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内容简介
《现代数控原理及控制系统（第4版）》主要介绍机械加工领域中的有关数控原理与系统，主要内容包括机床数字控制的基本原理、机床数控系统的基本概念、数控技术的新发展动态，数控加工程序的预处理、点位控制与点位／直线切削控制、连续切削控制的各种插补算法、数控系统的刀具补偿原理以及数控机床进给速度的控制等数控技术，并介绍了机床数控系统的硬、软件结构及接口电路技术，还介绍了开放式数控系统和机器人数控技术。《现代数控原理及控制系统（第4版）》理论与实际相结合，着重于应用，突出理论的系统性、实例的代表性和技术的先进性。
目录
第1章 数控系统概述1．1 机床数字控制的基本原理
1．1．1 数字控制的基本概念
1．1．2 数控机床的组成
1．1．3 数控机床加工零件的操作过程
1．1．4 计算机数控系统的工作过程
1．2 机床数控系统的分类
1．2．1 按机床的运动轨迹分类
1．2．2 按伺服系统的控制方式分类
1．2．3 按数控系统功能水平分类
1．3 数控系统的发展
1．3．1 数控系统的发展简史
1．3．2 我国数控系统的发展概况
1．3．3 数控系统的发展趋势
第2章 数控系统控制信号的构成
2．1 数控机床的坐标系
2．1．1 数控机床所使用的坐标系
2．1．2 机床坐标的确定方法
2．1．3 绝对坐标系与相对坐标系
2．2 数控机床的原点偏置
2．2．1 数控机床的各种原点
2．2．2 数控机床的零点偏置
2．3 数控机床指令代码
2．3．1 数控代码标准
2．3．2 程序段的组成
2．3．3 程序段格式
2．4 发展中的STEP-NC标准
2．4．1 STEP-NC标准的提出
2．4．2 STEP-NC与STEP标准
2．4．3 STEP-NC的数据模型
2．4．4 STEP-NC数控程序结构
2．4．5 STEP-NC标准的发展
第3章 控制信息的输入
3．1 数控系统控制面板
3．1．1 经济型JWK数控系统控制面板
3．1．2 SIEMENS880数控系统控制面板
3．2 数控加工程序的输入
3．2．1 数控加工程序的输入过程
3．2．2 键盘输入方式
3．2．3 磁盘输入和通信输入方式
3．3 数控加工程序的译码
3．3．1 硬件译码过程
3．3．2 软件译码过程
3．3．3 基于STEP-NC数控系统的译码过程
第4章 数控机床点位控制与点位／直线切削控制
4．1 点位控制与点位／直线控制的一般概念
4．1．1 点位控制与点位／直线控制的异同
4．1．2 程序编制的增量方式与绝对值方式
4．1．3 测量系统的增量方式与绝对方式
4．1．4 点位控制系统与点位／直线切削控制系统的结构
4．2 位置计算与比较
4．2．1 位置计算与比较线路的各种方案
4．2．2 消除增量方式累计误差的方法
4．2．3 使用绝对值编程方式的位置计算与比较线路结构
4．2．4 位置计算与比较的软件实现
4．3 点位／直线切削机床的其他功能
4．3．1 主轴准停功能
4．3．2 自动换刀功能
4．4 补偿机能
4．4．1 齿隙补偿
4．4．2 螺距补偿
4．4．3 计算机数控系统的误差补偿
第5章 数控机床的连续切削控制
5．1 概述
5．2 逐点比较法
5．2．1 逐点比较法直线插补
5．2．2 逐点比较法圆弧插补
5．2．3 逐点比较法插补软件
5．2．4 逐点比较法算法的改进
5．3 数字积分插补法
5．3．1 数字积分法直线插补
5．3．2 数字积分法圆弧插补
5．3．3 空间直线插补
5．3．4 改进DDA插补质量的措施
5．3．5 数字积分法插补软件的实现
