数控技术

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本书特色：

应用型大学为提高学生的实践能力，强化了第二课堂和课外科技活动，压缩了课内学时。因此，许多学校将三门数控课程合并成了一门课，本书适应了当前的教学要求；

通过原理—机床—应用一个较为完整的知识体系，并通过实际的案例和项目加深学生对知识点的理解及应用

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《数控技术》是“数控原理”、“数控机床”和“数控编程”三门课程主要内容的有机结合，内容包括绪论、数控编程基础、数控车削编程、数控铣削编程，数控插补原理、伺服驱动系统、检测系统，数控机床的主传动系统、数控机床的进给传动系统、数控机床的典型结构。本书以对数控机床的应用为主线，以数控工艺的制订到数控程序的编制为重点，从易到难，由浅至深，循序渐进。通过对实际应用的介绍，加深学生对理论知识的理解和掌握，从而培养学生的实践能力、系统思维、工程意识、质量与标准意识以及创新意识。本书内容丰富，图文并茂，逻辑性强，便于学生自主学习。

本书可作为工科院校的机械、机电、数控相关专业的教材，也可供从事机床数控行业的工程技术人员、研究人员参考使用。

前言
第1章绪论1
1.1数控机床的产生与发展1
1.1.1数控机床的产生1
1.1.2我国数控机床的现状2
1.1.3数控机床的发展趋势3
1.2数控机床的组成及工作过程6
1.2.1CNC机床的组成6
1.2.2数控机床的工作过程8
1.3数控机床的特点9
1.4数控机床的分类10
1.4.1按工艺用途分类10
1.4.2按运动方式分类12
1.4.3按控制方式分类14
1.4.4按功能水平分类15
1.5数控机床的主要性能指标16
1.5.1运动性能指标16
1.5.2精度指标17
1.5.3可控轴数与联动轴数17
本章小结18
练习题18
单元1数控编程篇
第2章数控编程基础20
2.1概述20
2.2数控机床的坐标系21
2.2.1机床坐标系21
2.2.2工件坐标系（WCS）的设定24
2.3手工零件编程的基础知识25
2.3.1加工程序的编制25
2.3.2手工编程的方法及步骤27
2.3.3加工程序的结构与格式28
2.3.4加工程序指令代码32
2.4数控加工工艺设计37
2.4.1数控加工工艺的分析38
2.4.2数控加工工艺的设计42
2.5手工编程中的数值计算49
2.5.1基点与节点坐标的计算50
2.5.2刀具中心轨迹的计算50
2.5.3手工编程的辅助计算51
2.5.4平面轮廓基点坐标计算51
2.6数控加工工艺文件的编写53
2.6.1数控加工工艺文件的格式53
2.6.2数控加工工艺文件的编写要求59
2.6.3典型零件数控铣床加工工艺分析
实例59
本章小结61
练习题62
第3章数控车削编程63
3.1数控车削编程特点及坐标系63
3.1.1数控车削编程特点63
3.1.2数控车床的坐标系与对刀操作63
3.2数控车削工艺68
3.2.1车削加工方案的确定68
3.2.2工序的确定69
3.2.3加工顺序的确定69
3.2.4走刀路线的确定70
3.2.5数控车床的装夹和定位72
3.2.6数控车床刀具77
3.2.7切削用量的选择87
3.3数控车削编程指令89
3.3.1基本编程指令90
3.3.2固定循环功能95
3.3.3螺纹加工100
3.3.4刀具补偿功能与编程104
3.3.5子程序108
3.4数控车削编程综合实例110
本章小结112
练习题112
第4章数控铣削编程115
4.1数控铣削编程特点及坐标系115
4.1.1数控铣削编程特点115
4.1.2数控铣床的坐标系与对刀操作117
4.2数控铣削工艺123
4.2.1选择并确定数控铣削部位及工序内容123
4.2.2零件图及零件毛坯的工艺性分析124
4.2.3走刀路线的确定125
4.2.4铣削刀具128
4.2.5切削用量的选择134
4.3数控铣削编程指令135
4.3.1基本编程指令136
4.3.2固定循环功能150
4.3.3子程序160
4.3.4可编程镜像指令162
4.4数控铣削编程综合实例163
本章小结165
练习题165
单元2数控原理篇
第5章数控插补原理173
5.1插补的基本概念173
5.1.1插补的概念173
5.1.2插补的分类174
5.2逐点比较插补法175
5.3数字积分插补法179
5.4数据采样插补法182
本章小结185
练习题185
第6章伺服驱动系统186
6.1伺服驱动系统概述186
6.2开环伺服驱动系统186
6.2.1步进电动机的工作原理186
6.2.2步进电动机的主要工作特性189
6.2.3步进电动机的选用190
6.2.4步进电动机驱动装置191
6.3闭环伺服驱动系统194
6.3.1直流伺服电动机194
6.3.2交流伺服电动机196
6.3.3直流驱动装置197
6.3.4交流驱动装置197
本章小结199
练习题199
第7章检测系统200
7.1检测系统概述200
7.2脉冲编码器200
7.2.1增量式脉冲编码器201
7.2.2绝对式脉冲编码器202
7.3光栅203
7.3.1光栅的种类203
7.3.2直线透射光栅的组成及工作原理204
7.3.3直线光栅检测装置的辨向205
7.3.4提高光栅分辨精度的措施205
7.3.5光栅检测装置的特点206
7.4旋转变压器和感应同步器206
7.4.1旋转变压器206
7.4.2感应同步器209
本章小结210
练习题210
单元3数控机床篇
第8章数控机床的主传动系统212
8.1对主传动系统的基本要求和变速方式212
8.1.1对主传动系统的基本要求212
8.1.2主传动的变速方式213
8.2数控机床的主轴部件217
8.2.1主轴端部结构217
8.2.2主轴轴承218
8.2.3主轴准停装置221
8.3典型数控机床的主轴部件222
8.3.1数控车床的主轴部件222
8.3.2数控铣床的主轴部件225
8.3.3加工中心的主轴部件226
本章小结227
练习题228
第9章数控机床的进给传动系统229
9.1对进给传动系统的基本要求229
9.2数控机床进给传动系统的基本型式230
9.2.1滚珠丝杠副230
9.2.2静压丝杠副236
9.2.3静压蜗杆-蜗轮条副238
9.2.4双齿轮-齿条副239
9.2.5直线电动机直接驱动240
9.3进给传动系统齿轮传动间隙消除方法241
9.3.1刚性调整法241
9.3.2柔性调整法242
本章小结244
练习题245
第10章数控机床的典型结构246
10.1数控机床机械结构的组成、特点及要求246
10.1.1数控机床机械结构的主要组成246
10.1.2数控机床机械结构的主要特点246
10.1.3数控机床机械结构的基本要求248
10.2数控机床的整体布局249
10.2.1数控车床常见布局型式249
10.2.2加工中心常见布局型式250
10.2.3高速数控机床的布局型式251
10.2.4并联运动机床的布局型式252
10.3数控机床的导轨253
10.3.1数控机床对导轨的基本要求253
10.3.2数控机床导轨的种类与特点254
10.3.3塑料滑动导轨256
10.3.4滚动导轨258
10.3.5静压导轨260
10.3.6导轨的润滑与防护261
10.

