本书系统地介绍了数控技术，内容包括数控机床的分类和特点、计算机控制装置、进给伺服系统、数控编程基础、数控编程技术。本书内容丰富，逻辑性强，结构严谨，体现了现代数控技术发展的成果。

本书可作为高等学校机械设计制造、自动化专业及某些大专院校机电类专业的教材，也可供从事现代制造及相关工程工作的技术人员阅读。

数控技术是现代先进制造技术的基础和核心。数控机床是电子信息技术和传统机械加工技术结合的产物，它集机械制造技术、信息技术、计算机技术、微电子技术和自动化技术等多学科为一体，具有高效率、高精度、高自动化和高柔性的特点，是当代制造业的重要装备。当今世界各国的制造业通过发展数控技术，建立数控机床产业，促使制造业跨入了一个崭新的发展阶段。

为了发展数控技术，培养数控技术人才，笔者编写了这本《数控技术》。在重视系统基础知识的同时，本书着重吸收现代国内外数控技术的新发展和新成果，力求做到内容的先进性、科学性和实用性，取材新颖、结构严谨、系统性强。

全书共分5章，第1章“绪论”简要介绍了数控技术、数控机床。第2章“计算机数控(CNC)装置”介绍了CNC装置的硬件结构、CNC装置的软件结构、CNC装置的刀具补偿、进给速度处理和加减速控制、CNC装置的插补原理（包括基准脉冲插补法、数据采样插补法）、CNC装置的接口电路、CNC系统中的可编程控制器(PLC)、开放式数控体系结构。第3章“进给伺服系统”介绍了检测装置（包括旋转变压器、感应同步器、计量光栅、编码器）、步进式伺服系统、直流伺服电机及其速度控制、交流伺服电机及其速度控制、位置控制系统、全数字控制伺服系统。第4章“数控编程基础”介绍了数控程序、坐标系统、数控编程的内容、数控编程的步骤、数控加工工艺分析、数控刀具（包括数控刀具的分类、数控刀具材料、数控车床刀具、数控铣床刀具等）、数控编程中的指令代码（包括准备功能字(G代码)、辅助功能字(M代码)、进给功能字(F代码)、主轴功能字(S代码)、刀具功能字(T代码)、刀具偏置字(D、H代码)等）。第5章“数控编程技术”介绍了数控车床编程、数控铣床和加工中心编程、轮廓控制系统编程、曲面轮廓加工技术、数控编程方法、语言编程技术、图形编程技术、数控程序的检验与仿真、典型软件的数控编程功能简介。

本书特别适合作为高等学校机械设计制造、自动化专业及某些大专院校机电类专业的教材，还适合于从事现代制造、有关工程的技术人员阅读。

全书由哈尔滨工程大学黄国权教授编写，哈尔滨工程大学博士生导师张立勋教授对全稿做了仔细的审阅，在此致以衷心感谢。

由于时间和水平有限，书中难免存在不足甚至错误，敬请读者批评指正。对本书有任何意见或建议，请发邮件至：fuhy@tup.tsinghua.edu.cn。

编者

2008年5月

第1章绪论

1.1概述

1.1.1数控技术的几个概念

1.1.2数控技术的组成

1.2数控机床的工作原理与组成

1.2.1数控机床的工作原理

1.2.2数控机床的组成

1.3数控机床的分类

1.3.1按控制系统的特点分类

1.3.2按伺服系统控制方式的分类

1.3.3按工艺用途的分类

1.3.4按数控系统功能水平的分类

1.4数控机床的特点

1.5数控技术的发展历史与发展趋势

1.5.1数控机床的发展历史

1.5.2数控系统的发展

1.5.3数控技术的发展趋势

本章小结

复习题

第2章计算机数控装置

2.1概述

2.1.1CNC系统的组成

2.1.2CNC装置的组成与工作原理

2.1.3CNC装置的主要功能

2.1.4CNC装置的主要特点

2.1.5CNC装置的分类

2.2CNC装置的硬件结构

2.2.1CNC装置硬件结构的组成

2.2.2CNC装置硬件结构的类型

2.3CNC装置的软件结构

2.3.1CNC装置软件的组成

2.3.2CNC装置软件的特点

2.3.3CNC装置软件的工作过程

数 控 技 术

2.4CNC装置的刀具补偿

2.4.1概述

2.4.2B功能刀具半径补偿

2.4.3C功能刀具半径补偿

2.5进给速度处理和加减速控制

2.5.1开环CNC系统的进给速度及加减速控制

2.5.2闭环(或半闭环)CNC系统的加减速控制

2.6插补原理

2.6.1概述

2.6.2基准脉冲插补法

2.6.3数据采样插补法

2.7CNC装置的接口

2.7.1概述

2.7.2键盘及显示器

2.7.3机床开关及其接口

2.7.4串行通信及接口

2.7.5数控系统通信的DNC通信接口

2.7.6网络通信接口

2.8数控机床用可编程控制器(PLC)

