時間：2022-10-25 15:58:35
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篇機床數控化，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。
我國目前機床總量380余萬臺，而其中數控機床總數只有11.34萬臺，即我國機床數控化率不到3％。近10年來，我國數控機床年產量約為0.6～0.8萬臺，年產值約為18億元。機床的年產量數控化率為6％。我國機床役齡10年以上的占60％以上；10年以下的機床中，自動/半自動機床不到20％，FMC/FMS等自動化生產線更屈指可數（美國和日本自動和半自動機床占60％以上）?？梢娢覀兊拇蠖鄶抵圃煨袠I和企業的生產、加工裝備絕大數是傳統的機床，而且半數以上是役齡在10年以上的舊機床。用這種裝備加工出來的產品普遍存在質量差、品種少、檔次低、成本高、供貨期長，從而在國際、國內市場上缺乏競爭力，直接影響一個企業的產品、市場、效益，影響企業的生存和發展。所以必須大力提高機床的數控化率。
1 機床改造的意義
目前，我國的工廠企業，除了一些新建單位外，大多數都存在“技術老化”的問題設備役齡在15年以上的，所占比重相當大，面對這么多陳舊設備應該怎么辦？這是一個急待解決的大問題。為實現工業現代化，我們同樣要創造和引進新技術，新工藝，新設備，進行必要的設備更新。另一方面動員機械制造業的廣大職工，堅持自力更生和勤儉本企業的方針，大搞技術革新，挖掘設備潛力，更具有現實意義。而改造機床是深受大家歡迎的一種革新形式，為滿足生產的需要已經做出了重大的貢獻。例如，某機械廠生產的只要產品是板框壓濾機，生產批量很大，僅慮壓板每年需要兩萬多塊，總重量2200多噸。為了滿足生產的需要，如果設計制造一條新的加工作業線，需要投資20余萬元，便改裝成了專用加工作業線。此作業線自1960年投產以來，到現在已使用了20多年了，一直負擔者全部慮壓板的生產任務，并且加工質量很穩定。又如，這個廠利用一臺報廢了的皮帶傳動龍門刨的床身，改裝成了一臺行程8米的導軌磨，從1972年改裝成功到現在，共大修本廠機床400多臺次，協助兄弟廠大修床身百余臺，并且修磨精度高，光潔度好；然而改裝這臺機床只投資5000元，可是購買一臺新的導軌磨床卻要花費10幾萬元。
改造機床的效益是多方面的，再從提高生產率看，假設改造機床100萬臺，每臺生產率提高20%，這就等于多生產20萬臺新機床；反之，如果不對舊機床實行技術改造，當前生產的新機床在技術水平上或數量上又不能及時地滿足生產需要時，那就勢必會影響國民經濟的高速發展。通過上述事例不難看出，機床改造不但是解決設備“技術老化”的重要途徑，能夠滿足生產發展的需要，而且可以獲得十分客觀的經濟效果。
2 普通機床數控化改造的策略
隨著我國對外開放步伐的加快，我國機床加工業也進入了一個全新的發展時代。通過對國外先進技術的引進，以及我國對科技的自主攻關，開發研制出一系列具有自主版權的數控系統，為我國數控機床產業化發展打下了良好的技術基礎。我國自主研發的數控機床已達1300多個品種，具有很高的覆蓋率。目前我國新研發的數控機床絕大部分已經達到了上世紀80年代中期的國際水準，也有一部分達到了90年代的國際水準。我國對數控機床技術的研發已由研究開發階段邁向推廣應用階段，由封閉型系統向開放型系統過渡。一些單項目的數控技術已經于國際水平持平。雖然數控機床能夠生產出形狀復雜、精確度高以及多變的零部件，能夠使得加工的零部件質量得到提升，提高生產效率，但是數控機床在應用推廣過程中也受到了諸多其它條件的限制。
對舊式機床進行數控化改造，可是進行小批量零部件生產、加工出多品種且復雜的零件、零部件的加工精度和生產效率均得到提高，節約成本，縮短了生產周期，更加適合我國國情的需要。經濟型數控系統正是結合我國的國情以及實際生產的需要而誕生的。目前，我國經濟型數控機床系統發展飛快，已經研制出幾十種NC系統。經濟型數控機床主要具有如下特點：價位低廉。進口標準的數控機床需要幾十萬甚至上百萬的資金，而經濟型數控機床僅需要幾萬元，其具有較高的性價比。正因如此，其很適合在一線生產線上進行大面積的推廣。能夠滿足多種產品的生產的需要，并能夠進行中小批量的自動化生產，能滿足不同產品的需求。在普通機床上能夠加工的零件，在經濟型機床上也能進行加工，對于加工不同的零件只需要通過修改加工程序變可是實現，能夠很快的達到批量生產。產品質量較高，降低了廢品的產生率。由于數控機床的精確度較高，因此其所加工生產出的零件尺寸均統一，合格率高。能夠有效控制復雜零件加工精確度。普通機床在加工復雜零件時需要成熟技工邊加工邊與樣板進行核對，費時費力，且生產出零件質量得不到保證，而經濟型數控車床是通過程序進行加工，加工時間短，且質量有所保證。使得工人的勞動強度得到降低。經濟型數控機床的應用，使得工人擺脫了緊張而繁重的體力勞動。
3 結束語
目前，在機械加工工業中，絕大多數是舊式機床，如果改用微機控制、實現機電一體化的改造，會使機床適應小批量、多品種、復雜零件的加工，不但提高加工精度和生產率，而且成本低、周期短，適合我國國情。利用微機實現機床的機電一體化改造的方法有兩種，一種是以微機為中心設計控制部件；另一種是采用標準的步進電機數字控制系統作為主要控制裝置，前者需要重新設計控制系統，比較復雜；后者選用國內標準化的微機空控制系統，比較簡單。隨著當今工業設備對精密程度的要求越來越高，加工設備的機械加工設備的加工的精密程度也要求越來越高。而在中國的機械加工設備的車床中普通車床占了很大比例。這已經越來越制約著當今工業的發展。而數控機床由于價格昂貴，且需要較高技術的加工工人。所以對機床進行自動化改造很是必要。
參考文獻
論文摘要：本文首先介紹了機床數控化改造的必要性，而重點在于介紹如何進行機床數控化改造，包括數控系統的選擇、數控改造中對主要機械部件改裝探討和機床數控改造主要步驟，并列舉了幾個數控改造的實例，最后說明了數控改造中的問題并提出了建議。
1機床進行數控化改造的必要性
微觀上看，數控機床比傳統機床有以下突出的優越性，而且些優越性均來自數控系統所包含的計算機的威力。
由于計算機有高超的運算能力，可以瞬時準確地計算出每個坐標軸瞬時應該運動的運動量，因此可以復合成復雜的曲線或曲面。
可以實現加工的自動化，而且柔性自動化，從而效率可比傳統機床提高3～7倍。
