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| 編輯推薦： |
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本书综合以往的数控机床基础知识和技术理论，结合不断发展的相关先进技术，注重理论联系实践，注重数控机床设计制造一线科研和技术人员的实际需求，注重机械类专业本科生所应学习、了解和掌握的技术理论内容，对数控装备设计教材内容进行整合、创新，并融入新的内容和研究成果。因此，本书不仅可作为高等院校机械类专业特别是机械设计制造及其自动化专业学生教材，也可作为从事数控机床、机械装备设计制造及设备维护管理相关工程技术人员的参考书，还可作为机械工程类技术人员继续教育培训教材。
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| 內容簡介： |
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本书共14章，主要介绍了数控机床的基本知识和发展概况；数控机床的总体设计、主传动和主轴系统、伺服进给系统、机床本体与导轨设计，以及辅助系统设计、刀具自动交换装置和数控回转台结构及应用设计；数控与电气控制系统的组成、原理、连接和应用方法以及位置检测装置；数控机床布局结构形式、数控机床精度体系和原理；重心驱动技术、五轴联动结构、工作台自动交换系统、铣头自动交换系统、复合加工中心、并联机床；数控机床动态特性和优化设计、智能制造与智能机床等内容。 本书可作为高等院校机械类专业特别是机械设计制造及其自动化专业本科生的教材，也可作为从事机械装备设计制造及设备维护管理相关工程技术人员的参考书，还可作为机械工程技术人员继续教育培训教材。
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| 關於作者： |
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1.工作简历1983.08—2016.08 在国有、外资、民营数控机床制造企业从事数控机床产品、自动化智能化制造装备和生产线的开发设计和制造工作；2016.09至今 在大学从事专业教学和科研工作。2.科研项目和研究成果（1）科研项目和成就主持和主要参与80多项科技攻关与研发项目（包括200多种系列规格数控机床、高端和大中型加工中心、自动化智能化加工单元和生产线的研制），其中：*5项、省部级32项、市级5项、企业重大项目40多项。
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| 目錄：
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第1章绪论（1）
1.1数控机床的基本特征、用途和分类（1）
1.1.1数控机床的运动形式（1）
1.1.2数控机床的基本技术特征（1）
1.1.3数控机床的用途和分类（2）
1.2数控机床的基本构成和工作原理（3）
1.2.1数控机床的基本构成（3）
1.2.2数控机床的一般工作原理（5）
1.2.3数控机床的物理系统特点（5）
1.3数控机床的控制形式及特点（7）
1.3.1按运动轨迹形式划分（7）
1.3.2按伺服进给系统的控制类型划分（7）
1.3.3按数控系统功能水平划分（9）
1.4数控机床的功能特性和布局、结构（9）
1.4.1数控机床坐标系的确定（9）
1.4.2控制轴数和联动轴数及功能特性（10）
1.4.3数控机床的布局和结构特点及应用（11）
1.4.4数控机床的主要性能参数（13）
1.5数控机床的发展概况（14）
1.5.1数控机床的发展历程（14）
1.5.2数控机床的发展趋势（15）
习题和思考题（16）
第2章数控机床的总体设计（17）
2.1数控机床结构设计的基本特性要求及理论简介（17）
2.1.1精度（17）
2.1.2刚度（18）
2.1.3抗振性（18）
2.1.4热变形特性（19）
2.1.5噪声（20）
2.1.6低速运动平稳性（20）
2.1.7可靠性（22）
2.2数控机床的设计方法和步骤（23）
2.2.1数控机床的基本设计方法（23）
2.2.2数控机床的设计类型（24）
2.2.3数控机床的主要设计步骤（25）