2.8.1概述

2.8.2数控机床中PLC实现的功能

2.8.3PLC与CNC机床的关系

2.8.4M、S、T功能的实现

2.9开放式数控体系结构

2.9.1概述

2.9.2开放式数控系统的定义及其基本特征

2.9.3开放式数控系统的模式

2.9.4开放式数控系统的结构

2.9.5开放式数控系统面临的问题及发展趋势

本章小结

复习题

第3章进给伺服系统

3.1概述

3.1.1数控机床进给伺服系统的发展情况

3.1.2数控机床进给伺服系统的基本组成

3.1.3数控机床对进给伺服系统的基本要求

3.1.4数控机床伺服系统的分类

3.1.5数控机床伺服系统的发展趋势

3.2检测装置

3.2.1概述

3.2.2旋转变压器

3.2.3感应同步器

3.2.4计量光栅

3.2.5编码器

3.3步进式伺服系统

3.3.1反应式步进电机的结构及工作原理

3.3.2步进电机的选择

3.3.3步进式伺服系统的工作原理

3.4直流伺服电机及其速度控制

3.4.1直流电机的工作原理

3.4.2直流伺服电机的机械特性

3.4.3直流伺服电机的调速原理与方法

3.4.4直流伺服电机速度控制单元的调速控制方式

3.5交流伺服电机及其速度控制

3.5.1交流伺服电机的分类

3.5.2永磁式交流伺服电机的工作原理

3.5.3永磁同步伺服电机的性能

3.5.4交流伺服电机的调速原理

3.5.5交流伺服电机的速度控制单元

3.5.6交流伺服电机的矢量控制调速

3.6位置控制系统

3.6.1相位比较伺服系统

3.6.2幅值比较伺服系统

3.6.3数字比较伺服系统

3.7全数字控制伺服系统

3.7.1伺服系统的三种基本控制方式

3.7.2全数字控制伺服系统的特点

3.7.3前馈控制简介

3.7.4全数字伺服系统举例

本章小结

复习题

第4章数控编程基础

4.1数控编程的概述

4.1.1数控程序

4.1.2坐标系统

4.1.3数控编程的内容

4.1.4数控编程的步骤

4.2数控加工工艺分析

4.2.1数控加工工艺的基本特点

4.2.2数控加工工艺的主要内容

4.2.3合理选用数控机床

4.2.4数控加工零件工艺性分析

4.2.5加工方法的选择与加工方案的确定

4.2.6工序与工步的划分

4.2.7零件的安装与夹具的选择

4.2.8对刀点与换刀点的确定

4.2.9切削刀具的选择与切削用量的确定

4.2.10加工路线的确定

4.2.11数控编程误差及其控制

4.3数控刀具

4.3.1数控加工对刀具的要求

4.3.2数控刀具的特点

4.3.3数控刀具的分类

4.3.4数控刀具材料

4.3.5数控车床刀具

4.3.6数控铣床刀具

4.4数控编程中的指令代码

4.4.1准备功能字(G代码)

4.4.2辅助功能字(M代码)

4.4.3进给功能字(F代码)

4.4.4主轴功能字(S代码)

4.4.5刀具功能字(T代码)

4.4.6刀具偏置字(D、H代码)

本章小结

复习题

第5章数控编程技术

5.1数控车床编程

5.1.1数控车床车削加工编程的特点

5.1.2数控车床编程基础

5.1.3数控车床编程坐标系统的确定

5.1.4插补功能

5.1.5螺纹切削指令(G32)

5.1.6刀尖圆弧半径补偿

5.1.7数控车床车削固定循环编程指令

5.1.8车削加工编程举例

5.2数控铣床和加工中心编程

5.2.1数控铣床和加工中心编程特点

5.2.2点位直线控制系统编程

5.2.3固定循环方式加工孔编程举例

5.2.4子程序

5.3轮廓控制系统编程

5.3.1轮廓控制系统概述

5.3.2轮廓控制系统的数学处理

5.3.3直线圆弧轮廓零件编程

5.3.4数控铣削工件外轮廓编程实例

5.3.5非圆曲线轮廓零件编程

5.3.6非圆曲线轮廓零件编程举例

5.4曲面轮廓加工技术

5.4.1复杂形状零件的几何建模

5.4.2复杂形状零件数控加工工艺方案

5.5数控编程方法

5.5.1手工编程

5.5.2自动编程

5.5.3计算机辅助数控加工编程的一般原理

5.6APT语言编程技术概述

5.6.1APT语言自动编程的过程

5.6.2APT语言系统的系统程序

5.6.3APT语言系统的特点

5.7图形编程技术概述

5.7.1图形编程的概念、特点及系统组成

5.7.2图形编程的基本原理

5.7.3叶轮叶片的数控编程例题

5.8数控程序的检验与仿真

5.8.1刀位轨迹仿真法

5.8.2三维动态切削仿真法

5.8.3虚拟加工仿真法

5.9典型软件的数控编程功能简介

5.9.1IDEAS软件

5.9.2UG (Unigraphics) 软件

5.9.3Pro/Engineer软件

5.9.4CAXA制造工程师2006

5.9.5Cimatron软件

5.9.6CATIA软件

本章小结

复习题

参考文献