方法主要有：
①试切法调整
试切法调整，就是对被加工零件进行“试切－测量－调整－再试切”，直至达到所要求的精度。它的调整误差来源有：测量误差；微量进给时，机构灵敏度所引起的误差；最小切削深度影响。
②用定程机构调整
③用样件或样板调整
（5）工件残余应力引起的误差
残余应力是指当外部载荷去掉以后仍存留在工件内部的应力。残余应力是由于金属发生了不均匀的体积变化而产生的。其外界因素来自热加工和冷加工。有残余应力的零件处于一种不稳定状态。一旦其内应力的平衡条件被打破，内应力的分布就会发生变化，从而引起新的变形，影响加工精度。
①内应力产生的原因主要有：毛坯制造中产生的内应力；冷校正产生的内应力；切削加工产生的内应力。
②减小或消除内应力的措施一是采用适当的热处理工序。二是给工件足够的变形时间。三是零件结构要合理，结构要简单，壁厚要均匀。
6）数控机床产生误差的独特性
数控机床与普通机床的最主要差别有两点：一是数控机床具有“指挥系统”——数控系统；二是数控机床具有执行运动的驱动系统——伺服系统。
在数控机床上所产生的加工误差，与在普通机床上产生的加工误差，其来源有许多共同之处，但也有独特之处，例如伺服进给系统的跟踪误差、检测系统中的采样延滞误差等，这些都是普通机床加工时所没有的。所以在数控加工中，除了要控制在普通机床上加工时常出现的那一类误差源以外，还要有效地抑制数控加工时才可能出现的误差源。这些误差源对加工精度的影响及抑制的途径主要有以下几个方面：
①机床重复定位精度的影响
数控机床的定位精度是指数控机床各坐标轴在数控系统的控制下运动的位置精度，引起定位误差的因素包括数控系统的误差和机械传动的误差。而数控系统的误差则与插补误差、跟踪误差等有关。机床重复定位精度是指重复定位时坐标轴的实际位置和理想位置的符合程度。
②检测装置的影响
检测反馈装置也称为反馈元件，通常安装在机床工作台或丝杠上，相当于普通机床的刻度盘和人的眼睛，检测反馈装置将工作台位移量转换成电信号，并且反馈给数控装置，如果与指令值比较有误差，则控制工作台向消除误差的方向移动。数控系统按有无检测装置可分为开环、闭环与半闭环系统。开环系统精度取决于步进电动机和丝杠精度，闭环系统精度取决于检测装置精度。检测装置是高性能数控机床的重要组成部分。
③刀具误差的影响
在加工中心上，由于采用的刀具具有自动交换功能，因而在提高生产率的同时，也带来了刀具交换误差。用同一把刀具加工一批工件时，由于频繁重复换刀，致使刀柄相对于主轴锥孔产生重复定位误差而降低加工精度。
抑制数控机床产生误差的途径有硬件补偿和软件补偿。过去一般多采用硬件补偿的方法。如加工中心采用螺距误差补偿功能。随着微电子、控制、监测技术的发展，出现了新的软件补偿技术。它的特征是应用数控系统通信的补偿控制单元和相应的软件，以实现误差的补偿，其原理是利用坐标的附加移动来修正误差。
（7）提高加工精度的工艺措施
保证和提高加工精度的方法，大致可概括为以下几种：减小原始误差法、补偿原始误差法、转移原始误差法、均分原始误差法、均化原始误差法、“就地加工”法。
①减少原始误差
这种方法是生产中应用较广的一种基本方法。它是在查明产生加工误差的主要因素之后，设法消除或减少这些因素。例如细长轴的车削，现在采用了大走刀反向车削法，基本消除了轴向切削力引起的弯曲变形。若辅之以弹簧顶尖，则可进一步消除热变形引起的热伸长的影响。
②补偿原始误差
误差补偿法，是人为地造出一种新的误差，去抵消原来工艺系统中的原始误差。当原始误差是负值时人为的误差就取正值，反之，取负值，并尽量使两者大小相等；或者利用一种原始误差去抵消另一种原始误差，也是尽量使两者大小相等，方向相反，从而达到减少加工误差，提高加工精度的目的。
③转移原始误差
误差转移法实质上是转移工艺系统的几何误差、受力变形和热变形等。
误差转移法的实例很多。如当机床精度达不到零件加工要求时，常常不是一味提高机床精度，而是从工艺上或夹具上想办法，创造条件，使机床的几何误差转移到不影响加工精度的方面去。如磨削主轴锥孔保证其和轴颈的同轴度，不是靠机床主轴的回转精度来保证，而是靠夹具保证。当机床主轴与工件之间用浮动联接以后，机床主轴的原始误差就被转移掉了。
④均分原始误差
在加工中，由于毛坯或上道工序误差（以下统称“原始误差”）的存在，往往造成本工序的加工误差，或者由于工件材料性能改变，或者上道工序的工艺改变（如毛坯精化后，把原来的切削加工工序取消），引起原始误差发生较大的变化，这种原始误差的变化，对本工序的影响主要有两种情况：