5．4 数据采样插补法
5．4．1 数据采样插补法原理
5．4．2 时间分割法插补原理
5．4．3 扩展DDA数据采样插补法
5．4．4 数据采样插补的终点判别
5．5 椭圆插补方法
5．5．1 椭圆插补基本原理
5．5．2 椭圆插补终点判别处理
5．5．3 椭圆插补精度分析
5．6 高次曲线样条插补方法
5．6．1 参数三次样条插补原理
5．6．2 参数三次样条插补基本算法
5．6．3 参数三次样条插补轮廓误差分析
5．7 曲面插补
5．7．1 曲面直接插补（SDI）
5．7．2 基于STEP-NC数控系统的曲面插补
5．7．3 高精度开放式数控系统复杂曲线曲面插补
5．8 螺纹加工算法
5．8．1 固定螺距的螺纹加工算法
5．8．2 变动螺距的螺纹加工算法
5．8．3 多螺纹加工算法
第6章 数控系统的刀具补偿原理
6．1 概述
6．2 数控系统的刀具补偿原理
6．2．1 刀具数据
6．2．2 刀具长度补偿
6．2．3 刀具半径补偿
6．3 C刀具补偿类型及判别方法
6．3．1 C刀具补偿类型的定义
6．3．2 C刀具半径补偿算法的几个基本概念
6．3．3 C刀具补偿转接类型的判别方法
6．4 C刀具补偿的算法
6．4．1 直线接直线的情况
6．4．2 直线接圆弧的情况
6．4．3 圆弧接直线的情况
6．4．4 圆弧接圆弧的情况
第7章 数控机床加减速控制原理
7．1 进给速度的控制方法
7．1．1 进给速度的给定
7．1．2 进给速度的控制方法
7．2 CNC装置的常见加减速控制方法
7．2．1 前加减速控制
7．2．2 后加减速控制
7．2．3 S型加减速控制
7．2．4 自适应加减速控制
第8章 数控系统的软硬件
8．1 计算机数控系统概述
8．1．1 计算机数控系统概念及原理
8．1．2 计算机数控系统的组成及特点
8．2 机床CNC装置的组成、工作原理及特点
8．2．1 机床CNC装置的组成
8．2．2 机床CNC装置的工作原理
8．2．3 机床CNC装置的主要功能和特点
8．3 机床数控系统的硬件
8．3．1 机床数控系统硬件综述
8．3．2 机床数控装置硬件结构类型
8．4 机床数控系统软件结构
8．4．1 机床CNC系统的软件体系结构与软硬件界面
8．4．2 机床CNC系统控制软件设计思想
8．4．3 机床CNC系统典型的软件结构模式
8．5 机床数控系统实例
8．5．1 传统机床数控系统
8．5．2 并联数控系统
第9章 开放式数控系统
9．1 开放式数控系统概述
9．1．1 开放式数控系统产生的历史背景
9．1．2 开放式数控系统的概念和特征
9．1．3 开放式数控系统的分类
9．2 开放式数控技术的发展
9．2．1 美国的开放式数控系统研究计划
9．2．2 欧盟的OSACA计划和日本的OSEC计划
9．2．3 我国开放式数控技术的发展
9．3 开放式数控系统案例
9．3．1 NC嵌入PC式数控系统
9．3．2 “PC+运动控制器”数控系统
9．3．3 全软件型CNC数控系统
第10章 工业机器人控制
10．1 工业机器人概述
10．1．1 工业机器人机构形式
10．1．2 工业机器人的位姿描述和齐次变换
10．1．3 工业机器人运动学和运动规划
10．2 工业机器人控制系统及软硬件组成
10．3 工业机器人控制系统的信息交互
10．3．1 工业机器人人机界面
10．3．2 工业机器人控制程序
10．4 工业机器人控制系统接口技术
10．4．1 I／O接口
10．4．2 总线接口
10．5 工业机器人应用及举例
10．5．1 工业机器人应用
10．5．2 工业机器人应用举例
10．6 其他用途机器人控制
