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第一章绪论1

第一节数控机床的产生及特点1

一、机床控制技术的发展1

二、数控机床的产生1

目 录1

三、数控机床的特点2

第二节机床数控系统的结构与分类3

一、机床数控系统的结构3

第三节机床数控系统的进展5

二、机床数控系统的分类5

一、数控加工中心机床6

二、自动程序编制7

三、计算机数字控制（CNC）与微型计算机的应用7

四、自适应控制（AC）8

五、直接数字控制（DNC）8

六、柔性制造系统（FMS）和设计制造一体化（CAD/CAM）8

七、简易数控机床9

第一节数与逻辑10

一、数制10

第二章逻辑代数与逻辑部件10

二、二进制数的表示方法11

三、二进制数的加、减运算13

四、基本逻辑关系和逻辑门14

五、逻辑代数16

第二节数字集成电路20

一、双极型数字集成电路21

二、MOS数字集成电路29

第三节数字逻辑部件38

一、加法器39

二、变补器40

三、比较器42

四、寄存器43

五、计数器45

六、译码器49

七、节拍脉冲发生器52

八、半导体存储器56

第三章运算方法和运算器60

第一节加减法运算60

一、加法运算60

二、减法运算63

一、乘法运算规则66

第二节乘法运算66

二、乘法运算线路68

第三节十翻二运算71

一、十翻二运算的过程71

二、十翻二运算的实现方法71

第四节二-十进制运算器73

一、二-十进制与二进制运算方案的比较73

二、二-十进制的几种运算线路74

一、控制器概述83

第五节控制器83

二、时序脉冲发生电路84

第六节运算控制器85

一、时序电路86

二、运算子程序发生器87

三、运算控制门94

第四章输入96

第一节穿孔纸带信息格式及其标准化96

一、输入信息的标准化97

二、ISO代码与EIA代码99

三、穿孔纸带程序段的格式100

四、坐标轴与运动方向的规定107

第二节输入装置与输入线路结构108

一、光电式纸带阅读机108

二、数码拔盘与插销109

三、输入线路的结构110

第三节输入线路115

一、光电转换电路115

二、输入寄存器117

三、奇偶校验电路120

四、手动数据输入（MDI）123

五、译码电路125

六、代码转换131

第五章点位控制与点位／直线切削控制136

第一节点位控制与点位／直线切削控制的一般概念136

一、点位控制系统与点位／直线切削控制系统的异同136

二、程序编制的增量方式与绝对值方式136

三、测量系统的增量方式与绝对值方式137

四、固定原点与浮动原点138

五、点位控制系统与点位／直线切削控制系统的结构139

第二节位置计算与比较线路140

一、位置计算与比较线路的各种方案140

二、比较线路140

三、消除增量方式累积误差的方法143

四、使用绝对值程编方式的位置计算与比较线路144

五、绝对值方式程编、增量方式计算的线路方案144

第三节点位和直线控制系统的伺服驱动145

一、开环步进系统145

二、闭环断续控制系统147

三、闭环连续控制系统149

第四节加工中心机床150

一、加工中心机床的特征150

二、机能介绍151

三、加工中心机床的自动换刀装置157

第六章连续切削控制165

第一节脉冲分配计算和插补器166

一、数字积分法166

二、逐点比较法174

三、比较积分法179

四、其他的脉冲分配方法187

第二节刀具半径补偿191

一、刀具半径补偿的概念191

二、DDA方式的刀具半径补偿192

三、逐点比较法的刀具半径补偿194

四、刀具半径补偿的矢量判别法195

五、多坐标联动的刀具补偿196

第三节进给速度调整198

一、各种插补器中合成进给速度的计算199

二、进给速度的程编方法202

三、进给速度的自动调节205

第七章数控机床的伺服系统207

第一节概述207

一、开环、闭环和半闭环207

二、点位和连续控制的伺服系统209

三、幅值比较和相位比较209

四、电气和液压伺服系统211

五、数控机床伺服系统的进展213

第二节伺服系统的理论基础214

一、传递函数214

三、过渡过程215

二、零点和极点215

四、方框图和闭环传递函数221

五、校正和测速反馈221

六、动特性的调整221

七、稳态误差和开环增益222

八、机床伺服系统的增益指标223

九、根轨迹法224

十、频率响应设计法226

二、液压马达232

十二、非线性和相平面法233

十一、负载干扰的影响233

第三节相位伺服系统237

一、脉冲调相器（DPM）239

二、鉴相器240

三、相位检测器245

四、励磁线路和基准信号发生器247

第四节幅值伺服系统250

一、旋转变压器的幅值工作状态250

二、感应同步器的幅值系统251

三、脉冲调宽的原理252

四、解调电路253

五、电压频率变换器255

六、正余弦信号发生器257

一、结构和工作原理259

第一节旋转变压器259

第八章伺服系统的位置检测单元259

二、旋转变压器的应用260

三、磁阻式多极旋转变压器261

第二节感应同步器263

一、工作原理263

二、特点266

三、结构与分类267

四、感应同步器的安装271

五、感应同步器激磁和信号放大电路272

第三节光栅280

一、光栅的种类及工作原理281

二、光栅读数头286

第四节光电盘和编码盘287

一、光电盘287

二、编码盘288

第五节磁尺290

一、磁性标尺290