进入21世纪以来，传统制造业面临着全球产业结构调整带来的机遇和挑战。特别是2008年金融危机之后，世界各国为了寻找促进经济增长的新出路，开始重新重视制造业。美国于2011年提出“先进制造业伙伴计划”，旨在增加就业机会，实现美国经济的持续强劲增长。美国国家科学技术委员会于2012年2月正式发布了“先进制造业国家战略计划”。欧盟整体上也开始加大制造业科技创新扶持力度，德国于2013年4月推出了“工业40”战略，意图奠定德国在关键工业技术上的国际领先地位。我国在2015年发布了《中国制造2025》，明确提出，“要加快推动新一代信息技术与制造技术融合发展，把智能制造作为两化深度融合的主攻方向，着力发展智能装备和智能产品，全面提升企业研发、生产、管理和服务的智能化水平”。新一轮工业革命的核心是智能制造。德国工业40、美国工业互联网和中国制造2025这三大国家战略虽在表述上不一样，但本质上异曲同工，主攻方向都是智能制造。新一轮工业革命的本质是未来全球新工业革命的标准之争，各个国家都在构建自己的智能制造体系，而其背后是技术体系、标准体系和产业体系。

在现代制造系统中，数控技术是关键技术，具有高精度、高效率、柔性自动化等特点，对制造业实现柔性自动化、集成化、智能化起着举足轻重的作用。它是关系到国家战略地位和体现国家综合国力水平的重要基础性产业，其水平高低是衡量一个国家制造业现代化程度的核心标志。机械制造的竞争，其实质是数控技术的竞争。现代数控技术集传统的机械制造技术、计算机技术、成组技术与现代控制技术、传感检测技术、信息处理技术、网络通信技术、液压气动技术、光机电技术于一体，是制造业实现自动化、柔性化、集成化生产的基础，CAD/CAM、FMS、CIMS等技术都建立在数控技术之上，离开了数控技术，先进制造技术就成了无本之木。目前，数控技术正由专用型封闭式开环控制模式向通用型开放式实时动态全闭环控制模式发展。

数控技术的发展离不开人才的培养，本科教育阶段，与数控技术相关的主要有数控机床、数控编程和数控原理三门课程。但应用型大学为提高学生的实践能力，强化了第二课堂和课外科技活动，压缩了课内学时。因此，许多学校将三门数控课程合并成了一门课，这就需要对已有的教材进行整合和内容的更新。本书将数控技术相关知识分为三个单元，通过原理—机床—应用将一个较为完整的知识体系传授给学生，然后通过实际的案例和项目加深学生对知识点的理解及应用，着重培养学生的动手能力、应用能力，以及系统思维、工程意识、质量与标准意识。

本书在编写形式上，将理论融于应用，突出实践；在编写风格上，力求图文并茂，便于学生自学，提升自主学习意识和能力；在编写内容上，注重先进性、科学性、系统完整性和实用性，以数控编程作为重点，培养学生对数控机床的应用能力。

本书由北京联合大学的刘伟任主编，雷保珍任副主编，田宏宇、刘冰冰、张建成参加编写。具体分工如下：第1、2、4、10章由刘伟编写，第3章由雷保珍编写，第5、6、7章由田宏宇编写，第8章由刘冰冰编写，第9章由张建成编写。全书由刘伟、刘冰冰统稿。

本书得到北京联合大学规划教材建设项目资助。

由于编者水平有限，书中不足和错误之处在所难免。希望广大读者批评指正，提出宝贵意见。编者联系邮箱：[email protected]。