本书针对发展和应用新一代PC数控系统的需求，从理论与实践相结合的角度，全面系统阐述PC数控的有关原理、控制方法、系统实现和多方位应用。本书适合于数控技术、机电一体化、工业自动控制、现代制造系统等领域的研究人员和工程技术人员学习使用，并可作为高等院校机电、自动化、计算机控制与应用等专业师生的学习参考书。

全书内容分三个部分：第1部分PC数控原理(第1～5章)，介绍Pc数控的工作原理、轨迹插补原理与方法、轨迹控制原理与方法，以及新发展起来的高级控制方法；第2部分Pc数控系统(第6～12章)，介绍Pc数控系统的体系结构、硬件系统、软件系统、驱动系统、零传动系统、开关量控制系统和网络化控制系统；第3部分Pc数控技术应用(第13～15章)，介绍Pc数控系统在车床、铣床、加工中心等设备上的典型应用，以及在机器人、坐标测量机、实物映射加工系统等方面的特殊应用，并以基于Pc数控的网络化制造系统为例，介绍Pc数控技术的综合应用。

前言

第1部分 Pc数控原理

第1章 绪论

1．1数控技术的发展历史与Pc数控

1．2Pc数控的技术经济优势

1．3Pc数控的当前技术水平

1．4Pc数控技术与装备的发展趋势

1．5发展高性能Pc数控产品的技术途径

第2章 PC数控的基本原理

2．1PC系统的基本原理

2．1．1PC的发展历程

2．1．2PC系统的组成

2．1．3Pc系统的工作原理

2．1．4Pc用于工业控制的基本原理

2．2Pc控制加工过程的基本原理

2．2．1数控加工的基本概念

2．2．2PC数控加工的实现过程

2．3PC数控加工系统的组成

2．3．1单机系统

2．3．2多机系统

2．4Pc数控系统的基本结构与运行原理

2．4．1数控系统的概念

2．4．2PC数控系统的基本结构

2．4．3PC数控系统的运行原理

2．5Pc数控装置的主要环节

2．5．1人机交互与信息输入模块

2．5．2联网通信与控制模块

2．5．3加工信息处理模块

2．5．4反馈信息处理模块

2．5．5轨迹插补模块

2．5．6进给轴控制模块

2．5．7主轴控制模块

2．5．8辅助控制模块

2．5．9系统管理与控制模块

第3章 PC数控的轨迹插补原理与方法

3．1Pc数控轨迹插补的基本原理

3．1．1数字方式下的轨迹插补原理

3．1．2脉冲方式下的轨迹插补原理

3．2PC数控轨迹插补的基本方法

3．2．1空间直线插补方法

3．2．2多轴线性插补方法

3．2．3圆弧插补方法

3．2．4椭圆插补方法

3．2．5螺旋线插补方法

3．3PC数控的高速采样插补方法

3．3．1低频采样插补存在的问题

3．3．2提高采样插补性能的思路

3．3．3高速高精度插补的硬件环境

3．3．4插补算法与软件设计

3．4Pc数控的样条曲线插补方法

3．4．1样条曲线插补的基本原理

3．4．2样条曲线插补的实现方法

3．4．3列表曲线的样条插补方法

3．4．4高次曲线的样条插补方法

3．5PC数控的自由曲面插补方法

3．5．1自由曲面的数学模型与信息传递

3．5．2自由曲面上切削路径的u-v域描述

3．5．3切削轨迹的实时生成

3．5．4自由曲面插补中的误差控制

3．5．5刀具运动轨迹计算

3．5．6组合曲面插补中的过渡轨迹计算

3．6Pc数控的螺纹加工控制方法

3．6．1软件同步控制的基本原理

3．6．2同步控制算法

3．6．3软件实现

3．7Pc数控的数字一脉冲转换方法

3．7．1数字积分原理

3．7．2数字．脉冲转换的实现方法

3．7．3多轴转换的软件计算流程

3．7．4脉冲转换与采样插补的同步问题

3．8PC数控的柔性加减速控制方法

3．8．1柔性加减速控制的基本思想

3．8．2柔性自动加速控制

3．8．3柔性自动减速控制

第4章 PC数控的轨迹控制原理与方法

