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目录1

第一章 概论1

第一节 数控机床的基本知识1

一、概述1

二、数控机床的基本概念2

（一）数控机床的概念2

（二）数控机床的特点2

（三）数控机床的组成3

（四）数控机床控制的对象7

（五）数控机床插补控制7

三、数控机床的发展9

四、我国数控机床发展概况10

五、数控机床技术发展趋势10

（一）高速、高效加工10

（二）高精密、超精密化加工10

（三）高可靠性11

（四）工序复合化和复合加工11

（五）智能化、网络化、柔性化和集成化11

（六）并联机床技术12

六、数控机床的分类12

（一）按工艺用途分类12

（三）按控制方式分类14

（二）按加工路线分类14

（一）制定加工工艺15

七、数控编程的一般步骤15

（二）数学运算及编制加工程序16

（三）制作控制介质16

（四）程序校验与空运行16

（五）实际数控加工16

（二）机床精度的选择17

（三）数控系统的选择17

（一）典型加工零件的选择17

八、数控机床的选用原则17

（四）辅助装置的选择18

第二节 数控机床及数控功能技术术语19

一、数控机床技术术语19

（一）计算机直接控制技术DNC(Direct Numerical Control)19

（二）柔性制造系统（Flexible Manufacturing System）19

（三）数控机床技术术语20

二、数控机床功能术语20

三、数控系统功能术语21

第三节 数控加工在模具制造中的作用22

一、模具加工方法的新动向22

三、模具工业发展趋势23

二、数控加工带来了模具行业技术的提高23

第二章 数控机床的机械结构26

第一节 机械结构的主要特点与基本要求26

一、数控机床对机械结构的基本要求26

二、数控机床机械结构构成26

三、数控机床的机械结构27

（一）铸造床身结构27

（二）钢板焊接结构28

（三）人造花岗岩床身28

（三）刚度29

（二）运动精度29

（一）回转精度29

一、主轴组件的性能要求29

第二节 数控机床的主轴组件及传动装置29

（四）抗振性30

（五）温升30

（六）耐磨性30

二、主轴30

三、主轴轴承30

四、主轴轴承配置的主要形式33

五、主轴轴承的配合34

（一）圆柱滚子轴承的配合量34

（二）角接触轴承的预紧35

（一）双列圆柱滚子轴承的预紧35

（二）角接触球轴承的配合量35

六、滚动轴承的预紧35

七、主轴轴承的润滑方式36

（一）油脂润滑36

（二）油液循环润滑36

（三）油雾润滑36

（四）油气润滑36

八、主轴内刀具的自动夹紧装置和切屑清除装置37

九、主轴准停装置37

（一）机械控制的主轴准停装置37

（一）采用齿形皮带的主轴传动38

（二）电气控制的主轴准停装置38

十、主轴传动方式38

（二）带变速齿轮的主轴传动40

（三）由电动机直接驱动的主轴传动40

第三节 进给系统的机械传动机构40

一、伺服电动机与进给丝杠的连接40

二、传动装置41

（一）滚珠丝杠螺母副41

（二）进给导轨副45

（一）单盘式刀库及无机械手换刀机构47

二、刀库的主要结构形式47

第四节 自动换刀装置47

一、自动换刀装置的组成及工作原理47

（二）链式刀库及机械手刀具自动交换装置49

三、刀具的选择方式49

第五节 回转工作台54

一、数控旋转工作台54

二、分度工作台55

（一）定位销式分度工作台55

（二）鼠齿盘式分度工作台56

二、CNC的内部工作过程59

（一）位置数据处理59

第三章 数控系统59

一、数控（NC）及计算机数控（CNC）59

第一节 概述59

（二）主轴驱动的处理60

（三）机床开关功能的控制60

三、数控的类型60

（一）点位控制系统60

（二）直线运动控制系统60

（一）控制类型61

（二）几何参数61

（三）轮廓控制系统61

四、CNC的功能61

（三）工艺参数62

（四）操作方式62

（五）数控程序的编程功能62

（六）通信功能62

一、数控系统的组成63

（一）基本组成63

（二）模块功能63

第二节 数控系统的组成及工作过程63

（八）故障诊断功能63

（七）可编程控制器63

二、数控系统的硬件结构64

（一）单微处理器结构64

（二）多微处理器结构64

三、数控系统的软件结构66

