数控技术（唐晓红）

制造业是国民经济的支柱产业，数控技术是制造业中的基础和关键技术，对制造业实现柔性自动化、集成化、智能化起着至关重要的作用。因此，数控技术的发展水平是体现国家的制造能力，彰显综合国力的重要标志之一。
近年来，我国制造业水平不断提高，需要大批熟练掌握数控技术的高素质应用型工程技术人才。在国家级一流本科专业建设、“新工科”建设和工程教育认证背景下，立足国家和地区机械制造业快速发展的需求，全面提高人才培养能力，很多高校进行了专业人才培养方案改革以及课程体系改革。部分高校将数控工艺及编程、数控机床、机械CAD/CAM 三门课程中与数控相关的教学内容整合成一门课程——数控技术(或数控机床)，同时开设CAD/CAM 综合实践教学环节，以培养学生综合运用机械设计、机械制造、机械CAD/CAM (计算机辅助设计/制造)等多方面技术知识和原理解决机械及轨道交通领域零部件设计及制造的复杂工程问题的能力。教学课程体系的改革需要对课程教材的内容进行整合和更新，使学生能通过课程教材系统全面地掌握课程教学内容，这是本书的编写目的。本书以数控工艺及编程作为重点，培养学生对数控机床的综合应用能力。本书可作为应用型本科高校机械类专业数控技术或数控机床课程教材，也可作为CAD/CAM 综合实践课程的参考教材。
本书由华东交通大学唐晓红、王朝兵担任主编，付伟、张龙担任副主编。全书共7章，其中第1章由林凤涛编写，第2章由王朝兵编写，第3章由付伟编写，第4章和第7章由唐晓红编写，第5章由陈慧编写，第6章由张龙编写。全书由唐晓红统稿和定稿。
本书在编写过程中得到了许多同行、专家的支持和帮助，并获得了华东交通大学教材基金资助以及机械设计制造及其自动化专业国家级一流本科专业建设经费资助，在此一并表示衷心的感谢。
由于编者水平有限，书中难免存在疏漏和不妥之处，恳请广大读者提出宝贵意见。

编者
2024年3月

本书在国家级一流本科专业建设、“新工科” 建设和工程教育认证背景下，为适应专业人才培养方案改革以及课程体系改革编写而成。本书对数控工艺及编程、数控机床、机械CAD/CAM 三门课程中与数控相关的教学内容进行了有机整合和更新。本书紧密围绕教学大纲，运用大量工程案例，着力强化工程实践应用。内容主要包括绪论、数控加工工艺基础、数控加工的程序编制、计算机数控系统、伺服系统与数控机床的驱动控制、数控机床的机械结构、应用Creo软件自动编程。全书各章既有联系，又有一定的独立性。每章末均附有思考题与习题。
本书可作为普通高等院校机械设计制造及其自动化专业、机械电子工程专业、车辆工程专业、智能制造专业和材料成型及控制工程等相关专业本科生的教材，也可供从事数控技术开发与应用的工程技术人员、研究人员参考使用。

第1章 绪论1
1.1 数控技术的基本概念 1
1.2 数控机床的产生与发展 2
1.2.1 数控机床的产生 2
1.2.2 数控机床的发展历程 2
1.2.3 我国数控机床的发展 3
1.2.4 数控机床的发展趋势 4
1.3 数控机床组成及工作原理 7
1.3.1 数控机床的组成 7
1.3.2 数控机床的工作原理 9
1.4 数控机床的分类、特点与应用 9
1.4.1 数控机床的分类 9
1.4.2 数控机床的特点 12
1.4.3 数控机床的应用范围 13
1.5 数控技术与现代制造系统 14
1.5.1 柔性制造系统 14
1.5.2 计算机集成制造系统 15
思考题与习题 17

第2章 数控加工工艺基础18
2.1 数控加工工艺分析 18
2.1.1 数控加工工艺的基本特点 18
2.1.2 数控加工工艺的主要内容 19
2.1.3 数控加工内容选择 19
2.1.4 对零件图样的工艺性分析 20
2.1.5 生产纲领、生产类型及工艺特征 22
2.1.6 毛坯的确定 23
2.2 数控加工工艺路线设计 25
2.2.1 数控机床典型表面加工方法及加工方案 25
2.2.2 加工阶段的划分 29
2.2.3 加工工序的划分 31
2.3 数控加工工序设计 34
2.3.1 数控机床的合理选用 34
2.3.2 零件的装夹与夹具的选择 35
2.3.3 数控加工刀具与工具系统 39
2.3.4 加工路线的确定 50
2.3.5 加工余量的确定 50
2.3.6 切削用量的选择 51
2.3.7 切削液的选用 57
2.4 数控加工工艺文件的制定 58
思考题与习题 64