由于計算機有記憶和存儲能力，可以將輸入的程序記住和存儲下來，然后按程序規定的順序自動去執行，從而實現自動化。數控機床只要更換一個程序，就可實現另一工件加工的自動化，從而使單件和小批生產得以自動化，故被稱為實現了“柔性自動化”。
加工零件的精度高，尺寸分散度小，使裝配容易，不再需要“修配”。
可實現多工序的集中，減少零件在機床間的頻繁搬運。擁有自動報警、自動監控、自動補償等多種自律功能，因而可實現時間無看管加工。由以上五條派生的好處。如：降低了工人的勞動強度，節省了勞動力（一個人可以看管多臺機床），減少了工裝，縮短了新產品試制周期和生產周期，可對市場需求作出快速反應等等。
以上這些優越性是前人想象不到的，是一個極為重大的突破。此外，機床數控化還是推行FMC（柔性制造單元）、FMS（柔性制造系統）以及CIMS（計算機集成制造系統）等企業信息化改造的基礎。數控技術已經成為制造業自動化的核心技術和基礎技術。
宏觀上看，工業發達家的軍、民機械工業，在70年代末、80年代初已開始大規模應用數控機床。其本質是，采用信息技術對傳統產業（包括軍、民機械工業）進行技術改造。除在制造過程中采用數控機床、FMC、FMS外，還包括在產品開發中推行CAD、CAE、CAM、虛擬制造以及在生產管理中推行MIS（管理信息系統）、CIMS等等。以及在其生產的產品中增加信息技術，包括人工智能等的含量。由于采用信息技術對國外軍、民機械工業進行深入改造（稱之為信息化），最終使得他們的產品在國際軍品和民品的市場上競爭力大為增強。而我們在信息技術改造傳統產業方面比發達國家約落后20年。如我國機床擁有量中，數控機床的比重（數控化率）到1995年只有1.9％，而日本在1994年已達20.8％，因此每年都有大量機電產品進口。這也就從宏觀上說明了機床數控化改造的必要性。
2如何進行機床數控化改造
2．1數控化改造的內容。機床與生產線的數控化改造主要內容有以下幾點：其一是恢復原功能，對機床、生產線存在的故障部分進行診斷并恢復；其二是NC化，在普通機床上加數顯裝置，或加數控系統，改造成NC機床、CNC機床；其三是翻新，為提高精度、效率和自動化程度，對機械、電氣部分進行翻新，對機械部分重新裝配加工，恢復原精度；對其不滿足生產要求的CNC系統以最新CNC進行更新；其四是技術更新或技術創新，為提高性能或檔次，或為了使用新工藝、新技術，在原有基礎上進行較大規模的技術更新或技術創新，較大幅度地提高水平和檔次的更新改造。
2．2數控系統的選擇
數控系統主要有三種類型，改造時，應根據具體情況進行選擇。
步進電機拖動的開環系統。該系統的伺服驅動裝置主要是步進電機、功率步進電機、電液脈沖馬達等。由數控系統送出的進給指令脈沖，經驅動電路控制和功率放大后，使步進電機轉動，通過齒輪副與滾珠絲杠副驅動執行部件。只要控制指令脈沖的數量、頻率以及通電順序，便可控制執行部件運動的位移量、速度和運動方向。這種系統不需要將所測得的實際位置和速度反饋到輸入端，故稱之為開環系統，該系統的位移精度主要決定于步進電機的角位移精度，齒輪絲杠等傳動元件的節距精度，所以系統的位移精度較低。該系統結構簡單，調試維修方便，工作可靠，成本低，易改裝成功。
異步電動機或直流電機拖動，光柵測量反饋的閉環數控系統。該系統與開環系統的區別是：由光柵、感應同步器等位置檢測裝置測得的實際位置反饋信號，隨時與給定值進行比較，將兩者的差值放大和變換，驅動執行機構，以給定的速度向著消除偏差的方向運動，直到給定位置與反饋的實際位置的差值等于零為止。閉環進給系統在結構上比開環進給系統復雜，成本也高，對環境室溫要求嚴。設計和調試都比開環系統難。但是可以獲得比開環進給系統更高的精度，更快的速度，驅動功率更大的特性指標?？筛鶕a品技術要求，決定是否采用這種系統。
交/直流伺服電機拖動，編碼器反饋的半閉環數控系統。半閉環系統檢測元件安裝在中間傳動件上，間接測量執行部件的位置。它只能補償系統環路內部部分元件的誤差，因此，它的精度比閉環系統的精度低，但是它的結構與調試都較閉環系統簡單。在將角位移檢測元件與速度檢測元件和伺服電機作成一個整體時則無需考慮位置檢測裝置的安裝問題。當前生產數控系統的公司廠家比較多，國外著名公司的如德國SIEMENS公司、日本FANUC公司；國內公司如中國珠峰公司、北京航天機床數控系統集團公司、華中數控公司和沈陽高檔數控國家工程研究中心。選擇數控系統時主要是根據數控改造后機床要達到的各種精度、驅動電機的功率和用戶的要求。3數控改造中主要機械部件改裝探討。
一臺新的數控機床，在設計上要達到：有高的靜動態剛度；運動副之間的摩擦系數小，傳動無間隙；功率大；便于操作和維修。機床數控改造時應盡量達到上述要求。不能認為將數控裝置與普通機床連接在一起就達到了數控機床的要求，還應對主要部件進行相應的改造使其達到一定的設計要求，才能獲得預期的改造目的。
滑動導軌副。對數控車床來說，導軌除應具有普通車床導向精度和工藝性外，還要有良好的耐摩擦、磨損特性，并減少因摩擦阻力而致死區。同時要有足夠的剛度，以減少導軌變形對加工精度的影響，要有合理的導軌防護和。
齒輪副。一般機床的齒輪主要集中在主軸箱和變速箱中。為了保證傳動精度，數控機床上使用的齒輪精度等級都比普通機床高。在結構上要能達到無間隙傳動，因而改造時，機床主要齒輪必須滿足數控機床的要求，以保證機床加工精度。
滑動絲杠與滾珠絲杠。絲杠傳動直接關系到傳動鏈精度。絲杠的選用主要取決于加工件的精度要求和拖動扭矩要求。被加工件精度要求不高時可采用滑動絲杠，但應檢查原絲杠磨損情況，如螺距誤差及螺距累計誤差以及相配螺母間隙。一般情況滑動絲杠應不低于6級，螺母間隙過大則更換螺母。采用滑動絲杠相對滾珠絲杠價格較低，但難以滿足精度較高的零件加工。
一、伺服系統的選擇
伺服系統是數控機床的重要組成部分，它既是數控系統CNC系統與刀具、主軸間的信息
傳遞環節，又是能量放大與傳遞的環節，其性能在很大程度上決定了數控機床的性能。例如，數控機床的最高移動速度、跟蹤精度、定位精度等重要指標均取決于伺服系統的動態和靜態性能。伺服系統按控制方式分為開環控制系統、半閉環控制系統和閉環控制系統三類，在普通機床的數控化改造中，一般選用價格較低的開環控制系統。該系統的執行元件――伺服電機，通常采用步進電機或永磁式交流伺服電機。步進電機是由脈沖數字信號進控制的，每轉一轉步距誤差自動變為零，易于控制，價格最低，選擇的關鍵是對參數進行確定。確定參數的具體方法是：先計算電機的步距角，確定其步距精度，然后再對它的轉矩進行選擇，最后選定步進電機驅動器。永磁式交流伺服電機常用于進給驅動系統中，容量大，結構簡單，運行可靠，效率高，但啟動特性欠佳。其選擇方法是：先確定電機的額定轉速，其次選擇負載慣量，然后再確定它的額定轉矩，進行電機預選，最后通過進一步的速度、加減速轉矩及連續工作轉矩的驗算檢驗預選電機是否符合要求。
