数控机床系统设计（第2版） pdf epub mobi txt 电子书 下载 2025

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文怀兴，夏田 著

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• 数控机床
• 机床系统
• 数控技术
• 机械设计
• 自动化
• 工业控制
• 制造工程
• 系统设计
• 第二版
• 机械工程

出版社： 化学工业出版社

ISBN：9787122104458

版次：2

商品编码：10806981

包装：平装

开本：16开

出版时间：2011-09-01

用纸：胶版纸

页数：245

正文语种：中文

内容简介

　　《数控机床系统设计（第2版）》比较全面、系统地讲述了数控机床的基本组成和工作原理，各主要部件的功能和特点，重点介绍了数控机床及加工中心的总体设计、传动计算、电气控制和结构设计。本书以数控机床设计方法为主线，以总体设计、运动设计、结构设计为重点，注重分析问题、解决问题和设计能力的培养。内容取材新颖、由浅入深、循序渐进、理论与实际相结合，反映了当今数控机床的技术发展前沿。
　　本书可作为高等院校机械设计制造及其自动化、数控技术以及模具设计与制造等专业的教学用书，也可供从事机械设计制造和研究的工程技术人员参考。

目录

第1章 数控机床概述
1.1　数控机床的特点
1.1.1　数控机床的优点
1.1.2　数控机床加工零件的特点
1.2　数控机床的组成和工作原理
1.2.1　数控机床的组成
1.2.2　数控机床的工作原理
1.2.3　数控系统的主要工作过程
1.3　数控机床的分类
1.3.1　按运动方式分类
1.3.2　按控制方式分类
1.3.3　按数控系统的功能水平分类
1.4　控制轴数与联动轴数
1.5　数控机床性能、结构及应用
1.5.1　数控机床的精度指标
1.5.2　典型数控机床结构及应用
1.6　数控机床的发展趋势
1.6.1　数控机床的产生和发展
1.6.2　数控机床的发展趋势
第2章　数控机床的总体设计
2.1　数控机床设计方法和理论
2.1.1　设计类型
2.1.2　设计方法的特点
2.1.3　数控机床的设计步骤
2.1.4　数控机床设计的基本理论
2.1.5　并联机床设计创新
2.2　数控机床总体方案设计
2.2.1　运动设计及表面形成方法
2.2.2　机床总体结构方案设计
2.3　机床主要参数的设计
2.3.1　主参数和尺寸参数
2.3.2　运动参数
2.3.3　动力参数
第3章　数控机床主传动系统设计
3.1　概述
3.1.1　数控机床主传动系统的特点
3.1.2　主传动系统的设计要求
3.1.3　数控机床主传动系统配置方式
3.1.4　主传动系统的类型
3.2　分级变速主传动系统设计
3.2.1　转速图的概念
3.2.2　变速规律
3.2.3　结构网及结构式
3.2.4　拟定转速图的方法
3.2.5　齿轮齿数的确定
3.2.6　主传动系统计算转速
3.3　无级变速传动链的设计
3.3.1　无级变速装置的分类
3.3.2　机械无级变速与分级变速机构的串联
3.3.3　采用直流或交流电动机无级调速
3.3.4　主轴转速的自动变换
3.3.5　主轴旋转与进给轴的同步控制
3.4　现代数控机床主传动系统
3.4.1　高速主传动设计
3.4.2　柔性化、复合化设计
3.5　主传动系统结构设计
3.5.1　变速机构
3.5.2　齿轮在轴上的布置
3.5.3　立式加工中心主轴箱的构造
3.5.4　数控车床主轴箱构造
第4章　主轴组件设计
4.1　主轴组件的基本要求
4.2　主轴
4.2.1　主轴的构造
4.2.2　主轴的材料和热处理
4.3　主轴滚动支承
4.3.1　主轴常用滚动轴承的类型
4.3.2　主轴滚动轴承的选择
4.3.3　主轴轴承的配置方式
4.3.4　滚动轴承精度等级的选择
4.3.5　主轴滚动轴承的预紧
4.4　静压轴承
4.4.1　液体静压轴承
4.4.2　气体静压轴承
4.5　主轴组件的设计计算
4.5.1　初选主轴直径
4.5.2　主轴悬伸量的确定
4.5.3　主轴最佳跨距的选择