（一）软件结构的特点66

（二）CNC系统软件的工作过程68

第三节 数控伺服系统70

一、概述70

（一）伺服系统的组成70

（二）对伺服系统的基本要求71

（三）伺服系统的分类72

（二）全数字式伺服系统的特点75

（一）全数字伺服系统的构成75

二、全数字式伺服系统75

第四节 险测元件76

一、概述76

二、旋转编码器77

（一）增量式旋转编码器77

（二）绝对式旋转编码器78

（三）编码器在数控机床中的应用79

三、光栅尺80

四、感应同步器82

五、磁栅尺83

第五节 驱动伺服电动机86

一、步进电动机87

（一）步进电动机的种类87

（二）步进电动机使用特性88

二、交流伺服电动机89

三、直线电动机90

（一）直线电动机直接驱动的特点90

（二）直线电动机原理及分类91

（三）直线电动机所特有的端部效应问题92

四、交流主轴伺服电动机92

（二）PLC的基本概念93

（一）数控机床上的两类控制信息93

第六节 数控机床的可编程控制器93

一、概述93

二、PLC的构成94

（一）PLC的硬件结构94

（二）PLC的软件系统96

三、PLC用户程序的表达方法96

四、PLC的工作过程97

五、数控机床的控制对象98

六、数控机床PLC形式99

（一）内装型PLC99

（二）CNC装置和机床输入／输出信号的处理99

（一）PLC在数控机床中的配置方式99

（二）独立型PLC100

七、FANUC PLC指令系统101

（一）基本指令101

（二）功能指令102

（三）FANUC PLC梯形图编制的一般规定108

（四）FANUC PLC的应用实例108

第四章 数控加工工艺110

第一节 数控加工工艺特点110

一、概述110

（一）模具加工的基本技术特点110

（二）数控机床工艺特点分析111

（三）主要工艺措施111

二、数控铣床的机床坐标系112

三、数控铣床的加工特点113

（一）铣削加工类型113

（二）螺纹铣削加工117

第二节 确定零件的安装方法及夹具方案117

一、夹具、工件与机床工作台面的连接方式118

二、零件的定位和夹紧118

三、夹具的选择和使用119

第三节 确定加工路线及切削参数120

一、确定加工路线的基本原则120

二、确定对刀点121

三、确定走刀加工路线122

四、切削用量的选用124

（一）影响切削用量的因素124

（二）切削参数选择的方法125

（三）选择切削用量125

（四）切削液的选用125

第四节 数控机床刀具系统126

一、加工中心刀柄126

（一）7:24刀柄及拉钉规格127

（二）刀柄的类型129

（三）刀柄的选择132

（一）刀具133

二、刀具及材料133

（二）刀具材料135

三、刀具预调137

第五章 数控铣床与加工中心的操作及编程138

第一节 数控铣床与加工中心的基本操作138

一、数控机床操作面板组成138

（一）CNC操作面板138

（二）机床外部操作面板139

二、数控机床面板操作139

（一）方式选择开关（MODE SELECT）139

（二）机床操作面板开关（按钮）141

（二）一般操作键145

三、数控系统面板主要功能及操作（以FANUC为例）145

（一）功能键145

（三）面板操作146

（四）图形显示操作150

第二节 数控加工程序编制原理155

一、概述155

（一）数控编程的步骤155

（二）数控编程的方法157

二、数控机床的有关功能158

（一）准备功能158

（二）辅助功能159

（四）主轴转速功能（S指令）161

（五）刀具功能（T指令）161

（三）进给功能（F指令）161

三、数控机床的坐标系162

（一）数控机床坐标系的确定原则162

（二）机床坐标系162

（三）工件坐标系163

（四）局部坐标系163

四、刀具补偿及测量164

（一）刀具长度补偿164

（四）刀具半径补偿方法166

（二）刀具半径补偿166

（三）刀具半径补偿的目的166

第三节 手工编程171

一、零件加工程序的组成171

（一）程序的开始部分172

（二）程序内容部分172

（三）程序的结束部分172

二、程序的分类172

（一）主程序172

（二）子程序172

（二）快速定位G00174

（一）绝对／相对坐标编程G90/G91174

三、手工编程及G指令格式174

（三）直线插补G01175

