時間：2022-03-04 13:23:01
開篇：寫作不僅是一種記錄，更是一種創造，它讓我們能夠捕捉那些稍縱即逝的靈感，將它們永久地定格在紙上。下面是小編精心整理的12篇數控機床論文，希望這些內容能成為您創作過程中的良師益友，陪伴您不斷探索和進步。
論文摘要:文章對數控機床的爬行與振動故障原因作了簡單分析，指出一些診斷排故的方法和策略
數控機床是集機、電、液、氣、光等為一體的自動化機床，經各部分的執行功能，最后共同完成機械執行機構的移動、轉動、夾緊、松開、變速和換刀等各種動作，實現切削加工任務。工作時，各項功能相互結合，發生故障時也混在一起，故障現象和原因并非簡單一一對應。一種故障現象可能有幾種不同的原因，大部分故障以綜合形式出現，數控機床的爬行與振動就是一個明顯的例子。
數控機床進給伺服系統所驅動的移動部件在低速運行時，出現移動部件開始不能啟動，啟動后又突然作加速運動，而后又停頓，繼而又作加速運動，如此周而復始，這種移動部件忽停忽跳，忽快忽慢的運動現象，稱為爬行；而當其高速運行時，移動部件又出現明顯的振動。這一故障現象就是典型的進給系統的爬行與振動故障。
造成這類故障的原因有多種可能，可能是因為機械部分出現了故障所導致，也可能是進給系統電氣部分出現了問題，還可能是機械部分與電氣部分的綜合故障所造成，甚至可能因編程有誤也會產生爬行故障。
一、分析機械部分原因與對策
因為數控機床低速運行時的爬行現象往往取決于機械傳動部分的特性，高速時的振動又通常與進給傳動鏈中運動副的預緊力有關，由此數控機床的爬行與振動故障可能會在機械部分。
如果在機械部分，首先應該檢查導軌副。因為移動部件所受的摩擦阻力主要是來自導軌副，如果導軌副的動、靜摩擦系數大，且其差值也大，將容易造成爬行。盡管數控機床的導軌副廣泛采用了滾動導軌、靜壓導軌或塑料導軌，如果導軌間隙調整不好，仍會造成爬行或振動。對于靜壓導軌副應著重檢查靜壓是否到位，對于塑料導軌可檢查有否雜質或異物阻礙導軌副運動，對于滾動導軌則應檢查預緊措施是否良好。關注導軌副的也有助于分析爬行問題，導軌副狀態不好，導軌的油不足夠，致使溜板爬行。這時，添加油，且采用具有防爬作用的導軌油是一種非常有效的措施。這種導軌油中有極性添加劑，能在導軌表面形成一層不易破裂的油膜，從而改善導軌的摩擦特性防止爬行。
其次，要檢查進給傳動鏈。因為在進給系統中，伺服驅動裝置到移動部件之間必定要經過由齒輪、絲杠螺母副或其他傳動副所組成的傳動鏈。定位精度下降、反向間隙增大也會使工作臺在進給運動中出現爬行。通過調整軸承、絲杠螺母副和絲杠本身的預緊力，調整松動環節，調整補償環節，都可有效地提高這一傳動鏈的扭轉和拉壓剛度（即提高其傳動剛度），對于提高運動精度，消除爬行非常有益；另外傳動鏈太長，傳動軸直徑偏小，支承座的剛度不夠也是引起爬行的因素。因此，在檢查時也要考慮這些方面是否有缺陷，逐個排查。
二、分析進給伺服系統原因與對策
如果故障原因在進給伺服系統，則需分別檢查伺服系統中各有關環節。數控機床的爬行與振動問題屬于速度問題，與進給速度密切相關，所以也就離不開分析進給伺服系統的速度環，檢查速度調節器故障一是給定信號，二是反饋信號，三是速度調節器自身故障。根據故障特點（如振動周期與進給速度是否成比例變化）檢查電動機或測速發電機表面是否光整；還可檢查系統插補精度是否太差，檢查速度環增益是否太高；與位置控制有關的系統參數設定有無錯誤；伺服單元的短路棒或電位器設定是否正確；增益電位器調整有無偏差以及速度控制單元的線路是否良好，應對這些環節逐項檢查、分類排除。
三、其它因素
有時故障既不是機械部分的原因，又不是進給伺服系統的原因，有可能是其它原因如編程誤差。如FANUC6M系統數控機床在一次切削加工時出現過載爬行。經過仔細核查，發現電動機故障引起過載，更換電動機過載消除，可爬行還是存在。先從機床著手尋找故障原因，結果核實傳動鏈沒問題，又查進給伺服系統確認無故障，隨后對加工程序進行檢查，發現工件曲線的加工，采用細微分段圓弧逼近來實現，而在編程中用了G61指令，也即每加工一段就要進行一次到位停止檢查，從而使機床出現爬行現象，將G61改為G64指令連續切削，爬行消除。
如果故障既有機械部分的原因，又有進給伺服系統的原因，很難分辨出引起這一故障的主要矛盾，這是制約我們迅速查出故障原因的重要因素。面對這種情況，要進行多方面的檢測，運用機械、電氣、液壓等方面的綜合知識，采取綜合分析判斷，排除故障。
數控機床是技術密集和知識密集的設備，故障現象是多樣的，其表現形式也沒有簡單的規律可遵循，這就要求維修的技術人員要有電子技術、計算機技術、電氣自動化技術、檢測技術、機械理論與實踐技術、液壓與氣動等較全面的綜合技術知識，還要求具有綜合分析和解決問題的能力。
參考文獻：
【關鍵詞】數控機床;操作人員;操作規程;使用環境;開動率;機床故障
數控機床是綜合應用計算機、自動控制、自動檢測及精密機械等高新技術的產物,是技術密集度及自動化程度很高的典型機電一體化加工設備。它與普通機床相比,其優越性是顯而易見的,不僅零件加工精度高,產品質量穩定,且自動化程度極高,可減輕工人的體力勞動強度,大大提高了生產效率,特別值得一提的是數控機床可完成普通機床難以完成或根本不能加工的復雜曲面的零件加工,因而數控機床在機械制造業中的地位愈來愈顯得重要。但我們要清醒地認識到,能否達到數控機床以上所述的優點,還要看操作者在生產中能不能恰當、正確地使用。下面從操作者的角度來談一下數控機床使用中應注意的事項,以保證數控機床的優越性得以充分發揮。下載論文
1.提高操作人員的綜合素質
數控機床的使用比使用普通機床的難度要大,因為數控機床是典型的機電一體化產品,它牽涉的知識面較寬,即操作者應具有機、電、液、氣等更寬廣的專業知識,因此對操作人員提出的素質要求是很高的。目前一個不可忽視的現象是數控機床的用戶越來越多,但機床的利用率卻不高,當然有時是生產任務不飽滿,但還有一個更為關鍵的因素是數控操作人員素質不夠高,碰到一些問題不知如何處理,特別是新購機床,由于電子元器件的質量問題,以及運輸中受到的振動等因素影響,在正式投產3～6個月內數控系統出現一些故障現象,往往在維修手冊中是查不到的,也可能以前從未遇到過,這就要求使用者具有較高的素質,能冷靜對待問題,頭腦清醒,現場判斷能力強,當然還應具有較扎實的數控基礎等。一般情況下,新購機床時機床廠家會為用戶提供技術培訓的機會,時間雖然不長,但他們的針對性很強,用戶應予以重視,所送人員應包括以后的機床操作者。操作人員綜合素質的提高不是一時二時的事,而要抓長久,在日后的使用中應不斷積累,還有一個值得一試的辦法是走訪一些同類機床的老用戶,他們有很強的實踐經驗,最有發言權,可請求他們的幫助,讓他們為操作者進行一定的培訓,這是短時間內提高操作人員綜合素質最有效的辦法。
2.遵循正確的操作規程
不管什么機床,它都有一套自己的操作規程。它既是保證操作人員安全的重要措施之一,也是保證設備安全、產品質量等的重要措施。使用者必須按照操作規程正確操作,如果機床在第一次使用或長期沒有使用時,先使其空轉幾分鐘,使用中注意開機、關機的順序和注意事項(如開機后首先要用手動或用程序指令自動回參考點),這些對初學者尤其應引起足夠重視,因為他們缺乏相應的操作培訓,往往在這方面容易犯錯。