2.3数控机床总体方案分析和设计（27）
2.3.1运动组合分析和设计（27）
2.3.2组成部分划分及其功能要求（29）
2.3.3总体布局和结构方案分析（31）
2.3.4总体布局和结构设计基本原则（34）
2.3.5总体布局和结构设计示例（35）
2.3.6总体方案图设计（39）
2.4主要参数设计和确定（40）
2.4.1主参数和尺寸参数（40）
2.4.2运动参数（40）
2.4.3动力参数和其他参数（42）
2.5数控机床设计总流程（43）
习题和思考题（45）
第3章数控机床主传动与主轴系统设计Ⅰ——主传动系统设计（46）
3.1概述（46）
3.1.1主传动与主轴系统的作用和特点（46）
3.1.2主传动与主轴系统的组成及相互关系（47）
3.1.3主传动与主轴系统的设计要求（47）
3.1.4主传动系统类型及其特性（48）
3.1.5数控机床主传动机构类型及其特性（49）
3.1.6变速的物理规律（49）
3.2无级调速的一挡传动形式设计计算（49）
3.2.1伺服电机的机械特性（49）
3.2.2直联传动形式（50）
3.2.3一挡传动形式（51）
3.2.4结构形式和特点（53）
3.3两挡无级变速主传动系统的分析和设计计算（54）
3.3.1分段无级变速主传动形式（54）
3.3.2两挡无级变速传动形式分析和计算（54）
3.3.3两挡无级变速系统技术参数的综合分析和确定（57）
3.4两挡无级变速主传动系统的结构设计（58）
3.4.1两挡无级变速主传动系统结构设计要求和内容（58）
3.4.2换挡机构类型（59）
3.4.3主传动机构排布（59）
3.4.4主轴转速的自动变换（62）
3.4.5结构设计实例（63）
3.5主轴旋转与进给轴的同步控制（66）
3.5.1主轴旋转与轴向进给的同步控制（66）
3.5.2主轴旋转与径向进给的同步控制（67）
习题和思考题（67）
第4章数控机床主传动与主轴系统设计Ⅱ——主轴组件设计及其与主传动系统的
配置关系（69）
4.1主轴组件的特点、组成和基本要求（69）
4.1.1主轴组件的特点和组成（69）
4.1.2主轴组件的基本要求（69）
4.2主轴（71）
4.2.1主轴结构（71）
4.2.2主轴的材料和热处理（72）
4.3主轴支承形式和滚动轴承（73）
4.3.1主轴支承的作用、组成和分类（73）
4.3.2主轴支承类型的选择和主要设计内容（73）
4.3.3主轴常用滚动轴承类型及特点（74）
4.3.4主轴滚动轴承的选择、配置和布局方式（75）
4.3.5主轴滚动轴承的精度选择和配置（76）
4.3.6主轴滚动轴承的安装和预紧（78）
4.4主轴组件的设计计算（79）
4.4.1主轴组件设计计算的一般步骤和内容（79）
4.4.2主轴前端悬伸量的确定（79）
4.4.3主轴直径的确定（80）
4.4.4主轴最佳跨距的计算和确定方法（81）
4.4.5主轴组件的验算（83）
4.5主轴组件结构和刀具自动松夹机构（84）
4.5.1主轴组件整体结构（84）
4.5.2刀具自动松夹和锥孔吹净装置（85）
4.5.3主轴的准停和位置检测（87）
4.6高速电主轴（88）
4.6.1高速加工概述（88）
4.6.2高速电主轴的结构设计和参数（88）
4.6.3高速电主轴的冷却和润滑（90）
4.7提高主轴组件精度和性能的措施（91）
4.7.1提高主轴回转精度的措施（91）
4.7.2控制主轴温升和改善热特性的措施（92）
4.7.3主轴组件的平衡（92）
4.8主传动系统与主轴组件的配置结合形式和铣头部件（92）
4.8.1主传动系统与主轴组件的配置结合形式（92）
4.8.2铣头部件（94）
习题和思考题（94）
第5章伺服进给传动系统设计（95）
5.1伺服进给系统的组成、工作原理和基本要求（95）
5.1.1伺服进给系统的组成和工作原理（95）
5.1.2伺服进给系统的主要性能要求（96）
5.2伺服进给传动系统的主要类型及特性（96）
5.2.1伺服进给传动系统类型（96）
5.2.2伺服进给传动系统的组成、原理及特性（97）
5.3进给传动系统的主要功能部件（100）
5.3.1进给传动系统主要功能部件的发展变化（100）
5.3.2滚珠丝杠传动机构（101）
5.3.3轴孔连接和弹性联轴器（106）
5.3.4同步齿形带传动副（108）
