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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 数字控制的基本概念1

1.1.2 数控机床的组成1

1.1.3 数控机床加工零件的操作过程3

1.1.4 计算机数控系统的工作过程3

1.2 机床数控系统的分类3

1.2.1 按机床的运动轨迹分类4

1.2.2 按伺服系统的控制方式分类5

1.2.3 按数控系统功能水平分类6

1.3 数控系统的发展7

1.3.1 数控系统的发展简史7

1.3.2 我国数控系统的发展概况9

1.3.3 数控系统的发展趋势11

第2章 数控系统控制信号的构成17

2.1 数控机床的坐标系17

2.1.1 数控机床所使用的坐标系17

2.1.2 机床坐标的确定方法18

2.1.3 绝对坐标系与相对坐标系18

2.2 数控机床的原点偏置20

2.2.1 数控机床的各种原点20

2.2.2 数控机床的零点偏置21

2.3 数控机床指令代码21

2.3.1 数控代码标准21

2.3.2 程序段的组成26

2.3.3 程序段格式30

2.4 发展中的STEP-NC标准30

2.4.1 STEP-NC标准的提出30

2.4.2 STEP-NC与STEP标准31

2.4.3 STEP-NC的数据模型31

2.4.4 STEP-NC数控程序结构32

2.4.5 STEP-NC标准的发展33

第3章 控制信息的输入35

3.1 数控系统控制面板35

3.1.1 经济型JWK数控系统控制面板35

3.1.2 SIEMENS 880数控系统控制面板37

3.2 数控加工程序的输入40

3.2.1 数控加工程序的输入过程40

3.2.2 键盘输入方式41

3.2.3 磁盘输入和通信输入方式43

3.3 数控加工程序的译码43

3.3.1 硬件译码过程44

3.3.2 软件译码过程46

3.3.3 基于STEP-NC数控系统的译码过程52

第4章 数控机床点位控制与点位/直线切削控制54

4.1 点位控制与点位/直线控制的一般概念54

4.1.1 点位控制与点位/直线控制的异同54

4.1.2 程序编制的增量方式与绝对值方式55

4.1.3 测量系统的增量方式与绝对方式56

4.1.4 点位控制系统与点位/直线切削控制系统的结构56

4.2 位置计算与比较58

4.2.1 位置计算与比较线路的各种方案58

4.2.2 消除增量方式累计误差的方法58

4.2.3 使用绝对值编程方式的位置计算与比较线路结构59

4.2.4 位置计算与比较的软件实现60

4.3 点位/直线切削机床的其他功能61

4.3.1 主轴准停功能61

4.3.2 自动换刀功能62

4.4 补偿机能67

4.4.1 齿隙补偿67

4.4.2 螺距补偿68

4.4.3 计算机数控系统的误差补偿69

第5章 数控机床的连续切削控制71

5.1 概述71

5.2 逐点比较法72

5.2.1 逐点比较法直线插补73

5.2.2 逐点比较法圆弧插补76

5.2.3 逐点比较法插补软件82

5.2.4 逐点比较法算法的改进86

5.3 数字积分插补法90

5.3.1 数字积分法直线插补91

5.3.2 数字积分法圆弧插补94

5.3.3 空间直线插补97

5.3.4 改进DDA插补质量的措施98

5.3.5 数字积分法插补软件的实现103

5.4 数据采样插补法107

5.4.1 数据采样插补法原理107

5.4.2 时间分割法插补原理108

5.4.3 扩展DDA数据采样插补法111

5.4.4 数据采样插补的终点判别114

5.5 椭圆插补方法118

5.5.1 椭圆插补基本原理118

5.5.2 椭圆插补终点判别处理120

5.5.3 椭圆插补精度分析121

5.6 高次曲线样条插补方法122

5.6.1 参数三次样条插补原理122

5.6.2 参数三次样条插补基本算法124

5.6.3 参数三次样条插补轮廓误差分析125

5.7 曲面插补126

5.7.1 曲面直接插补（SDI）126

5.7.2 基于STEP-NC数控系统的曲面插补131

5.7.3 高精度开放式数控系统复杂曲线曲面插补135

5.8 螺纹加工算法148

5.8.1 固定螺距的螺纹加工算法148

5.8.2 变动螺距的螺纹加工算法150

5.8.3 多螺纹加工算法151

第6章 数控系统的刀具补偿原理153

6.1 概述153

6.2 数控系统的刀具补偿原理153

6.2.1 刀具数据153