3.創造一個良好的使用環境
隨著科學技術的進步,一般來說,數控機床的使用環境沒有什么苛刻要求,可放置于普通機床一樣的生產車間。話雖然這么說,但由于數控機床中含有大量的電子元件,它們最怕陽光直接照射,也怕潮濕和粉塵、振動等,這些均可使電子元件受到腐蝕變壞或造成元件間的短路,引起機床運行不正常,這些一般在安裝機床時就已經注意了。對于使用者而言,主要是注意周圍環境的保護,比如說下雨天,就要注意不要將雨傘帶到生產現場,更換鞋子等。
4.盡可能提高機床的開動率
數控機床購進后,如果它的開動率不高,這不但使用戶投入的資金不能起到再生產的作用,還有一個令人擔憂的問題是很可能因過保修期,設備發生故障需支付額外的維修費用,因為新購進的設備都有一定時間的保修期限,從以往的經驗來看,CNC設備在使用初期故障率相對來說往往大一些,用戶就應在這期間充分利用機床,使其薄弱環節盡早暴露出來,在保修期內得以解決。平常缺少生產任務,也不能空閑不用,這不是對設備的愛護,反而由于長期不用,可能由于受潮等原因加快電子元器件的變質或損壞。使用者要定期通電,每次空運行1小時左右,利用機床運行時的發熱量來去除或降低機內的濕度。
隨著計算機應用技術和網絡技術的迅速發展，數控系統的功能極大地提高。由于以太網的前景普遍被看好，各大數控生產商紛紛推出了具有以太網功能的數控系統。在DNC(DistributedNumericalControl)領域也出現了一種新型的數控機床網絡型式――基于以太網絡的DNC。以太網聯接是指將具有以太網功能的加工中心等數控機床以以太網的方式組網，實現單臺微機對多臺CNC的集中控制，其網絡構成結構如圖1所示。在這種方式下，DNC軟件開發商通常要根據數控生產商提供的開發軟件包進行二次開發，具體針對不同的數控系統開發出各自的通訊接口軟件。本文介紹的基于以太網的數控機床網絡控制系統JCSDNC(Ethernet)是針對FANUC系統開發的，適用于配有FANUC0iB/15i/16i/18i/21i，PowerMatei-D/H系統的機床組網。
構建以太網監控網絡對數控系統的要求
機床以太網監控網絡要求數控系統在硬件上具有以太網功能，即具有以太網卡或快速以太網卡，在“軟件”方面則要求CNC具有內置的以太網函數。其內部通訊處理機制如圖2所示。對于內置以太網卡，通訊過程的處理是通過CNC的CPU。這就意味著CNC的運行條件會影響內置以太網卡的通訊，相應地，內置以太網卡的通訊狀況也會影響CNC的處理過程。
內置以太網函數的處理優先級低于如下操作：自動循環或手動方式下每個主軸的運動控制。因此，在自動運行期間，通訊速度將會降低。另一方面，由于內置以太網函數的優先級高于CNC的屏幕顯示操作、C語言執行器(除高級任務)、宏命令執行器(除執行宏)。在執行內置以太網的通訊時，這些操作將會被延時處理。
由以太網方式聯接的網絡傳輸速度明顯地較串口高，每秒傳輸速率可以達到10M、100M。并且，由于加工中心的CNC系統內置了一些函數接口，使以太網聯接可以實現控制計算機和數控系統的直接通訊。也就是說，在這種方式下不但可以實現通訊數據的快速傳輸，而且可以在主控計算機端自動獲得完全的設備信息、生產信息、遠程控制加工中心，為自動化生產創造更完備的條件。
數控機床網絡控制系統要更好的適應生產的需要，在傳統DNC軟件的功能基礎上還需具備四個功能模塊：NC程序管理模塊、現場監控模塊、遠程監控模塊以及基于Internet進行遠程訪問的數據通信部分。
功能模塊
NC程序管理模塊
NC程序作為加工過程中重要資源之一，對其進行高效的數據化管理已經成為DNC軟件不可缺少的一部分。NC程序的管理根據管理目標對象，分為對程序進行生命周期內的管理和NC程序內部信息管理。
在本模塊中對NC程序的整個生命周期進行了嚴格的管理，從NC程序的生成到消亡都提供一套嚴格的管理手段。在不同時期，對NC程序的狀態可設置為編輯、審核、定型三種，其工作過程如圖3所示。程序的最初狀態是可以自由編輯的，經過審核後可以開始進行試加工。而程序一旦經試切驗證完成后就到達定型狀態，不能再進行編輯，直至消亡。
對NC程序的內部屬性進行管理主要包括程序號、程序注釋、零件圖號、所加工的零件號、加工工序號、加工范圍、機床、用戶信息等進行管理。在本系統中可對程序根據圖號、零件名稱、工序、機床等進行多種條件的復合查尋，同時對加工程序編輯歷程、所用刀具清單、工藝卡片等進行管理。
現場監控模塊
現場監控模塊是實現遠程監控系統的基礎。通過五類線或超五類線與具有以太網功能的數控機床直接聯接，可以實現控制、監測和對數控機床的診斷。此外，目前市場上有一些軟件生產商把只具有串口通訊功能的加工中心以以太網方式甚至是無線方式聯接。這兩種方式在本質上是區別于以太網聯接的，它們只是通過轉接口變換了聯接方式，將串行數據轉變成以太網方式傳輸，其通訊的瓶頸依然存在于串口通訊。但這種做法可以克服工廠施工條件惡劣、布線不便等問題。
本模塊與CNC進行通訊，可以實時采集數控機床的加工狀態、聯網狀態、刀具信息、操作履歷，以及對刀具壽命進行管理。并且通過一定的權限確認，可以在線修改各種設備參數和運行參數，從而實現底層設備的完全監控。通過對采集到的工況數據進行處理，可以及時獲取加工業績、機床利用率等生產管理所需要的數據，如圖4所示。
遠程監控模塊
遠程監控模塊是利用計算機技術和網絡技術，提供廣域范圍內共享資源的平臺，并為實時監測監控、故障診斷提供支持。用戶可以隨時通過網絡查詢設備運行狀態以及設備現場的工況，對生產過程進行實時的遠程監控，如圖5所示。甚至可以將機床的梯形圖傳送至遠程的控制主機，用梯形圖實施機床故障的遠程診斷。為保證生產的安全性，梯形圖必須用密碼保護，以防無關人員修改。
基于Internet的數據通訊模塊
由于生產狀況的千變萬化，生產過程中會出現很多隨機的情況，因此不同地點、不同部門的專業人員要對同一設備進行工作，就需要有一個自由交流的平臺，通過網絡實現信息交互、經驗交流，最終實現設備的遠程監控。本模塊在基于網絡技術的基礎上，為客戶提供了文字交流的平臺，如圖6所示。
FANUC系統的以太網功能是通過以太網卡或FANUC快速以太網卡遵循TCP/IP協議實現的。網絡控制軟件要與數控機床進行正常通訊，需進行以下設置：
設置控制計算機側的TCP/IP協議；
設置CNC側的以太網卡和內置以太網函數；
物理連接個人計算機和CNC。
JCSDNC(Ethernet)的應用
引言
近年來,數控機床大量用于制造業中,成為企業生產的關鍵設備,帶來很大的效益;但是數控機床的先進性、復雜性、智能化高的特點,也使數控機床維護保養工作要求較高,出現的故障種類增多,診斷較為困難。
1合理地使用數控機床
1.1數控機床的工作場地選擇
(1)避免陽光的直接照射和其它熱輻射、避免太潮
濕或粉塵過多的場所,盡量在空調環境中使用,保持室溫20℃左右。由于我國處于溫帶氣候、受季風影響、溫
度差異大,對于精度高、價格貴的數控機床,應置于有空調的房間中使用。(2)要避免有腐蝕氣體的場所。因