误差复映，引起本工序误差；
定位误差扩大，引起本工序误差。
解决这个问题，最好是采用分组调整均分误差的办法。这种办法的实质就是把原始误差按其大小均分为n组，每组毛坯误差范围就缩小为原来的1/n，然后按各组分别调整加工。
⑤均化原始误差
对配合精度要求很高的轴和孔，常采用研磨工艺。研具本身并不要求具有高精度，但它能在和工件作相对运动过程中对工件进行微量切削，高点逐渐被磨掉（当然，模具也被工件磨去一部分）最终使工件达到很高的精度。这种表面间的摩擦和磨损的过程，就是误差不断减少的过程。这就是误差均化法。它的实质就是利用有密切联系的表面相互比较，相互检查从对比中找出差异，然后进行相互修正或互为基准加工，使工件被加工表面的误差不断缩小和均。 在生产中，许多精密基准件（如平板、直尺、角度规、端齿分度盘等）都是利用误差均化法加工出来的。
⑥就地加工法
在加工和装配中有些精度问题，牵涉到零件或部件间的相互关系，相当复杂，如果一味地提高零、部件本身精度，有时不仅困难，甚至不可能，若采用就地加工法（也称自身加工修配法）的方法，就可能很方便地解决看起来非常困难的精度问题。就地加工法在机械零件加工中常用来作为保证零件加工精度的有效措施。
数控车床的加工原理是什么
数控机床旋转进给系统的状态空间模型及性能分析
摘要：高性能多坐标数控机床的摆头、转台等旋转进给系统多采用永磁同步伺服电机进行直接驱动，其控制问题较常规进给系统更为复杂。因此建立更为科学的适用于直接驱动的永磁同步电机的数学模型对提高旋转进给系统的控制水平具有重要意义。本文提出在矢量控制的基础上建立直接驱动用永磁同步电机的状态空间模型的方法，并运用现代控制理论对系统的能控性、可观测性及稳定性等进行分析和计算以及对系统进行极点配置，并用Simulink进行了系统仿真，为数控机床旋转进给伺服系统的设计和分析提供了理论基础和分析方法。
关键词：旋转进给；直接驱动；永磁同步电机；
中图分类号：TP391 文献标识码：A 文章编号：1009-0134(2007)08-0040-05State space model and performance analysis of numerical controlmachine rotary feed systemZHANG Ao, ZHOU Kai(Department of Precision Instrument and Mechanics,Tsinghua University,Beijing 100084,China)Abstract: Rotary feed system such as pendulum head and revolving table of high-powered multicoordinatesnumerical control machine adopts PMSM to drive directly It's more complex tocontrol than the conventional feed system So it's significative to set up mathematic modelof PMSM which is applicable for the direct drive more scientifically in order to improve thecontrol level of rotary feed system Thus a modeling of PMSM method for state spaceequation modeling of PMSM based on vector control is proposed The controllability,observability, stability and Pole assignment are analysed by modern control theory And thesystem emulation is finished by Simulink This method offers theoretical basic and analyticalmethod for rotary feed servo system designing of numerical control machineKey words: rotary feed; direct drive; PMSM; state space equation0
