数控系统

　　前 言 数控机床集计算机、电子、自动控制、传感测量、机械制造、网络通信技术于一体，是典型的机电一体化产品，它的发展和运用开创了制造业的新时代，改变了制造业的生产方式、产业结构、管理方式，使世界制造业的格局发生了巨大变化。现代的CAD／CAM、FMS、CIMS等都是建立在数控技术之上。数控技术水平的高低已成为衡量一个国家制造业水平的核心标志，实现加工机床及生产过程的数控化已经成为当今制造业的发展方向。 中国是世界上机床产量最多的国家，但数控机床的产品竞争力在国际市场中仍处于较低水平，即使在国内市场也面临着严峻的形势：一方面国内市场对各类机床产品特别是数控机床有大量的需求，而另一方面却有不少国产机床滞销积压，国外机床产品充斥市场，严重影响中国数控机床自主发展的势头。这种现象的出现除了有经营上、产品质量上和促销手段等的原因外，一个最主要的原因就是中国生产的数控机床品种、性能和结构不够先进，新产品（包括基型、变型和专用机床）的开发周期长，不能及时针对用户的需求提供满意的产品。 为了促进中国数控机床设计技术的发展，提升国内机床设计人员的整体水平，化学工业出版社组织国内有关专家编写了"现代数控机床结构及设计丛书"，包括《数控机床系统设计》、《数控机床本体》、《数控系统》、《数控检测装置》、《数控车床设计》、《数控铣床设计》、《数控加工中心设计》七个分册。丛书从设计人员的实际需要出发，对先进数控机床的结构、控制系统、装置及其设计方法进行了比较详细的介绍和分析，希望能够对中国机床设计人员消化、吸收国外的先进理念和技术，提高设计质量和设计水平有所帮助。 本书为《数控系统》分册。主要介绍了常用数控系统的结构与工作原理、CNC系统结构及控制方法、数控系统的插补与刀补计算原理、数控系统控制信号的构成及编程实例，同时还叙述了可编程控制器及自动编程系统，并简要介绍了开放式数控系统。全书着眼于国内外新技术和国内实际应用水平，力求做到科学性、实用性和先进性；广泛收集了国内外科学研究成果和资料，并将实际教学、科研成果中的成熟经验和实例写入其中，力求为从事现代数控机床的设计、研究、使用和维修等工作者提供一本内容丰富的参考书，也可以作为高等学校、公司、工厂等的参考教材。 全书共分为7章，由河北工业大学富大伟、刘瑞素主编。其中第1章、第6章、第7章由富大伟、刘瑞素编写，第2章由郭兰申编写，第3章由王阳、崔根群编写，第4章、第5章由刘瑞素编写。 本书编写时参阅了许多院校、公司的教材和资料，并得到了河北工业大学张明路教授、北京凯恩帝机电技术有限公司和杨洪丽女士等的大力支持和帮助，在此致以衷心的感谢。 由于编者水平有限，经验不足，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 2005年6月于天津

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"目录
第1章数控系统概述1
11机床数字控制的基本原理1
111数控机床的组成1
112数控机床加工零件的操作过程3
113计算机数控系统的工作过程3
12机床数控系统的分类4
121按数控机床的加工功能分类4
122按所用进给伺服系统的类型分类7
123按所用数控装置类型分类9
124按数控系统功能水平分类9
13数控系统的发展10
131数控系统的发展简史10
132中国数控系统的发展概况10
133数控系统的发展趋势12
第2章数控系统的插补与刀补计算原理15
21逐点比较法16
211逐点比较法直线插补17
212逐点比较法圆弧插补19
213逐点比较法插补软件24
22数字积分插补法28
221数字积分法直线插补28
222数字积分法圆弧插补31
223改进DDA插补质量的措施34
224数字积分法插补软件的实现38
23数字脉冲乘法器法41
24数据采样插补法43
241数据采样插补法原理43
242时间分割法插补原理44
243扩展DDA数据采样插补法46
244数据采样插补的终点判别48
25其他插补方法简介53
251椭圆插补基本原理53
252参数三次样条插补原理54
26数控系统的刀具补偿和加减速控制56
261刀具半径补偿56
262C功能刀具半径补偿58
263程序段间转接情况分析59
264转接矢量的计算62
265C功能刀具半径补偿实例66
266CNC系统的加减速控制66
第3章CNC系统结构及控制方法73
31CNC系统的组成及特点73
311计算机数字控制装置的组成73
312计算机数字控制装置的工作原理74
313计算机数字控制装置的特点75
32计算机数字控制系统的硬件结构76
321单处理器计算机数字控制77
322多微处理器结构的计算机数字控制装置79
33CNC系统软件结构及控制81
331计算机数字控制系统的软硬件界面81
332计算机数字控制装置的数据转换流程81
333CNC系统的软件结构及控制82
34CNC系统常用外设及接口89
341计算机数字控制装置的输入输出和通信要求89
342计算机数字控制的显示功能及其接口89
343数控系统的I/O接口89
344计算机数字控制串行数据通信及其接口90
35自动换刀装置92
351自动换刀装置的形式93
352刀库及刀具的选择方式96
第4章数控系统控制信号的构成及编程实例102
41数控机床的坐标系102
411直线进给和圆周进给运动坐标系102
412机床坐标系和工件坐标系104
413绝对坐标系和增量（相对）坐标系104
42数控机床的原点偏置106
421数控机床的各种原点106
422数控机床的零点偏置106
43数控机床指令代码107
431数控编程的基础知识107
432数控指令代码标准109
433功能代码简介113
434常用G代码及其使用方法117
435数值计算126
436手工编程技巧130
44编程实例136
441数控车床编程实例136
442数控铣床编程实例138
443加工中心编程实例142
第5章可编程控制器及自动编程系统146
51可编程序控制器工作原理146
511可编程序控制器的组成146
512可编程序控制器的工作方式147
52PLC在数控系统中的应用149
521内装型PLC及其特点149
522独立型PLC及其特点150
523M.S.T功能的实现151
53自动编程系统153
第6章常用数控系统结构与工作原理158
61数控系统主要生产厂及其典型产品159
611国外几家主要生产厂历年产品159
612国外几家主要生产厂的CNC装置159
613国内几家主要生产厂的CNC装置171
62FANUC7系统176
63西门子SINUMERIK840D数控系统188
631西门子SINUMERIK840D数控系统概述188
632SINUMERIK840D数控系统硬件结构190
633SINUMERIK840D数控系统软件结构199
64AB公司的7360系统201
6417360系统硬件结构201
6427360系统的软件202
65KND数控系统207
651KND简介207
652产品特色207
653KND数控系统规格209
654人机界面209
655位置的显示211
656KND100M数控系统操作面板说明211
657CNC键盘的说明213
658机床操作面板214
659系统结构214
66PMAC运动控制器216
661PMAC运动控制器简介216
662控制器功能217
663控制器应用实例217
第7章开放式数控系统219
71开放式数控系统概述219
711开放式数控系统产生的背景219
712开放式数控系统的基本特征220
72国外开放式数控系统研究动向222
721美国的开放式数控系统研究计划222
722欧盟的OSACA计划和日本的OSEC计划226
73中国开放式数控系统发展概况228
731中华Ⅰ型数控系统228
732华中Ⅰ型数控系统230
733航天数控系统平台231
734蓝天系列CNC系统232
74开放式数控系统的关键技术和研究方法234
参考文献236"