6.2.2 刀具长度补偿156

6.2.3 刀具半径补偿157

6.3 C刀具补偿类型及判别方法161

6.3.1 C刀具补偿类型的定义161

6.3.2 C刀具半径补偿算法的几个基本概念163

6.3.3 C刀具补偿转接类型的判别方法165

6.4 C刀具补偿的算法167

6.4.1 直线接直线的情况167

6.4.2 直线接圆弧的情况170

6.4.3 圆弧接直线的情况173

6.4.4 圆弧接圆弧的情况175

第7章 数控机床加减速控制原理178

7.1 进给速度的控制方法178

7.1.1 进给速度的给定178

7.1.2 进给速度的控制方法179

7.2 CNC装置的常见加减速控制方法180

7.2.1 前加减速控制181

7.2.2 后加减速控制184

7.2.3 S型加减速控制187

7.2.4 自适应加减速控制192

第8章 数控系统的软硬件199

8.1 计算机数控系统概述199

8.1.1 计算机数控系统概念及原理199

8.1.2 计算机数控系统的组成及特点200

8.2 机床CNC装置的组成、工作原理及特点203

8.2.1 机床CNC装置的组成203

8.2.2 机床CNC装置的工作原理204

8.2.3 机床CNC装置的主要功能和特点206

8.3 机床数控系统的硬件209

8.3.1 机床数控系统硬件综述209

8.3.2 机床数控装置硬件结构类型210

8.4 机床数控系统软件结构220

8.4.1 机床CNC系统的软件体系结构与软硬件界面220

8.4.2 机床CNC系统控制软件设计思想221

8.4.3 机床CNC系统典型的软件结构模式224

8.5 机床数控系统实例234

8.5.1 传统机床数控系统235

8.5.2 并联数控系统243

第9章 开放式数控系统249

9.1 开放式数控系统概述249

9.1.1 开放式数控系统产生的历史背景249

9.1.2 开放式数控系统的概念和特征249

9.1.3 开放式数控系统的分类250

9.2 开放式数控技术的发展251

9.2.1 美国的开放式数控系统研究计划251

9.2.2 欧盟的OSACA计划和日本的OSEC计划256

9.2.3 我国开放式数控技术的发展257

9.3 开放式数控系统案例259

9.3.1 NC嵌入PC式数控系统259

9.3.2 “PC+运动控制器”数控系统264

9.3.3 全软件型CNC数控系统268

第10章 工业机器人控制272

10.1 工业机器人概述272

10.1.1 工业机器人机构形式272

10.1.2 工业机器人的位姿描述和齐次变换274

10.1.3 工业机器人运动学和运动规划276

10.2 工业机器人控制系统及软硬件组成282

10.3 工业机器人控制系统的信息交互288

10.3.1 工业机器人人机界面288

10.3.2 工业机器人控制程序289

10.4 工业机器人控制系统接口技术293

10.4.1 I/O接口294

10.4.2 总线接口298

10.5 工业机器人应用及举例301

10.5.1 工业机器人应用301

10.5.2 工业机器人应用举例302

10.6 其他用途机器人控制304

10.6.1 其他用途机器人控制理论架构304

10.6.2 其他用途机器人控制方法介绍305

10.6.3 其他用途机器人控制技术的发展方向305

第11章 数控系统接口技术307

11.1 数控系统输入输出设备接口307

11.1.1 键盘输入接口307

11.1.2 显示器输出接口309

11.2 数控系统的I/O接口314

11.2.1 接口规范316

11.2.2 接口电路317

11.3 数控系统的可编程控制器324

11.3.1 可编程控制器工作原理324

11.3.2 PLC在数控系统中的应用329

11.4 数控系统的通信341

11.4.1 数字通信概述341

11.4.2 数控系统常用串行通信接口标准345

11.4.3 数控系统网络通信接口350

11.5 开放式数控系统接口353

11.5.1 概述353

11.5.2 SERCOS接口的特性和能力355

11.5.3 SERCOS接口技术358

11.6 数控系统总线技术366

11.6.1 STD总线367

11.6.2 PCI总线369

11.6.3 CAN现场总线372

11.6.4 Profibus现场总线374

11.6.5 DeviceNet总线379

11.6.6 ControlNet总线381

11.6.7 Ethernet/IP总线383

参考文献386