第1章緒論

1.1數控技術概念概述

1.2數控機床組成及工作原理

1.2.1數控機床的組成

1.2.2CNC的工作特征

1.2.3數控繫統的工作過程

1.3數控機床的分類、特點與應用

1.3.1數控機床的分類

1.3.2數控機床的特點

1.3.3數控機床的應用

1.4數控機床的產生與發展

1.4.1數控機床的產生

1.4.2數控機床的發展歷程

1.4.3數控機床的發展趨勢

1.5數控技術在我國的發展情況

習題

第2章插補原理

2.1插補概念分析

2.1.1插補的概念

2.1.2插補需要解決的問題

2.1.3插補的實質

2.1.4插補的基本要求

2.1.5插補方法的分類

2.2硬件插補

2.2.1數字脈衝乘法器的工作原理

2.2.2數字脈衝乘法器的直線插補

2.2.3脈衝分配的不均勻性問題

2.3逐點比較法

2.3.1逐點比較法插補原理

2.3.2逐點比較法直線插補

2.3.3逐點比較法圓弧插補

2.3.4逐點比較法像限處理

2.3.5逐點比較法的進給速度

2.4數字積分法

2.4.1數字積分法的工作原理

2.4.2數字積分法直線插補原理

2.4.3數字積分法圓弧插補原理

2.4.4數字積分法插補精度的提高

2.5數據采樣插補法

2.5.1概述

2.5.2時間分割法插補

2.5.3擴展數字積分法插補

2.5.4脈衝增量插補法和數據采樣插補法的比較

習題

第3章CNC繫統

3.1CNC繫統的組成與工作原理

3.1.1CNC繫統的組成

3.1.2CNC裝置的工作原理

3.2CNC裝置的硬件結構

3.2.1大板結構和功能模板結構

3.2.2單微處理器結構和多微處理器結構

3.2.3CNC裝置的硬件功能模塊

3.2.4CNC裝置的輸入輸出接口

3.3CNC裝置的軟件結構

3.3.1CNC裝置軟件的組成

3.3.2CNC裝置軟件結構模式

3.3.3CNC裝置軟件的特點

3.4CNC裝置的數據轉換及處理

3.4.1數據轉換流程

3.4.2數據處理

3.5進給速度處理和加減速控制

3.5.1開環CNC繫統的進給速度及加減速控制

3.5.2閉環(或半閉環)CNC繫統的加減速控制

3.6數控機床用可編程邏輯控制器

3.6.1數控機床中PLC完成的功能

3.6.2PLC順序程序接口信號處理

3.6.3PLC地址分配

3.6.4PLC與CNC機床的關繫

3.6.5M、S、T功能的實現

3.6.6華中數控繫統PLC的形式和原理

3.7開放式數控體繫結構

3.7.1概述

3.7.2開放式數控繫統的定義及其基本特征

習題

第4章數控檢測技術

4.1概述

4.1.1檢測裝置的分類

4.1.2數控測量裝置的性能指標及要求

4.2旋轉變壓器

4.2.1旋轉變壓器的結構

4.2.2旋轉變壓器的工作原理

4.2.3旋轉變壓器的應用

4.3感應同步器

4.3.1直線式感應同步器

4.3.2旋轉式感應同步器

4.3.3直線式感應同步器的工作原理

4.3.4感應同步器的應用

4.3.5感應同步器使用應注意的事項

4.4光柵傳感器

4.4.1光柵的類型和結構

4.4.2計量光柵的工作原理

4.5脈衝編碼器

4.5.1脈衝編碼器的結構與分類

4.5.2脈衝編碼器在數控機床上的應用

4.5.3增量式光電脈衝編碼器

4.5.4絕對式脈衝編碼器

4.5.5光電脈衝編碼器的應用形式

習題

第5章數控伺服繫統

5.1概述

5.1.1伺服繫統的組成

5.1.2對伺服繫統的基本要求

5.1.3對伺服電動機的要求

5.1.4伺服繫統分類

5.2步進電動機伺服繫統

5.2.1步進電動機結構及工作原理

5.2.2步進電動機的主要性能指標

5.2.3步進電動機功率驅動

5.2.4功率放大器

5.2.5調頻調壓驅動電路

5.2.6細分驅動電路

5.2.7步進電動機應用中的注意問題

5.3直流電動機伺服繫統

5.3.1直流伺服電動機的種類與應用

5.3.2直流伺服電動機的結構與工作原理

5.3.3直流伺服電動機的控制原理

5.3.4直流伺服電動機的調速

5.3.5晶閘管調速控制繫統

5.3.6晶體管直流脈寬調制調速繫統

5.3.7全數字脈寬調制調速繫統

5.4交流電動機伺服繫統

5.4.1交流伺服電動機的種類

5.4.2永磁交流同步伺服電動機的結構

5.4.3交流伺服電動機的發展方向

5.4.4交流伺服電動機的調速原理

5.4.5交流伺服電動機的速度

5.5伺服繫統的位置控制

5.5.1相位比較伺服繫統

5.5.2幅值比較伺服繫統

5.5.3數字比較伺服繫統

5.5.4全數字伺服繫統舉例

習題