二、磁头292

三、检测电路293

四、绝对值式磁尺295

第六节激光测量296

一、原理与构成296

二、激光干涉仪的应用298

第九章伺服系统的执行单元299

一、直流电机的分类与特性300

第一节直流伺服电机300

二、低惯量直流电动机303

三、宽调速直流伺服电动机305

第二节直流伺服电动机的可控硅驱动310

一、可控硅直流驱动方式310

二、机床的主轴驱动线路介绍315

三、机床的进给驱动线路316

第三节脉宽调制快速伺服驱动318

一、特点318

二、工作原理319

一、交流伺服驱动322

第四节交流伺服驱动与直线电动机322

二、直线电动机328

第五节液动元件330

一、电——液伺服系统简介330

三、电液伺服阀336

二、影响伺服系统性能的主要因素342

一、普通机床设计对数控机床的不适应性342

第一节机床与数控的关系342

第十章机床与伺服系统的配合342

第二节机械参数的测定与计算348

一、摩擦力和摩擦力矩的测量349

二、失动量测量351

三、刚度的测量351

四、惯性矩的计算与测量354

第三节电气驱动系统和机床的匹配357

一、直流伺服电机的机械特性357

二、直流电机的时间常数358

三、电机功率和齿轮速比的确定359

第四节数控机床传动链360

一、导轨360

二、滚珠丝杠螺母副365

三、齿轮传动间隙的消除367

四、大型机床门形构造的伺服驱动方法369

第五节数控机床精度370

一、数控机床精度的概念370

二、数控机床的加工精度371

三、轮廓跟随精度与加工精度的检验377

第十一章数控机床伺服系统的分析和设计380

第一节数控机床伺服系统的线性描述380

一、比较器380

二、功率放大器（或电压电流放大器）380

三、执行机构380

四、测量元件383

五、校正环节383

第二节对数控机床伺服系统的要求385

一、静态参数385

二、动态参数390

三、加速度和减速度392

第三节机床伺服系统的频率设计法392

一、频率特性指标Mp、ωp与ξ、ωn的关系392

二、按给定К？、Mp、ωp的Ⅰ型系统设计法395

三、速度环的设计400

第四节考虑机床刚性及间隙的影响401

一、电机和机床的减速比选择401

二、考虑机床的刚性402

三、考虑到机床刚性时预期开环对数频率特性的修正403

四、机床传动链间隙对伺服系统的影响405

第五节校正装置407

第六节数控伺服系统实例412

第七节借助计算机的控制系统特性计算417

第十二章开环伺服驱动系统424

第一节步进电机的工作原理和结构425

一、步进电机的基本工作原理425

二、步进电机的类型及结构426

三、电液脉冲马达430

一、步距角和步距误差432

二、静态矩角特性和最大静转矩特性432

第二节步进电机的主要特性432

三、起动频率（突跳频率）与起动惯频特性433

四、连续运行频率434

五、单步运行和共振434

六、动态转矩与连续运行矩频特性436

第三节步进电机的驱动电源436

一、步进电机的控制方式436

二、环形分配器437

三、功率放大器438

四、对驱动电源的要求和分类439

五、提高驱动电源性能的措施440

六、功率放大器线路介绍442

第四节进一步改善步进电机控制性能的方法449

一、自动升降速电路449

二、步进电机的细分与平滑控制452

第五节开环伺服系统的精度456

一、精度分析456

二、提高精度的几个措施457

一、可靠性的概念463

第一节概述463

第十三章数控系统的可靠性463

二、故障464

三、可靠性和费用的关系464

四、可靠性技术465

五、可靠性管理465

第二节概率和概率分布——可靠性的数学基础466

一、概率466

二、概率分布467

三、二项分布和泊松分布468

四、连续随机变量及其分布469

第三节数控系统的可靠性描述470

一、可靠性中常用的统计尺度470

二、可靠性分布函数473

三、特征量的计算和可靠性预计474

四、数控系统可靠性的估计479

第四节元、器件的选用及其可靠性481

一、元、器件的选用481

二、元、器件的应用筛选483

三、应用测试484

二、逻辑设计中的可靠性487

第五节电路与逻辑设计的可靠性487

一、电路设计中的可靠性487

三、竞争冒险现象488

四、竞争冒险的消除492

五、消除尖峰干扰的方法494

第六节抗干扰和可靠性工艺495

一、干扰的来源和消除原则495

二、供电方式496

三、布线和信号传送497

四、接地498

五、数控装置与外界的信号联系499

六、干扰源的抑制500

七、结构、连接和印刷板工艺501

第十四章机床数控系统实例504

第一节JCS-013型自动换刀数控卧式镗铣床（加工中心）504

一、主要技术参数与机能504

二、运算原理507

三、框图介绍511

四、自动换刀装置513

一、主要技术性能518

第二节CSK-C数控车床518

二、程序段格式和机器指令519

三、系统原理520

四、输出回路529

五、切削加工实例及其程序530

第三节多用途数控系统NUCON320532

一、结构和功能532

二、操作534

三、代码及其格式536

四、程序编制方法537

五、系统的程序处理过程541

六、运算方法545

七、刀补运算的处理546

八、数字输入线路547

第四节插销板车床数控装置548

一、机能与特点548

二、逻辑线路介绍550

三、辅助机能控制线路及驱动线路558

主要参考文献651