5.3.5滚珠丝杠专用轴承（108）
5.3.6伺服电机简介（109）
5.4滚珠丝杠副的主要支承形式及预拉伸安装与计算（110）
5.4.1滚珠丝杠副的主要支承形式及其特性（110）
5.4.2滚珠丝杠副预拉伸安装及预拉伸力确定（112）
5.5进给传动系统结构示例（114）
5.6伺服进给传动系统的设计计算（116）
5.6.1伺服进给传动系统的主要设计计算内容和设计要求（116）
5.6.2负载力矩计算和电机力矩规格选择（117）
5.6.3快速移动速度计算（119）
5.6.4加速度、惯量和惯量匹配（120）
5.6.5伺服进给电机规格的综合选择（122）
5.6.6丝杠稳定性、临界转速和最大转速校核计算（122）
5.7伺服进给传动系统的误差、精度和刚度（123）
5.7.1伺服进给传动系统的动态响应和稳定性（123）
5.7.2伺服进给传动系统的死区误差（124）
5.7.3伺服进给传动系统的伺服误差（127）
5.7.4伺服进给传动系统的定位精度（127）
5.7.5传动支承系统刚度及变形误差分析（129）
5.7.6传动机构的固有频率（132）
习题和思考题（135）
第6章数控机床本体与导轨设计（136）
6.1数控机床本体的组成、作用和要求（136）
6.1.1数控机床本体的组成和作用（136）
6.1.2数控机床本体应满足的要求（137）
6.2数控机床本体和基础支承件的结构设计（137）
6.2.1数控机床基础支承件的作用和应满足的要求（137）
6.2.2数控机床本体和支承件的受力分析（138）
6.2.3支承件的静刚度（142）
6.2.4支承件的动态特性（146）
6.2.5支承件的结构设计（148）
6.2.6机床本体的结构设计及基本原则（152）
6.3机床导轨设计（152）
6.3.1导轨的作用和特点（153）
6.3.2导轨的分类（153）
6.3.3导轨的基本要求和设计内容（154）
6.3.4滑动导轨（156）
6.3.5滚动导轨（163）
6.3.6静压导轨和动压导轨简介（170）
6.3.7机床整机导轨的组合形式（172）
习题和思考题（173）
第7章数控机床的辅助系统（174）
7.1润滑系统（174）
7.1.1润滑系统的主要类型和功能（174）
7.1.2自动定时定量集中润滑系统（174）
7.2冷却和排屑系统（176）
7.2.1冷却系统（177）
7.2.2自动排屑系统（178）
7.3防护系统（180）
7.3.1数控机床防护系统功能和措施（180）
7.3.2重要零部件和整机的防护（181）
7.4气动系统与液压系统（183）
7.4.1气动系统（183）
7.4.2液压系统（183）
习题和思考题（186）
第8章刀具自动交换系统和数控回转台（187）
8.1刀具自动交换系统（187）
8.1.1概述（187）
8.1.2车削中心和车铣复合加工中心自动刀架（188）
8.1.3加工中心刀库（191）
8.2数控回转工作台和分度工作台（197）
8.2.1数控回转工作台（197）
8.2.2数控分度工作台（199）
习题和思考题（200）
第9章数控与电气控制系统（201）
9.1数控与电气控制系统的组成和工作原理（201）
9.1.1数控与电气控制系统的组成、布局和安装（201）
9.1.2数控与电气控制系统的运行和控制流程（202）
9.2数控装置和伺服驱动单元（203）
9.2.1数控装置的功能（203）
9.2.2数控装置的组成及各部分功能（206）
9.2.3数控装置的工作流程和原理（208）
9.2.4伺服驱动器的类型及特点（209）
9.3数控系统的连接（210）
9.3.1CNC网络系统（210）
9.3.2华中数控系统的连接（212）
9.3.3FANUC数控系统的连接（215）
9.4数控机床电气控制要求、内容和设计步骤（220）
9.4.1电气设计准则和基本要求简介（220）
9.4.2数控机床电气控制内容及控制方式（221）
9.4.3数控机床典型电气原理图（222）
9.4.4数控与电气控制系统的设计步骤及内容（224）
9.5数控机床的位置检测装置（226）
9.5.1位置检测装置的类型、作用和要求（226）
9.5.2光栅检测装置（226）
9.5.3脉冲编码器检测装置（228）
习题和思考题（229）
第10章数控机床布局结构形式（230）
10.1车削类数控机床布局结构形式（230）