腐蝕氣體易使電子元件變質,或造成接觸不良,或造成
元件短路,影響機床的正常運行。(3)要遠離振動大的設備(如沖床、鍛壓設備等)。對于高精度的機床還應采用防振措施(如防振溝等)。(4)要遠離強電磁干擾源,使
機床工作穩定。
1.2數控機床的電源
數控系統對電源要求較嚴,一般要求工作電壓為220V±10%。針對我國供電工況,對于有條件的企業,可
為數控機床采取專線供電或增設穩壓裝置,以減少供電品質差的影響,為數控系統的正常運行提供有力保證。
1.3數控機床配置合適的自動編程系統
手工編程對于外形不太復雜或編程量不大的零件
程序,簡單易行。當工件比較復雜時(如凸輪或多維空
間曲面等),手工編程周期長(數天或數周)、精度差、易
出錯。因此,快速、準確地編制程序就成為提高數控機床使用率的重要環節;為此,有條件的用戶最好配置必
要的自動編程系統,提高編程效率。
1.4數控機床配置必要的附件和刀具
為了充分發揮數控機床的加工能力,必須配備必要
的附件和刀具。切忌花了幾十萬元錢買來一臺數控機床,因缺少一個幾十元或幾百元的附件或刀具而影響整
機的正常運行。由于單獨簽訂合同購買附件的單價大大高于隨同主機一起供貨的附件單價,因此,有條件的企業盡量在購買主機時一并購置易損部件及其它附件。
1.5加工前的準備
加工前要審查工件的數控加工工藝性,應重視生
產技術準備工作(包括工件數控加工工藝分析、加工程
序編制、工裝與刀具配置、原材料準備及試切加工等)
以縮短生產準備時間,充分提高數控機床的使用效率。
合理安排適合在數控機床加工的各種工件,安排好數控機床加工運轉所需的節拍。
1.6為維修保養做好準備
建立一支高水平的維修隊伍,保存好設備的完整
.數控機床的常見故障
2.1故障發生的階段
故障是指設備或系統因自身原因而喪失規定功能的現象。發生故障具有相同的規律,一般分為三個區域:
(1)初期運行區,故障率較高,故障曲線呈上升趨勢,此區故障多數屬于設計制造和裝配缺陷造成的。(2)正常
運行區,此時故障曲線趨近水平,故障率低,此區故障一
般是由操作和維護不良造成的偶發事故。(3)衰老區,此區故障率大,故障曲線上升快,主要原因是運行過久、機
件老化和磨損過度造成的。
2.2故障的分類
按結構分為機械和電氣兩類;按故障源分為機械故障和控制故障兩類;就其數控系統而言分為硬件故障、軟件故障、干擾故障三類。要判斷是機械方面故障
還是控制系統故障,其分析方法是:先檢查控制系統,
看程序能否正常運行,顯示和其它功能鍵是否正常,有無報警現象等;再檢查電機和檢測元件,是否能正常運轉,有無間歇或抖動現象,有無定位不準等問題。如果沒有上述問題,則可初步判斷故障原因在機械方面,著重檢查傳動環節。檢查傳動環節時應使電機斷電,用手動并配合打表檢查機器。
3.數控系統的常見故障分析
(1)位置環。這使數控系統發出控制指令,并與位
置檢測系統的反饋值相比較,進一步完成控制任務的
關鍵環節;它有很高的工作頻度,并與外設相聯接,容易發生故障。常見的故障有:1)位控環報警:可能是測量回路開路,測量系統損壞,位控單元內部損壞。2)不
發指令就運動,可能是漂移過高,正反饋,位控單元故
障,測量元件損壞。3)測量元件故障,一般表現為無反饋值;機床回不了基準點;高速時漏脈沖產生報警,可
能的原因是光柵或讀頭臟了;光柵壞了。
(2)伺服驅動系統。它與電源電網、機械系統等相關聯,工作中一直處于頻繁的啟動和運行狀態,也是故
障多發部位。其主要故障有:1)系統損壞。一般由網絡電壓波動太大或電壓沖擊造成。地區電網質量不好,會給
機床帶來電壓超限,尤其是瞬間超限,若無專門的電壓監控儀,則很難測到。在查找故障原因時,要加以注意,
還有一些是由于特殊原因造成的損壞。2)加工時工件表面達不到要求,走圓弧插補軸換向時出現凸臺,電機低
速爬行或振動,這類故障一般是由于伺服系統調整不當,各軸增益系統不相等或與電機匹配不合適引起,解
決辦法是進行最佳化調節。3)保險燒斷,或電機過熱,以至燒壞,這類故障一般是機械負載過大或卡死。
(3)電源部分。電源失效或故障的直接結果是造成系統的停機或毀壞整個系統。一般在歐美國家,這類問
題較少,在設計方面的因素考慮的不多;但在中國由于電源波動較大、質量差,還隱藏有高頻脈沖類的干擾,加上人為的因素(如突然拉閘斷電等),這些原因可造成電源故障失控或損壞。再者,數控系統部分運行數
據、設定數據以及加工程序等一般存貯在RAM存貯器內,系統斷電后依靠電源的后備蓄電池或鋰電池保持。
因而,停機時間比較長,拔插電源或存貯器都可能造成數據丟失,使系統不能運行。
(4)可編程序控制器邏輯接口。數控系統的邏輯控制(如刀庫管理,液壓啟動等),主要由PLC實現,必須采
集各控制點的狀態信息(如斷電器,伺服閥,指示燈等),它與外界繁多的各種信號源和執行元件相連接,
變化頻繁,發生故障的可能性較多,故障類型較多。
(5)其它。由于環境條件,例如干擾,溫度,濕度超過允許范圍,操作不當,參數設定不當,都可能造成停
機或故障。不按操作規程拔插線路板,或無靜電防護措施等,也可能造成停機故障甚至毀壞系統。
4常見故障的排除方法
(1)初始化復位法。一般情況下,由于瞬時故障引起的系統報警,可用硬件復位或開關系統電源依次清
除故障;若系統工作存貯區由于掉電、拔插線路板或電池欠壓造成混亂,則必須對系統進行初始化清除,清除前應注意作好數據拷貝記錄;若初始化后故障仍無排除,則需進行硬件診斷。
(2)參數更改、程序更正法。系統參數是系統功能的依據,參數設定有誤可能造成系統的故障或某功能
無效。有時由于用戶程序錯誤亦可造成故障停機,對此可以采用系統的塊搜索功能進行檢查,改正所有錯誤,確保正常運行。
(3)調節、最佳化調整法。調節簡單易行的辦法,可通過對電位計的調節,修正系統故障。通過調節速度調
節器的比例系數和積分時間,可使伺服系統達到既有較高的動態響應特性,又不發生振蕩的最佳工作狀態。在現場沒有示波器或記錄儀的情況下,根據經驗,先正向調節使電機起振,然后向反向慢慢調節,直到消除震蕩即可。
(4)備件替換法。采用好的備件替換診斷出的壞線路板,并做相應的初始化啟動,使機床迅速投入正常運轉,
然后將壞板修理或返修,這是目前最常用的排故辦法。
(5)改善電源質量法。目前一般采用穩壓電源,以改善電源波動。對于高頻干擾可用電容濾波法,通過這
些預防性措施可減少電源板的故障。
(6)維修信息跟蹤法。一些大的制造公司根據實際工作中屬于設計缺陷造成的偶然故障,可以不斷修改和完善系統軟件或硬件。這些修改以維修信息的形式不斷提供給維修人員,以此做為故障排除的依據,有利于正確徹底地排除故障。
礎上已設計了一套新型應力應變測試系統,該系統集
數據采集和處理功能于一體,減少了中間環節,操作更便捷、更簡單且測試結果更精確[22]。
結束語
SHPB裝置是研究材料動載特性的理想工具,SHPB
測試裝置的發展是力學、材料學、計算機等技術在應用
領域的綜合集成。各學科的協同發展將有力地推動
SHPB技術應用范圍的擴大以及SHPB測試技術的提高。
參考文獻
[1]馬嘵青.沖擊動力學[M].北京:北京理工大學出版社,1992.