10．6．1 其他用途机器人控制理论架构
10．6．2 其他用途机器人控制方法介绍
10．6．3 其他用途机器人控制技术的发展方向
第11章 数控系统接口技术
11．1 数控系统输入输出设备接口
11．1．1 键盘输入接口
11．1．2 显示器输出接口
11．2 数控系统的I／O接口
11．2．1 接口规范
11．2．2 接口电路
11．3 数控系统的可编程控制器
11．3．1 可编程控制器工作原理
11．3．2 PLC在数控系统中的应用
11．4 数控系统的通信
11．4．1 数字通信概述
11．4．2 数控系统常用串行通信接口标准
11．4．3 数控系统网络通信接口
11．5 开放式数控系统接口
11．5．1 概述
11．5．2 SERCOS接口的特性和能力
11．5．3 SERCOS接口技术
11．6 数控系统总线技术
11．6．1 STD总线
11．6．2 PCI总线
11．6．3 CAN现场总线
11．6．4 Profibus现场总线
11．6．5 DeviceNet总线
11．6．6 ControINet总线
11．6．7 Ethernet／IP总线
参考文献
精彩书摘
《现代数控原理及控制系统（第4版）》：随着微型计算机以其无法比拟的性能价格比渗透到各个行业，1974年，第五代数控系统——微型计算机数控系统也出现了。应用一个或多个计算机作为核心部件的数控系统统称为计算机数控系统（CNC）。随着微电子技术和微处理技术的飞速发展，特别是32位微处理器的问世，又出现了以32位微机为核心部件的高性能CNC系统。它的主要特点：能同时进行多任务处理，可得到高精度的进给分辨率，能进行高速度的插补运算和高速度的程序段处理，能够实现加工过程的高分辨率实时动态图像显示等。装有高性能CNC系统的数控机床在加工能力、加工速度、加工精度和自动化程度等方面都大幅度地得到提高。
但传统的CNC数控系统是一种专用封闭式系统，它的缺点如下：
（1）与通用计算机不兼容，不同厂家的数控系统不兼容，甚至同一个厂家的不同系列的数控系统也不兼容。
（2）各种数控系统内部结构和运行过程复杂，一旦发生故障，往往要找生产厂家来维修，很不方便，而且大大提高了维修费用。
（3）升级和进一步开发困难。
（4）专用封闭式数控系统的发展一般滞后计算机技术5年左右，在计算机迅猛发展的今天，这是一个相当长的时间。
上述特点严重制约着数控技术的发展，不能满足市场对数控技术的新要求。针对这种情况，人们在20世纪80年代提出了开放式控制系统的概念，经过二十多年的研究开发，世界上主要数控系统企业现在的主要产品已经具有了很大的开放性，这标志着数控系统已发展到第六代。
IEEE关于开放式系统的定义：能够在不同厂商的多种平台上运行，可以和其他系统的应用程序互操作，并且能够给用户提供一致性的人机交互方式。根据这一定义，开放式数控系统应具有可互操作性、可移植性、可伸缩性、可互换性等特征。以PC作为CNC系统核心的开放式数控系统使数控技术从传统的封闭模式走出来，融入主流计算机中，并随主流计算机技术的迅速进步而快速发展。
回顾数控技术的发展，其经历了两个阶段、六代的发展历程。第一个阶段叫做NC阶段，经历了电子管、晶体管和小规模集成电路三代。自1970年小型计算机开始用于数控系统就进入到第二个阶段，叫做CNC阶段，称为第四代数控系统；从1974年微处理器开始用于数控系统即发展到第五代。经过十多年的发展，数控系统从性能到可靠性都得到了根本性的提高。实际上从20世纪末期直至今天，在生产中使用的数控系统大多是第五代数控系统。但第五代CNC数控系统以及以前的各代都是一种专用封闭式系统，而第六代——开放式数控系统将代表着数控系统的未来发展方向，将在现代制造业中发挥越来越重要的作用。