二、數控系統的選擇
數控系統是數控機床的中樞，是最關鍵的環節。目前，市場上數控系統類型較多，選擇時要保證購得最適合的系統，就必須要充分考慮改造中各方面的因素。
1.考慮被改造機床的功能要求
根據機床的功能要求選擇數控系統，以使數控系統所具有的功能與準備改造的機床所能達到的功能相匹配。既要避免因片面追求數控系統的高性能指標，而選擇了功能遠遠多于改造機床功能的系統，造成功能過剩、資金浪費。且在一定程度上還可能潛伏數控系統復雜程度的增加帶來故障率升高的隱患，又要保證所選數控系統能滿足機床全部功能要求。不要出現一些因必須的系統功能短缺，影響其它功能的使用，使機床的優良性能發揮不出來。
2.考慮數控系統的制造廠商
老牌著名跨國公司主要有德國的西門子、日本的發那科和三菱、法國的NVM等，國內主要有華中數控、中國珠峰、北京航天等。目前，進口系統的性能優于國產系統，價格也較高，適用于大型高精度機床。國產系統功能較簡單，性能較穩定，價格便宜，對一般車床、銑床已能放心使用，且近幾年國產系統也有較大進步，與世界先進技術的差距越來越小。
3.考慮數控系統與其他配件的匹配
如果數控系統和電機及驅動器的品種、牌號太雜，在連接各部件時就可能會出現輸入與輸出信號的不匹配，及在傳送中信號產生滯后等現象。因此，選擇時要優先考慮能提供進給伺服系統和主軸驅動的廠家的數控系統。另外，在資金允許的條件下盡量向著名廠家型號系列靠攏。一般著名廠商此類系統零件篩選更嚴格，制造工藝更規范可靠，性能穩定，能更好地預防電器元件的故障或提前失效引起的設備故障，有利于維修。
三、機床機械部件的改造
1.主傳動系統的改造
在對主傳動系統進行改造時，應盡量保留原主軸箱齒輪變速換檔機構，只把主軸的正轉、反轉和停轉由原來的機械控制變為由數控系統控制。當然，如果為了擴大變速范圍，實現加工過程中的自動變速，也可以將原來的單速電機更換為多速電機，這樣可以使機床性能更好。但多速電機的功率是隨轉速的變化而變化的，所以電機功率要大，還要增加一套電機變速系統，改裝比較麻煩。對普通機床進行簡易數控改造時，最好不要用這種方法。另外，為了使改裝后的機床主傳動和進給傳動保持必然聯系，要在主軸箱內安裝一個與主軸同步旋轉的旋轉脈沖編碼器。如普通車床改裝為數控車床時，在主軸箱內裝主軸脈沖編碼器，以保證改造后的車床具備螺紋加工的功能。
2.進給傳動系統的改造
在對進給傳動系統進行改造時，一般應該把原來的進給變速傳動裝置及操縱機構全部
拆除。而每個方向的進給傳動都改成各自獨立的功率步進電機，經減速齒輪直接與帶動滑板
移動的絲杠連接，分別實現各坐標方向的運動，進行各坐標的控制。例如，普通機床的簡易化數控改裝，通常都是把原來由主軸箱到進給箱的傳動路線切斷，將溜板箱拆除，直接把齒輪減速箱和功率步進電機安裝在縱向絲杠的右端和橫向絲杠的外端。在對機床進給傳動系統改裝的同時，也要對此傳動系統中的傳動裝置元件進行相應的改造。
（1）絲杠。絲杠是將回轉運動轉換為直線運動的傳動裝置，改造時，為了滿足數控機床上較高精度零件的加工要求，應該用滾珠絲杠螺母副替換原普通機床上的梯形絲杠螺母副。滾珠絲杠螺母副把傳動絲杠與螺母之間的滑動摩擦變為了滾動摩擦，減小摩擦損失，精度保持性傳動平穩性，傳動效率等都得以提高，其傳動效率可達到92%～98%，是普通絲杠螺母副的3倍左右。
（2）拖板。拖板是數控系統直接控制的對象，不論是點位控制、直線控制，還是輪廓控制，被加工零件的最終坐標精度都將受到拖板運動精度、靈敏度和穩定性的影響。除拖板及配件精度要高外，由驅動電機到絲杠間的傳動齒輪也要采用間隙消除結構，以滿足傳動精度和靈敏度的要求。常用的消隙方法有剛度調整法和柔性調整法兩種：剛性調整法傳動剛度較好，結構簡單，但調整起來很費時；柔性調整法，一般用彈簧彈力自動消除齒側間隙，傳動剛度較低，傳動平穩性差，結構復雜。改造中，可根據機床加工目標選用，選用時可參考有關資料。
（3）機床導軌。為了使改造后的機床有較高的開動率和精度保持性，應充分考慮機床導軌的耐磨性。當前國內普通機床床身等大件多采用摩擦系數較大的普通鑄鐵，改造中，在對達不到預定要求的機床導軌進行修磨、刮研后，要在上面貼上耐磨、吸振的聚四氟飛烯軟帶。
四、刀架的改造
刀架是否需要進行改造，要根據改造后機床的主要加工對象來確定。若采用一把刀即可完成本機床上的加工，就沒有必要對刀架進行改造；若需采用多把刀，如普通車床改裝后需要三、四把刀才能完成全部車工工序，就必須對刀架部件進行改造，拆掉原手動刀架，裝上電氣或液壓驅動，由數控裝置控制的自動刀架。機床的數控化改造要考慮的因素很多，除了上面提到的主要內容外，由于機床控制方式的改變，還要對其進行電氣部分的重新設計，機
關鍵詞：數控化改造 教學設計 任務驅動
中圖分類號：G420 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2014）07（b）-0125-01
1 課程定位與設計思路
1.1 課程定位
本課程是數控設備應用與維護專業選修課程，主要完成普通機床的數控改造和數控機床原有數控系統的升級換代改造。采取工作過程導向、任務驅動的教學模式，提升學生職業崗位能力，同時拓展學生數控機床安裝調試能力，使學生能夠進一步強化數控機床機維修的能力，從而增強學生從事數控設備應用與維護的職業能力，提升數控設備維修人才的技術水平。
前修課程為：《數控機床機械裝調與檢測》、《數控機床電氣安裝與調試A》、《數控機床電氣裝調實訓》、《數控機床故障診斷與維修A》、《數控機床維修實訓》。
1.2 設計思路
通過對數控設備應用與維護專業數控機床裝調工、數控機床維修員等就業崗位的工作內容與工作過程的分析，要求從業人員不僅具備數控機床裝調、維修技能，還要能夠對普通機床進行數控化改造以及數控機床升級改造。在進行機床數控化改造時要完成以下任務。
了解用戶提供的機械零件加工要求及其生產組織情況以及用戶對機床的改造設想，通過與用戶溝通協商，制定機床的數控改造方案，對關鍵部件進行選型，確定驗收標準，然后向用戶提出報價方案。