前言
高性能数控机床的旋转进给伺服系统，特别是直接驱动伺服系统（即取消了从电动机到执行机构或负载之间的一切机械中间传动环节，把传动链的长度缩短为零。）广泛使用永磁同步电机(permanentmagnet synchronous motor, PMSM)作为控制对象。其优点是结构简单，运行可靠，通过在结构上采取措施，如采用高剩磁感应、高矫顽力和稀土类磁铁等，可比直流电动机的外形尺寸约减少1/2，重量轻60%，转子惯量可减小到直流电动机的1/5 。[2]还应该看到，传统驱动系统由于传动环节的存在，控制环节的受力较小，系统对扰动的敏感度相对较低，而直接驱动伺服系统，负载与控制环节之间几乎是直接相联，没有传动链的缓冲，因此控制环节受力较大，对扰动比较敏感，这可能会对系统的动态性能造成影响；同时，摆头与转台的特点是要承受低速大负载，因此其大负载条件下的低速平稳性也是系统设计中的一个重要问题。因此，对于此类数控机床转台、摆头等旋转进给直接驱动系统而言，其控制问题较常规进给系统更为复杂。在工程实际中多采用基于矢量变换控制的经典3 环控制方法进行系统控制，其建立控制模型的基础是经典控制理论，即对系统使用传递函数加以描述，将某个单变量（如转速等）作为输出，直接和输入（如电压等）联系起来。但实际上系统除了输出量外还包含其它相互独立的变量，而微分方程或传递函数对这些内部的中间变量是不便描述的，因而不能包含系统的所有信息，不能完全揭示系统的全部运动状态。而若应用现代控制理论的状态空间法分析系统，其动态特性是由状态变量构成的一阶微分方程组来描述的，它能反映系统全部独立变量的变化，确定系统全部内部运动状态，方便地处理初始条件。因此可以更为全面的表征系统以及系统内部变量的关系，尤其适合应用于非线性、多输入－多输出系统。[5]综上所述，旋转进给直接驱动伺服系统是一个强耦合、非线性的复杂系统，因此用状态空间法来进行建模是更为科学和有效的。本文在矢量控制的基础上通过状态空间法建立永磁同步电机状态空间模型，并应用现代控制理论的各种方法对模型进行全面的分析，为进一步应用先进的控制方法对系统进行控制打下坚实的基础。1 PMSM 的数学模型我们考虑的是正弦型永磁同步电动机系统。该电动机具有正弦形的反电动势波形，其定子电压、电流也为正弦波形。假设电动机是线性的，参数不随温度等变化，忽略磁滞、涡流损耗，转子无阻尼绕组。基于电动机统一理论的结论可以得到，转子坐标系（d－q轴系）中永磁同步电动机定子磁链方程为：
（1）其中：——转子磁钢在定子上的耦合磁链；Ld、Lq——永磁同步电动机的直、交轴主电感；、 ——定子电流矢量的直、交轴分量。PMSM 定子电压方程为： （2）其中， 、——定子电压矢量us的d、q轴分量；w——转子电角频率。PMSM 的转矩方程为： （3）电动机转矩系数Kt 为：Kt ＝ pmyr此外，电动机系统还要满足基本运动方程：（ 4）其中，n ——电动机转速；wr ——转子机械角速度，w=pmwr ；Td、TL ——电动机的电磁转矩和负载转矩。采用现代控制理论的状态方程对永磁同步电机进行数学建模。若采取矢量控制，一般要求id=0，但是状态方程中不出现md和id是不合理的。因为在id=0的控制模式中，只是要求id的取值等于0，但id的实际值并不一定总是等于0（特别是在动态过程中）。同时，ud的实际数值也不会等于0。因此，必须将ia也作为状态变量，将md 也作为控制变量，由控制器根据所有状态变量（包括id）的取值进行控制。因此取状态变量 ，q 为转子位置角。将（1）式带入（2）式的第2 式，由（3）式和（4）式可得，则永磁同步电机的状态方程为( ) ：(5)由此可见，该系统是一个非线性时变系统，且在系数矩阵中含有wr，id，iq状态变量的交叉相乘项，因此需要进行系统解耦，令因此采取id=0的矢量控制方法，uq'=uq，TL'=TL，系统可化为线性系统。取ud，uq 为控制量，负载转矩TL 作为扰动处理，因此单独提出，则系统化为=AX+BU+B0TL 的形式，则原系统化为：(6)2 PMSM 系统的分析PMSM 的参数如下：则系统状态空间方程为：21 多项式模型将状态空间模型转换为多项式模型，系统的传递矩阵为：22 能控性与可观测性分析状态完全能控的充分必要条件是系统的能控矩阵的秩为n。状态完全能观测的充分必要条件是能观测矩阵的秩为n。