4.6　数控机床主轴组件的结构形式
4.6.1　主轴的支承与润滑
4.6.2　刀具自动装卸及切屑清除装置
4.6.3　主轴准停装置
4.7　高速主轴单元
4.7.1　高速电主轴的结构
4.7.2　高性能的CNC控制系统
4.7.3　冷却润滑技术的研究
4.7.4　高速精密轴承
4.7.5　电主轴的动平衡
4.7.6　刀具的夹紧
4.7.7　轴上零件的连接
4.8　提高主轴组件性能的措施
4.8.1　提高旋转精度
4.8.2　改善动态特性
4.8.3　控制主轴组件温升
第5章　伺服进给传动系统设计
5.1　伺服进给传动系统概述
5.1.1　伺服进给系统分类
5.1.2　伺服进给系统的基本要求
5.2　直线运动机构——滚珠丝杠螺母机构
5.2.1　工作原理及其特点
5.2.2　结构类型
5.2.3　滚珠丝杠的安装
5.2.4　滚珠丝杠螺母副的计算和选用
5.3　数控机床消隙机构及其常用的连接方式
5.3.1　进给系统传动齿轮间隙消除
5.3.2　数控机床常用的连接方式
5.4　伺服电动机及其调速
5.4.1　步进电动机
5.4.2　直流伺服电动机及其调速系统
5.4.3　交流伺服电动机及其调速
5.4.4　直线电动机
5.5　典型进给系统结构
5.6　伺服进给系统设计的基本要求
5.7　伺服进给系统机械传动装置的设计步骤及计算
5.7.1　负载转矩的计算
5.7.2　负载惯量的计算
5.7.3　伺服电动机的选择
5.7.4　电动机惯量与负载惯量的匹配
5.8　伺服进给系统的动态响应、稳定性及精度
5.8.1　动态性能指标
5.8.2　系统的稳定性
5.8.3　开环、半闭环伺服进给系统的死区误差及定位精度
5.8.4　静态误差与伺服刚度
5.8.5　传动链的自然频率
5.8.6　刚度计算
第6章　数控机床检测装置
6.1　数控机床测量系统分类与特点
6.1.1　检测装置的分类
6.1.2　数控测量装置的性能指标及要求
6.2　常用测量元件的工作原理及应用
6.2.1　旋转变压器
6.2.2　感应同步器
6.2.3　光栅
6.2.4　磁栅
6.2.5　脉冲编码器
第7章　数控机床本体设计
7.1　支承件设计
7.1.1　数控机床支承件的功用和应满足的要求
7.1.2　支承件的静刚度
7.1.3　支承件的动态特性
7.1.4　支承件的结构设计
7.1.5　支承件的有限元计算简介
7.2　导轨设计
7.2.1　导轨的分类
7.2.2　对导轨的基本要求
7.2.3　滑动导轨
7.2.4　滚动导轨
7.2.5　提高导轨耐磨性的措施
第8章　自动换刀和自动交换工件系统
8.1　自动换刀装置
8.1.1　回转刀架换刀
8.1.2　更换主轴换刀
8.1.3　带刀库的自动换刀系统
8.2　工件自动交换系统
8.2.1　托盘交换装置
8.2.2　装卸料机器人
8.2.3　有轨小车
8.2.4　无轨小车
8.3　数控机床的回转工作台
8.3.1　数控回转工作台
8.3.2　分度工作台
第9章　计算机数控系统
9.1　概述
9.1.1　CNC系统组成
9.1.2　计算机数控装置的组成
9.1.3　CNC系统功能
9.1.4　计算机数控装置的工作原理
9.2　数控系统的硬件结构
9.2.1　CNC系统的硬件构成特点
9.2.2　单CPU结构GNC系统的硬件结构
9.2.3　多CPU结构CNC系统的硬件结构
9.3　CNC系统的软件结构
9.3.1　CNC装置软硬件的界面
9.3.2　CNC系统控制软件的结构特点
9.3.3　常规CNC系统的软件结构
9.4　数控系统的I/O接口
9.4.1　CNC装置的输入/输出和通信要求
9.4.2　数控系统的I/O接口电路的作用和要求
9.4.3　机床I/O接口
9.4.4　通用I/O接口
9.5　数控机床用可编程序控制器
9.5.1　可编程序控制器的组成
9.5.2　可编程序控制器的工作过程
9.5.3　可编程序控制器的特点
9.5.4　数控系统PLC的类型
9.5.5　数控机床中PLC控制功能的实现
9.5.6　PLC在数控机床上的应用举例
9.6　FANUC0i数控系统
9.6.1　控制单元
9.6.2　电源模块
9.6.3　伺服模块
9.6.4　主轴模块
9.6.5　综合连接图
参考文献