[2]KolskyH.Aninvestigationofthemechanicalpropertiesofmaterials
關鍵詞：改造；數控車床；質量控制
如果對所用的普通車床和長時間使用的車床不進行改造，僅購買新的數控車床，則會增加許多生產廠家設備方面的成本。所以生產廠家對普通車床及長時間使用的車床進行數控化改造是必經之路。
由于進行數控化改造對于改造廠家來說，較雜又亂，但如何對改造的數控機床進行質量控制則是我們一直以來需要探討的問題，在此談一下如何進行改造數控車床的質量控制。
普通車床數控改造分為新機改造和舊機改造，新機改造是用戶購買普通車床或普通光機（指僅帶床頭箱和縱、橫向導軌的車床），改造廠家根據其要求進行數控化改造。舊機改造是指用戶將已經使用過的普通車床或數控車床進行翻新并進行數控化改造。其中舊機改造包括大修車床改造和用戶舊機部件改造。在此淺談改造數控車床在機械方面的質量控制方法、著重控制點和檢驗過程。
一、新機改造和舊機大修車床改造都必須經過如下相同改造
(1)更換X軸、Z軸絲桿、軸承、電機。
(2)增加電動刀架和主軸編碼器。
(3)增加軸向電機的驅動裝置，限制運行超程的行程開關，加裝變頻器（客戶需要）以及為了加工和安全所需的電氣部分。
(4)X軸、Z軸的絲桿兩端支承面的配刮、滾珠絲桿副托架與床鞍的配刮、床身與床鞍導軌副進行配刮。
(5)據需要增加防護設施，如各向絲桿的防護罩，安全防護門，行程開關的防護裝置。
二、新機改造和舊機大修車床改造的不同點
(1)新機改造的主軸和尾座部分未進行改動，主軸部分和尾座部分無須進行再改造。
(2)舊機大修車床由于經過長時間使用，導軌已磨損，為了保證大修后，能繼續長時間使用而不變形，必須經過淬火工序，然后磨導軌，且磨導軌后必須保證導軌硬度≥HRC47。
(3)舊機大修車床應根據客戶需要對主軸部分和尾座部分進行改造和調整。
三、新機改造和大修機床改造的精度檢驗是檢驗的重要項目
精度檢驗執行JB/T8324.1-1996《簡式數控臥式車床精度》。
四、新車床改造的精度質量控制如下
(1)鏟刮檢驗。新車床改造經過對X軸、Z軸的絲桿兩端支承面的進行配刮、對滾珠絲桿副托架與床鞍進行配刮、床身與床鞍導軌副進行配刮等。車床的主軸、尾座部分未拆動。檢驗方法如下：用配合面進行涂色，相互配合面進行結合，并相對摩擦，然后對鏟刮面進行鏟刮點數檢驗，并對結合處用塞尺進行結合程度檢驗，其中刮研點不得低于6點/25*25mm，0.03mm的塞尺塞結合處，不入。
(2)絲桿與導軌平行度檢驗：裝配絲桿時，絲桿與導軌的平行度必須≤0.02mm。
(3)精度檢驗的G1項中導軌在垂直平面內的直線度(只許凸)應由普通車床廠家進行保證，不作為重點檢驗項目。
(4)精度檢驗中的主軸部分精度G4、G5、G6項也應由普通車床廠家進行保證，不作為重點檢驗項目。
(5)G11項床頭、尾座兩頂尖的等高度由普通車床廠家進行保證，不作為改造廠家質量控制的重點項目。
五、用戶大修車床改造的精度檢驗
由于進行了磨導軌，基準面已變動，所以精度檢驗中的所有項目必須進行檢驗，且應嚴格進行控制，以保證改造后的使用性能。
六、大修車床改造和新機改造的其它質量重要控制點
(1)銹蝕檢查：各橫、縱向導軌面，主軸、主軸法蘭盤，尾座空心套和各
(2)外露非油漆表面都必須采取防銹措施，如清洗干凈后，用脂等進行防銹檢查：鏟刮面、絲桿和軸承在進行裝配前必須清洗干凈，不得留有紅丹粉、鐵削和其它臟物質；電箱內側、防護罩內側無灰塵、臟物。
(3)滲漏檢查：大修車床改造的主軸軸承和齒輪等必須保持，大修車床改造和新車床改造的軸向絲桿和軸承必須有，必須有冷卻裝置，且以上和冷卻中接頭處，油、水箱等處都不得有滲漏現象。
(4)機床噪聲、溫升、轉速、空運轉試驗：
①主軸在各種轉速下連續空運轉4min，其中最高轉速運轉時間不小于2小時。整機空運行時間≥16h，對圓弧、螺紋、外圓、端面等循環車削進行模擬空運行試驗。
②主軸軸承溫度穩定后，測軸承溫度及溫升滾動軸承：溫度≤70℃，溫升≤40℃；滑動軸承：溫度≤60℃，溫升≤30℃。
③機床噪聲聲壓級空運轉條件下≤83dB(A)，且機床有無不正常尖叫、沖擊聲。各軸方向進給運動進行應平穩，無明顯振動、顫動和爬行現象。
④機床連續空運轉試驗在規定連續空運轉時間內，無故障，運行可靠，穩定。
(5)用戶更換部件（包括機床部分的維修）的改造：由于車床更換部件的改造項目較多，主要是更換主軸軸承、軸向絲桿、軸向電機、軸向軸承和系統。
①更換主軸軸承：由于更換主軸軸承是為了保證加工外圓和端面的精度，必須在更換軸承后，先行檢驗主軸的噪聲在無異常的情況下，整機噪聲聲壓級不得超過83dB（A），然后進行加工精度檢驗，并檢驗加工工件的表面粗糙度。
②更換軸向絲桿檢驗：檢驗各向位置精度，確保在規定范圍內，跑機運行達到軸向運行無不正常的沖擊聲和雜音。更換軸向電機：由于其它項目未進行改造，則檢驗僅對跑機運行的噪聲進行檢驗，軸向運行無不正常的沖擊聲和雜音。檢驗其軸向反向間隙，以防在裝配中由于裝配引起反向差值不符合要求。
關鍵詞：數控機床控制技術
數控機床是機電一體化的典型產品，數控機床控制技術是集計算機及軟件技術、自動控制技術、電子技術、自動檢測技術、液壓與氣動技術和精密機械等技術為一體的多學科交叉的綜合技術。隨著科學技術的高速發展，機電一體化技術迅猛發展，數控機床在企業普遍應用，對生產線操作人員的知識和能力要求越來越高。
一、數控機床的優點與缺點
(一)數控機床的優點
對零件的適應性強，可加工復雜形狀的零件表面。在同一臺數控機床上，只需更換加工程序，就可適應不同品種及尺寸工件的自動加工，這就為復雜結構的單件、小批量生產以及試制新產品提供了極大的便利，特別是對那些普通機床很難加工或無法加工的精密復雜表面(如螺旋表面)，數控機床也能實現自動加工。
加工精度高，加工質量穩定。目前，數控機床控制的刀具和工作臺最小移動量(脈沖當量)普遍達到0.0001mm，而且數控系統可自動補償進給傳動鏈的反向間隙和絲杠螺距誤差，使數控機床達到很高的加工精度。此外，數控機床的制造精度高，其自動加工方式避免了生產者的人為操作誤差，因此，同一批工件的尺寸一致性好，產品合格率高，加工質量穩定。
生產效率高。由于數控機床結構剛性好，允許進行大切削用量的強力切削，從主軸轉速和進給量的變化范圍比普通機床大，因此在加工時可選用最佳切削用量，提高了數控機床的切削效率，節省了機動時間。與普通機床相比，數控機床的生產效率可提高2—3倍。
良好的經濟效益。使用數控機床進行單件、小批量生產時，可節省劃線工時，減少調整、加工和檢驗時間，節省直接生產費用；同時還能節省工裝設計、制造費用；數控機床加工精度高，質量穩定，減少了廢品率，使生產成本進一步下降。此外，數控機床還可實現一機多用，所以數控機床雖然價格較高，仍可獲得良好的經濟效益。
自動化程度高。數控機床自動化程度高，可大大減輕工人的勞動強度，減少操作人員的人數，同時有利于現代化管理，可向更高級的制造系統發展。
(二)數控機床的缺點
數控機床的主要缺點如下：價格較高，設備首次投資大；對操作、維修人員的技術要求較高；加工復雜形狀的零件時。手工編程的工作量大。
二、數控機床的種類
數控機床的種類很多，主要分類如下：
按工藝用途分類。按工藝用途，數控機床可分類如下。普通數控機床：這種分類方式與普通機床分類方法一樣，銑床、數控錨床、數控鉆床、數控磨床、數控齒輪加工機床等。加工中心機床：數控加工中心是在普通數控機床上加裝一個刀庫和自動換刀裝置而構成的數控機床，它可在一次裝夾后進行多種工序加工。
按運動方式分類。按運動方式，數控機床可分類如下：點位控制數控機床。數控系統只控制刀具從要有數控鉆床、數控坐標錘床、數控沖剪床等。直線控制數控機床：數控系統除了控制點與點之間的準確位置以外，還要保證兩點之間移動的軌跡是一條直線，而且對移動的速度也要進行控制。這類機床主要有簡易數控車床、數控銷、銑床等。輪廓控制數控機床：數控系統能對兩個或兩個以上運動坐標的位移及速度進行連續相關的控制，使合成的運動軌跡能滿足加工的要求。這類機床主要有數控車床、數控銑床等。