根據企業與用戶簽訂的技術改造協議和關鍵零部件清單，設計機床改造的主軸系統、進給系統、導軌與滾珠絲杠及其驅動電機的聯接結構、電動刀架安裝結構的機械裝配圖及其相關的零部件、電氣控制系統圖及其電氣安裝圖，編制機械零部件清單和電氣元器件清單。
根據機械裝配圖及其相關的零件圖（含機械零部件清單），聯系協作企業完成相關的機械加工任務和電氣柜的制作任務。聯系相關的供應商購置機械零部件和電氣元器件（包供應部門）。
根據機械裝配圖安裝主軸系統、進給系統（導軌與絲杠）、電動刀架、硬限位與回零裝置。根據電氣原理圖和電氣安裝圖，安裝數控控制系統的兩個電氣柜。
分別進行數控機床機械系統、電氣控制系統的功能調試，繼而進行數控機床的精度檢測與調試，使其達到國家規定的數控機床檢驗標準。
根據相關的標準制定檢驗報告。
2 課程目標
學生以獨立或小組合作的形式，通過教師指導或者借助數控系統技術手冊等資料，制定普通機床的數控改造和數控機床原有數控系統的升級換代改造作業計劃，在規定時間內完成上述計劃、實施、檢查并進行評價反饋。在實施計劃的過程中，使用工具、設備和材料等要符合勞動安全和環境保護規定，對已完成的任務進行記錄、存檔和評價反饋。
學習完本課程后，學生應當能夠進行普通機床的數控改造和數控機床原有數控系統的升級換代改造，包括：①電動刀架的安裝與調試；②主軸系統的設計、安裝與調試；③進給系統（含伺服系統與導軌絲杠系統）的設計、安裝與調試；④PMC控制（含機床操作面板）的軟硬件設計；⑤機床的功能調試；⑥機床的精度檢驗。
3 教學內容
按照數控設備應用與維護專業人才培養目標的要求，本課程采用工作過程導向、任務驅動的教學模式，融“教、學、做”為一體，“知識、技能、素質”培養為一體。
具體學習內容如下。
數控系統的組成，數控機床電氣原理圖，普通機床數控化改造的主要電機的選擇方法，機床數控化改造的機械結構改造，改造的機床PLC程序、數控機床系統參數，普通機床數控化改造的刀架及系統的改造，本課程內容包括兩個學習項目，學習項目描述如表1所示。
4 教學方法與手段
《普通機床數控化改造》是一門實踐性很強的課程，為突出課程的實踐性和職業性，本課程倡導教學方法的多樣化。本課程主要采用項目導向、任務驅動法方法，輔助采用案例教學、學生互評、學生實操等方法。
項目導向、任務驅動：在課程中根據數控機床維修人員的需求，選定機床數控化改造過程為項目，以此為導向，讓學生完成機床數控化改造的整個過程，以培養學生機床升級改造的技能。結合學院和專業的現有教學和實訓條件，以機床數控化改造的工作過程為載體，通過了解機械零件加工要求確認機床改造后需要實現的功能（資訊）、制定機床的數控改造方案（計劃）、設計機床改造部分的機械裝配圖以及電氣控制原理圖（實施）、小組互評、學生自評教師點評（評價）的工作過程設計教學。
學生互評：每完成一個改造設計任務，各組同學進行互評，相互查缺補漏，以達到知識互補，培養團隊協作能力。
系統架構設計主要涉及5個方面：1）采用基于業務層/支撐層的雙層虛擬網絡，支撐層提供底層硬件設備支持，業務層由虛擬機構成，完成服務請求；2）在邏輯上，支撐層與外部網絡完全隔離，其僅為業務層提供虛擬機運行的硬件資源，間接對外提供云計算服務，增強系統安全性；3）業務層確保與外部網絡的通信，外部網絡的智能終端能夠訪問到上層的虛擬機集群，并提供的相應的云計算服務；4）通過虛擬機所提供外部接口，業務層口實現了與其他外部系統的數據交互，完成平臺內部與外部之間的數據流通；5）支撐層支持業務層虛擬機的遷移與復制以及計算資源分配。通過虛擬機集群的形式，業務層實現了計算資源的重新組合與分配。
2、虛擬網絡分層架構設計
平臺沿用虛擬化網絡基于業務層/支撐層的雙層架構，雙層架構設計沿用了虛擬化計算通用框架，其優點是邏輯上，將提供服務的虛擬機獨立劃分為一個層次，與支撐層的物理設備完全分離，增強系統的兼容性。確保系統的硬件設備無縫升級，且不會影響到虛擬機層的業務處理。
3、外部接口設計
各地區系統的數據采集數據必須進行分析、統計和匯總，最后形成教育資源調度與推送的指標參數。平臺框架設計在業務層采用中央核心數據庫，并在匹配加上分布式接口數據庫的設計模式。本研究為確保數據資源的靈活性和適用性，在通用的數據庫接口的基礎上，允許客戶端的用戶對存儲管理模式以及數據格式進行自定義操作。平臺的外部數據完整性和完備性由外部系統統一實現。本平臺真正用來運作的數據庫是中央數據庫，其用途涵蓋了業務運行、數學模型分析與計算、內容推送、數據的統計和報表生成等。各個接口數據庫的交互數據通過系統的分析、匯總、統計后由服務器組的進行一體化加工，格式統一后存儲到中央數據庫。同時，平臺運行過程中得到的數據資源有匹配性地從中央數據庫分配給各個接口數據庫，供外部服務調用。
4、支撐層架構設計
4.1支撐層架構
支撐層通過平臺的虛擬機接口和網絡存儲接口，為業務層的虛擬機運行提供計算資源、存儲資源和網絡傳輸資源。1）在邏輯上與孟海斌蔡金蘋外部網絡隔離，可以間接對外提供服務。其僅為業務層的虛擬機運行提供各種硬件支持；2）硬件異構系統能夠支持各種不同的硬件設備，確保系統的兼容性。通過平臺統一的內部接口為業務層的虛擬機提供硬件支撐；3）支持業務層的虛擬機控制和調度硬件資源的分時使用以及資源過度預分配。
4.2網絡存儲接口
支撐層為虛擬機軟件提供網絡存儲接口，一般不直接向業務層的虛擬機提供數據接口。借助虛擬機軟件可以實現各種虛擬機磁盤映像的存取操作。業務層虛擬機在對自身磁盤訪問的過程中本質上間接調用了支撐層的網絡存儲模塊。支撐層的網絡存儲接口極具特點：1）訪問接口的虛擬化；2）分布式存儲本身的虛擬化；3）存儲接口的統一化。
4.3虛擬機磁盤映像池
為保存業務層各虛擬機的虛擬磁盤映像，支撐層的虛擬機磁盤映像池通過分布式存儲的方式實現。磁盤映像池對外提供四種磁盤映像，共兩大類，其性能特征也不盡相同。磁盤映像包括只讀映像、差分映像、動態映像和準靜態映像四類。
4.4數據存儲池
業務層的虛擬機由支撐層的虛擬機磁盤映像池統一提供數據盤和系統盤。當多個虛擬機組成集群時，必須對各個虛擬機的數據的存儲區域進行共享，“共享”區域由支撐層的數據存儲池負責分配。
4.5虛擬機接口
虛擬機軟件是實現本平臺的雙層虛擬網絡架構的關鍵所在。支撐層的各種硬件設備資源通過虛擬機接口統一分配、統一調度，劃分給多個虛擬機動態使用。
4.6計算資源池
計算資源池對支撐層的GPU和CPU等硬件計算資源進行整合，給業務層的虛擬機提供分布式并行計算能力。尤其針對高密集度的統計分析計算，通過相應的開放標準接口，虛擬機第一時間獲取到所需要的硬件資源。
5、業務層架構設計