第6章數控加工的程序編制

6.1數控機床編程概述

6.2數控機床坐標繫的確定

6.2.1數控機床的坐標繫

6.2.2數控機床上坐標軸方向的確定

6.2.3機床坐標繫與工件坐標繫

6.3數控加工工藝

6.3.1數控加工工藝方案制訂的主要內容

6.3.2影響數控加工工藝方案制訂的主要因素

6.3.3零件數控加工工藝性分析

6.3.4劃分加工階段

6.3.5數控加工工序規劃

6.3.6選擇走刀路線

6.3.7數控編程誤差及其控制

6.4數控加工刀具與切削用量的選擇

6.4.1數控加工刀具的選擇

6.4.2切削用量的選擇

6.5數控機床上工件的裝夾

6.5.1零件裝夾注意事項

6.5.2數控機床上零件裝夾的方法

6.5.3使用平口虎鉗裝夾零件

6.5.4使用壓板和T形槽用螺釘固定零件

6.5.5彎板的使用

6.5.6V形塊的使用

6.5.7零件通過托盤裝夾在工作臺上

6.5.8使用組合夾具、專用夾具等

6.6數控加工程序的組成及各指令的應用

6.6.1程序的組成

6.6.2程序的格式

6.6.3程序指令一覽表

6.6.4數控機床常用指令的使用方法說明

6.7數控編程指令用法及加工舉例

6.7.1數控車床編程指令用法及加工舉例

6.7.2數控銑床編程指令用法及加工舉例

習題

第7章CAXA自動編程

7.1自動編程概述

7.2CAXA制造工程師基本功能

7.2.1簡介

7.2.2主要功能

7.2.3用戶界面簡介

7.3CAXA幾何建模技術基礎

7.4CAXA的拾取操作

7.5線架造型

7.5.1線架造型簡介

7.5.2實例操作

7.6實體特征造型

7.6.1草圖繪制

7.6.2輪廓特征

7.7連杆件的造型與加工

7.7.1連杆件的實體造型

7.7.2加工前的準備工作

7.7.3刀具軌跡的生成和仿真檢驗

第8章數控機床結構

8.1床身

8.2導軌

8.3主軸部件

8.4進給繫統

8.5回轉工作臺

參考文獻

高檔數控機床是裝備制造業智能制造的工作母機，是智能制造最重要的關鍵裝備之一，對智能制造有著重要的影響。高檔數控機床是衡量一個國家裝備制造業發展水平和產品質量的重要標志。
近年來，我國已經連續多年成為世界最大的機床裝備生產國、消費國和進口國。中高端機床生產技術進一步提升，但高檔數控機床國產化率甚至不到10%。
數控繫統是數控機床的大腦，決定機床裝備的性能、功能、可靠性和成本，而國外對我國至今仍進行封鎖限制，成為制約我國高檔數控機床發展的瓶頸。國內數控繫統的中高端市場被德國西門子公司、日本FANUC公司瓜分。低端市場是國內數控繫統的天下，數十家繫統廠擠在這個狹小的市場區域。鋻於此，我們必須自己攻克此技術，目前，我國數控繫統實現了從模擬式、脈衝式到全數字總線的跨越。
為了促進我國數控機床行業產業升級，近幾年，國家出臺一繫列政策以支持數控機床行業發展。根據工業和信息化部2016年的《智能制造工程實施指南(2016—2020)》，我國數控機床國產化率將在2020年超過50%。2015年10月，國家制造強國建設戰略咨詢委員會發布的《(中國制造2025)重點領域技術路線圖》對未來十年我國高檔數控機床的發展做出規劃。未來十年，我國數控機床將重點針對航空航天裝備、汽車、電子信息設備等產業發展的需要，開發高檔數控機床、先進成形裝備及成組工藝生產線。
2019年1月28日，“高檔數控機床與基礎制造裝備”科技重大專項2019年度再次啟動，其中有16個課題涉及數控機床。
隨著《中國制造2025》和“工業4.0”的逐漸實施，以及基於國情制造業要升級，淘汰勞動密集型的低端制造業，我國數控機床產業必須實現大比重國產化，實現數控產業為國家的競爭力強勢產業。
有需求也有機遇，我國有全世界最齊全的工業門類和全世界最大的工業市場，另外，我國有世界名列前茅的5G技術，方便於實現數控機床與工業機器人融合發展。這些條件非常有利於數控機床的發展。
在此背景下，本書出版第3版，本次再版增加了許多近幾年數控機床的新技術和新應用，對相關數控名詞概念進行規範化，相關表述更加貼近數控機床開發實際，特別介紹了“5G技術 數控機床 工業機器人融合發展技術”。
插補方面增加了參數曲線直接插補內容，數控繫統方面增加了華中數控繫統的軟件結構介紹分析，更加貼近實踐，PLC方面增加了數控繫統廠家對PLC的應用思路，數控加工工藝方面進一步梳理，增加了形像化的數控加工框圖，對數控切削用量的選擇也進一步細化和列表，方便於加工實踐，裝夾方面增加了夾具實物圖，更具有指導性。
作者方面增加了許昌學院李耀輝老師，李耀輝老師對本書插補、CNC繫統內容做了許多改進工作。
本次再版得到了武漢華中數控股份有限公司總工程師朱志紅教授的多次指導，在此致謝！
編者

