒng)  本章學習目標  7.1 標準型數控系統(tǒng)的硬件結構    7.1.1 單微處理器CNC結構    7.1.2 多微處理器CNC結構  7.2 標準型數控系統(tǒng)的軟件結構    7.2.1 CNC裝置的軟件組成    7.2.2 CNC裝置的軟件結構特點    7.2.3 軟件結構模式  7.3 標準型數控系統(tǒng)舉例    7.3.1 華中數控世紀星HNC-21數控系統(tǒng)簡介    7.3.2 FANUC公司的主要數控系統(tǒng)    7.3.3 德國SIEMENS(西門子)公司的SINUMERIK系列數控系統(tǒng)  本章小結  習題與思考題第8章 數控系統(tǒng)的應用  本章學習目標  8.1 輸入輸出信號及其連接、調試    8.1.1 開關量接口電路    8.1.2 模擬量接口電路    8.1.3 輸入輸出信號及其連接、調試的實例  8.2 操作面板與顯示器    8.3 通信接口    8.4 數控系統(tǒng)的主要應用功能  本章小結  習題與思考題參考文獻

章節(jié)摘錄

　　1952年，計算機技術應用到了機床上，在美國誕生了第一臺數控機床。從此計算機及其控制技術在機械制造設備中的應用得到重大發(fā)展。傳統(tǒng)機床產生了質的變化。半個多世紀以來，數控機床經歷了兩個階段和六代的發(fā)展。1.數控（CNC）階段（1952——1970）早期計算機運算速度低，這對當時的科學計算和數據處理影響還不大，不能適應機床實時控制的要求。人們不得不采用數字邏輯電路“搭”成一臺機床專用計算機作為控制系統(tǒng)，被稱為硬件連接控制，簡稱為數控（NC）。隨著元器件的發(fā)展，這個階段歷經了三代，即1952年第一代——電子管、1959年第二代——晶體管、1965年第三代——小規(guī)模集成電路?！　?.計算機控制（CNC）階段（1970——現(xiàn)在）　　到1970年，通用小型計算機出現(xiàn)并批量生產。其運算速度比五六十年代有了大幅度的提高，這比專門“搭”成的專用計算機成本低、可靠性高。于是將它作為數控系統(tǒng)的核心部件，從此進入了計算機數控（CNC）階段。1971年美國Intel公司在世界上第一次將計算機的兩個最核心的部件——運算器和控制器采用大規(guī)模集成電路集成在一塊芯片上，稱之為微處理器，又稱為中央處理單元（簡稱CPU）。1974年微處理器被應用于數控系統(tǒng)。這是因為小型計算機功能太強，控制一臺機床能力有富裕，不及采用微處理器經濟合理，而且當時的小型機可靠性也不理想。早期的微處理器速度和功能還不夠高，但可以采用多處理器結構來解決。由于微處理器是通用計算機的核心部件，故仍稱為計算機控制。到了1990年，PC機（個人計算機）的性能已發(fā)展到很高階段，可以滿足作為數控核心部件的要求，而且PC機生產批量很大、價格便宜、可靠性高。數控系統(tǒng)從此進入了基于PC的時代?？傊?，計算機數控階段也經歷了三代，即1970年第四代——小型計算機、1974.年第五代——微處理器、1990年第六代——基于PC（國外稱為.PC-Based）?！　悼叵到y(tǒng)50多年經歷了兩個階段六代的發(fā)展，只是發(fā)展到了第五代以后，才從根本上解決了可靠性低、價格昂貴、應用很不方便等極為關鍵的問題。因此，即使在工業(yè)發(fā)達的國家，數控系統(tǒng)大規(guī)模地得到應用和普及，也是在70年代末80年代初以后的事情，亦即數控技術經過了近30年的發(fā)展才走向普及應用的。

編輯推薦

　　本書是作者在多年的教學實踐、科學研究以及生產實踐的基礎上，參閱了大量國內外相關教材后，幾經修改而成的。　　本教材內容不僅努力反映最新的科技成果和社會動態(tài)，還要努力隨著數控職業(yè)崗位對知識、能力結構要求的變化而變化。同時，注重用先進的科學觀點和行業(yè)規(guī)范調整、組織教材，形成先進的教材結構，使學習對象站在知識的最高點，以具有高瞻遠矚的眼光。

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