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第1章 数控机床的组成及常用元器件1

1.1 数控机床工作原理及组成1

1.1.1 数控技术与数控机床1

1.1.2 数控机床的结构及组成2

1.2 数控机床的分类7

1.2.1 按照工艺用途方式为类7

1.2.2 按照控制运动的方式分类8

1.2.3 按照伺服系统控制方式分类9

1.2.4 按照数控装置的功能水平分类10

1.3 数控机床常用的位置检测装置11

1.4 数控机床常用的控制电器及其选择14

1.4.1 低压断路器14

1.4.2 接触器17

1.4.3 继电器20

1.4.4 电源电器26

1.4.5 熔断器29

1.4.6 开关电器31

1.4.7 控制按钮和指示灯33

1.4.8 导线和电缆34

1.4.9 配线技术35

1.5 习题及思考题35

第2章 数控装置的接口37

2.1 数控装置各接口管脚介绍37

2.1.1 电源接口（XS1）38

2.1.2 键盘接口（XS2）38

2.1.3 以太网接口（XS3）39

2.1.4 软驱接口（XS4）40

2.1.5 RS232接口（XS5）41

2.1.6 远程I/O接口（XS6）41

2.1.7 手持单元接口（XS8）42

2.1.8 主轴控制接口（XS9）42

2.1.9 开关量输入接口（XS10、XS11）43

2.1.10 开关量输出接口（XS20、XS21）43

2.1.11 进给轴控制接口（XS30～XS33）44

2.1.12 串行式（HSV-11型）伺服控制接口（XS40--XS43）44

2.2 输入输出装置及其相关参数45

2.2.1 开关量输入／输出接口特性45

2.2.2 I/O端子板48

2.2.3 远程I/O端子板50

2.2.4 PLC地址定义50

2.3 习题及思考题52

第3章 数控机床电气原理53

3.1 数控机床电气系统的组成53

3.1.1 电气控制系统的组成53

3.1.2 电气控制系统的分类54

3.1.3 电气系统常用元件的选择55

3.1.4 电气系统原理图56

3.2 数控机床电气控制的逻辑表示59

3.2.1 数控机床电气的逻辑表示59

3.2.2 逻辑运算原则59

3.3 数控机床电气基本控制线路60

3.3.1 自锁控制电路60

3.3.2 互锁控制电路60

3.3.3 实现按顺序工作的联锁控制60

3.4 数控机床的电气柜61

3.4.1 电气柜的保护61

3.4.2 电气柜的配线技术62

3.5 数控机床电气控制系统线路应用示例64

3.5.1 概述64

3.5.2 数控车床系统设计举例64

3.5.3 数控铣床系统设计举例71

3.6 数控机床常见电气故障分析与维修78

3.6.1 NC系统故障78

3.6.2 伺服系统故障80

3.6.3 外部故障82

3.7 习题及思考题83

第4章 数控机床进给驱动系统84

4.1 数控机床对进给驱动系统的基本要求84

4.2 进给驱动系统的分类86

4.3 步进电动机驱动的进给系统88

4.4 交流伺服电动机驱动的进给系统94

4.4.1 交流伺服电动机工作原理95

4.4.2 进给驱动装置的接口97

4.5 进给驱动装置的选型105

4.6 习题与思考题108

第5章 数控机床主轴控制系统109

5.1 普通主轴的控制109

5.1.1 三相笼型感应电动机原理110

5.1.2 感应电动机的简化等效电路111

5.1.3 感应电动机的调速方法及特性111

5.1.4 感应电动机矢量控制112

5.2 交流主轴驱动装置的特性113

5.2.1 交流变频主轴驱动装置的特性113

5.2.2 交流伺服主轴装置的特性114

5.3 主轴驱动装置的接口114

5.4 主轴驱动装置的选型116

5.4.1 不同类型的主轴系统的特点和适用范围117

5.4.2 功率选择118

5.5 数控机床的主轴系统118

5.5.1 数控机床主传动系统的要求118

5.5.2 主轴的传动方式119

5.5.3 主轴换挡120

5.5.4 主轴定向功能121

5.5.5 主轴进给功能123

5.6 习题与思考题124

第6章 数控机床系统参数125

6.1 概述125

6.1.1 数控机床参数的分类125