4．1数控轨迹控制的基本原理

4．2PC数控的步进运动控制

4．2．1步进运动控制的特点

4．2．2软件化步进运动控制方法

4．2．3PC+I／0的步进运动控制方法

4．3Pc数控的闭环步进运动控制

4．3．1问题的提出

4．3．2提高步进运动控制精度的新思路

4．3．3闭环步进运动控制系统的组成与动态结构

4．3．4位置控制器设计

4．4Pc数控的连续运动控制

4．4．1模拟伺服运动控制系统的组成

4．4．2模拟伺服运动控制系统的控制器设计

4．4．3模拟伺服运动控制系统存在的问题

4．5PC数控的数字化连续运动控制

4．5．1连续运动的数字化驱动

4．5．2连续运动的数字化直接控制

4．5．3连续运动的数字化闭环控制

4．5．4连续运动的数字化转角．线位移双闭环控制

第5章 PC数控的高级控制方法

5．1高速Pc数控的轨迹前瞻控制方法

5．1．1问题的提出

5．1．2前瞻控制方法

5．1．3前瞻控制的实现

5．2高速Pc数控的合成轨迹误差控制方法

5．2．1进给轴跟随误差对轨迹精度的影响

5．2．2从控制角度提高合成轨迹精度的途径

5．2．3轨迹误差增益匹配控制方法

5．2．4轨迹误差交叉耦合控制方法

5．2．5轨迹误差预测补偿控制方法

5．2．6轨迹误差仿真学习控制方法

5．3基于PC数控的虚拟轴机床控制方法

5．3．1虚拟轴机床的概念

5．3．2Stewart平台并联机床的控制

5．3．3超长行程高速混联机床的控制

5．4基于Pc数控的位姿自适应控制方法

5．4．1问题的提出

5．4．2位姿自适应控制原理

5．4．3位姿自适应控制的基本方法

5．5基于STEP．NC的PC数控方法

5．5．1STEP-NC的基本概念

5．5．2基于STEP-NC的Pc数控系统的组成

5．5．3STEP-NC数控系统的新方法

第2部分 PC数控系统

第6章 PC数控系统的体系结构

6．1NC+Pc的复合式结构

6．2PC+NC的递阶式结构

6．3PC+I／0的软件化结构

6．4PC+功率接口的集成化结构

6．5PC+实时网络的分布式结构

第7章 PC数控的硬件系统

7．1PC数控系统的硬件平台

7．1．1Pc硬件系统的基本结构

7．1．2PC的中央处理器

7．1．3PC桥路系统

7．1．4PC系统总线

7．2Pc数控硬件系统的总体结构

7．2．1Pc数控硬件系统的组成

7．2．2基于通用Pc的数控系统硬件结构

7．2．3基于工业PC的数控系统硬件结构

7．2．4基于Pcl04的数控系统硬件结构

7．2．5基于usB的数控系统硬件结构

7．3基于ISA的数控硬件模块设计

7．3．1ISA总线信号的定义

7．3．2ISA模块设计要点

7．3．3ISA模块设计实例

7．4基于PCI的数控硬件模块设计

7．4．1PCI。总线信号定义

7．4．2数控硬件模块与PCI总线的接口

7．4．3PCI模块设计实例

7．5基于uSB的数控硬件模块设计

7．5．1uSB接口芯片选择

7．5．2uSB模块设计要点

7．5．3uSB模块设计实例

7．6无线数控硬件模块设计

7．6．1总体方案

7．6．2数控装置接口电路

7．6．3执行装置接口电路

第8章 PC数控的软件系统

8．1PC数控系统的软件平台

8．1．1DOS

8．1．2Windows

8．1．3Linux／RTL,inux

8．2PC数控软件系统的总体结构

8．2．1Pc数控软件系统的组成及主要模块的功能

8．2．2Pc数控软件系统的实现方案

8．2．3实时域与非实时域模块的协调运行与信息交换

8．3基于前后台结构的PC数控软件系统设计

8．3．1基本考虑

8．3．2总体结构

8．3．3关键问题