按伺服系統的控制方式分類。按伺服系統的控制方式，數控機床可分類如下。開環控制系統的數控機床。閉環控制系統的數控機床。半閉環控制系統的數控機床。
按數控系統的功能水平分類。技功能水平分類，數控系統可分類如下。經濟性數控機床。經濟性數控機床大多指采用開環控制系統的數控機床價格便宜，適用于自動化程度要求不高的場合。中檔數控機床。這類數控機床功能較全，價格適中，應用較廣。高檔數控機床。這類數控機床功能齊全，價格較貴。
三、數控機床控制技術的發展
機械設備最早的控制裝置是手動控制器。目前，繼電器—接觸器控制仍然是我國機械設備最基本的電氣控制形式之一。到了20世紀奶年代至50年代，出現了交磁放大機—電動機控制，這是一種閉環反饋系統，系統的控制精度和快速性都有了提高。20世紀60年代出現了晶體管——晶閘管控制，由晶閘管供電的直流調速系統和交流調速系統不僅調運性能大為改善，而且減少了機械設備和占地面積，耗電少，效率局，完全取代了交磁放大機—電動機控制系統。
在20世紀的60年代出現丁一種能夠根據需要方便地改變控制程序，結構簡單、價格低廉的自動化裝置—順序控制器。隨著大規模集成電路和微處理器技術的發展及應用，在20世紀70年代出現了一種以微處理器為核心的新型工業控制器——可編程序控制器。這種器件完全能夠適應惡劣的工業環境，由于它具備了計算機控制和繼電器控制系統兩方面的優點，故目前已作為一種標準化通用設備普通應用于工業控制。
隨著計算機技術的迅速發展，數控機床的應用日益廣泛，井進一步推動了數控系統的發展，產生了自動編程系統、計算機數控系統、計算機群控系統和天性制造系統。計算機集成制造系統及計算機輔助設計、制造一體化是機械制造一體化的高級階段，可實現產品從設計到制造的全部自動化。
綜上所述，機械設備控制技術的產生，并不是孤立的，而是各種技術相互滲透的結果。它代表了正在形成中的新一代的生產技術，已顯示出并將越來越顯示出強大的威力。
關鍵詞： 數控機床 制造強國 發展趨勢
數控技術是先進制造技術中的一項核心技術，由數控機床組成的柔性化制造系統是改造傳統機械加工裝備產業、構建數字化企業的重要基礎裝備，它的發展一直備受制造業的關注，其設計、制造和應用的水平在某種程度上代表了一個國家的制造業水平和競爭力。近年來，國內機床設備和技術的發展在市場需求旺盛的情況下，設備以滿足市場和用戶需求為主，在高性能加工的設備和技術上并沒有進行很好的研究和技術儲備，在市場趨于平穩的時期，我國的機床工業勢必會更加缺乏競爭力。因此，國家將數控機床作為重點支持的產業項目，在發展規劃中明確了發展高速、高精度數控加工設備作為主要的支持發展方向，將提升裝備水平和核心技術放在重要的位置。
“機床是裝備制造業的工作母機，實現裝備制造業的現代化，取決于我國的機床發展水平。振興裝備制造業，首先要振興機床工業，要大力發展國產數控機床”。振興裝備制造業，機床工業需先行，這是一條經濟發展的客觀規律。在國民經濟快速發展的拉動和國家產業政策的正確引導下，中國機床工業行業發展迅速，產銷兩旺，行業綜合水平落后的面貌得到改變。進入21世紀以來，隨著我國國民經濟實力的快速增長，我國制造業在國際上的地位日益提高。目前，我國正處在工業化的中期階段，制造業仍然是國民經濟的主體和支柱。但從總體上看，我國制造業與先進國家的差距還比較明顯。有人坦言：“無論今后科學技術怎樣進步，發展先進的制造業將是人類社會永恒的主題，制造業也將永遠是人類社會的‘首席產業’。”在當今世界上，高度發達的制造業和先進的制造技術已經成為衡量一個國家綜合經濟實力和科技水平的最重要標志。制造業最重要的基礎是裝備制造業。現在我國已是制造業大國，但并不是制造業強國。目前我國的裝備制造業水平有限，以至于不能很好地滿足現代化機械生產的需要。而現代制造業發展的主要方向體現在信息化制造方面，其中自動化、智能化制造則是裝備制造業中的主導技術，這對于高速、高精度、低消耗的產品制造來說尤為重要。
數控機床是近展起來的具有廣闊發展前景的新型自動化機床，是高度機電一體化的產品。隨著科學技術的發展，機械產品的結構越來越合理，其性能精度和效率日趨提高，因此對加工機械產品零部件生產設備――機床也相應提出了高性能高精度與高自動化的要求。大批量的產品，如汽車拖拉機與家用電器的零件，以及航空航天、內燃機、軍工、汽車、船舶等行業需要的重要加工設備，尤其是高剛性、高精度、高穩定性、高復合型的精密數控臥式銑鏜床更是航天和軍工企業急需的關鍵設備。
“十一五”期間，國家對裝備制造業提出要求：變“制造大國”成為“制造強國”，調整產業結構，重點開發高檔數控機床，提升行業水平。自主開發高速精密臥式機床，研究其相關的設計和制造技術并取得突破，對國家在高端裝備領域擁有自主知識產權和核心競爭力，將起到至關重要的影響。隨著工業技術的發展，各行各業對高速數控機床的需求也越來越多。2010年9月8日國務院召開常務會議審議并原則通過《國務院關于加快培育和發展戰略性新興產業的決定》，高端裝備制造、節能環保、新一代信息技術、生物、新能源、新材料和新能源汽車七個產業作為重點領域將集中力量加快推進，國家將加強財稅金融等政策扶持力度。國務院發展研究中心產業部部長馮飛預計，未來十年將是戰略性新興產業蓬勃發展的十年，到2020年，戰略性新興產業占工業增加值比重可望達到20%以上。機床工業由于技術含量和工藝要求極高，屬于技術和資本密集型產業，行業壁壘很高，無論在國內還是全球范圍，行業格局變化都比較緩慢。機床本屬于機械行業，而機械行業與下游行業固定資產投資密切相關。下游行業每年固定資產投資中，約60%用于購買機械產品。設備工器具購置在固定資產投資中的比例保持在20％左右，并長期保持穩定。因此在機床行業下游產業中，固定資產投資的主要部分都是用來購買裝備制造工具――機床。通過統計發現，機床下游行業固定資產投資增速遠快于全社會平均增速水平。數控機床的需求來自于下游的機械行業固定資產投資，2011年汽車及零部件、航空航天設備、高速列車、軍工、電子信息、電力設備、船舶、工程機械、模具等高端裝備業崛起，行業產能高速擴張，繼續帶動數控機床消費的高速增長。羅百輝表示，2011年高端裝備自主創新勢頭將更為強勁，繼續帶動機械工業15%以上的增速。目前我國正處于重化工業化時期，這是超脫于經濟短期波動、在近幾十年里對中國經濟產生巨大影響的因素，對我國機械工業的發展也起著促進作用。它與長期向好的中國宏觀經濟一樣，成為機械工業近30年來持續快速發展的最好注解。所謂重化工業化時期，也就是工業化的中期，即從解決短缺為主的開放逐步向建設經濟強國轉變，煤炭、汽車、鋼鐵、房地產、建材、機械、電子、化工等一批以重工業為基礎的高增長行業發展勢頭強勁，構成了對機床市場尤其是數控機床的巨大需求。中國已經超過德國，成為世界第一大機床市場。數控機床已成為機床消費的主流。預計2015年數控機床消費將超過60億美元，臺數將超過10萬臺。數控系統的發展趨勢是：①平臺數字化。②運行高速化。③加工高精化。④功能復合化。⑤控制智能化。⑥伺服驅動高性能控制。中高檔數控機床的比例會大幅增加，經濟型數控機床的比例不會有太大變化，而非數控的普通機床的需求將會大幅度減少。
參考文獻：
［1］張江華.TK7640數控銑鏜床的運動誤差分析及其補償（碩士論文），2007.
［2］暢越星.數控落地銑鏜床主軸箱動力學分析與結構設計研究（碩士論文），2007.
［3］李軍華，數控機床主傳動齒輪綜合嚙合剛度研究（碩士論文），2007.
［4］張利平主編.液壓氣動技術速查手冊.北京，化學工業出版社，2006.
［5］姚銀歌.大型數控落地銑鏜床CAE與主軸箱優化設計研究及應用（碩士論文），2010.
［6］姜華.高速精密臥式加工中心開發的關鍵技術研究（博士論文），2007.