计算可得，系统的能控矩阵秩为4，满秩，则系统状态是完全能控的。系统的能观测矩阵的秩为4，满秩，则系统状态是完全可观测的。23 控制系统的稳定性分析对于由状态空间模型表示的系统，其系统稳定的充分必要条件是：系统矩阵A 的特征值全部具有负实部。eig(a)'=10e+002 [0 -12069 - 08066i -12069 +08066i -21212]由于系统矩阵a 的特征值中有一个是零，因此该系统是临界稳定的。由于能控矩阵的秩为4，满秩，因此可以通过状态反馈配置极点使得系统稳定。24 多输入控制系统的极点配置对于多输入系统的极点配置的基本思路是：首先求一状态反馈，使得其闭环系统对某一输入（例如第一个输入）是能控的，再按单输入系统配置极点的方法进行极点配置[5]。图1 极点配置的闭环系统框图期望极点为：10e+002 [-01 -12069 -08066i -12069 + 08066i -21212]（1）构造Q、S 矩阵。，由系统可得，n=4,m=2，u1+u2=4，a 为Q-1 的最后一行向量。（2）先按能控标准型进行极点配置。对 单输入系统进行极点配置。的特征多项式为，所期望的特征多项式为，则增益阵为:（3）求化为能控标准型的变换矩阵T，即则增益阵返回原坐标系为（4）使原系统（A，B）实现极点配置的状态反馈为:25 系统仿真系统位置状态向量对阶跃信号的响应：图2 极点配置前位置状态向量的阶跃响应图3 极点配置后位置状态向量的阶跃响应系统位置状态向量对速度信号的响应（虚线为输入位置信号，实线为输出位置信号）：图4 极点配置前的速度信号跟踪曲线系统位置状态向量对正弦信号的响应（虚线为输入位置信号，实线为输出位置信号）图5 极点配置后的速度信号跟踪曲线图6 极点配置前的正弦信号跟踪曲线图7 极点配置后的正弦信号跟踪曲线由此可见，通过极点配置使系统稳定，且对各种输入信号的响应有很大改善，具有很好的跟踪性能，这对于随动系统来说是十分重要的。3 总结使用状态空间方程表征系统，可以把系统的状态与系统的输入和输出联系起来，并在系统的内部变量与外部输入和测量输出之间建立联系，保存系统内部特性的信息，因此模型更为精确和科学。本文即在矢量控制的基础上提出了一种建立完整的永磁同步电机状态空间模型的方法。根据此模型，运用现代控制理论的各种方法对系统性能进行了分析和计算，分析表明该系统具有完全能控性、完全可观测性以及临界稳定性，通过状态反馈配置极点的方法使得系统稳定，使状态变量对输入信号有很好的跟踪性能。为进一步分析和设计控制系统提供了有效的方法和思路。
参考文献：[1] 欧阳黎明MATLAB控制系统设计[M]北京:国防工业出版社,2001[2] 张崇巍,李汉强运动控制系统[M]武汉:武汉理工大学出版社,2002[3] 李三东,薛花基于Matlab永磁同步电机控制系统的仿真建模[J]江南大学学报,2004,(2):115-120[4] 杨平,马瑞卿,张云安基于Matlab永磁同步电机控制系统的建模仿真方法 [J]沈阳工业大学学报,2005,(4):195-199[5] 侯媛彬,嵇启春,张建军,杜京义现代控制理论基础[M]北京大学出版社,2006[6] 孙亮 MATLAB语言与控制系统仿真[M]北京:北京工业大学出版社,2006国物流管理逐渐走向社会化和供应链化的形势下，必须接合具体企业的物流运作管理实际，根据精益物流的基本原则和企业信息化状况，通过理论与应用的研究，在精益供应链物流管理原型系统的基础上不断修改和完善，不断地进行研究和实践，以此来推动我国制造企业精益供应链物流管理信息系统的发展。参考文献：[1] 乌跃论精益物流系统[J]中国流通经济,2001(5):11-13[2] (美)詹姆斯·P 沃麦克, (英)丹尼尔·T 琼斯, 沈希瑾,张文杰,李京生精益思想:消灭浪费,创造财富[M]北京:商务印书馆,1999．[3] RICHARD Wilding Lean, Leaner, Leanest[J] InternationalJournal of Physical Distribution & Logistics Management1996,25(3/4)20[4] 王之泰 物流工程研究[M]北京:首都经济贸易大学出版社,2004．[5] 田宇,朱道立精益物流[J]物流技术,1999(6):19-21[6] LIU X Q, MA S H Supply chain logistics circulation quantityand response time calculation model[J]WSEAS Transactionson Systems, 2006,5(4):643-650__
