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。 本书配有PPT课件、教学视频、实验指导书和习题答案等教学资源，欢迎选用本书作教材的教师登录www.cmpedu.com注册后下载。
本书遵循教指委相关指导文件和高等院校学生学习规律编写而成。践行四新理念，融入思政元素，注重理论与实践相结合。
第四次工业革命的核心是智能制造，先进数控技术是智能制造发展的关键。随着工业互联网、云计算和物联网技术的发展，人工智能与数控技术深度融合，形成新一代的智能数控系统。装备了智能数控系统的机床飞速发展，使得制造业向着自动感知、自主学习、科学决策、灵活执行的方向发展，实现制造业的技术体系、生产模式、产业形态的重塑。面向制造业的重大需求，在传统的数控技术基础上，学习与研发新一代的智能数控系统，不仅符合制造业网络化和智能化的总体发展趋势，更为解决当前制造业所面临的发展和转型升级问题提供智能元素与人才支撑，具有重大意义。 本书在总结编者团队20多年数控系统技术研究成果的基础上，结合国内外同行的研究成果撰写而成。全书共六章。第一章分析了智能制造与先进数控技术、数控技术与数控机床的概念及其之间的关系，介绍了其国内外发展现状、分类和典型应用。第二章介绍了数控编程的基础知识、编程工艺，叙述了数控编程技术和图形交互式编程方法。第三章从传统数控插补的原理出发，阐述了数控系统软硬件的组成及原理，内容融入了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、智能刀具管控技术等关键技术。第四章介绍了智能机床的位置与速度检测和状态感测装置的原理与应用，并对智能机床传感器的接入及机床内部数据访问基础进行了叙述。第五章从现代数控机床对伺服系统的要求出发，论述了交流伺服电动机、直流伺服电动机及其驱动技术，并对数控进给伺服系统和主轴运动控制进行了分析。第六章介绍了数控机床典型结构的组成和工作原理，内容涵盖数控机床的总体布局、主传动系统、进给传动系统、回转工作台、分度工作台和机床换刀系统。 本书将智能数控系统的相关内容融入传统的数控知识体系，在相关章节给出应用案例，内容丰富、涉及面广，力求做到具有一定的广度和深度。本书适合机械类专业应用型本科教学使用，也可作为成人高等教育相关专业的教学用书，还可供研究生和从事智能制造研究的人员与工程技术人员阅读参考。 本书第一章、第五章由王志明编写，第二章由陈勇编写，第三章由王志明、李锦、夏麟编写，第四章由王志明、刘梅编写，第六章由李厚佳、刘梅、安全编写。本书由王志明任主编，刘梅、李锦对本书进行了统稿、审阅，郑皓月、葛舒薇、张力弓、刘泽冰、王明伟、宋佳耀、黄源东完成了本书的校核工作。在编写本书过程中，编者参阅了大量专家和学者的相关文献，还得到了华东理工大学、上海工程技术大学等高校同仁的大力协助，在此一并表示感谢。 由于编者水平有限，书中难免有不足之处，恳请各位读者批评指正。 编 者
高等院校教师
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
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