第3章 数控加工的程序编制65
3.1 零件程序编制 65
3.1.1 概述 65
3.1.2 零件程序编制的内容与步骤 65
3.1.3 零件程序编制的方法 66
3.2 数控机床的坐标系统 67
3.2.1 数控机床坐标系的确定 67
3.2.2 数控机床上的有关点 69
3.3 零件加工程序的程序结构与指令代码 71
3.3.1 零件加工程序的结构与组成 71
3.3.2 零件加工程序的有关功能指令及其代码 73
3.3.3 常用指令的编程方法 77
3.4 数控车床的程序编制 86
3.4.1 数控车床的编程特点 87
3.4.2 数控车床的刀具补偿 87
3.4.3 简化编程功能指令 90
3.4.4 数控车床编程实例 103
3.5 数控铣床的程序编制 106
3.5.1 数控铣床的加工对象 106
3.5.2 数控铣床的主要功能 106
3.5.3 数控铣床的编程特点 107
3.5.4 孔加工固定循环 107
3.5.5 数控铣床编程实例 119
3.6 加工中心的程序编制 121
3.6.1 加工中心的编程特点 121
3.6.2 加工中心自动换刀功能及应用 122
3.6.3 加工中心编程实例 122
思考题与习题 127

第4章 计算机数控系统130
4.1 概述 130
4.1.1 CNC系统的组成及CNC装置的主要功能 130
4.1.2 CNC系统的一般工作过程 133
4.2 CNC系统的硬件结构 135
4.2.1 CNC系统的硬件结构分类 135
4.2.2 单微处理器结构和多处理器结构构成及特点 136
4.2.3 开放式数控系统 138
4.3 CNC系统的软件结构 139
4.3.1 CNC系统的软件组成 139
4.3.2 CNC系统软件结构特点 140
4.4 插补原理 142
4.4.1 插补概念及插补方法的分类 142
4.4.2 逐点比较法 143
4.4.3 数字积分法 149
4.4.4 数据采样插补法 156
4.5 刀具半径补偿原理 157
4.6 进给速度控制和加减速控制 161
4.6.1 进给速度控制 161
4.6.2 加减速控制 162
思考题与习题 166

第5章 伺服系统与数控机床的驱动控制168
5.1 概述 168
5.1.1 伺服系统的基本概念 168
5.1.2 对伺服系统的基本要求 169
5.1.3 伺服系统的分类 170
5.1.4 常用伺服执行元件 172
5.2 进给驱动 182
5.2.1 步进电机驱动控制系统 182
5.2.2 直流伺服电机速度控制单元 187
5.2.3 交流伺服电机速度控制单元 192
5.2.4 直线电机在进给驱动中的应用 195
5.3 主轴驱动 197
5.3.1 对主轴驱动的要求 197
5.3.2 直流主轴驱动系统 198
5.3.3 交流主轴驱动系统 198
5.3.4 主轴准停控制 202
5.4 位置检测装置 204
5.4.1 位置检测装置的要求及分类 204
5.4.2 脉冲编码器 205
5.4.3 光栅测量装置 208
5.4.4 旋转变压器 211
5.4.5 感应同步器 213
5.4.6 磁栅传感器 215
5.5 位置控制系统 217
5.5.1 数字脉冲比较伺服系统 217
5.5.2 相位比较伺服系统 219
5.5.3 幅值比较伺服系统 220
5.5.4 全数字控制伺服系统 221
思考题与习题 222

第6章 数控机床的机械结构224
6.1 数控机床的结构要求与总体布局 224
6.1.1 数控机床机械结构的特点与基本要求 225
6.1.2 数控机床的总体布局 231
6.2 数控机床的主传动系统 235
6.2.1 数控机床对主传动系统的要求 236
6.2.2 主传动系统的传动方式 236
6.2.3 主轴箱与主轴组件 238
6.2.4 主轴准停装置 241
6.2.5 主轴组件的润滑和密封 242
6.3 数控机床的进给传动机构 245
6.3.1 进给系统概述 245
6.3.2 齿轮传动副 246
6.3.3 丝杠副 248
6.3.4 导轨 255
6.4 数控机床的自动换刀装置 260
6.4.1 自动换刀装置的分类 260
6.4.2 刀库 263
6.4.3 刀具的选择与识别 266
6.4.4 机械手的形式及其夹持结构 268
6.4.5 主轴刀具自动夹紧装置 272
6.5 数控机床的辅助装置 275
6.5.1 自动排屑装置 275
6.5.2 回转工作台 276
思考题与习题 281

第7章 应用Creo软件自动编程283
7.1 Creo 软件自动编程基础 283
7.1.1 基本流程 283
7.1.2 Creo NC术语 284
7.1.3 Creo NC加工环境及设置 285
7.2 Creo铣削自动编程 288
7.2.1 零件分析 289
7.2.2 Creo制造模型及操作设置 290
7.2.3 创建铣削 NC序列 293
7.2.4 使用制造工艺表查看和处理相关信息 307
7.3 Creo车削自动编程 309
7.3.1 零件分析 309
7.3.2 Creo制造模型及操作设置 310
7.3.3 创建车削 NC序列 313
7.3.4 使用制造工艺表查看和处理相关信息 323
思考题与习题 325

参考文献326