業務層基于虛擬機集群模式實現，這確保了硬件資源調整和配置的靈活性。根據各地區的不同實際情況，業務層的具體的應用可以制訂個性化方案，平臺的包容性和兼容性得到保障。中央數據庫使整個平臺的數據、信息有效統一起來，避免與各系統的數據分割。
6、總結
關鍵詞：數控機床 任務調度 刀具分配 網絡系統
引言
隨著信息網絡技術在制造行業中應用范圍的不斷拓展，當前制造行業正逐步走向網絡化、信息化。隨著數控車床在制造過程中的廣泛應用，實現對數控設備的合理管理及維護，提高設備的應用效率。其中，以現代通信技術及網絡技術為代表的技術將數控設備與管理系統集成起來，提高制造加工企業對上層設備以及生產資源的管理、調配。
一、數控機床任務調度網絡管理系統
為了提高對整個車間數控機床生產任務的合理分配，任務調度系統管理人員應該根據機床的具體負荷、基于負荷平衡原則，將生產任務合理的分配到各個機床上，并將數控加工數據上傳至各個機床中。由于部分機床在加工過程中存在著相關的約束因素，諸如刀具加工限制因素等，所以需要在這些生產因素作用下，對數控機床的加工任務進行合理調度。
在調度系統的設計過程中，可以根據不同的算法（例如遺傳算法、模擬退火算法等）計算統計得到不同的調度方法，建設形成對應的調度系統。所選用的算法應該盡量保證其具有更加廣泛的全局搜索能力，確保整個加工過程的各個環節都能夠合理的接駁。
在利用算法進行結果求解時，應該準備相關生產數據位調度工作做好前期準備，包括加工機床、使用刀具、被加工零件編號、采用的加工工藝、交貨日期等。這些數據可以采用“人工輸入”與“網絡上傳”兩種方法相結合的方式進行。
在利用算法的過程中，應該對影響加工的若干約束條件進行分析。例如，刀具數量條件，由于受到加工成本等方面因素的限制，加工過程中可能會因為數量不足而造成刀具分配緊張的問題。因此，在加工過程中要考慮不同因素對加工任務的影響程度，保證系統能夠根據加工情況自動將影響程度較小的相關因素予以剔除，保證整個加工流程得以順利進行。同時，還可以根據刀具的實際情況，在對刀具優先等級進行設定的基礎上，選擇不同優先等級的刀具對不同優先等級的零件進行加工，合理解決加工過程中的刀具分配問題，從而更好的解決機床任務調度的問題。
二、數控機床刀具網絡化管理系統
（一）當前存在的組要問題
在數控機床任務調度管理系統實施過程中，相關的管理程序涉及到數控機床刀具的管理和排序。作為一個相對完整的流程，刀具管理工作應該能夠在相對完善的知識庫、數據庫以及信息協調機制的支持下實現對諸多業務的協同，保證機床的生產效率最高。但是，部分企業在實際的生產過程中依然存在一些問題，主要包括：
1、刀具網絡化管理的實施缺乏數據積累，數據庫建立困難
刀具技術方案階段是整個工作的源頭，而且對數控刀具業務的影響程度也最大，而且在整個階段也最為薄弱，存在著諸多的影響因素：其一，當前主要應用的刀具技術方案、使用技術等依然停留在技術文件中，沒有及時的整理成可入庫的數據；其二，藝人采用翻閱紙質刀具樣本、經驗交流、現場搜尋的方式進行刀具選擇工作，難以保證工作的合理性；其三，主要看重對相關刀具的日常管理及維護，不能對刀具相關參數進行結構化描述，使得刀具的具體加工應用不能得以實施。
2、任務環節之間缺少協同、效率較低
各個子任務環節間缺少相關的業務協同管理，尤其是刀具各項業務之間缺少與其他業務環節的邏輯關聯，使得整個生產過程中的刀具管理工作處于一個松散的管理模式中，企業的生產成本難以得到控制、成本優化方式難以實施、生產效率低下。例如，在生產準備過程中，因為刀具計劃、業務存儲、數據準備、生產計劃、任務安排等環節的脫節，導致刀具庫存長期居高不下刀具準備周期過長。
二、數控刀具管理信息化處理系統
（一）不同信息系統中的刀具
深度應用信息技術，加強對數控刀具的管理是刀具管理工作的一個重要手段。隨著企業信息化程度的不斷深入，CAD、CAM、CAPP、MRP、ERP鞥在制造行業中的應用范圍不斷得到拓展。上述各個系統都從多個角度涉及到了刀具管理問題，而且也達到了對應的刀具管理目的。但是，正是由于上文中提到的各個加工環節之間由于管理信息割裂，導致刀具信息管理系統之間存在著“信息孤島”，充分發揮信息技術在刀具管理工作中的作用。
（二）數控刀具管理信息化平臺系統結構
構建的數控機床刀具管理信息化系統結構如圖1所示。通過企業內部、外部的刀具資源數據庫以及刀具應用技術，形成了刀具管理信息化系統的數據來源。該系統還在用戶的應用層面構建起了刀具搜索模塊、刀具臺賬模塊、刀具數據維護、業務管理模塊；而在業務邏輯層面則實現了刀具計劃、刀具備用、刀具存儲、刀具應用等功能。另外，該系統還可以很好的與CAPP、CAM等自動生成系統集成，實現數控刀具生成計劃方案的業務協同；最后，該系統還實現了與MRP、ERP系統的集成，實現了數控刀具準備階段的業務協同；另外，還能夠和生產制造現場的數控系統集成，實現刀具應用的業務協同。
（三）系統性能
數控刀具分配與管理信息化系統需要達到的性能要求為：
1、具有與制造生產線統一的數據架構，滿足不同類型刀具在加工參數、數據管理表達以及存儲等方面的要求。
2、擁有靈活的數控刀具分類、刀具屬性定義管理模塊，可以適應多樣化的管理、查詢需求。
3、具有足夠的開放性，能夠與系統外部共享刀具數據庫、知識庫，甚至將之納入到管理系統當中統一管理。
4、具有數據累積、更新的能力，可以及時的進行數據更新。
5、能夠快速、方便的進行刀具搜索。
參考文獻：
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
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。
四、數控機床控制技術的發展趨勢
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。在技能要求日益提高的今天，對數控機床的熟悉與了解已成為該行業專業技術人員必不可少的一環。筆者結合自身的經驗談談數控機床的優、缺點，及其種類以及數控技術的發展及其未來的發展趨勢，供大家參考：
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
關鍵詞：數控技術；一體；變化；核心
