本书内容以数控加工信息流为主线顺序展开，内容包括绪论、数控编程技术、数控系统控制原理及软硬件结构、智能数据感测系统、数控伺服系统、数控机床的机械结构特点等。本书重点介绍数控原理及数控系统的软硬件结构、典型的数控机床伺服系统，期间融入智能数控系统的软硬件结构、智能机床的互联通信、网络化实时通信与精确时间同步技术、机床智能误差补偿方法、智能主轴状态监测诊断与振动控制、智能刀具管控技术与智能故障自诊断系统等关键技术。

　　本书可作为智能制造、机械电子工程、机械工程、机械制造及其自动化、机电一体化技术等专业学生的教材，也可作为智能制造和数控专业技术人员的培训教材，以及相关技术人员的参考书。

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目录

前言

第一章　绪论  1

第一节　智能制造与先进数控技术概述  1

一、智能制造的内涵  1

二、智能制造环境下的关键先进数控技术  2

三、国内外智能化高档数控装备的发展  6

四、智能数控技术的发展趋势  7

第二节　数控技术与数控机床概述  8

一、数控技术与数控机床的定义  8

二、数控机床的基本组成及各部分的功能  9

三、数控机床的加工步骤  11

第三节  数控系统的分类  12

一、点位控制系统、点位直线控制系统与轮廓控制系统  12

二、开环控制系统、半闭环控制系统与闭环控制系统  13

第四节　数控系统的典型应用  14

一、数控车床  14

二、数控铣床  17

三、数控磨床  17

四、加工中心  18

五、数控电火花机床  19

六、数控线切割机床  19

七、智能立式加工中心  20

思考题  20

第二章　数控编程技术  21

第一节　数控编程的基础知识  21

一、数控编程的基本概念  21

二、数控机床坐标系和运动方向的规定  21

三、数控编程的特征点  24

四、直线插补、圆弧插补及刀具补偿  25

五、数控编程的步骤  27

六、数控程序编制的方法  28

第二节  数控加工零件工艺性分析  29

一、数控加工零件分析和审查的工艺内容  29

二、切削刀具的选择与切削用量的确定  30

三、数控加工工艺路线的确定  31

第三节  数控编程技术  33

一、数控编程的标准与代码  33

二、数控程序结构与格式  36

三、常用数控编程指令  39

四、数控固定循环切削指令  43

五、数控程序中的子程序  49

六、零件数控加工程序编制案例分析  51

第四节  图形交互式编程  55

一、图形交互式编程概述  55

二、Fusion 360软件简介  55

三、型腔零件数控加工编程实例  56

思考题  70

第三章　数控系统控制原理及软硬件结构  72

第一节  计算机数控系统的控制基础——插补  72

一、插补的基本概念  72

二、逐点比较插补法  74

三、数字积分插补法  84

四、数据采样插补法  91

第二节  数控系统的硬件架构  94

一、计算机数控（CNC）系统的硬件结构  95

二、智能数控（iNC）系统的硬件结构  97

三、开放式数控（ONC）系统的硬件结构  98

第三节  数控系统数据的输入输出与互联  103

一、数控机床与外部设备间的数据传送要求  103

二、数控系统的数据通信接口  104

三、智能机床的互联通信  107

第四节  数控系统用可编程逻辑控制器  109

一、可编程控制器与数控机床的关系  109

二、数控机床用可编程控制器  109

第五节  数控系统的软件结构  113

一、典型CNC系统的软件结构特点  114

二、CNC系统的软件结构模式  117

三、开放式CNC系统的软件结构  120

四、可重构iNC系统的软件结构  121

第六节  智能数控系统的关键技术基础  122

一、网络化实时通信与精确时间同步技术  122

二、机床智能误差补偿方法  125

三、智能主轴状态监测诊断与振动控制  128

四、智能刀具管控技术  131

五、智能故障自诊断技术  135

思考题  140

第四章  智能数据感测系统  142

第一节　位置与速度检测装置  142

一、光电编码器  143

二、光栅尺  145

三、旋转变压器  148

四、感应同步器  151

五、磁尺  155

第二节　数控机床状态感测装置  158

一、数控机床常见故障及采集信号分类  159

二、压力传感器  160

三、扭矩传感器  164

四、温度传感器  167

五、振动传感器  169

第三节　智能机床传感器的接入及机床内部数据访问基础  175

一、智能机床传感器的接入与内部数据访问  175

二、AI芯片及AI算法库  176

思考题  178

第五章　数控伺服系统  179

第一节  伺服系统基本知识  179

一、伺服系统静态性能指标  179

二、伺服系统动态性能指标  180

三、伺服系统的基本要求  182

四、伺服驱动系统的分类与组成  182

五、常用伺服执行部件  183

第二节  直流伺服电动机及其驱动技术  184

一、永磁式直流伺服电动机结构和工作原理  184

二、直流伺服电动机的基本特性  186

三、直流伺服电动机的调速方法  188

四、直流伺服电动机的特性曲线  188

五、直流伺服电动机的驱动单元结构和工作原理  189

六、直流伺服电动机脉宽调制调速技术  191

七、直流驱动装置应用实例  193

第三节  交流伺服电动机及其驱动技术  194

一、交流同步伺服电动机  194

二、交流异步伺服电动机  195

三、交流电动机调速方法  196

四、交流伺服电动机的矢量控制技术  197

五、同步交流伺服电动机的驱动控制  200

六、异步交流伺服电动机的驱动控制  203

七、交流伺服驱动控制系统的主电路  205

八、交流驱动装置应用  207

第四节  步进电动机  208

一、步进电动机结构与工作原理  209

二、步进电动机的控制方法  210

三、步进电动机的运行性能  210

四、步进电动机的驱动装置  213

五、步进电动机驱动装置应用实例  217

第五节  数控进给伺服系统  218

一、数控机床对进给伺服系统的要求  218

二、数控进给伺服系统的结构  219

三、数控进给伺服系统的工作原理  221

四、数控进给伺服系统的位置控制方法  222

第六节  主轴运动控制  228

一、主轴运动控制的基本知识  228

二、数控机床主轴电动机的驱动控制方法  230

三、主轴分段无级变速原理  233

四、主轴准停控制  233

第七节  数控伺服系统的应用  236

一、伺服系统与数控系统的信号连接  236

二、伺服系统与市电电源的连接  240

三、伺服系统的运动控制要求和动力输出要求分析  241

思考题  243

第六章  数控机床的机械结构特点   245

第一节  数控机床对机械结构的要求  245

第二节  数控机床的总体布局  247

一、满足多刀加工的布局  247

二、满足快速换刀要求的布局  247

三、满足多坐标联动要求的布局  248

四、满足快速换刀要求的布局  248

五、满足多工位加工要求的布局  248

六、满足工作台自动交换要求的布局  249

七、满足加工零件不移动的布局  250

八、满足提高刚度减小热变形要求的布局  250

九、并联机床的布局  250

第三节  数控机床主传动系统  251

一、数控机床对主传动系统的要求  251

二、数控机床主传动系统的配置方式  252

三、主轴部件  253

第四节  数控机床进给传动系统  259

一、数控机床进给传动系统的要求  259

二、数控机床进给传动系统的结构  259

第五节  数控回转工作台与分度工作台  265

一、数控回转工作台  266

二、数控分度工作台  267

第六节　数控机床换刀系统  268

一、自动换刀系统概述  268

二、刀库类型与选刀方式  271

三、换刀机械手类型与结构  273

四、数控机床刀具交换方式  276

思考题  277

参考文献  278