PLC 在机床数控改造中的典型应用
邵晓嵬, 任有志, 王燕丽(河北科技大学机械电子工程学院, 石家庄050054)
摘要: 讨论了利用可编程控制器对机床进行数控改造的具体方案和一般步骤,并以锯片切割机的改造为例介绍了利用西门子公司S7 - 200 系列可编程控制器进行改造的具体过程,阐述了机床数控改造后的应用效果及其未来的社会和经济效益。关键词: 可编程控制器; 机床; 数控改造
中图分类号: TG51 文献标志码: A 文章编号:100320794 (2007) 1120147202
Typical Application of PLC in NC Transformation for Machine ToolSHAO Xiao - wei , REN You - zhi , WANGYan - li(College of Mechanical and Electronic Engineering ,Hebei University of Science & Technology , Shijiazhuang 050054 ,China)Abstract :Discussed how to use the programmable logical controller (PLC) to deal with the transformation inmachine tool , particularly introduced the whole process of transformation on incise machine based on SIEMENSS7 - 200 PLC Finally expatiate the effect of NC transformation and its coming benefit Key words :programmable logical controller (PLC) ; machine tool ; NC transformation0
前言在我国现有的机床中有一部分仍采用传统的继电器- 接触器控制方式,这些机床触点多、线路复杂,使用多年后,故障多、维修量大、维护不便、可靠性差,严重影响了正常的生产。还有一些旧机床虽然还能正常工作,但其精度、效率、自动化程度已不能满足当前生产工艺要求。对这些机床进行改造势在必行,改造既是企业资源的再利用,走持续化发展的需要,也是满足企业新生产工艺,提高经济效益的需要。
1 解决方案利用PLC 对旧机床控制系统进行改造是一种行之有效的手段。采用PLC 进行控制后,机床控制电路的接线量大大减少,故障率大大降低,提高了设备运行的稳定性和使用率,增强了可靠性,减小了维修,维护工作强度。当机床加工程序发生变化时,只需要修改PLC的程序就可以进行新的加工,更改较方便,有助于提升机床的应用。由于具有通信功能,采用可编程控制器进行机床改造后,可以与其他智能设备联网通信,在今后的进一步技术改造升级中,可根据需要联入工厂自动化网络中。
2 改造过程、步骤及应用实例(1) 深入了解原有机床的工作过程,分析整理其控制的基本方式、完成的动作时序和条件关系,以及相关的保护和联锁控制,尽可能地与实际操作人员充分交流,了解是否需要对现有机床的控制操作加以改进,提高精度、可操作性和安全性等;如有需要,在后续的设计中予以实现。(2) 根据分析整理的结果,确定所需要的用户输入P输出设备。由于是对旧机床的改造,在保证完成工艺要求的前提下,最大限度地使用原有机床的输入P输出设备,如: 按钮、行程开关、接触器、电磁阀等,以降低改造成本。(3) PLC 机型选择。根据输入P输出设备的数量与类型,确定所需的IPO 点数。确定IPO 点数时,应留有20 %左右的裕量,以适应今后的生产工艺变化,为系统改造留有余地。由IPO 点数,利用一条经验公式:总内存字数= (开关量输入点数+ 开关量输出点数) ×10 + 模拟量点数×150来估算内存容量。在估算出内存字数后,再留25 %的裕量。据此,选择合适的机型。(4) 设计并编制IPO 分配表,绘制IPO 接线图。应注意到:同类型的输入点或输出点应尽量集中在一起,连续分配。(5) 进行程序设计。可借鉴机床原有继电器控制电路图,加以修改和完善。