數控技術是衡量一個國家制造業現代化程度的核心標志，實現加工機床及生產過程數控化是當今制造業的發展方向，機械制造的競爭其實質是數控的競爭?！秶抑虚L期科學和技術發展規劃綱要（2006-2020年）》將“高檔數控機床與基礎制造裝備”確定為16個科技重大專項之一。通過國家相關計劃的支持，我國在數控機床關鍵技術研究方面有了較大突破，創造了一批具有自主知識產權的研究成果和核心技術。這主要體現在以下幾個方面：
（1）中高檔數控機床的開發取得了較大進展，在五軸聯動、復合加工、數字化設計以及高速加工等一批關鍵技術上取得了突破，自主開發了包括大型、五軸聯動數控加工機床，精密及超精密數控機床以及一大批專門化高性能機床，并形成了一批中檔數控機床產業化基地。
（2）關鍵功能部件的技術水平、制造質量逐年穩步提高，功能逐步完善，部分性能指標接近國際先進水平，形成了一批具有自主知識產權的功能部件。開發出了高速主軸單元、高速滾珠絲杠、重載直線導軌、高速導軌防護裝置、直線電機、數控轉臺、刀庫與機械手、A/C 軸數控銑頭、高速工具系統、數字化量儀等高性能功能部件樣機，其中有的品種已實現小批量生產。
（3）中高檔數控系統開發研究與應用取得一定成果。通過自主研發或與國外開展技術合作，在中檔數控系統的開發和生產上取得明顯進展。初步解決了多坐標聯動、遠程數據傳輸等技術難題；為適應數控系統的配套要求，相繼開發出交流伺服驅動系統和主軸交流伺服控制系統，并形成了系列化產品。
1、與國外的差距
1.1高檔數控機床的國內供應能力不足。盡管我國機床行業近年來取得了長足的發展，數控化率穩步提高，但機床消費和生產的結構性矛盾仍然比較突出。目前，國內對中高檔機床的需求量逐漸超過低檔機床。但國產數控機床以低檔為主，高檔數控機床絕大部分依賴進口。
1.2自主創新能力不足。長期以來，我國機床制造業的基礎、共性技術研究工作主要在行業性的研究院所進行。能力薄弱，技術創新投入不足，引進消化吸收能力差，低水平生產能力過剩，自主創新能力不高，缺乏優秀技術人才。雖然國產數控機床制造商通過技術引進、海內外并購重組以及國外采購等獲得了一些先進數控技術，但缺乏對基礎共性技術的研究，忽視了自主開發能力的培育，企業的市場響應速度慢。
1.3 產品質量、可靠性及服務等能力不強。國產機床在質量、交貨期和服務等方面與國外著名品牌相比存在較大的差距。在質量方面，國產數控系統的可靠性指標MTBF 與國際先進數控系統相差較大。國產數控車床、加工中心的MTBF 與國際上先進水平也有較大差距。在交貨期方面，絕大多數企業由于任務重拖期交貨。服務體系不健全，在市場開拓、成套技術服務、快速反應能力等方面不能滿足市場快節奏和個性化的要求。
1.4 功能部件發展滯后。機床是由各種功能部件（主軸單元及主軸頭、滾珠絲杠副、回轉工作臺和數控伺服系統等）在床身、立柱等基礎機架上集裝而成的，功能部件是數控機床的重要組成部分。數控機床整體技術與數控機床功能部件的發展是相互依賴、共同發展的，所以功能部件的創新也深深地影響著數控機床的發展。我國數控機床功能部件已有一定規模，電主軸、主軸單元、數控系統等也有專門的制造廠家，其中個別產品的制造水平接近國際先進水平。但整體上，我國機床功能部件發展緩慢、品種少、產業化程度低，精度指標和性能指標的綜合情況還不過硬。目前，滾珠絲杠、數控刀架、電主軸等功能部件僅能滿足中低檔數控機床的配套需要。衡量數控機床水平的高檔數控系統、高速精密電主軸、高速滾動功能部件等還依賴進口。
2、國內數控機床的發展趨勢
根據2004年10月，完成的《數控機床產業發展專項規劃》。國內數控機床大致發展趨勢表現在以下幾方面：
2.1 智能、高速、高精度化
新一代數控機床為提高生產效率，向超高速方向發展，采用新型功能部件（如電主軸、直線電機、LM 直線滾動系統等）主軸轉速達15，000r/min 以上。計算機技術及其軟件控制技術在機床產品技術中占的比重越來越大，計算機系統及其應用軟件的復雜化，帶來了機床系統及其硬件結構的簡化，數控機床的智能化程度日趨提高。一臺機床的重復定位精度如果能達到0.005 mm（ISO 標準、統計法），就是一臺高精度機床，在0.005mm（ISO 標準、統計法）以下，就是超高精度機床。高精度的機床，要有最好的軸承、絲杠。隨著電腦輔助制造（CAM）系統的發展，精密度已達到微米級。
2.2 設計、制造綠色化
綠色設計是一種綜合考慮了產品設計、制造、使用和回收等整個生命周期的環境特性和資源效率的先進設計理論和方法。它在不犧牲產品功能、質量和成本的前提下，系統考慮產品開發、制造及其活動對環境的影響，從而使得產品在整個生命周期中對環境的負面影響最小，資源利用率最高。數控機床在設計時要考慮：綠色材料設計；可拆卸性設計；節能性設計；可回收性設計；模塊化設計；綠色包裝設計等。綠色制造是一個綜合考慮環境影響和資源消耗的現代制造模式，通過綠色生產過程生產出綠色產品。數控機床在制造時要考慮：節約資源的工藝設計；節約能源的工藝設計；環保型工藝設計等
2.3 復合化與系統化
關鍵詞：數控機床；新技術；趨勢
0 引言
在世界經濟一體化進程加快的影響下，各個國家間呈現出越來越激烈的競爭，并且這為企業的良好發展提供了契機，尤其是制造行業應當把握住機會實現更好的發展。應用數控機床技術促進了制造行業的發展，數控機床技術的特點是質量高、生產效率高，因此能夠為企業帶來理想的經濟效益。
1 數控機床的組成部分和特點
通常而言，數控機床的組成部分是：（1）主機，其屬于數控機床的主體，數控機床的機械部件是主軸、立柱、機床身等，其作用是為了對機械部件進行切削加工；（2）數控設備，其屬于數控機床的核心部分，主要有軟件和硬件（紙帶閱讀機、鍵盒、CRT顯示器、印刷電路板），用以將數字化零件程序輸入，且存儲輸入信息、插補運算、變換數據，以及進行一系列的控制；（3）驅動設備，其屬于數控機床執行的驅動部分，主要有進給電機、主軸電機、進給單元，以及驅動單元組成?；跀悼卦O備的控制，借助電液伺服系統或電氣完成進給與主軸驅動。在幾個進給聯動的情況下，能夠加工空間曲線、平面曲線、直線，定位；（4）輔助設備，其指的是數控機床的一部分配件，確保數控機床的監測、照明、、排屑、冷卻等，這主要有監控檢測設備、刀具設備、數控分度頭、數控轉臺、交換工作臺、排屑設備、氣動設備，液壓設備等等；（5）編程和其它的一些附屬裝置，其主要作用是存儲和編制零件程序。
在數控單元當中包括數控機床的監控與操作部分，其屬于數控機床的核心。相比較于普通的機床，數控機床的特點是：（1）生產效率高（通常是普通機床的幾倍）、機床的剛性大，精度高；（2）加工精度高、加工質量穩定；（3）機床的自動化能力強、能夠使工人的勞動強度減輕；（4）能夠實施多坐標聯動，可以對復雜形狀的零件進行加工；（5）在改變加工零件的情況下，通常僅僅要求對數控程序進行改變，如此能夠使生產準備的時間減少；（6）需要操作工作者和維修工作者都具備較高的素質。