现代制造工艺与智能控制技术前沿探索 本书聚焦于当前高端制造业向智能化、柔性化、绿色化转型的核心需求，深入剖析了支撑新一代精密制造装备发展的关键理论、核心技术和工程实践。它并非仅仅停留在对现有工具机运行原理的阐述，而是站在更高维度，探讨如何构建一个能够自我感知、自主决策和优化执行的未来制造系统。 --- 第一部分：高端制造系统的前瞻性架构与建模 本部分旨在为读者构建一个宏观且深入的现代制造系统视角。它摒弃了传统制造的静态视角，转而关注系统的动态性、开放性和集成性。 1. 复杂制造系统的多尺度耦合建模理论： 物理场协同分析： 详细阐述了在超精密加工过程中，热-力-电-磁多物理场在纳米至微米尺度上的耦合机理。重点分析了瞬态热载荷对刀具磨损、工件表面完整性和残余应力的复合影响模型。这包括非线性有限元方法（FEM）在预测高速切削热点区域温度分布中的应用，以及如何利用边界元法（BEM）优化冷却液/润滑剂的流动轨迹和热交换效率。 柔性制造单元的拓扑优化设计： 探讨了如何利用先进的拓扑优化算法（如水平集法、密度法）来设计具有更高比刚度、更轻质量的新型机床结构件。介绍了基于增材制造技术（AM）的复杂内部冷却水道集成设计方法，以实现结构与功能的深度融合。 数字孪生（Digital Twin）的深度构建与应用： 不仅仅是数据的简单映射，本书深入研究了数字孪生在预测性维护（PdM）和闭环质量控制中的核心作用。详细介绍了如何构建高保真度的物理模型（Physics-based Model）与数据驱动模型（Data-driven Model）的混合孪生体，用于实时模拟工艺参数变化对最终产品性能的影响，并实现“先验验证”。 2. 工业物联网（IIoT）与边缘计算在制造中的集成： 高频、异构数据采集与融合技术： 探讨了如何利用分布式光纤传感器、声发射（AE）传感器和先进的非接触式测量技术（如激光干涉仪、白光扫描仪）同步采集机器运行状态、刀具健康和工件形位公差数据。重点分析了针对TB级时间序列数据的实时预处理、降噪和特征提取技术。 边缘侧的实时决策引擎： 阐述了如何将轻量化的人工智能模型（如小型卷积神经网络CNN或Transformer模型）部署在低延迟的边缘计算节点上，以实现对加工异常的毫秒级响应。讨论了联邦学习（Federated Learning）在跨工厂、保护知识产权前提下进行模型协同训练的潜力。 --- 第二部分：面向高精度与超精密加工的智能控制策略 本部分着重于突破传统PID控制的局限性，引入自适应、预测性和优化性的控制范式，以应对超精密加工中苛刻的精度要求和环境扰动。 3. 高维、强耦合系统的先进运动控制理论： 模型预测控制（MPC）在复杂伺服系统中的应用： 详细剖析了如何利用系统的精确动态模型，在每个控制周期内求解一个有限时域内的最优控制问题，从而有效处理机械系统的耦合振动、摩擦补偿和速度/位置的约束问题。