數控機床與編程（簡體書）

本書共分為10章，主要介紹了三部分數控機床、包含數控系統、數據伺服系統等；數據機床手工編程，含有數控加工工藝，包括配有華中數據系統、FANUC數控系統等。

《高等院校機械類應用型本科"十二五"創新規劃系列教材:數控機床與編程》適合作為應用型本科相關專業的數控類課程的教材，也可作為大中專院校相關專業和社會相關培訓班的教材或參考書。

《國家中長期教育改革和發展規劃綱要》(2010—2020)頒布以來，胡錦濤總書記指出：教育是民族振興、社會進步的基石，是提高國民素質、促進人的全面發展的根本途徑。溫家寶總理在2010年全國教育工作會議上的講話中指出：民辦教育是我國教育的重要組成部分。發展民辦教育，是滿足人民群眾多樣化教育需求、增強教育發展活力的必然要求。目前，我國高等教育發展正進入一個以注重質量、優化結構、深化改革為特征的新時期，從1998年到2010年，我國民辦高校從21所發展到了676所，在校生從1.2萬人增長為477萬人。獨立學院和民辦本科院校在拓展高等教育資源，擴大高校辦學規模，尤其是在培養應用型人才等方面發揮了積極作用。當前我國機械行業發展迅猛，急需大量的機械類應用型人才。全國應用型高校中設有機械專業的學校眾多，但這些學校使用的教材中，既符合當前改革形勢又適用于目前教學形式的優秀教材卻很少。針對這種現狀，急需推出一系列切合當前教育改革需要的高質量優秀專業教材，以推動應用型本科教育辦學體制和運行機制的改革，提高教育的整體水平，加快改進應用型本科的辦學模式、課程體系和教學方式，形成具有多元化特色的教育體系。現階段，組織應用型本科教材的編寫是獨立學院和民辦普通本科院校內涵提升的需要，是獨立學院和民辦普通本科院校教學建設的需要，也是市場的需要。為了貫徹落實教育規劃綱要，滿足各高校的高素質應用型人才培養要求，2011年7月，華中科技大學出版社在教育部高等學校機械學科教學指導委員會的指導下，召開了高等院校機械類應用型本科“十二五”創新規劃系列教材編寫會議。本套教材以“符合人才培養需求，體現教育改革成果，確保教材質量，形式新穎創新”為指導思想，內容上體現思想性、科學性、先進性和實用性，把握行業崗位要求，突出應用型本科院校教育特色。在獨立學院、民辦普通本科院校教育改革逐步推進的大背景下，本套教材特色鮮明，教材編寫參與面廣泛，具有代表性，適合獨立學院、民辦普通本科院校等機械類專業教學的需要。本套教材邀請有省級以上精品課程建設經驗的教學團隊引領教材的建設，邀請本專業領域內德高望重的教授張策、張福潤、趙敖生等擔任學術顧問，邀請國家級教學名師、教育部機械基礎學科教學指導委員會副主任委員、華中科技大學機械學院博士生導師吳昌林教授擔任總主編，并成立編審委員會對教材質量進行把關。我們希望本套教材的出版，能有助于培養適應社會發展需要的、素質全面的新型機械工程建設人才，我們也相信本套教材能達到這個目標，從形式到內容都成為精品，真正成為高等院校機械類應用型本科教材中的全國性品牌。
高等院校機械類應用型本科“十二五”創新規劃系列教材
編審委員會
2012.5.1