關鍵詞：Solidworks，開放式數控系統，數控銑床，三坐標
隨著數控機床的普及，采用數控機床己成為機械制造業改革的主要方向，如何能高質量、高效率、低費用的培訓操作人員成為亟待解決的問題之一。由于數控機床的教學比較抽象需要借助實驗來加深對課堂知識的理解，生產用的數控機床一般價格都比較昂貴，軟件也不是開放式的結構，無法用于學生的實驗教學。因此設計一種功能齊全，結構簡單，軟件結構開放，低成本，且具有代表性的教學實驗型微型數控機床可以滿足教學實驗的要求。
1 總體方案的確定
實驗型微型數控銑床以開放式CNC體系為指導思想，在Windows98下開發系統的硬件、軟件。本研究將用Delphi語言、Solidworks及Protel軟件完成對該數控銑床整體結構的設計和控制系統的接口電路(IO/TIMER控制板)、驅動電路、有關外圍電路、相應控制軟件的設計。繪制出試驗型數控銑床的虛擬樣機，根據零件圖，設計零件制造的工藝；在零件加工完成后，進行裝配調試，完成微型數控銑床的制作。
2 機械部分設計
微型銑床的機械部分是機床的主體部分，其設計計算主要包括：總體傳動方案的確定，電機、主軸、絲杠的選取等。機械部分Solidworks虛擬制圖如圖1所示
圖1 銑床的機械部分虛擬制圖
2.1 機床總體傳動方案的確定
本機床可以實現X軸、Y軸和Z軸三坐標聯動。X軸、Y軸的進給是通過電機帶動絲杠，絲杠又與螺母傳動來實現。電機與絲杠的連接可以通過銷釘來實現。在傳動過程中電機帶動絲杠做旋轉運動，螺母沿導軌做水平移動，從而帶動工作臺運動。論文參考網。Z軸的進給也是通過電機帶動絲杠，絲杠又與Z軸螺母傳動來實現。主軸套與Z軸螺母相連，在傳動過程中電機帶動絲杠做旋轉運動，螺母沿導軌做上下移動，從而帶動主軸做上下運動。
2.2 設計計算部分
2.2.1 主軸的選取和校核
1）主軸選取
立式銑削切削力的計算:
由機械設計手冊[1],對高速鋼圓柱銑刀:
其參數按實際加工過程中平均銑削條件為準選取:
對圓柱銑刀逆加工:
主軸材料為 40Cr 鋼取C=102
2）主軸校核
2.2.2 滾珠絲杠的選取
由最大動載荷Q值和導程P可以選擇滾珠絲杠的型號為：CWM165-2.5-P3。
3機床控制部分設計
3.1系統硬件組成
經過分析，本三坐標數控系統決定采用單CPU結構(采用的控制PC機主頻達到797MHz)。本三坐標數控銑床主要用于教學演示故對精度要求不是特別高，采用開環控制方式，用步進電機驅動輸出，設計數控接口電路進行定時中斷、脈沖輸出以及其它開關量的輸入輸出。論文參考網。論文參考網。其數控系統硬件組成如圖2所示[2－4]
3.1.1接口電路設計
本數控接口電路主要完成外部開關量的輸入和步進電機的控制以及一些機床輔助功能的實現，性能優良、工作可靠。接口電路的結構如圖3所示[5－6]。
3.1.2步進電機驅動器輸出控制電路
為了輸出脈沖去控制三個方向的步進電機，以及接收機床行程開關等開關量信號，在電路設計中設計了兩片可編程接口芯片8255，可以對48點數字量進行I/O操作。但本微型數控銑床三坐標數控系統中僅用到了一片8255，另一片暫時未用，用于以后的功能擴展。使用的8255的 PA口、PB口、PC口均工作在基本輸入輸出方式。8255控制字格式如下：
D7：1，D6：0，D5：0，D4：0，D3：0，D2：0，D1：0，D0:0,
即控制字為80H
用Delphi編寫CNC程序，初始化8255：
procedure TForm1.FormCreate(Sender: Object);
begin
asm
mov al,80H
mov dx,0213H
out dx,al
……
end；
在實時中斷服務程序中，用8255經光電隔離向三個方向的步進電機驅動器輸出控制信號，進而控制三個方向步進電機的運動，如圖4所示。
4 結束語
型微型數控銑床具有體積小，價格低，功能完善，安全系數高，是三坐標驅動和生產型數控銑床工作原理相同，且具有開放的軟硬件結構，基于以上的優點微型數控銑床將具有廣泛的應用前景。
參考文獻：
[1] 邱宣懷．機械設計[M]．北京.高等教育出版社，1997：324-373
[2] 趙玉剛，宋現春．數控技術[M]．機械工業出版社，2003：200-206
[3] 趙國勇，趙玉剛，趙福玲等．基于Windows98磁粒光整加工CNC系統的開發研究[J]．大連理工大學學報，2005,(1)：75-78
[4] 趙玉剛，王敏．基于IPC和Windows的激光加工CNC系統[J]．機電一體化，1999,(5)：24-27
[5] 鄭學堅，周斌．微型計算機原理及應用[M]．清華大學出版社，2001：200-223
[6] 趙玉剛．具有圖形編程和仿形編程功能的CNC系統軟件[J]．大連理工大學學報，1999,(1)：120-122
論文關鍵詞：工程訓練 數控教學 仿真技術
論文摘要：介紹了工程技術訓練中心數控設備與教學的概況，以及科研項目對機械加工的需求及其特點。分析表明，工程訓練中心與科研團隊存在巨大的合作前景，可以在改善教學的同時推進科研項目的進展。
一、引 言
工程訓練中心是培養工科學生的一個重要基地，各學校在工程訓練中心的建設過程中投入巨大，除基本的金屬切削機床、材料成型設備外，各種數控機床、特種加工機床、精密測量等設備也已經成為工程實踐教學的主力裝備。2008年11月，國家機械制造基礎及工程訓練課程指導委員會就《普通高校工程訓練中心建設基本要求》作了詳細闡述，其中數控設備至少應有：6臺數控車床、3臺數控銑床、2臺數控切割機床，并且各學校可根據實際教學需要，增加一定數量的加工中心，工程訓練中心除教學任務外，還有巨大的潛力可以挖掘。同時，隨著我國經濟的迅速發展，國家在科學研究上的投入力度越來越大，這些科研項目對機械加工都有著巨大的需求，但這些需求一般為單件或者小批量，并且設計尚未完善或者一直處于改進之中，與現代企業的大批量生產存在一定脫節，而工程訓練中心的硬件設施與任務恰好能夠滿足科研項目中機械加工的需求，同時又能改善學生的學習條件。
二、數控機床的特點及教學
數控機床是指可以通過計算機編程，進行自動控制的機床。與普通機床相比，數控機床具有很多優點：高柔性，適合單件、小批量生產，適合新產品的開發；加工精度高、加工質量穩定可靠、生產率高，數控機床的加工自動化，免除了普通機床上工人的疲勞、粗心、估計等人為誤差，提高了產品的一致性；并且數控機床對操作工人的要求降低，一個普通機床的高級技工，不是短時間內可以培養的，而相對來說數控機床操作工人培養時間極短（如數控車工需要一周即可，還會編寫簡單的加工程序）。
由于數控技術教學和培訓都離不開數控機床，而數控機床本身價格比較昂貴，同時訓練過程不可避免地存在誤操作過程，這對機床安全是一個巨大的隱患，同時數控機床的數量有限，難以滿足大量學生實踐訓練的需求。而隨著計算機技術的發展，數控機床加工仿真技術得到了迅猛發展，很好地解決了這些矛盾。數控加工仿真是一種先進的計算機人機交互技術，具有生動的界面和強大的顯示功能，圖形大小、顏色、觀察視角以及刀具的形狀等都可由操作者自行設計以滿足不同的監控與學習要求；仿真系統的通用性較強，其語法診斷功能可以幫助學生學習編程。在模擬過程中，系統能及時提供錯誤信息以及刀具相對移動軌跡的顯示以及最終加工的立體效果，很容易發現和修改編寫程序的錯誤，高仿真界面及動態的模擬仿真系統可有效地顯示代替機床實際運行狀況并且還能夠提示操作信息，使數控機床的編程操作易于課堂化教學，從而既節省了機床設備和實習消耗，降低了實做危險，又大大提高了教學效率，規避了實習人員的操作風險。數控加工仿真系統采用了與數控機床操作系統相同的模擬界面，使其具備了整個加工過程的模擬仿真能力，即使仿真系統在模擬中出現人為的編程或操作失誤也不會危及學生和機床安全，學生反而還可以從中吸取大量的經驗和教訓，所以說它是初學者理想的實驗、實踐工具。因此，數控加工仿真技術在數控教學領域的應用日益廣泛［1］［2］。 轉貼于 當然，數控加工仿真技術同真正的數控機床存在一定的差別，容易引起以下弊端：（1）過于依賴計算機完成所有的操作，因為圖紙繪制、G代碼生成、仿真加工都可在計算機上完成，仿真與實際機床之間存在各種差異；（2）忽略加工工藝，仿真系統的仿真加工過程速度一般為5倍（調節范圍：1-100），使得操作人員忽略進給速度、刀具轉速和加工質量等；（3）無法保證加工質量，由于仿真軟件只能仿真加工過程，對于零件的表面粗糙度和尺寸精度等無法保證。
因此，數控教學必須采用數控加工仿真與實訓操作相結合的方法，即先通過仿真系統讓學生對數控編程有一定的了解，再通過實訓操作使學生理解仿真與機床實訓的差別，不能僅僅為了學生和機床安全廢除實訓操作，這樣既可大大減少學生理解錯誤而產生的各種機床損壞及人身傷害，又可提高學生的實際操作技能。