完成程序设计后,应进行模拟调试。(6) 模拟调试后,进行现场系统调试。调试中出现的问题逐一排除,直至调试成功。最后还应进行技术资料整理、归档。图1 IPO 接线图下面是对某锯片切割机的数控改造过程,机床的各控制过程如下:(1) 主轴电机的控制。起动,停止;(2) 进给电机控制。工作台纵向进给到与锯片相切的位置,之后工作台横向快速进给锯片,完成后工作台慢速移动后退,其间锯片主工作台变速旋转一个锯齿的角度,两运动同时进行插补出一个锯齿圆弧;(3) 冷却泵电机的起动控制以及相关的保护、联锁控制,工作台的各运动方向的超程保护,各运动方向的联锁控制等。确定所需的用户输入P输出设备。根据设备的硬件条件分析出,面板上有6 个按钮需占6 个数字输入口,一个BCD 拨码开关占用4 个输入口,一条直线光栅尺占用3 个输入口,一个三位状态旋钮占2 个输入口,执行元件为3 个步进电机和2 个异步电机,其中3 个步进电机共需8 个数字输出口,砂轮主电机和冷却泵各需1 个输出口,报警指示灯和上电指示灯各需1 个输出口。为保证安全起见,热继电器不接入输入端,而直接接在PLC 的输出端;合计输入点数15 点,输出点数12 点。考虑到要留有20 %左右的裕量,所以IPO 点数要在30 个点以上。因此,选用西门子公司S7 - 200 系列226 型号的PLC ,其输入点数24 点,输出点数16 点, IPO 总点数40 点;编制IPO 分配表(见表1) ,绘制IPO 接线图(见图1) ;借助机床原有的继电器控制电路图,进行程序设计,编写STL 结构化程序语言;模拟调试及现场系统调试,完成技术资料的归档。表1 IPO 分配表输入输出I0 0 BCD 拨码开关1 位Q0 0 W轴CP 端I0 1 BCD 拨码开关2 位Q0 1 X轴PY轴CP 端I0 2 BCD 拨码开关3 位Q0 2 W轴DIR 端I0 3 BCD 拨码开关4 位Q0 3 W轴FREE 端I0 4 启动Q0 4 X轴DIR 端I0 5 暂停Q0 5 X轴FREE 端I0 6 光栅尺A 相输入Q0 6 Y轴DIR 端I0 7 光栅尺B 相输入Q0 7 Y轴FREE 端I1 0 光栅尺Z相复位Q1 0 主电机继电器I1 1 锯片直径输入确定Q1 1 冷却泵继电器I1 2 砂轮直径输入确定Q1 2 报警指示灯I1 3 三位状态旋钮输入1 Q1 3 上电指示灯I1 4 三位状态旋钮输入2I1 5 冷却泵启动I1 6 急停3 改造后效果可实现加工的柔性自动化,效率比传统锯片机提高5～6 倍。加工的锯齿精度高,尺寸分散度小,提高了锯齿的强度。拥有自动报警、自动监控、补偿等多种自我调节功能,可实现长时间无人看管加工。由于锯片采用的是某新型合金钢,齿磨损后修补的成本很高,采用该锯片机以后,为工厂节省了可观的维修成本,真正提高了工厂的效益。4 结语利用PLC 对传统机床进行数控化改造,能够有效地解决复杂、精密和小批多变的零件加工问题,满足高质量、高效益和多品种、小批量的柔性生产方式的要求,适应各种机械产品迅速更新换代的需要,同时为企业节省了大量的设备改造成本,提高了企业的经济效益和社会效益,提升了企业的产品竞争力,使企业更容易在竞争激烈的市场环境里生存与发展。参考文献:[1 ]陈立定 电气控制与可编程控制器[M]
计算机数控系统的目录
数控机床的机床本体与传统机床相似，由主轴传动装置、进给传动装置、床身、工作台以及辅助运动装置、液压气动系统、润滑系统、冷却装置等组成。但数控机床在整体布局、外观造型、传动系统、刀具系统的结构以及操作机构等方面都已发生了很大的变化，这种变化的目的是为了满足数控机床的要求和充分发挥数控机床的特点。⑵、CNC单元CNC单元是数控机床的核心，CNC单元由信息的输入、处理和输出三个部分组成。CNC单元接受数字化信息，经过数控装置的控制软件和逻辑电路进行译码、插补、逻辑处理后，将各种指令信息输出给伺服系统，伺服系统驱动执行部件作进给运动。⑶输入/输出设备输入装置将各种加工信息传递于计算机的外部设备。在数控机床产生初期，输入装置为穿孔纸带，现已淘汰，后发展成盒式磁带，再发展成键盘、磁盘等便携式硬件，极大方便了信息输入工作，现通用DNC网络通讯串行通信的方式输入。输出指输出内部工作参数（含机床正常、理想工作状态下的原始参数，故障诊断参数等），一般在机床刚工作状态需输出这些参数作记录保存，待工作一段时间后，再将输出与原始资料作比较、对照，可帮助判断机床工作是否维持正常。