第1篇數控機床
第1章數控機床概述（1）
1.1數控系統的組成及工作原理（1）
1.2數控機床的特點及分類（6）
1.3數控機床的發展（12）
習題（15）
第2章數控系統（16）
2.1數控系統的總體結構及各部分功能（16）
2.2數控系統的硬件（19）
2.3數控系統的軟件（22）
2.4數控系統的插補原理（26）
習題（40）
第3章數控伺服系統（41）
3.1概述（41）
3.2進給伺服系統的驅動元件（45）
3.3進給伺服系統的檢測元件（57）
3.4主軸驅動（65）
3.5位置控制（68）
3.6直線電動機進給系統簡介（70）
習題（72）
第4章數控機床機械結構（73）
4.1數控機床結構的組成、特點及要求（73）
4.2數控機床的進給運動及傳動機構（76）
4.3數控機床的主傳動及主軸部件（84）
4.4自動換刀機構（93）
習題（101）
第5章數控機床編程基礎（103）
5.1數控機床坐標系（103）
5.2數控編程中的數學處理（106）
5.3數控加工編程內容與方法簡介（113）
習題（115）
第2篇數控機床的手工編程
第6章數控加工工藝（116）
6.1數控加工工藝概述（116）
6.2數控車削（車削中心）加工工藝（117）
6.3數控銑削（鏜銑削中心）加工工藝（138）
習題（151）
第7章數控車床手工編程（153）
7.1華中數控系統的數控車床手工編程（153）
7.2FANUC數控系統數控車床手工編程（173）
7.3西門子數控系統的數控車床手工編程（200）
習題（212）
第8章數控銑床的手工編程（215）
8.1華中數控系統的數控銑床手工編程（215）
8.2FANUC系統數控銑床（加工中心）的手工編程（236）
8.3西門子數控系統的數控銑床手工編程（263）
習題（289）
第3篇數控機床的自動編程
第9章UGNX7.0數控車削自動編程（293）
9.1數控車削加工概述（293）
9.2基于UGNX7.0創建車削加工刀具（295）
9.3創建車削加工幾何體（295）
9.4粗加工（296）
9.5端面加工（307）
9.6精加工（307）
9.7槽加工（308）
9.8螺紋加工（310）
9.9車削加工數控編程綜合實例（314）
習題（332）
第10章UGNX7.0數控銑床（加工中心）自動編程（335）
10.1平面銑數控編程（335）
10.2鉆孔加工數控編程（351）
10.3型腔銑數控編程（366）
10.4固定軸曲面輪廓銑加工（382）
10.5銑削數控編程綜合實例（395）
習題（402）
附錄A數控車床數控系統指令（404）
A.1華中世紀星HNC.21T數控系統G功能指令表（404）
A.2華中世紀星HNC.21T數控系統M指令功能（405）
A.3西門子數控系統主要G功能指令表（406）
A.4西門子數控系統主要M代碼及功能指令表（407）
附錄B數控銑床數控系統指令（408）
B.1華中世紀星HNC.21M數控系統G指令功能表（408）
B.2華中世紀星HNC.21M數控裝置M指令功能一覽表（409）
B.3FANUC數控系統準備功能G代碼表（409）
B.4FANUC數控系統輔助功能M代碼表（411）
B.5SINUMERIK802DG指令功能表（413）
B.6SINUMERIK802DM指令功能表（415）
參考文獻（416）

2.立式數控銑削加工中心
如圖4—19所示為主軸箱結構簡圖，主要由四個功能部件構成，分別是主軸部件、刀具自動夾緊機構、切屑清除裝置和主軸準停裝置。
主軸的前支承配置了三個高精度的角接觸球軸承，用以承受徑向載荷和軸向載荷，前兩個軸承大口朝下，后面一個軸承大口朝上。前支承按預加載荷計算的預緊量由螺母來調整。后支承為一對小口相對配置的角接觸球軸承，它們只承受徑向載荷，因此軸承外圈不需要定位。該主軸選擇的軸承類型和配置形式，滿足主軸高轉速和承受較大軸向載荷的要求。主軸受熱變形向后伸長，不影響加工精度。
主軸內部和后端安裝的是刀具自動夾緊機構。它主要由拉桿、拉桿端部的四個鋼球、碟形彈簧、活塞、液壓缸等組成。機床的切削轉矩是由主軸上的端面鍵來傳遞的。每次機械手自動裝取刀具時，必須保證刀柄上的鍵槽對準主軸的端面鍵，這就要求主軸具有準確定位的功能。為滿足主軸這一功能而設計的裝置稱為主軸準停裝置。
主軸工作原理如下。
（1）取用過刀具過程 數控裝置發出換刀指令→液壓缸右腔進油→活塞左移→推動拉桿克服彈簧的作用左移→帶動鋼球移至大空間→鋼球失去對拉釘的作用一取刀。
（2）吹掃過程 舊刀取走后→數控裝置發出指令→空壓機啟動→壓縮空氣經壓縮空氣管接頭吹掃裝刀部位并用定時器計時。
（3）裝刀過程 時間到→數控裝置發出裝刀指令→機械手裝新刀→液壓缸右腔回油→拉桿在碟形彈簧的作用下復位→拉桿帶動拉釘右移至小直徑部位→通過鋼球將拉釘卡死。
4.4 自動換刀機構
為了進一步提高生產效率，壓縮非切削時間，現代的數控機床逐步發展為一臺機床在一次裝夾后能完成多工序或全部工序的加工工作。這類多工序的數控機床在加工過程中要使用多種刀具，因此必須有自動換刀裝置，以便選用不同刀具，完成不同工序的加工工藝。自動換刀裝置應當滿足的基本要求包括：刀具換刀時間短，換刀可靠，刀具重復定位精度高，足夠的刀具存儲量，刀庫占地面積小，安全可靠等。
4.4.1自動換刀裝置的類型
換刀裝置的換刀形式有回轉刀架換刀、更換主軸換刀、更換主軸箱換刀、帶刀庫的自動換刀等。各類數控機床的自動換刀裝置的結構和數控機床的類型、工藝范圍、使用刀具種類和數量有關。數控機床常用的自動換刀裝置的類型、特點、適用范圍如表4—2所示。
1.回轉刀架換刀
刀架是數控機床的重要功能部件，其結構形式很多，下面介紹幾種典型刀架結構。
（1）數控機床方刀架數控機床上使用的回轉刀架是一種最簡單的自動換刀裝置。根據不同的適用對象，刀架可設計為四方形、六角形或其他形式。回轉刀架可分別安裝四把、六把以及更多的刀具并按數控裝置發出的脈沖指令回轉、換刀。