2 數控機床新技術的特性
（1）在數控機床中應用新型智能化的機器人。在最初的階段，智能機器人的工作主要是裝卸搬運，在日益進步的科學技術影響下，新型的智能機器人業已具備視覺與觸覺的功能，可以憑借感官完成一些人工方面的事項。應用一些智能機器人不但使大量的物力和人力節省，而且也使大量的費用減少。
（2）復合加工技術的應用。復合加工業已由初期的鉆、車等加工步驟向加工齒面、削磨內外圓，以及表面助理轉變。
（3）直驅技術的應用。功率和扭矩較大的直線點擊重點用在重載機床與高速機床，這不但使高定位精度和快速度實現，而且力矩電機會代替普通的機械傳動。在國際機械制造領域當中，業已出現相似的成功例子，接下來的發展就是推廣與普及。
（4）應用綠色機床技術。學術界很長一段時間以來探究的重點就是綠色機床。在注重數控機床高精度和高速度的過程中也應當重視它的環保性。機床的環保會對人們的健康產生直接性的影響，怎樣節能減排以及確保工作者身體健康以及提高工作效率，這是綠色機床的根本所在。
3 數控機床技術的發展趨勢
（1）高精度。各個工業大國都十分注重提升數控機床的加工精度，通常來講，數控機床的加工精度涵蓋數控機床生產的幾何精度和數控機床應用的加工精度。在提高數控機床穩定性以及應用補償技術和輔助策略的基礎上能夠大大地提高數控機床的精度。
（2）高穩定性。針對數控系統和數控機床的制造商來講，其非常重視的一個問題是數控機床的穩定性，如果一臺數控機床的穩定性能非常高，就會使數控機床的事故率大大地降低，這不但有利于制造工作的順利進行，而且有利于生產效率的大大提升。為此，衡量數控機床質量的一個關鍵性指標是數控機床的穩定性。
（3）高效性。具體來講，高效性是指大大地提高數控機床的運行速度，這一是能夠確保產品的質量，實現運行效率的提升，二是能夠使投入的費用降低，在生產的過程中普遍性地應用零件的高速加工。
（4）智能化。針對各種領域的生產過程而言，一致的理想是智能化。應用一種模擬網絡化監控與數字化網絡技術，憑借電子計算機編制本來人工操作的運行程序為一種既定的模式，且以機器控制代替人力控制的方法就是智能化加工。通常而言，應用智能化重點包括智能維修、智能分析，以及智能監控。
（5）網絡化。網絡化數控機床的網絡化又稱“e-制造”，是把數控系統通過網絡連接和網絡控制，在計算機上操作使用，虛擬設計、虛擬制造等高端技術也越來越多地為工程技術人員所追求。通過軟件智能替代復雜的硬件，正在成為當代機床發展的重要趨勢。
4 結論
總之，數控加工技術對于制造業的重要性不言而喻， 其對一國經濟、國防、綜合實力和國際地位的推動作用是十分突出的。針對制造領域的重要性來講，數控加工技術舉足輕重。其有利于國家綜合實力、國防經濟，以及國際地位的提升，當前形勢下，一個非常顯著的問題是我國的制造領域的發展不夠先進，依舊滯后于西方發達國家，這就要求進一步地探究數控加工這種機械制造技術。在對新型技術引進的過程中也應當不斷地創新，進而不再依賴于發達國家的數控技術，自主研發有著國際先進能力的數控機床技術，從而使我國逐步地轉變成為世界性的制造業強國。
參考文獻：
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關鍵詞：數控機床;先進技術;未來機床
前言
數控機床是裝備制造業的工作母機，其技術水平的高低代表了一個國家制造業的發展水平。數控機床是復雜的機電液系統，與其它電子產品和機械制造業不同的是，它已經具備了相對成熟的理論和可靠技術。數控機床的先進技術已經運用到了精密高速復合加工機研發制造領域，此后隨著科學技術的飛速發展和完善，其功能也將會越來越多，操作方法越來越簡單，穩定性越來越好，數控機床的性價比也會越來越好，應用和發展空間廣闊。
1.數控機床的概念和特點
數控機床就是采用了數控技術的機床，包括主機、數控裝置、驅動裝置、輔助裝置。數控機床發展以及經歷了三個階段，一個是上世紀50年代的初級階段，一個是上世紀90年代的中級階段，第三階段是上世紀末，數控機床普遍用于生產，柔性單元、柔性系統、計算機中央集成制造系統開始應用[1]，數控技術產業化進入成熟階段。在未來的發展過程中，數控機床技術會出現五大特點：智能化、網絡化、數字化、集成化和微型化。這將會給制造業帶來可觀的經濟效益。
2.數控機床的先進技術
不管是國內國外，先進的數控機床都會應用到企業的核心技術，力求生產出高技術、高效益的數控機床，并根據企業自身的特點，用最低的成本生產出最高效益的產品。還必須有科學的管理和應用，才能發揮這種技術高密度集合的數控機床的最大價值。
我國的數控技術已經形成了開放的結構體系，機床制造商通過開放平臺增加自己需要的硬件和軟件。目前的先進數控技術主要有可重構技術、軟件伺服驅動技術、CNC系統互聯網技術和自適應技術[2]。
2.1可重構技術
可重構技術使數控機床成為以用戶為中心的模塊化機床，用戶可以根據所生產產品的變化對機床的結構、布局和加工功能進行轉變，提高數控機床的生產效率，滿足了不同的加工工業的需求，克服了實際批量生產過程中的數控機床功能利用低的缺點，具有很強的經濟性。
2.2軟件伺服驅動技術
數控系統中另一個重要組成部分是軟件伺服驅動技術。就是通過計算機控制算法采用的伺服裝置。這項技術具有幾大優點值得我們重視，穩定;基于數值計算、精度高;通過參數設定、調整減少;ASIC電路容易形成。伺服技術對于現代數控系統而言已經取得了重大突破，突破的結果產生了數字交流驅動系統。隨著電力電子驅動技術及控制理論、微電子技術的發展、軟件運算及處理能力的提高，系統的運算速度有了很大的提高，伺服技術可靠性提高、調試方便、柔性增強，推動了高精密高加速加工技術的發展。
2.3CNC系統聯網技術
網絡的主要任務就是通信、共享信息。通信聯網及現場設備生產、運行數據采集等功能，能夠保證現場設備高質量完成任務，并將現場設備生產的數據傳送到管理層，管理層得到數據后會下達生產管理及調度的命令。因此，CNC系統聯網是實現工廠自動化的基礎。
2.4自適應技術
自適應技術借助高動態控制技術，使機床部件具有自動適應性，能夠自主地適應加工過程和外界環境等，反應更快、更加精確也更堅實更靈活，通常情況下，它能夠有效地消除振動、變形、噪聲等內部干擾，加工更穩定更經濟，具有一定的智能化。