8．4基于Windows平台的Pc数控软件系统设计

8．4．1基本考虑

8．4．2总体结构

8．4．3关键问题

8．5基于RTIAnux平台的PC数控软件系统设计

8．5．1基本考虑

8．5．2总体结构

8．5．3关键问题

第9章 PC数控的驱动系统

9．1交流电动机的结构特点与数学模型

9．1．1三相交流电动机的结构特点

9．1．2交流电动机双轴理论基础

9．1．3d-a坐标系下同步电动机的数学模型

9．1．4d-a坐标系下异步电动机的数学模型

9．2交流驱动系统的电力变换电路

9．2．1电力变换电路的基本结构

9．2．2三相逆变电路的PwM控制

9．2．3三相逆变电路的SPWM控制

9．3交流进给驱动系统

9．3．1正弦波永磁同步电动机驱动系统

9．3．2方波型永磁无刷电动机驱动系统

9．3．3感应异步电动机驱动系统

9．4交流主轴驱动系统

9．4．1交流异步伺服主轴驱动系统

9．4．2交流异步调速主轴驱动系统

9．4．3交流同步伺服主轴驱动系统

9．5交流驱动系统的数字化控制

9．5．1基于PC的数字化位置控制

9．5．2基于DSP的全数字化控制

9．5．3PC+DsP的数字化控制

9．5．4基于Pc的集成化数字控制

第10章 PC数控的零传动驱动系统

10．1直流直线电动机进给驱动系统

10．1．1直流直线电动机的结构与工作原理

10．1．2电磁力的控制

lO．1．3速度与位置控制

10．1．4直流直线电动机驱动系统的优缺点

10．2交流永磁同步直线电动机进给驱动系统

10．2．1交流永磁同步直线电动机的基本结构

10．2．2交流永磁同步直线电动机的工作原理

10．2．3电磁力的控制

10．2．4速度与位置控制

10．2．5交流永磁同步直线电动机进给驱动系统的优缺点

10．3交流异步直线电动机进给驱动系统

10．3．1交流异步直线电动机的基本结构

10．3．2交流异步直线电动机的工作原理

10．3．3电磁力的控制

10．3．4速度与位置控制

10．3．5交流异步直线电动机驱动系统的优缺点

10．4数控转台与摆头的零传动驱动系统

10．4．1问题的提出

10．4．2旋转零传动驱动的环形伺服电动机

10．4．3旋转零传动驱动系统的位置传感器

10．4．4旋转零传动驱动的控制系统

10．5交流异步电主轴系统

10．5．1交流异步电主轴的基本结构

10．5．2交流电主轴系统的电力变换电路

10．5．3交流异步电主轴的驱动控制系统

10．5．4交流异步电主轴存在的问题

10．6永磁同步电主轴系统

10．6．1永磁同步电主轴的基本结构

10．6．2永磁同步电主轴的控制方法

10．6．3永磁同步电主轴的驱动控制系统

第11章 PC数控的开关量控制系统

11．1开关量计算机控制系统的基本结构与工作原理

11．1．1开关量计算机控制系统的基本结构

11．1．2开关量计算机控制器的工作原理

11．2PC数控的开关量控制系统与PC化PLC

11．2．1PC数控的开关量控制系统

11．2．2Pc化PLC的总体结构

11．2．3Pc化PLC的硬件系统

11．2．4Pc化PLC的软件系统

11．3PC化PLC的主要功能

11．4PC化PLc的内部资源与外部接口

11．4．1PC化PLC的内部资源

11．4．2Pc化PLc的外部接口

11．4．3输入、输出接口的硬件电路

11．5PC化PLC的控制程序设计

11．5．1PLC的编程指令

11．5．2基本控制程序设计

11．5．3综合控制程序设计

第12章 PC数控的网络化控制系统

12．1网络化PC数控系统的基本概念与总体结构

12．1．1数控系统的联网通信与联网控制

12．1．2网络化Pc数控系统的基本概念

12．1．3网络化Pc数控系统的总体结构