6.1.2 掌握数控机床参数的重要性126

6.1.3 备份参数、装入参数与批量调试126

6.2 常见数控系统的参数128

6.2.1 FANUC数控装置的参数128

6.2.2 SIEMENS数控装置的参数137

6.3 华中数控系统的参数139

6.3.1 概述139

6.3.2 参数说明140

6.3.3 参数详细介绍141

6.4 数控机床参数在故障诊断中的应用154

6.5 习题与思考158

第7章 数控机床的PLC系统159

7.1 概述159

7.1.1 PLC的结构与特点159

7.1.2 PLC的安装、调试与编程162

7.1.3 数控机床PLC的功能164

7.2 PLC的输入输出元件164

7.2.1 输入元件165

7.2.2 输出元件166

7.3 PLC的指令系统166

7.3.1 基本指令167

7.3.2 功能指令168

7.4 典型PLC系统171

7.4.1 输入、输出接口与引脚定义172

7.4.2 原理175

7.5 数控机床PLC故障诊断177

7.5.1 数控机床PLC诊断故障的一般方法177

7.5.2 PLC程序对数控机床初始故障的诊断182

7.6 习题与思考184

第8章 数控综合实验台185

8.1 实验及维护保管须知185

8.1.1 相关符号说明及安全注意事项185

8.1.2 日常的维护与保管186

8.2 华中HED-21S型综合实验台的基本组成部件186

8.2.1 华中HED-21S型综合实验台的组成186

8.2.2 华中“世纪星”HNC-21数控装置的特点187

8.2.3 输入／输出装置188

8.2.4 步进驱动单元189

8.2.5 主轴变频单元189

8.2.6 交流伺服单元189

8.2.7 十字工作台190

8.2.8 负载实验台191

8.2.9 电动刀架191

8.2.10 电源192

8.3 习题与思考192

第9章 数控机床的安装、调试与验收193

9.1 数控机床的安装、调试193

9.1.1 安装的环境要求193

9.1.2 安装调试步骤193

9.2 数控机床的验收196

9.2.1 床外观的检查197

9.2.2 机床几何精度的检查197

9.2.3 机床定位精度的检查198

9.2.4 机床切削精度的检查198

9.2.5 机床性能及数控系统性能检查198

9.3 习题与思考题199

第10章 数控机床维修、维护基础200

10.1 数控机床维修、维护的基本要求200

10.1.1 维修人员的要求200

10.1.2 技术资料的要求201

10.1.3 工具及备件的要求202

10.1.4 数控机床的管理204

10.2 数控机床常见故障210

10.2.1 主机故障和电气故障210

10.2.2 系统性故障和随机故障210

10.2.3 有显示故障和无显示故障211

10.2.4 破坏性故障和非破坏性故障212

10.2.5 机床品质故障212

10.2.6 硬件故障和软件故障212

10.2.7 数控机床自身故障和数控机床外部故障213

10.3 数控机床的故障诊断213

10.3.1 故障诊断的基本内容213

10.3.2 故障分析的基本方法214

10.3.3 故障诊断的一般步骤216

10.4 故障诊断的基本方法220

10.4.1 维修遵循原则220

10.4.2 常用的故障诊断方法220

10.4.3 干扰及其预防224

10.5 习题与思考题225

第11章 数控系统故障诊断与维修实例226

11.1 电源类故障诊断与维修226

11.1.1 电源不能接通类故障226

11.1.2 小结229

11.2 系统类故障230

11.2.1 系统显示类故障230

11.2.2 CNC单元故障233

11.3 运行类故障诊断及维修235

11.3.1 手动操作类故障235

11.3.2 自动运行的故障237

11.3.3 急停报警类故障238

11.4 数控系统故障维修实例240

11.4.1 电源类故障240

11.4.2 系统显示类故障245

11.4.3 系统硬件故障250

11.4.4 急停报警类故障251

11.4.5 其他原因引起的故障254

11.5 习题与思考题259

第12章 数控机床进给系统故障诊断与维修260