（四）圆弧插补G02，G03175

（五）暂停G04178

（六）参考点指令G27，G28(G30)，G29178

（七）进给功能控制G代码179

（八）主轴速度G代码180

（九）极坐标指令G15，G16180

（十）比例缩放G50，G51182

（十二）坐标系旋转G68，G69184

（十一）编程镜像指令G50.1，G51.1184

（十三）孔的固定循环加工功能指令185

四、手工编程典型实例191

第六章 模具的高速数控铣削加工195

第一节 高速数控铣削加工技术195

一、高速数控铣削加工的概念195

（一）高速数控铣削加工的产生和发展195

（二）高速铣削的定义195

二、高速铣削及控制技术特点195

（一）CNC控制系统195

（二）高速主轴系统196

（三）刀柄系统198

（四）高速进给系统199

四、热变形控制系统202

（一）几何精度平衡补偿装置202

（二）自动恒温控制系统202

第二节 高速铣削加工的刀具选用202

一、高速铣削加工的技术特点202

（一）以铣代磨实现高精度铣削加工、缩短工艺流程202

三、高速机床机械结构特点202

（四）适合复杂形状零件加工203

（一）切削刀具的选择203

二、高速加工切削技术要求203

（三）适合硬铣削加工203

（二）适合加工薄壁零件203

（二）刀柄的选择205

三、冷却、润滑方式的选择205

（一）传统的润滑油和水基的冷却剂205

（二）油雾润滑205

（三）空气风冷205

（四）通过主轴和刀具中心的高压内冷206

第三节 高速铣削加工在模具加工中的应用206

一、高速冷硬铣削加工206

二、减少或取代电火花机床EDM206

二、机床结构207

一、机床外观207

第四节 典型高速铣床介绍207

三、主轴208

四、工作台208

五、自动换刀装置209

六、进给系统210

七、数控系统210

八、机床规格211

第七章 数控加工自动编程（CAD/CAM）技术213

第一节 数控加工自动编程（CAD/CAM）基础213

一、数控加工自动编程（CAD/CAM）的发展历史213

二、CAD/CAM类型简介214

三、模具CAD/CAM的基本流程215

第二节 模具CAD简介218

第三节 模具数控加工自动编程系统的常用类型220

第四节 数控加工刀路轨迹实践CAM系统——PowerMILL221

一、CAM系统——PowerMILL界面与基本流程221

二、自动编程的几个重要概念222

三、加工刀路轨迹的生成227

（一）粗加工227

（二）残余量粗加工230

（三）精加工230

四、数控加工刀路编辑240

五、数控刀路的管理与后处理246

六、DNC通信247

第五节 数控编程实例251

第八章 数控机床的安装、调试及故障诊断与维修255

第一节 数控机床的安装与调试255

一、概述255

（一）安装调试的准备工作255

（二）安装调试的配合工作255

（三）数控机床的检测、验收255

二、数控机床使用环境的要求257

（一）工作环境温度、相对湿度257

（二）远离粉尘和有腐蚀性气体的环境257

（六）地基258

（七）压缩空气供给系统258

（三）交流电网电压和供电功率258

（五）占地面积和厂房高度258

（四）可靠的接地线258

三、机床的拆箱及就位259

（一）机床的搬运259

（二）数控机床开箱259

四、机床安装260

（一）机床各部件组装260

（二）通电前需确认的事项261

（二）功能检查262

（一）机床空运行262

五、通电试车262

六、机床功能的测试262

七、数控机床的验收264

（一）常规检查264

（二）几何精度检测265

（三）机床定位精度检测267

（四）数控机床切削精度检查268

第二节 数控机床的维护保养、故障诊断与维修270

一、数控机床维护保养、故障诊断与维修的特点270

（一）每日应当进行的维护保养工作271

二、数控机床维护保养、故障诊断与维修的内容271

（二）定期应当进行的维护保养工作273

（三）油料物品的使用方法273

三、数控机床常见故障的判断方法及维修277

（一）机械部分故障277

（二）硬件故障的检查与分析278

（三）CNC装置故障279

四、使用PLC梯形图寻找故障点281

（一）PLC梯形图的特点介绍281

（二）应用PLC梯形图对常见故障判断和维修中的应用实例281

主要参考文献284