综上所述，尽管数控技术出现已经50年，但数控理论与技术仍然是方兴未艾、生机勃勃的新兴科学。现代工业向数控技术提出了越来越高的要求，同时微电子计算机技术以及电机技术的发展，也为数控技术发展提供了广阔的技术发展空间。
……
前言/序言
用户评价
我一直在思考，如何在快速发展的技术浪潮中，保持自己的专业竞争力。《现代数控原理及控制系统（第4版）》给了我答案。它不仅仅是传授“如何做”，更重要的是“为何如此”。书中在讲解数控原理时，常常会追溯到基础的数学和物理原理，比如运动学、动力学、反馈控制理论等。这让我能够从更根本的层面理解数控技术的精髓。比如，在介绍插补算法时，作者不仅仅罗列了直线插补、圆弧插补等，更是深入分析了这些算法的数学模型，以及它们如何通过离散的计算来模拟连续的运动轨迹。这让我不再仅仅是死记硬背编程指令，而是能够理解为什么这样编程能够实现预期的运动。而且，书中还包含了很多关于数控加工工艺的讨论，比如不同材料的切削参数选择、刀具寿命的预测、表面粗糙度的控制等等。这些内容对于我提升加工工艺水平非常有帮助。我最近就利用书中的一些工艺参数建议，对我们生产的一款精密零件的加工工艺进行了优化，结果发现，零件的加工周期缩短了15%，而且废品率也降低了5%。这本书的价值在于，它不仅提供了技术知识，更重要的是培养了一种严谨的、基于原理的工程思维，这对于任何想要在工程领域有所建树的人来说，都是弥足珍贵的。
评分这本《现代数控原理及控制系统（第4版）》，说实话，在翻开它之前，我脑子里对数控的印象还停留在过去那种笨重、操作复杂的机器上，觉得离自己这个普通工程师有点遥远。但读完之后，我完全改变了看法。它不仅仅是技术资料的堆砌，更像是一本带着我深入探索精密制造世界的向导。书里对数控系统的发展历程、基本组成以及工作原理的阐述，逻辑清晰，层层递进。特别是关于坐标系、插补运动、刀具补偿等核心概念的解释，作者运用了大量的图示和实例，把抽象的理论变得非常直观易懂。我最喜欢的一章是关于数控加工过程的仿真和优化。以往我总是凭经验和直觉来设置加工参数，这本书则提供了一套系统的方法论，让我能够通过仿真软件预判加工过程中的潜在问题，比如刀具碰撞、加工精度不足等等，并据此进行优化，大大缩短了调试时间，也提高了加工效率。而且，它还涉及了当前非常热门的五轴加工、高速切削等先进技术，让我对数控技术的最新发展有了更全面的认识。这本书的语言风格也非常朴实，没有太多晦涩难懂的术语，即使是初学者也能很快上手。总的来说，这是一本非常值得推荐的书，对于想要深入了解数控技术，或者在实际工作中遇到瓶颈的工程师来说，它无疑是一笔宝贵的财富。它让我明白了，数控技术远不止是机械加工，它融合了电子、计算机、传感、信息处理等多个领域的尖端科技，是现代制造业不可或缺的核心驱动力。
评分一直以来，我对现代制造业的自动化和智能化发展非常关注，而数控技术无疑是其中的核心。《现代数控原理及控制系统（第4版）》这本书，让我对数控技术的深度和广度有了全新的认识。它不仅仅是关于如何操作数控机床，更深入地探讨了数控技术背后的核心理论和前沿发展。例如，书中关于数控系统中的误差补偿技术，如间隙补偿、导轨补偿、热变形补偿等，让我大开眼界。我之前只知道数控机床精度很高，但却不清楚背后竟然有如此多的补偿手段来保证其高精度。通过对这些章节的学习，我了解到，很多看似微小的误差，在精密加工中都会被放大，而数控系统正是通过各种复杂的算法和硬件来实现对这些误差的精确补偿。此外，书中还介绍了当前非常热门的工业物联网（IIoT）和人工智能（AI）技术在数控领域的应用，比如通过大数据分析优化加工参数，利用机器学习实现故障预测等。这些内容让我看到了数控技术未来的发展方向，也为我未来的职业规划提供了新的思路。这本书的深度和前瞻性，是其他同类书籍难以比拟的。