重点讨论了非线性MPC（NMPC）在减小伺服滞环和提高动态响应速度方面的优势。 自适应和鲁棒控制技术在环境变化下的补偿： 针对机床在不同工作负载、环境温度漂移和部件老化等不确定性下的性能退化问题，系统介绍了基于Lyapunov理论的自适应控制器设计。特别关注了滑模变结构控制（SMC）在快速抑制外部干扰和保证系统鲁棒性方面的工程实现细节。 4. 过程优化与智能刀具路径生成： 基于强化学习（RL）的自适应切削参数优化： 深入研究了如何将切削过程建模为一个马尔可夫决策过程（MDP）。利用深度Q网络（DQN）或近端策略优化（PPO）算法，使机床能够在实时反馈（如切削力、振动）的基础上，自主探索并找到最大化材料去除率（MRR）同时保证刀具寿命和表面质量的最佳切削参数组合。 高精度曲面和自由曲面的实时误差修正： 针对五轴及多轴联动加工中存在的几何误差、运动学误差和系统刚度误差，提出了基于实时误差辨识的迭代学习控制（ILC）方法。重点讨论了如何结合在线测量数据对预先计算的G代码进行动态修正，以确保复杂曲面的全局精度和局部细节的完美重现。 --- 第三部分：面向新材料与绿色制造的工艺创新 本部分超越了传统金属加工的范畴，拓展到增材制造、极端材料加工以及可持续性制造的工程实践。 5. 新型功能材料的特种加工工艺研究： 高熵合金（HEA）与陶瓷基复合材料（CMC）的难加工性分析： 剖析了这些材料在高速加工中表现出的非线性变形机制、高热导率/低导热率的矛盾特性，以及由此带来的刀具快速崩刃问题。提出了基于电化学辅助加工（ECM）和激光冲击预处理等混合加工策略。 增材制造（AM）零件的后处理与质量控制： 详细介绍了针对选区激光熔化（SLM）和电子束熔化（EBM）制造的复杂结构件，如何通过热等静压（HIP）消除内部孔隙率。重点关注了使用超声波辅助、超精密磨削等技术对增材制造层状结构进行表面完形和精度修复的工艺窗口确定。 6. 资源效率与可持续制造： 干式和准干式切削的流体动力学优化： 研究了微量润滑（MQL）技术在减少切削液消耗和提高环境友好性方面的作用。分析了MQL射流与切削区的气流场耦合对冷却效果的影响，并给出了MQL雾化粒径与加工性能的最佳匹配准则。 机床能源消耗的在线监控与优化调度： 提出了基于负荷预测和分时电价的机床主轴和辅助系统（如液压泵、冷却塔）的能源调度算法，以实现在保证生产进度的前提下，最小化单位产值的能耗。 --- 本书面向对象： 本书面向从事先进制造装备研发的高级工程师、博士及硕士研究生，以及希望将最新信息技术应用于生产线优化的企业技术骨干。它要求读者具备扎实的控制理论基础和一定的机械设计知识背景，旨在提供一套从系统建模到智能控制、再到前沿工艺实践的完整知识体系，驱动读者进入下一代智能制造领域的核心创新环节。