10.1.1机床总体布局和结构形式及特点（230）
10.1.2传动系统和结构部件（233）
10.1.3数控车床和车削中心主要技术参数（235）
10.2铣镗切削类数控机床布局结构形式（236）
10.2.1数控升降台铣床（237）
10.2.2十字滑台数控立（卧）式床身铣床及加工中心（238）
10.2.3动柱式数控立（卧）式床身铣床及加工中心（241）
10.2.4数控卧式（万能）滑枕床身式铣床及加工中心（243）
10.2.5数控龙门铣床及加工中心（246）
10.2.6镗铣削部件结构（251）
10.2.7数控镗铣床及加工中心主要技术参数（252）
习题和思考题（253）
第11章数控机床精度体系及原理（254）
11.1概述（254）
11.1.1机床精度的特点（254）
11.1.2数控机床精度项目组成和标准（254）
11.2数控机床的精度体系原理（255）
11.2.1数控机床精度体系组成的确定（255）
11.2.2数控机床精度项目（255）
11.3精度项目及检测和计算（258）
11.3.1几何精度项目及检测（258）
11.3.2位置精度检测和统计计算原理及评定方法（260）
11.3.3加工精度检验（267）
习题和思考题（269）
第12章多轴与先进功能及其结构技术简介（270）
12.1重心驱动技术（270）
12.1.1重心驱动技术原理和力学分析（270）
12.1.2重心驱动的布局结构及应用（272）
12.2五轴联动结构技术（272）
12.2.1布局结构类型（273）
12.2.2布局结构性能（274）
12.2.3典型结构示例（275）
12.3工作台自动交换系统（279）
12.3.1托盘自动交换系统的类型及其组成和结构特点（280）
12.3.2主要部件和托盘定位支承装置（282）
12.3.3托盘自动交换系统应用示例（284）
12.3.4混合加工类型（284）
12.4铣头自动交换系统（285）
12.4.1铣头自动交换系统的组成和交换原理（285）
12.4.2铣头自动交换硬件接口（287）
12.5复合加工中心（289）
12.5.1车铣复合加工中心（289）
12.5.2其他复合加工中心（292）
12.6并联机床简介（294）
12.6.1并联机床的布局结构和工作原理（294）
12.6.2并联机床的特点、技术关键和发展趋势（295）
习题和思考题（296）
第13章数控机床动态性能分析和优化设计简介（297）
13.1动态性能分析简介（297）
13.1.1数控机床的基本动态性能（297）
13.1.2机床系统模态分析（298）
13.1.3模态分析试验（300）
13.1.4有限元法（302）
13.2计算机辅助结构优化设计简介（304）
13.2.1机械结构优化设计的目的和一般过程（304）
13.2.2结构优化设计数学模型的建立（305）
13.2.3数控机床支承件结构优化设计类型及特点（307）
13.2.4数控机床支承件结构优化设计的一般步骤和内容（308）
习题和思考题（312）
第14章智能制造和智能机床简介（313）
14.1智能制造的产生、发展和目标（313）
14.1.1智能制造的产生和发展（313）
14.1.2智能制造系统及其目标（313）
14.2智能制造的系统特征和技术体系（315）
14.2.1智能制造系统特征（315）
14.2.2智能制造技术体系（315）
14.2.3智能制造的发展阶段（318）
14.3智能工厂（318）
14.3.1智能工厂关键环节（319）
14.3.2智能工厂示例（320）
14.4智能机床简介（323）
14.4.1智能机床闭环加工系统（323）
14.4.2加工精度超差影响因素分析及处理模式（324）
14.4.3数控机床智能化技术（325）
14.4.4自动化智能化制造装备的功能模块特点和实用技术（329）
习题和思考题（331）
参考文献（332）
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| 內容試閱：