⑷伺服单元伺服单元由驱动器、驱动电机组成，并与机床上的执行部件和机械传动部件组成数控机床的进给系统。它的作用是把来自数控装置的脉冲信号转换成机床移动部件的运动。对于步进电机来说，每一个脉冲信号使电机转过一个角度，进而带动机床移动部件移动一个微小距离。每个进给运动的执行部件都有相应的伺服驱动系统，整个机床的性能主要取决于伺服系统。⑸驱动装置驱动装置把经放大的指令信号变为机械运动，通过简单的机械连接部件驱动机床，使工作台精确定位或按规定的轨迹作严格的相对运动， 最后加工出图纸所要求的零件。和伺服单元相对应，驱动装置有步进电机、直流伺服电机和交流伺服电机等。伺服单元和驱动装置可合称为伺服驱动系统，它是机床工作的动力装置，CNC装置的指令要靠伺服驱动系统付诸实施，所以，伺服驱动系统是数控机床的重要组成部分。⑹可编程控制器可编程控制器 (PC，Programmable Controller) 是一种以微处理器为基础的通用型自动控制装置，专为在工业环境下应用而设计的。由于最初研制这种装置的目的是为了解决生产设备的逻辑及开关控制， 故把称它为可编程逻辑控制器( PLC， Programmable Logic Controller)。当PLC用于控制机床顺序动作时，也可称之为编程机床控制器( PMC， Programmable Machine Controller )。PLC己成为数控机床不可缺少的控制装置。CNC和PLC协调配合，共同完成对数控机床的控制。⑺测量反馈装置测量装置也称反馈元件，包括光栅、旋转编码器、激光测距仪、磁栅等。通常安装在机床的工作台或丝杠上，它把机床工作台的实际位移转变成电信号反馈给CNC装置，供CNC装置与指令值比较产生误差信号，以控制机床向消除该误差的方向移动。2、工作原理使用数控机床时，首先要将被加工零件图纸的几何信息和工艺信息用规定的代码和格式编写成加工程序; 然后将加工程序输入到数控装置，按照程序的要求，经过数控系统信息处理、 分配，使各坐标移动若干个最小位移量，实现刀具与工件的相对运动，完成零件的加工。
第2版前言
第1版前言
第一章绪论1
第一节数控技术的基本概念1
第二节数控系统的基本组成及工作原理1
一、数控系统的基本组成2
二、数控系统的工作原理3
第三节数控系统的分类及特点4
一、数控系统的分类4
二、计算机数控系统的特点6
第四节开放式CNC系统的结构与特点7
一、开放式CNC系统的定义7
二、开放式CNC系统的构成8
三、开放式CNC系统的特点8
四、开放式CNC系统的发展9
第五节数控技术的发展9
一、数控技术的产生和发展9
二、我国数控机床的发展10
三、数控系统的发展趋势11
本章小结12
思考练习题13
第二章CNC系统14
第一节概述14
一、CNC系统的定义14
二、CNC系统的组成14
三、CNC机床的组成14
四、CNC系统的工作过程15
五、CNC系统的功能17
第二节CNC系统的硬件结构18
一、CNC系统硬件结构的类型18
二、CNC系统硬件结构主要组成部分的功能22
三、输入/输出接口23
第三节CNC系统的软件结构27
一、CNC系统的软件功能27
二、CNC系统软件的内容27
三、CNC系统软件的结构特点28
第四节数控加工程序的输入与译码30
一、CNC系统的信息流程30
二、数控加工程序的输入30
三、数控加工程序的译码33
第五节刀具补偿36
一、刀具半径补偿36
二、刀具长度补偿39
第六节速度控制41
一、进给速度控制41
二、自动加/减速控制43
第七节插补原理46
一、基本概念46
二、逐点比较法46
三、数字积分法51
本章小结55
思考练习题56
第三章检测装置57
第一节光栅尺57
一、海德汉光栅技术57
二、光栅尺的结构与测量原理59
三、信号的处理及栅距的细分61
第二节编码器63
一、编码器分类63
二、编码器的结构与工作原理64
三、电气连接67
四、编码器的应用68
第三节旋转变压器和感应同步器69
一、旋转变压器69
二、感应同步器71
第四节磁栅73
一、磁栅的结构73
二、磁栅的工作原理73
三、磁栅的检测电路75
第五节检测装置在数控系统中的应用75
一、光栅技术简述75
二、光栅尺的应用75
本章小结78
思考练习题78
第四章CNC伺服驱动系统79
第一节位置控制系统79
一、概述79
二、位置控制原理79
三、位置控制系统的分类80
四、数字式伺服系统82
第二节步进电动机伺服驱动系统83