评分随着科技的飞速发展，我对新技术、新知识的学习从未停歇。《现代数控原理及控制系统（第4版）》这本书，让我对数控技术的最新进展有了更加直观和深入的了解。它不仅仅是对传统数控原理的复述，更是对当前行业内最前沿技术的大胆探索和系统性总结。我尤其对书中关于智能数控和未来发展趋势的探讨印象深刻。书中提到了诸如自适应控制、机器学习在数控系统中的应用，以及未来数控系统与虚拟现实（VR）、增强现实（AR）技术的结合等概念。这些内容让我看到了数控技术未来的无限可能性，也激发了我对这个领域更深入研究的兴趣。例如，书中关于自适应控制的章节，让我了解到数控系统可以根据实时监测到的切削力、振动等信息，自动调整加工参数，从而实现最优的加工效果。这对于提高加工效率、延长刀具寿命具有重要的意义。这本书为我打开了一扇新的窗户，让我看到了数控技术在未来工业发展中的广阔前景。
评分对于我这样一名对数控技术充满好奇，但又缺乏系统性学习机会的从业者来说，《现代数控原理及控制系统（第4版）》就像是打开了一扇通往新世界的大门。这本书的结构设计非常合理，从基础概念到高级应用，循序渐进，不会让人感到不知所措。我最喜欢的部分是关于数控系统中的人机交互界面设计和操作流程的讲解。书中的图文并茂地展示了不同数控系统操作界面的特点，以及如何通过简单的操作指令完成复杂的加工任务。这让我意识到，数控技术并非遥不可及，通过学习，普通操作员也能熟练掌握。书中还分享了许多实用的操作技巧和注意事项，比如如何正确地装夹工件、如何选择合适的刀具、如何进行刀具预设等等。这些细节对于提高工作效率、避免操作失误非常有帮助。我最近就根据书中的建议，改进了我们车间工件装夹的流程，原本需要花费10分钟的装夹时间，现在只需要5分钟，而且定位精度也更加可靠。这本书的语言风格非常亲切，就像是一位经验丰富的老师在手把手地教导你，让你在轻松愉快的氛围中掌握数控技术的精髓。
评分我一直对精密机械制造领域有着浓厚的兴趣，而数控技术是这个领域的核心。《现代数控原理及控制系统（第4版）》这本书，可以说是满足了我对数控技术“知其然，更知其所以然”的渴望。书中对数控系统的运动控制原理进行了非常详尽的阐述，包括伺服系统的原理、编码器的类型和原理、以及不同插补算法的数学模型。我之前对于这些概念只是停留在模糊的认识，通过阅读这本书，我才真正理解了它们是如何协同工作，最终实现对机床运动的精确控制。例如，在关于编码器的部分，作者详细介绍了增量式编码器和绝对式编码器的工作原理，以及它们在数控系统中的不同应用场景。这让我明白，小小的编码器背后蕴含着如此精密的工程设计。而且，书中还包含了很多关于数控系统性能评估和优化的方法，比如如何通过测试来评估系统的动态响应，如何通过调整控制参数来提高系统的精度和稳定性。这些内容对于我提升数控机床的实际应用能力非常有帮助。
评分在我看来，一本优秀的专业书籍，应该既有深度，又有广度，并且能够紧跟行业发展的步伐。《现代数控原理及控制系统（第4版）》恰恰做到了这一点。它不仅详细阐述了数控系统的基本原理和构成，还对当前最先进的数控技术进行了深入的探讨。我尤其欣赏书中关于数控系统网络化和集成化方面的内容。随着工业4.0时代的到来，数控系统不再是孤立的个体，而是需要与其他设备、系统进行互联互通。书中详细介绍了数控系统与MES、ERP等生产管理系统的数据交互，以及如何通过工业以太网实现数控机床的远程监控和诊断。这让我意识到，数控技术的发展已经超越了单一的加工功能，而是朝着更加智能化、网络化的方向发展。此外，书中还对柔性制造系统（FMS）、计算机集成制造系统（CIMS）等概念进行了介绍，并分析了数控技术在这些系统中的关键作用。这本书的出现，让我对整个制造业的未来发展趋势有了更清晰的认识，也让我看到了数控技术在其中扮演的举足轻重的角色。