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前言 以数控机床为代表的数控装备是集机械、液压与气动、电气控制、计算机控制、自动检测、人机工程等先进技术于一体的、典型的、具有代表性意义的机电一体化产品，是国民经济建设和制造业必不可少的、应用广泛的先进基础制造装备，也是机械制造领域智能制造的主体装备。先进的数控机床技术和数控机床产业是一个国家工业强盛的重要标志之一。机械制造领域自动化智能化制造过程和装备设计必然涉及数控装备技术知识和设计理论，同时也可推广应用到其他机电一体化装备中，因此它是机械类专业学生所应掌握的。 本书综合以往的数控机床基础知识和技术理论，结合不断发展的相关先进技术，注重理论联系实践，注重数控机床设计制造一线科研和技术人员的实际需求，注重机械类专业本科生所应学习、了解和掌握的技术理论内容，对数控装备设计教材内容进行整合、创新，并融入新的内容和研究成果。因此，本书不仅可作为高等院校机械类专业特别是机械设计制造及其自动化专业学生教材，也可作为从事数控机床、机械装备设计制造及设备维护管理相关工程技术人员的参考书，还可作为机械工程类技术人员继续教育培训教材。 本书具有以下特点： （1） 理论与实践相结合。书中各种分析和计算具有理论性，各种整体方案、部件结构设计环节具有实践性。 （2） 完整性、先进性和时代性。本书既具有完整性，即内容相对完备，涉及数控机床设计的各个方面，但侧重介绍了数控机床总体和结构设计方面，在此基础上涵盖数控机床设计的各个环节，甚至包括一般教材鲜有涉及但确实很重要的数控机床精度体系内容；同时又具有先进性和时代性，融入新成果、新技术相关内容，如较为详细地介绍了重心驱动技术、五轴联动结构、工作台自动交换系统、铣头自动交换系统、复合加工中心，以及简要介绍了新型功能部件、并联机床、滚珠丝杠副分析计算新方法、智能制造和智能机床。 （3） 体系性和逻辑性。 一是具有体系性。本书从整体入手，再到各部分，按照数控机床内在联系，合理设置各章内容。例如，数控机床各组成部分的划分既符合机床结构内在联系，又符合实际设计制造过程的外在关系；针对核心部分的主传动系统和主轴组件，改变独立分开介绍的常规做法，将它们作为一个整体介绍，先总体融合，再相对分开，*后又综合，因为这两部分从功能到实际结构是不能分开的；对于控制部分，数控系统是核心，但是不能独立运行，机床侧的电气控制也很重要，因此将两者整合为数控与电气控制系统作整体介绍；对于数控机床精度体系内容，舍弃穿插性的零散介绍方式，单设一章进行系统介绍，因为精度对于机床是非常重要的，而且它是一个体系，是机床有别于其他机电设备和产品的一个重要特征；等等。 二是具有逻辑性。本书首先从数控机床概述、总体设计，到常规数控机床所应包括的各部分内容进行介绍，进而对数控机床总体布局结构形式进行系统介绍，形成闭环；然后介绍数控机床五轴联动、部件自动交换、复合加工中心、并联机床等先进技术内容，以及其动态性能分析和优化设计方面内容；*后介绍智能制造与智能机床。 （4） 适用性。本书针对本科生进入综合应用学习阶段，以及工程技术人员开发设计数控机床所要面对的问题来整理和编排内容，并增加了主传动机构类型、进给传动机构类型、丝杠支承形式、丝杠预拉伸方式、数控机床精度体系及其特点和计算等内容，因为这些内容在数控机床结构分析设计中非常重要。同时，针对机械类专业学生和工程技术人员在计算机控制、电子电路等知识方面较为薄弱的特点，从实际出发，对数控与电气控制部分内容并未作详细介绍，而是从原理性、应用性等方面进行简要介绍。 （5） 通俗易懂。本书用通俗易懂的语言和由浅入深的方式，对实践性、综合性很强的数控机床结构形式、性能特点及设计方法，以及数控系统应用等知识进行介绍。本书编著者张政泼具有多年在企业从事数控机床研究、设计和制造技术工作，以及在大学负责数控机床设计课程教学、科研工作的经验，见证和参与了中国数控机床工业从20世纪80年代开始崛起、振兴和快速发展的历程，经常主持数控机床、自动化智能化制造装备相关科研项目和现场研制工作，并坚持理论研究与总结。 本书其他参与编著者吕勇、徐晓华、张栋梁、李天明主要参与了资料收集、大纲和内容讨论、插图绘制、校阅等工作。本书的出版得到数控装备整机和数控系统制造企业技术人员的协助，得到学校教材建设立项支持，在此一并表示感谢！同时感谢在本书立项和撰写中给予帮助和支持的领导、同事们！也非常感谢出版社编辑的关心、支持和指导！ 本书难免存在一些不足，敬请广大读者批评和指正。 桂林航天工业学院张政泼 2022年2月
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