一、开环伺服系统的组成83
二、步进电动机84
三、步进电动机开环控制87
四、步进电动机驱动装置的典型应用91
第三节交流伺服驱动系统94
一、交流伺服系统的组成94
二、交流伺服电动机94
三、交流伺服系统的控制原理96
四、交流伺服驱动系统的连接104
第四节直流伺服驱动系统109
一、直流伺服电动机的工作原理109
二、直流伺服电动机的调速原理110
第五节直线电动机伺服驱动系统113
一、直线电动机的特点114
二、直线电动机的结构与工作原理115
三、直线电动机伺服系统117
第六节主轴驱动118
一、数控机床对主轴驱动的特殊要求118
二、主轴电动机119
三、主轴定向准停122
本章小结124
思考练习题125
第五章通信及可编程序控制器126
第一节通信接口与网络126
一、数控系统的通信设备及接口126
二、数据通信的基本概念127
三、异步串行通信接口130
四、DNC通信接口136
五、网络通信137
第二节数控系统中的PLC139
一、PLC的基木结构及工作原理140
二、数控机床中的PLC142
三、M、S、T功能的实现144
第三节PLC在数控机床中的应用146
一、概述146
二、指令系统146
三、子程序库149
四、PLC应用实例150
本章小结155
思考练习题156
第六章数控系统的连接157
第一节概述157
一、数控车床157
二、数控铣床159
三、加工中心161
四、典型数控系统的应用情况162
第二节SIEMENS 802Se系统164
一、概述164
二、CNC控制模块165
二、驱动模块169
四、电源（变压器）171
五、系统的连接172
六、参数设定（典型参数举例）172
第三节SIEMENS 802D系统175
一、概述175
二、SINUMERIK 802D数控系统的构成176
三、接口176
四、数控系统的配置和连接178
五、参数设置180
六、与主轴的联接185
第四节SIEMENS 840D系统186
一、概述186
二、CNC控制模块187
三、OP单元和MMC189
四、驱动模块192
五、PLC模块194
六、电源模块194
七、系统的连接195
八、参数设定195
第五节华中数控系统197
一、华中数控系统的介绍197
二、华中数控系统的特点197
三、华中数控系统的典型系列197
本章小结201
思考练习题202
第七章数控系统的安装调试与故障诊断203
第一节数控机床及系统的安装203
一、安装前的准备工作203
二、机床的安装步骤204
三、系统的连接204
四、系统的抗干扰措施205
五、检查205
第二节数控系统的调试205
一、运行前的准备工作205
二、通电试运行206
三、功能调试207
四、整机运行209
五、检查验收209
第三节数控系统的故障诊断219
一、数控系统故障诊断的基本知识220
二、故障维修人员应具备的基本
素质222
三、数控机床的常见故障223
四、常见故障的分类226
五、数控机床的故障诊断228
六、数控机床的故障实例229
本章小结234
思考练习题234
第八章机床的数控改造235
第一节概述235
一、机床数控改造的任务235
二、机床数控改造的基本要求236
三、机床数控改造的一般步骤237
第二节机床数控改造总体方案
设计238
一、机床数控改造总体方案设计的
依据238
二、工艺分析239
三、机床数控改造的总体方案239
四、机床数控改造的主要技术参数
确定246
五、机床数控改造件的制作、安装及
调试246
第三节机床进给系统的改造
设计247
一、进给系统的组成及要求247
二、进给系统的参数选择和计算248
三、进给电动机的选择254
四、进给系统的设计计算实例255
第四节机床数控改造中的常用
部件262
一、减速器262
二、纵向减速器及电动机的改造
联接264
三、电动刀架265
四、滚珠丝杠副266
五、主轴光电编码器及安装方式268
六、步进电动机269
第五节数控系统的选型270
一、概述270
二、数控系统的选择271
三、西门子SINUMERIK 802S base line
系统272
四、数控系统选型的注意事项275
第六节机床数控改造的安装及
调试276
一、数控改造的安装和调试步骤276
二、卧式车床数控改造中机械和电气的
安装及调试276
三、数控系统的安装和调试281
本章小结286
思考练习题287
参考文献288