评分☆☆☆☆☆

这本书的开篇就以一种极其务实、直击要害的姿态，迅速将我带入了数控技术的核心地带。它没有过多纠缠于历史渊源或宏大的理论框架，而是选择了一条直插实践的路径。我记得作者花了大量的篇幅来剖析现代数控系统架构的演变，特别是针对复杂曲面加工和高精度运动控制方面的最新进展，这部分内容简直是工程人员的福音。书中对伺服驱动系统的讲解尤为深入，从电机的选型到闭环控制算法的优化，每一个细节都经过了精心的推敲和公式推导。例如，在处理进给速度波动和刚度补偿时，作者提出的多变量解耦控制策略，远比我之前接触的教材中那种教科书式的PID控制要复杂和高效得多。更让我惊喜的是，它紧密结合了当前主流的CNC系统品牌，比如西门子840D SL和发那科的最新平台，详细阐述了它们在底层软件接口和宏程序编程上的差异与优势。这种贴近市场前沿的讲解，使得读者在阅读过程中，能清晰地看到理论是如何在实际的机床控制台上得以实现的，极大地提升了解决实际工程问题的能力。它不仅仅是知识的堆砌，更像是一份详尽的、可操作的工程蓝图。

评分☆☆☆☆☆

这本书的结构安排极具匠心，它仿佛是在带领读者进行一场循序渐进的“解剖”之旅，从宏观的需求分析到微观的元器件选型，逻辑层层递进，毫不拖沓。我尤其欣赏其在人机交互（HMI）设计理念上的阐述。作者认为，一个高效的HMI不应只是一个显示器，而应是操作者与复杂机床之间的“智能桥梁”。书中对图形用户界面（GUI）的设计原则进行了详尽的论述，强调了操作一致性、信息密度与认知负荷之间的平衡。例如，在故障诊断界面中，如何通过分层级的警报系统，迅速引导维修人员定位问题根源，避免“信息过载”导致的误判，这部分内容对新手工程师的启发是巨大的。此外，书中对触摸屏技术在工业环境下的适应性挑战，以及如何通过触觉反馈增强操作精确性的探讨，都展现了作者对用户体验在工业控制领域重要性的深刻洞察。

评分☆☆☆☆☆

这本书给我最大的震撼是其对“可靠性”和“鲁棒性”的执着追求，这在很多侧重于功能实现的教材中是经常被弱化的部分。作者似乎对数控系统在极端工况下的失效模式有着深刻的理解。关于电磁兼容性（EMC）和抗干扰设计的部分，简直可以作为一份专业的电磁安全规范手册来使用。它没有泛泛而谈，而是具体列举了伺服驱动柜内部的屏蔽层选择、接地网的建立标准，以及不同类型噪声源（如变频器脉冲、大电流回路）的隔离措施。在热管理方面，书中甚至细致地讨论了控制柜内温度梯度对精密编码器信号传输稳定性的影响，并提供了基于CFD分析的优化建议。这种深入到物理层面的严谨态度，体现了作者深厚的工程底蕴。阅读这些章节，我深刻体会到，一个优秀的数控系统，不仅要在功能上完美运行，更要在恶劣的工厂环境下保持长期的稳定性和精准度，这本书无疑为实现这一点提供了坚实的理论和实践支撑。

评分☆☆☆☆☆

读完这册关于先进制造技术流程的书籍，我感到作者的视角非常开阔，它跳脱出了传统机械制造的窠臼，将数控系统设计提升到了一个系统工程的高度来审视。这本书的精妙之处在于，它对软件与硬件的耦合交互关系进行了极其细致的剖析。书中关于实时操作系统（RTOS）在数控内核中的应用部分，阐述了如何在有限的计算资源下实现纳秒级的指令调度和插补运算，这对于理解高性能数控系统的“大脑”如何工作至关重要。特别是对三次样条插补算法的优化及其在G代码解释器中的实现流程，作者使用了非常巧妙的数学建模方法，使得原本晦涩难懂的数值逼近过程变得逻辑清晰。此外，书中对网络化制造和工业4.0背景下的远程诊断与维护模块的设计也进行了前瞻性的探讨，讨论了如何通过OPC UA等协议实现机床状态的透明化管理。这种将信息技术与精密机械控制深度融合的论述，让读者认识到，未来的数控设计将是信息物理系统（CPS）的战场，而非单纯的机床电气设计。

评分☆☆☆☆☆

坦率地说，阅读这本专注于高级数控技术的专著，最大的收获在于对未来技术趋势的把握能力。作者在收尾部分对人工智能在机床优化中的应用进行了大胆而审慎的展望。书中没有停留在简单的机器学习概念上，而是深入探讨了如何利用强化学习技术优化加工路径规划，以实现在保证零件质量的前提下，最小化刀具磨损和能耗。这部分内容涉及到了对海量历史加工数据的深度挖掘和特征工程，以及如何将这些模型安全、可靠地部署到嵌入式控制器中。它成功地架起了一座传统机电一体化与尖端AI技术之间的桥梁，让读者清晰地看到，下一步的创新点将在于如何让机床具备“自我学习”和“自主决策”的能力。这本书不仅教授了如何设计当前最优的系统，更重要的是，它激发了我们思考如何设计出能够适应未来十年技术变革的系统。

评分☆☆☆☆☆

好，不错，好，不错，好，不错，好，不错，

评分☆☆☆☆☆

挺不错的书，很详细的。

评分☆☆☆☆☆

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评分☆☆☆☆☆

东西很好哦!