12.1 伺服驱动系统常见故障260

12.1.1 进给伺服常见报警260

12.1.2 进给伺服驱动系统常见故障及处理264

12.1.3 进给伺服驱动系统日常维护267

12.2 步进电机常见问题268

12.2.1 步进电机常用术语268

12.2.2 步进电机发热及处理对策269

12.2.3 步进电机常见故障及分析270

12.2.4 步进电机的选择272

12.2.5 其他说明273

12.3 进给系统故障维修实例273

12.4 习题与思考题283

第13章 主轴驱动系统的故障诊断与维修284

13.1 主轴驱动系统常见故障284

13.1.1 概述284

13.1.2 分类284

13.1.3 主轴驱动系统常见故障285

13.1.4 主轴驱动系统使用及维护287

13.2 主轴伺服系统故障诊断288

13.2.1 主轴伺服系统故障形式288

13.2.2 主轴伺服系统常见故障288

13.3 主轴伺服系统故障维修实例291

13.4 习题与思考题298

第14章 机械部件的维修与调整299

14.1 数控机床的主传动系统299

14.1.1 数控机床主传动的特点299

14.1.2 数控机床主轴的变速方式299

14.1.3 主轴部件301

14.2 数控机床进给运动传动部件302

14.2.1 滚珠丝杠螺母副302

14.2.2 传动齿轮间隙消除机构304

14.2.3 回转进给坐标系统的典型结构307

14.2.4 导轨308

14.3 数控机床的位置检测装置309

14.3.1 检测装置的功用及分类309

14.3.2 直线型检测装置310

14.3.3 旋转型检测装置311

14.4 自动换刀装置312

14.4.1 自动换刀装置的形式313

14.4.2 刀具交换装置313

14.4.3 刀库315

14.5 常见故障及诊断316

14.5.1 滚珠丝杠副的常见故障及排除方法316

14.5.2 机械部件产生的故障316

14.6 习题与思考题324

第15章 辅助控制装置的维修325

15.1 液压系统故障维修325

15.1.1 液压系统的安装、调试与维护325

15.1.2 液压系统的故障分析与排除327

15.2 常用液压回路故障维修331

15.3 气动系统故障维修333

15.3.1 气动系统的安装、调试与维护334

15.3.2 气动系统的故障及维修335

15.3.3 常用气动回路故障维修340

15.4 润滑系统的故障维修340

15.5 自动排屑装置的故障维修341

15.6 习题与思考题342

第16章 实验343

16.1 数控综合实验台部件了解与认识343

16.1.1 实验目的343

16.1.2 实验工具343

16.1.3 实验内容343

16.2 数控综合实验台连接与调试344

16.2.1 实验目的344

16.2.2 实验工具345

16.2.3 实验内容345

16.3 数控系统参数设置与修改348

16.3.1 实验目的348

16.3.2 实验工具348

16.3.3 参数介绍348

16.4 步进电机的调试与故障设置355

16.4.1 实验目的355

16.4.2 实验工具355

16.4.3 实验内容355

16.5 交流伺服系统调整及使用360

16.5.1 实验目的360

16.5.2 实验工具360

16.5.3 实验内容360

16.6 变频调速系统构成、调整及使用365

16.6.1 实验目的365

16.6.2 实验工具365

16.6.3 实验内容365

16.7 标准PLC的修改与调试370

16.7.1 实验目的370

16.7.2 实验工具370

16.7.3 实验内容370

16.8 数控编程及模拟372

16.8.1 实验目的372

16.8.2 实验工具373

16.8.3 实验内容373

16.9 数控机床位置精度测试与补偿376

16.9.1 实验目的376

16.9.2 实验工具376

16.9.3 理论回顾377

16.9.4 对工作台的Z轴进行螺距补偿实验379

16.10 全闭环的实现382

16.10.1 实验目的382

16.10.2 实验工具382

16.10.3 实验内容382

附录A385

附录B394

参考文献396