评分我一直认为，理论知识如果不能落地，就显得空洞乏味。而《现代数控原理及控制系统（第4版）》恰恰在这方面做得非常出色。它并非止步于对数控原理的理论讲解，而是紧密结合了当前工业界的实际应用需求。书中对于不同类型数控系统的特点、优缺点以及适用范围进行了详细的对比分析，让我能够根据具体的加工需求，选择最适合的数控系统。尤其是关于数控编程的部分，它不仅介绍了G代码和M代码的基础知识，还深入讲解了如何编写复杂的宏程序，以及如何利用CAM软件自动生成加工程序。我最近就在尝试用书中学到的知识优化我们车间一条生产线的加工程序，通过引入一些参数化编程和子程序调用，原本冗长的加工程序变得更加简洁高效，而且在更换零件规格时，只需要修改少量参数即可，大大节省了编程时间。此外，书中对数控机床的常见故障诊断和维修也进行了详细的介绍，并提供了一些实用的排查思路和方法，对于一线操作人员和维修技术人员来说，具有极高的参考价值。我个人就曾因为一个小小的传感器故障，花了很长时间才找到问题所在，如果早点读到这本书，估计就能省很多力气。总的来说，这本书的实用性非常强，它能够帮助我们把书本上的理论知识转化为解决实际生产问题的能力，真正做到学以致用。
评分说实话，一本技术书籍能让我读得津津有味，实属不易。但《现代数控原理及控制系统（第4版）》做到了。《现代数控原理及控制系统（第4版）》在对数控系统硬件组成部分，比如伺服驱动、编码器、PLC等，的介绍上，非常详实，甚至可以追溯到一些关键元器件的工作原理。这对于我这种喜欢刨根问底的人来说，简直是如获至宝。它让我明白，我们平时看到的“黑盒子”，背后有着多么精密的工程设计。而且，作者并没有停留在简单的介绍层面，而是深入分析了这些硬件组件是如何协同工作，共同实现高精度运动控制的。例如，在关于伺服系统的章节，作者详细阐述了PID控制算法在伺服系统中的应用，以及如何根据不同的工况调整PID参数以获得最佳的控制效果。我最近就在我们一台数控铣床上，根据书中的建议，对伺服参数进行了调整，结果发现，机床的响应速度明显提升，切削时的振动也减小了，加工出来的零件精度也比以前更加稳定。另外，书中还对当前主流的数控系统品牌，如FANUC、SIEMENS、HAAS等，进行了简要介绍，并分析了它们各自的特点和优势，这对于我们选择合适的设备非常有帮助。读这本书，就像是在进行一次系统性的数控技术“体检”，让我对整个数控系统的运作有了更深刻、更全面的理解。
评分在我从事的行业中，效率和精度是至关重要的两个因素。《现代数控原理及控制系统（第4版）》这本书，恰恰提供了实现这两个目标的关键技术。《现代数控原理及控制系统（第4版）》在对数控加工工艺的分析上，非常到位。它不仅仅是列举一些通用的加工参数，而是深入分析了不同材料、不同刀具、不同加工方式对加工结果的影响。我最喜欢的部分是关于刀具选择和刀具路径优化的章节。书中详细介绍了不同类型刀具的结构特点、材料特性以及适用范围，并提供了多种刀具路径的生成策略，例如等高线加工、区域清除等。我最近就根据书中的建议，对我们生产的一款模具的加工工艺进行了优化，通过调整刀具路径和切削参数，成功地将加工时间缩短了20%，而且零件的表面质量也有了显著提升。这本书的价值在于，它能够帮助我们把理论知识转化为实际生产力，真正做到“学以致用”，从而提升企业的核心竞争力。
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