12．1．4网络化Pc数控系统对网络系统的要求

12．2网络化PC数控系统的底层控制系统

12．2．1网络数控底层通信与控制系统的特点

12．2．2基于sERCOS总线的底层控制系统

12．2．3基于现场总线PROFIBuS的底层控制系统

12．2．4基于现场总线cAN的底层控制系统

12．3网络化Pc数控系统的上层控制系统

12．3．1基于工业以太网的上层控制系统

12．3．2基于MAP网的上层控制系统

12．4网络化Pc数控系统的无线通信系统

12．4．1问题的提出

12．4．2基于蓝牙无线网的底层通信系统

12．4．3基于802．11x无线网的上层通信系统

第3部分 PC数控技术应用

第13章 PC数控系统的典型应用

13．1Pc数控系统在车床上的应用

13．1．1车床用PC数控系统的应用功能

13．1．2Pc数控系统与车床的连接

13．1．3车床数控系统的操作

13．1．4车床数控系统的特殊应用功能

13．2Pc数控系统在铣床上的应用

13．2．1五坐标数控铣床的结构特点

13．2．2Pc数控系统与五轴铣床的连接

13．2．3铣床数控系统的操作

13．2．4五轴数控系统应用中的特殊问题

13．3Pc数控系统在加工中心上的应用

13．3．1加工中心用PC数控系统的主要功能

13．3．2数控系统与加工中心的连接

13．3．3刀库与换刀控制

13．3．4加工中心数控系统应用中的特殊问题

13．4PC数控系统在线切割机床上的应用

13．4．1线切割加工技术的发展

13．4．2多坐标线切割机床的结构特点

13．4．3基于Pc数控平台的线切割机床控制系统

13．4．4多坐标线切割机床的数控编程

13．5Pc数控系统在激光加工设备上的应用

13．5．1激光加工控制的要求

13．5．2激光加工数控系统的总体结构

13．5．3激光加工数控系统的关键环节

13．6Pc数控系统在快速原型制造设备上的应用

13．6．1快速原型制造的基本原理

13．6．2基于Pc数控平台的RPM控制系统

13．6．3RPM设备控制中的特殊问题

第14章 PC数控系统的特殊应用

14．1Pc数控系统在机器人控制中的应用

14．1．1机器人控制与机床控制的共性与特殊性

14．1．2基于Pc数控平台的机器人控制系统

14．1．3Pc数控系统用于机器人控制的特殊问题

14．2PC数控系统在坐标测量机上的应用

14．2．1坐标测量机的结构与工作原理

14．2．2基于Pc数控平台的测量机控制系统

14．2．3Pc数控系统对测量过程的控制

14．2．4基于PC数控平台的测量数据处理

14．3基于Pc数控的实物映射加工系统

14．3．1问题的提出

14．3．2基于Pc数控的实物映射加工系统的组成

14．3．3实物映射加工系统的关键环节

14．4基于PC数控的智能寻位加工系统

14．4．1问题的提出

14．4．2智能寻位加工的概念与方法

14．4．3智能寻位加工系统的组成

14．4．4智能寻位加工系统的关键环节

14．5基于Pc数控的自动导引车控制系统

14．5．1自动导引车的概念

14．5．2AGVS控制系统的组成

14．5．3基于Pcl04的车载控制器

第15章 基于PC数控的网络化制造系统

15．1系统的总体结构

15．2信息流子系统

15．2．1信息流系统的地位和作用

15．2．2管理层网络系统的组建

15．2．3现场层网络系统的组建

15．2．4分布式数据库系统的组建

15．3运行管理子系统

15．4生产调度子系统

15．5过程控制子系统

15．6设备控制子系统

15．6．1设备控制系统的总体结构

15．6．2CAN总线接口

15．6．3联网通信软件

15．6．4联网控制软件

参考文献