评分☆☆☆☆☆

如今，虽远离了家乡的芒果树，然而在我居住的这个小城里，它是无处不在的。在小区，在路边，在学校，在公园。芒果树伫立着，茂盛着，芬芳着。可这满目的绿树，已经没有一棵是我所拥有的，那段快乐的捡芒果时光已不再回来。

评分☆☆☆☆☆

商品包装满意度

评分☆☆☆☆☆

很好的一本书，值得拥有。

评分☆☆☆☆☆

快递送货很快。还送货上楼。非常好。动物小说大王沈石溪·品藏书系和乌鸦做邻居，，和乌鸦做邻居的作者写动物小说，经常收到读者来信，除了热情洋溢的鼓励外，便是好奇地询问作者所写的动物故事是不是亲身经历。作者的回答是肯定的。作者十六岁时，刚好遇到知识青年上山下乡运动，城里的青少年通通被赶到农村安家落户，作者也在母亲和姐妹的哭泣声中告别上海，来到云南西双版纳一个名叫曼广弄的傣族寨子。那儿远离市镇，地广人稀，四周都是密不透风的热带雨林，享有植物王国和动物王国的美誉。下田耕作，白鹭和孔雀就在身边盘桓上山砍柴，经常能遇见马鹿和岩羊。那儿不仅野生动物数量众多。还能感受到人类与动物浓浓的血缘亲情。巫师跳神，使用的就是用虎豹豺狼狗牛马猪羊骡鹿麂十二种走兽的二十四颗髌骨制成的大念珠寨门雕刻着白象和黑熊，家家竹楼的墙壁上都挂着野牛骷髅婚礼上的贺词是新郎像牛一样憨厚，像猴一样机敏，像山豹一样勇敢，新娘像孔雀一样美丽，像双角犀鸟一样贤惠，像银背豺一样善于操持家务抚养自己的孩子葬礼上的随葬物品大都是木雕的飞禽走兽。仿佛不管是在阳间还是在阴间，与动物相伴才是完整的人生。，雄鹰金闪子什么都逃不过金闪子的眼睛。鹰眼是世界上最锐利的眼睛，在几百公尺高的天空翱翔，一眼就能看见在茂密草丛中惊慌逃窜的灰兔。所以当一片黑影贼头贼脑从一朵蘑菇状乌云里飘出来时，金闪子随意瞥了一眼，便认出来者不仅是同类还是同性，不由得心头陡地一紧。同性相斥，这条原理在鹰类中属于至理名言。在老鹰的世界里，没有同性朋友这个概念。鹰是食肉猛禽，孤独的强者，习惯独来独往。雄鹰又是领地意识很强的猛禽，陌生雄鹰光临，目的只有一个，就是来争抢领地。金闪子拍拍强劲的双翼，爪子在岩石上磨砺了几下，沙沙沙，就像人类的磨刀霍霍，透出一片杀机。陌生鹰越飞越近，在离金闪子筑巢的那棵云南松约两百米的天空盘旋。金闪子看得更清楚了，来犯者屁股周围长着一圈雪白绒羽，给这家伙起名白羽臀是很贴切的。再仔细打量，这家伙嘴喙呈半透明琥珀色，脚杆粉红，翅膀上那层淡黄的毫毛还未褪尽，一看就知道是只初出茅庐的年轻雄鹰。金闪子悬吊的心放了下来。它鸟龄四岁，对老鹰来说，如日中天正值生命的巅峰它是捍卫自己神圣的领地，而对方是非法入侵者，心理上它就占了上风它的嘴喙更犀利，它的爪子更老辣，它的格斗经验更丰富，毫无疑问，力量对比它占有优势。它一定能赢得这场领地保卫战，成功地将来犯者驱赶出去。金闪子颈毛耸立，鹰眼射出两道凶光，恶狠狠长啸一声。这绝非先礼而后兵，动物界不讲究虚假的客套。这是一种威慑，一种恫吓，一种心理战术。随后，它双腿在岩石上一蹬，摇扇翅膀飞了起来。它迎着强劲的山风飞翔，双翼像

评分☆☆☆☆☆

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