三、科研團隊與工程訓練中心的合作前景
隨著中國經濟的迅速發展，國家和其他組織在科研上的投入力度越來越大，其中理工類的科研對機械加工有著巨大的需求。絕大部分新產品開發或者新技術在開發過程中，對產品的需求并不明確或者存在一個逐漸深化的過程，對零部件的定型需要一個漫長的、反復的過程，需要對零件進行單件或者小批量的試制、修改。一般的科研團隊在機械加工方面的人員、設備力量非常薄弱，如果把這些任務交給企業去做，往往價格昂貴而又費時。而這恰恰是工程訓練中心的強項，并且科研團隊中往往有一大批計算機基礎很好的研究生，利用數控機床的仿真軟件，可以較快地學習數控設備的操作技術。一般說來，在工程訓練中心學習的主要群體是低年級的學生，也有少數高年級的學生，這些學生在此學習的目標往往比較簡單，僅僅是學習基本的操作技術，加工零件也僅僅是作為練習。如果科研團隊與工程訓練中心合作，對科研團隊的研究生進行培訓，訓練他們自己進行機械加工的能力，不僅能節省大量時間促進科研進程，更重要的是積累了加工經驗，這有助于后續的設計與改進。同時，對本科生來說，與研究生一起操作數控機床不僅僅是練習了，而是在生產在科研，能夠極大地提高他們的積極性，培養自信心，增加他們的知識面，能夠進一步推動高年級本科生進實驗室的潮流，部分優秀的低年級學生也能參與到科研中，這對本科生的其他課程學習是非常有益的。
四、結 論
數控機床加工仿真技術已經成為數控教學的重要方法，這種方法功能強大、成本低、安全可靠，可在短時間內大量培訓數控操作工，這些特點與科研項目存在互補之處，雙方合作是互惠互利的，既能改善教學條件，又能推動科研項目的進展。
參考文獻
關鍵詞：數控機床設計；模糊評價；層次分析法
對產品的形態進行設計，其主要的目的就是要實現產品檔次的提高、產品精神功能的滿足、產品市場份額的增加等。因此，在產品工業設計的內容中，形態設計是較為重要的設計內容。隨著科技的發展，產品的形態對于功能的依附不斷弱化，而更加注重客戶的精神需求、個性表現等內容。隨著控制系統可靠性的不斷提高，為數控機床外形的個性設計奠定了技術基礎。
一、數控機床的造型設計概述
針對數控機床造型方面有較多的研究，其中桑書林主要研究的對象為數控機床人機工程設計原則，蔡鴻明以專家系統原理為骨架實現了設計評價體系的構造，譚振宇研究了數控機床造型風格一向認知，趙道致在數據機床造型在設計中應用了質量功能展開模型與優化決策模型，朱上針對人機工程意向制度評價進行了方法及機制等方面的研究，趙江洪依據意向評價構建了數控機床造型形象信息模型，張軍依據認知實驗研究方法實現了機床設計知識的應用與轉化模型的構建。這些研究中，數控機床造型的特點及設計方面的研究視角主要為意象感知、網絡協同、人機工程等，評價策略方面的研究視角主要為語義差異法、質量功能屋等。在這些研究中，缺乏數控機床綜合評價體系與評價方法的研究。
二、模糊評價模型
（一）模糊層次分析法
美國LAZADEH在1965年發表了論文――“模糊集合”，在論文中對模糊性現象進行了定量的描述，并提出了模糊性現象的分析與運算的方法[1]。在模糊評價法應用的過程中，首先應對評價參數進行選擇與明確，不同的評價參數在評價中所發揮的作用也具有差異性，因此需要對參數的權重因子進行分別的確定。在評價參數及其權重因子確定之后，依據參數的特點進行擬合隸屬函數的確定，按照相關的評價標準按照模糊變換的方式得到隸屬度值，最終實現模糊綜合評價。
美國ALSAATY教師在20世紀70年代提出了層次分析法，這種方法屬于系統分析方法，最為顯著的特點就是實現了定性分析與定量分析的結合。在層次分析法中，要對因素進行兩兩比較，從而確定因素的相對重要性，最終實現上層要素對下層元素的權重判斷矩陣，從矩陣中明確元素兩兩之間的相對重要序列。
在參差分析法中主要包括五個步驟，即“明確問題――建立層次分析結構模型――構造判斷矩陣――層次單排序――層次總排序”，通過五個步驟的計算之后得到各層構成要素對于總目標的組合權重，依據組合權重得到不同可行方案的綜合評價值，從而依據評價值選擇最佳方案[2]。AHP在判斷矩陣構建的過程中需要進行元素的兩兩比較，因此其在一致性的檢驗方面存在較大的難度；模糊層次分析法在模糊一致性判斷矩陣的構造過程中需要進行元素的兩兩比較，再依據模糊一致矩陣對元素的相對重要性權重進行確定。
（二）模糊評價模型
在對數控機床工藝設計進行評價的過程中，模糊層次分析法的基本流程如圖1所示。
三、建立綜合指標評價體系
（一）分解評價指標
在數控機床的設計過程中，涉及到的因素包括人機因素、形態因素、色彩因素、裝飾因素等，此外還包括社會評價因素、經濟評價因素等，實現了感性因素與理性因素之間的統一[3]。因此，在對數據機床設計進行評價的過程中，要選擇多層次、多目標的分類評價模型。通過對通用造型評價標準的參照，將評價指標體系的結構確定為三層，通過AHP法對評價目標進行細分與分解，從而得到數據機床造型設計方案評價指標體系如圖2所示。
（二）評價指標權重
專家對N1，N2，……，Nn進行兩兩對比從而確定重要性，得到模糊一致矩陣：R=（rij）m×n，有s個方案需要進行評價指標的確定，從而確定s個方案關于決策準則的決策權重。
1.建立模糊判斷矩陣
通過兩兩比較實現判斷矩陣的構成，利用模糊三角對專家的意見進行整合，從而實現模糊判斷矩陣的構建。
2.模糊權重向量確定
通過列向量幾何評價法確定R=（rij）m×n的模糊權重向量：
總結：
實現層次分析法與模糊理論之間的相互結合，通過評價指標的體系分解與權重計算實現評價矩陣的建立，從而對數控機床工業設計進行評價，實現模糊層次分析評價數學模型的構建與應用，對企業設計方案的評價及優化有著非常重要的指導意義。
參考文獻
[1]王桂萍，賈亞洲，周廣文. 基于模糊可拓層次分析法的數控機床綠色度評價方法及應用[J]. 機械工程學報，2010，03（32）：141-147.
[2]王佑軍，余劍峰，何衛平，楊海成. NC 機床評價系統中機床人機工程多級模糊評價方法研究[J]. 機械科學與技術，2010，06（76）：42-44.
【關鍵詞】數控機床；網絡；DNC系統；構建；應用
計算機網絡技術的飛速發展促進了社會網絡信息化的進程，在機械制造業中網絡技術同樣得到了廣泛的應用和推廣。利用網絡技術對制造業中的數控機床系統進行管理，在提高生產效率方面取得了明顯的優勢成果。網絡DNC技術相對于原有的FMS來說具有很強的優勢性，因其少投資、低風險、效率高的獨特優勢尤其受到中小型機械制造企業的青睞。DNC網絡系統主要強調信息的集成和自動化管理，將制造業中的各個設備，如加工設備、測量設備等等，利用網絡連接成一個系統的整體并對其進行全方面的有效管理，在提高生產率，充分發揮設備的性能等都發揮了積極的促進作用。
1、機床網絡DNC系統的結構分析
1.1 點對點型通信結構。此種通信結構在數控機床DNC網絡發展的早期被廣泛的應用。其網絡的構建主要是利用數控機床的RS232C/422串口進行通信，其實現形式是建立在局域網的基礎上，以一臺計算機對應連接一臺數控機床進行通信。此種通信結構的優點在于連接簡單，而且投資成本較低，實現起來比較容易。但是其對通信距離具有很大的限制，而且對于RS232C接口，其容易受到外界的干擾，容易導致誤碼的出現，可靠性不高。而且其所能夠連接的設備受限制，較難對其系統進行擴展。
1.2 局域網型通信結構。此種通信結構適用于本身具有網絡接口的數控機床。機床采用網絡接口能夠直接實現車間的局域網連接。此種通信結構作為一種比較先進的通信結構形式能夠很好的實現數據的傳輸和共享。其具有良好的糾錯能力，較高的可靠性，同時容易將其擴展，通信效率較高。但是因為其結構的復雜性，使其很容易遭受電子干擾且投資較大，而且容易受到地理位置的限制。
1.3 現場總線型通信結構。現場總線型通信結構作為面向現場和車間的數字、串行的數據總線通信網絡，已經成為現代機床網絡系統的主要網絡形式。此種通信結構具有節省投資、準確性高、可靠性好的優點，而且其結構組成簡單，組裝起來也很方便。但是其在兼容性方面表現較差，開發比較困難。
2、服務器軟件的設計
在DNC網絡系統的中心服務器上設置服務器軟件以提供服務于客戶端。在機床網絡DNC系統的服務器中心，主要包含以下服務器軟件模塊：
（1）通訊服務軟件。機床的通信服務通常需要采用串口通訊軟件、NFS服務軟件和FTP服務軟件其通信提供軟件支持。機床串口通信服務軟件在根據機床協議的要求進行自主的開發，也可以直接采用商品化的軟件，以滿足企業的需要為前提條件。NFS軟件為帶網絡接口的機床的通訊服務，本論文研究的DNC系統采用的是CIMCO NFS Serve。FTP服務軟件為Fanuc系列帶網絡接口的機床的通訊服務，本論文研究的DNC系統使用MS IIS。