2022年1月

數控技術（數字化控制技術）是未來控制技術的發展方向，從家用電器到醫療器械，從地下的探測設備到太空飛行器，許多領域都大量使用了數字信號和數控技術。隨著信息技術的發展，特別是現代控制理論研究的深入，數字化控制技術在控制領域的比重將逐漸增加，並有逐漸取代其他傳統控制方法的趨勢。
數控技術與機械制造中的機床設備相結合，形成了一種全新的加工裝備——數控機床。數控機床的整個加工過程由數控繫統進行自動控制。近年來數控技術的快速發展極大地推動了計算機輔助設計與制造（CAD/CAM）、柔性制造繫統（flexible manufacture system,FMS）和計算機集成制造繫統（CIMS）的發展。數控技術正在改變制造業的生產方式、產業結構、組織模式，是關繫到國家戰略地位的重要技術。
數控技術的發展歷程經歷了硬件數控（numerical control,NC）和計算機數控(computerized numerical control,CNC)兩個階段。硬件數控的運算和控制功能均由邏輯電路來完成，靈活性差，柔性不好。計算機數控是隨著微電子技術和計算機技術的發展而產生的，其主要功能基本上由軟件來完成。隨著數控操作繫統功能的不斷完善，軟件繫統開放性的不斷提高，CNC對不同的加工工藝及要求容易通過軟件程序來解決，不需改變硬件，因此，靈活性好，柔性較強。
教育學部高等學校機械設計制造及其自動化專業教學指導分委員會於2007年會同中國機械工程學會、清華大學出版社組成“中國機械工程學科教程研究組” 出版的《中國機械工程學科教程》，采用知識領域邊界再設計的方法，構造了機械工程本科專業教育的知識體繫和框架，形成了科學的課程知識體繫。我們根據該知識體繫和框架，本著從高等院校教育目標及知識、能力和素質結構的要求出發，編寫了數控技術教材。書中以數控技術的基本原理和基本知識為根基，以數控機床為主線，全面且繫統地反映了數控技術各方面的內容。本書對數控技術的核心內容和最新技術作了較為深入、繫統的介紹，全書內容充實、具體、科學、先進，敘述深入淺出，內容編排循序漸進，文字簡練。本書采用國產著名品牌華中數控繫統作為典型繫統進行分析講解，以國產三維CAD/CAM軟件CAXA作為自動編程軟件進行介紹，在數控繫統和自動編程的講解上實例充分。通過對本教材的學習掌握，讀者可以對數控技術有較完整的、繫統的認識，對數控機床的結構有較清晰的了解。
本書可作為高等院校機械工程相關本科專業“數控技術”“數控繫統及數控機床原理”課程的教學用書，也適合研究生、專科學生及從事數控技術工程的技術人員閱讀參考。
本書共分為8章。第1章簡要介紹數控機床的組成、工作原理、分類和發展； 第2章分析插補原理，並介紹典型的插補方法； 第3章講述計算機數控繫統的硬件和軟件，分別介紹計算機數控繫統硬件的組成和功能以及軟件的結構和功能； 第4章分析數控位置檢測裝置，按照工作原理的不同分別對各種數控位置檢測裝置進行了分析； 第5章分析數控伺服繫統，對數控伺服繫統的類型、伺服電動機及調速、現代典型數控伺服繫統進行了詳細介紹； 第6章講述數控手工編程； 第7章講述自動編程及CAXA軟件的使用方法； 第8章介紹了數控機床結構。
本書由嚴育纔、張福潤擔任主編，程憲平、段明忠擔任副主編。本書第1、2章由張福潤編寫，第3、4、7、8章由嚴育纔編寫，第5章由程憲平、嚴育纔共同編寫，第6章由段明忠、嚴育纔共同編寫。本書在編寫過程中得到了華中科技大學數控國家重點實驗室和華中科技大學金工實訓中心的大力幫助，在此對數控國家重點實驗室和金工實訓中心的各位老師表示衷心的感謝。華中科技科教授、孫親錫教授、劉延林教授、朱鼕梅教授對本書的編寫提出了許多寶貴的意見，在此也一並致謝！
本書為修訂版，利用此次修訂的機會，作者不僅認真仔細地訂正了第1版中存在的錯誤和疏漏，還將平時教學中使用的電子課件進行了整理，並增補了部分習題參考解答。
限於編者的水平，書中難免有錯誤和不妥之處，敬請讀者批評指正。

編者

2012年2月