（2）數據服務軟件。此服務軟件作為數據存儲的中間處理層，其主要功能在于對機床和計算機直接的通訊以文件的形式進行存儲和傳遞，除了對通信服務器的世界起到監視作用之外，還可以對數據庫的信息進行讀寫和操作。數據服務軟件的工作流程如下圖1所示：
（3）Web服務軟件。此軟件作為客戶端和數據庫的中間層，其功能在于對應用程序的規則進行封裝、對于訪問數據庫的各個細節進行屏蔽，另外給客戶端的不同應用提供統一的接口以進行訪問。使用Web服務可保持數據的統一，其便于擴充的有點也為新功能的增加提供了方便。
3、客戶端軟件的設計
對于機床網絡DNC來說，支持其應用的各種應用軟件由兩部分組成，即DNC應用軟件和管理應用軟件。對于管理應用軟件來說，其設計是建立在滿足企業需要的基礎之上，并在相關工作人員的計算機端口上進行運行。DNC應用軟件的主要作用在于為數控機床設備提供編程的借口，以DNC服務器上以WebService的形式進行運行，以為企業提供網絡服務。
3.1 DNC應用軟件。在機床網絡DNC系統中，DNC應用軟件用以接受來自企業信息系統，如：制造指令的執行系統、車間制造的信息系統等傳遞過來的加工信息指令，并將網絡DNC提供的服務加以調用，用以實現信息成為設備控制指令的轉換。DNC應用軟件可以作為企業信息系統和數控機床設備編程的一個接口來看待。對于此項接口，可以通過各方面細節，如：設備型號、通信服務協議等的封裝操作，將其打造成為一個具有一致性的機床設備編程接口，以滿足程序調用的需要。
3.2 管理應用軟件。管理應用軟件主要作用在于對機床加工過程中相關的各種元素進行有效的管理。數控加工是一個人員、設備、信息加工等多種元素參與的生產活動過程，不僅要保證一定的生產效率，還要保證產生的生產質量滿足要求。對于中小型企業來說，數控機床的生產加工過程需要對生產、分配、回收、入檔記錄等各個環節的操作。其整個生產過程需要生產組長、程序元和操作員等相互配合共同完成。因此，在管理應用軟件的設計上，可將各個加工環節建立實體關系模型，根據加工零件的工序和設備類型進行數控操作的編程，并將得出的結果予以保存和上傳。綜合分析結果進行數據庫的建立，并將對數據庫的訪問操作在WebService中進行封裝。
4、結語
將機床網絡DNC在機床制造中加以構建和應用，實現了生產信息和設備信息的網絡化管理，提高設備利用率的同時有效提高了生產的效率，實現了良好的經濟效益。機床網絡DNC的構建使機床通過網絡和計算機之間實現了雙向通訊，計算機和機床設備之間的數據交換實現了高效性和可靠性的傳送。數控程序的計劃產生、分發、回收、存檔管理更加的規范化。零件的加工工序和設備以及程序員、操作員之間實現了有效的連接，對于數控程序的執行狀態可以進行直接有效的管理，提高了生產的質量，從而帶來更好的經濟效益。
參考文獻
國家科技進步獎是中國科技界的最高獎項之一，這一項目之所以能夠獲獎，是因為它開創了中國數控制齒機床的新紀元，是中國機床行業推動數控機床產業化工程的樣板。然而鮮為人知的是，這一獲獎項目的背后，還隱藏著一個重大貢獻：它開創了產學研合作的全新模式。
■ 用中國裝備裝備中國
1999年，重慶機床集團董事長、總經理廖紹華上任時，國內機床市場格局悄然發生變化：一度以“傻大黑粗”式的傳統產品為主的機床市場，正被從國外涌進的高檔精良的數控機床蠶食，70%以上的高端市場都被國外廠商牢牢控制。作為中國第一臺制齒機床的誕生地，重機僅1998年的虧損就高達4000萬元，重機正瀕臨“停擺”的邊緣。
廖紹華沒有灰心，在困境中，他看到的是希望：制齒裝備業是涉及范圍極廣、上下游產業鏈很長的制造行業，其技術水平直接影響到汽車、船舶甚至軍工等產品的質量。制齒機床是制造裝備的“母機”，數控系統是它的“大腦”，數控制齒機床產業化不僅僅關系到一家企業的生死存亡，更關系到中國能不能更好地融入全球化分工的大潮流。強大的制造業背后一定有強大裝備工業作支撐，中國正在成為世界的制造中心，廖紹華帶領重機人喊出了“用中國裝備裝備中國”的口號。1999年，重機亮出自主創新的旗子，從此拉開數控制齒機床研發和產業化的序幕。
■ 用“自主創新”創新產學研合作模式
數控制齒機床項目是個龐大的系統工程，單靠企業的力量顯然是力不從心。重機決定與高校和科研院所合作，走產學研結合之路。
廖紹華與重慶大學制造系統工程專家劉飛教授的牽手，源自一次偶然的機會。2001年在上海世界裝備技術論壇上，劉飛闡述的“綠色再制造”理論，讓參加論壇的廖紹華興奮不已。
“綠色再制造”理論在1996年由美國制造工程師學會倡導，即使在美國，當時也還沒有廣泛地被應用于實踐。“國內特別是內陸企業家，很難嗅到這種國際前沿理論的氣息。”打動劉飛的，正是廖紹華的眼光和嗅覺。
無獨有偶，畢業于重慶大學的廖紹華也深知這位年逾花甲的老人在學術方面的造詣。劉飛身肩重慶大學制造系統工程研究所所長、重慶制造業信息化生產力促進中心主任等行政職務，并兼任國家“863”計劃專家委員會成員、重慶市政府科技顧問團顧問、國際工業工程學會理事等學術職務，是有突出貢獻的國家級專家。在劉飛的背后，還有一支由博士和碩士組成的龐大的科研團隊。
兩人的握手，很快促成重機與重大的合作。
產學研合作，往往由于企業方和科研方的出發點不盡一致，兩者很難實現“水融”。
在大學和科研院所，做項目研究是與論文、職稱、評獎聯系在一起的，而企業更看重的是實實在在的市場效益。
廖紹華明白，自主創新能否成功，首先必須用自主創新的精神和要求，來創新產學研合作模式。
重機與重大的產學研合作模式，是一次全新的自主創新。
在產權模式上，雙方簽訂了以課題的技術開發和成果產業化效益分配為主要內容的產學研合作協議，明確了高校以技術開發為主、企業以工程示范和產業化應用為主的工作分工，明確了科研經費的來源、分配以及未來效益的利益共享機制。
在組織模式上，雙方針對具體項目成立了聯合工作領導小組和工作小組。領導小組由企業領導和學校課題負責人擔任，工作小組由雙方責任部門的負責人和技術骨干組成。同時，雙方就課題的目標、內容、技術路線以及產業化實施方案等不定期地召開研討會。在日常工作中，通過工作小組聯席會加強雙方交流，并將工作進度納入企業和學校的工作計劃，責任明確到個人，進度細化到日期。
更讓人眼前一亮的是人才培養模式。圍繞具體的科研課題，重大吸納重機的優秀技術人員，結合課題任務攻讀工程碩士學位，引導他們成為課題的骨干力量；而重機又吸納重大的博士畢業生到企業從事博士后研究，引導他們成為產學研合作的中堅力量。同時，雙方還采取學校派人到企業兼職、企業派人到學校任兼職教師等方式，不斷推進雙方在人才培養方面的深度合作。
全新的產學研合作模式，很快結出累累碩果。2005年，數控制齒機床家族誕生了新的一員。由重機主導、重慶大學參與研發的七軸四聯動數控自動滾齒機開發成功并投入批量生產。它的工作效率是傳統機器的2―3倍，單件成本僅為傳統機器的60%。在它身上，完全展示出世界制造業綠色環保、自動化、柔性化、高速、高效、高精度的技術發展潮流。
令廖紹華自豪的是，這種國內首創的自動滾齒機全部為自有技術并擁有完全知識產權，與世界著名的滾齒機制造商美國格里森公司、德國利勃海爾公司的同類產品相比，加工精度和技術參數相當，而價格只有國外產品的一半。
■ 用數控機床控制機床市場
作為企業負責人，廖紹華十分清楚，用“自主創新”創新產學研合作模式，其目標不在于贏取“一城一池”，而在于激活創新的源頭，建立全新的創新體系和平臺。嘗到與重大合作的甜頭后，重機頻頻與全國眾多優秀高校和科研院所結成穩固的戰略聯盟。除了重慶大學，重慶交通大學、重慶工學院和清華大學、四川大學、湖南大學、哈爾濱工業大學、甘肅工業大學、香港蔣氏基金等，都成了重機的合作對象。
依靠這種自主創新的產學研合作模式，重機的數控高效制齒機床項目不僅榮獲2007年度國家科技進步二等獎，而且產生了顯著的經濟效益。
2007年，重慶機床集團一舉擊敗美國格里森公司，成為法國斯萊克瑪公司的供應商。在此之前，格里森作為全球最大的制齒裝備生產企業、當今世界齒輪機床領域的翹楚，一直為斯萊克瑪提供制造飛機發動機的數控機床。
和世界一流同行競技，向世界知名企業出口數控機床，這對重機而言，已不是第一次。2006年3月，韓國現代、起亞等著名汽車制造商的配套廠家――韓國某知名齒輪制造商就向重機發來訂單，要求增訂兩臺數控機床，并于當年5月再次派人到重機，聯系采購高檔數控機床等事宜。這家韓國公司在2004年就購買了重機生產的4臺同類型數控機床，使用一年后，對產品十分滿意。