3.數控技術未來發展趨勢
數控機床以后的發展前景會更加廣闊，在結構體系、功能方面、性能方面都會有很大的改革和轉變。具體有以下幾方面的內容：
3.1高速化與高精度化
數控機床一直追求的是高效率、高質量。提高產品的質量和生產效率的前提是高速度和精準的加工技術?？s短生產周期，企業才能在市場競爭中獲得優勢。
3.2智能化
數控技術已經智能化了，并且智能化會滲透到數控機床的各方面。為了驅動方便更多人性化的設計也會出現，會出現智能診斷、智能監控系統和感應裝置，系統出現問題時候會得到及時的反饋和維護，減少了查找故障的時間，為數控產業的規模發展提供了機會。
3.3驅動并聯化
并聯驅動機床通過機床主軸和機座之間采用多桿并聯機構驅動，控制桿系中桿的長度使得桿系支撐的平臺獲得相應自由度的運動。多坐標聯動數控加工、裝配和測量多種功能都會得到實現，同時能夠實現更加復雜的加工，具有重量輕、速度快等優勢。
3.4網絡化
數控機床網絡化發展是一個必然趨勢。機床依靠網絡技術實現統一管理和在線監測功能，同時方便對機床進行程序的修改。數控機床聯網后會有幾個能力：可靠性、隨時性、穩定性、在線性，方便采集數據，程序交換，實現電腦監控的執行。
總的來說，數控機床的未來發展趨勢很好。首先在功能方面，將來的用戶界面會出現圖形化，通過三維的立體式的動態圖來展現，非專業人員也能很好的操控，方便用戶使用。將來的計算可視化也會用于自動的編程和預處理等多個方面，數控技術也會加入多媒體技術，使機床能夠綜合處理圖像、文字、聲音等混合信息。在結構方面，未來機床會出現結構模式化、數控功能專門化、數控技術智能化。將來機床智能化會自動適應控制技術，自動檢測的環境，智能發出指令指使機床工作，自行檢測發生的故障，在未來也會自行修復產生的故障。智能化驅動裝置會分析機床的數據自動調整系統參數，使機床具有更好的運動效果。智能化將成為未來生產廠家必爭的技術和核心。
4.結束語
國家的發展離不開制造業，制造業離不開數控機床，數控機床技術又是發展制造業的基礎。面對市場的需求，數控機床會實現智能化、網絡化、微型化、數字化[3]，隨著計算機和科學技術的發展，機床也會得到很大的發展和提高。
參考文獻：
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關鍵詞：普通機床 數控改造 結構設計 精度 鄭州論文 開題報告
一、課題概述、背景及意義
工業發達國家的軍、民機械工業，在70年代末、80年代初已開始大規模應用數控機床。其本質是，采用信息技術對傳統產業(包括軍、民機械工業)進行技術改造。除在制造過程中采用數控機床、fmc、fms外，還包括在產品開發中推行cad、cae、cam、虛擬制造以及在生產管理中推行mis(管理信息系統)、cims等等。以及在其生產的產品中增加信息技術，包括人工智能等的含量。由于采用信息技術對國外軍、民機械工業進行深入改造(稱之為信息化)，最終使得他們的產品在國際軍品和民品的市場上競爭力大為增強。而我們在信息技術改造傳統產業方面比發達國家約落后20年。如我國機床擁有量中，數控機床的比重(數控化率)到1995年只有1.9%，而日本在1994年已達20.8%，因此每年都有大量機電產品進口。這也就從宏觀上說明了機床數控化改造的必要性。
微觀上看，數控機床比傳統機床有以下突出的優越性，而且這些優越性均來自數控系統所包含的計算機的威力。① 可以加工出傳統機床加工不出來的曲線、曲面等復雜的零件。由于計算機有高超的運算能力，可以瞬時準確地計算出每個坐標軸瞬時應該運動的運動量，因此可以復合成復雜的曲線或曲面。 ②可以實現加工的自動化，而且是柔性自動化，從而效率可比傳統機床提高3～7倍。③ 加工零件的精度高，尺寸分散度小，使裝配容易，不再需要“修配”。④ 可實現多工序的集中，減少零件在機床間的頻繁搬運。⑤ 擁有自動報警、自動監控、自動補償等多種自律功能，因而可實現長時間無人看管加工。由以上五條派生的好處如：降低了工人的勞動強度，節省了勞動力(一個人可以看管多臺機床)，減少了工裝，縮短了新產品試制周期和生產周期，可對市場需求作出快速反應等等。此外，機床數控化還是推行fmc(柔性制造單元)、fms(柔性制造系統)以及cims計算機集成制造系統)等企業信息化改造的基礎。數控技術已經成為制造業自動化的核心技術和基礎技術。
機床的數控改造，主要是對原有機床的結構進行創造性的設計，最終使機床達到比較理想的狀態。機床數控化改造有以下優點：①節省資金。機床的數控改造同購置新機床相比一般可節省60%左右的費用，大型及特殊設備尤為明顯。一般大型機床改造只需花新機床購置費的1/3。即使將原機床的結構進行徹底改造升級也只需花費購買新機床60%的費用，并可以利用現有地基。②性能穩定可靠。因原機床各基礎件經過長期時效，幾乎不會產生應力變形而影響精度。③提高生產效率。機床經數控改造后即可實現加工的自動化效率可比傳統機床提高 3至5倍。對復雜零件而言難度越高功效提高得越多。且可以不用或少用工裝，不僅節約了費用而且可以縮短生產準備周期。
在美國、日本和德國等發達國家，它們的機床改造作為新的經濟增長行業，生意盎然，正處在黃金時代。由于機床以及技術的不斷進步，機床改造是個"永恒"的課題。我國的機床改造業，也從老的行業進入到以數控技術為主的新的行業。在美國、日本、德國，用數控技術改造機床和生產線具有廣闊的市場，已形成了機床和生產線數控改造的新的行業。
目前機床數控化改造的市場在我國還有很大的發展空間，現在我國機床數控化率不到3%。我國大量的普通機床應用于生產第一線，用普通機床加工出來的產品普遍存在質量差、品種少、檔次低、成本高、供貨期長，從而在國際、國內市場上缺乏競爭力，直接影響一個企業的產品、市場、效益，影響企業的生存和發展，數控機床則綜合了數控技術、微電子技術、自動檢測技術等先進技術，最適宜加工小批量、高精度、形狀復雜、生產周期要求短的零件。當變更加工對象時只需要換零件加工程序，無需對機床作任何調整，因此能很好地滿足產品頻繁變化的加工要求，所以必須大力提高機床的數控化率。數控機床的發展，一方面是全功能、高性能;另一方面是簡單實用的經濟型數控機床，具有自動加工的基本功能，操作維修方便。經濟型數控系統通常用的是開環步進控制系統，功率步進電機為驅動元件，無檢測反饋機構，系統的定位精度一般可達±0.01，已能滿足加工零件的精度要求。這幾年，國家加大了對這類機床的改造力度，國防科工委更是推行了萬臺機床數控化計劃，車床、銑床的數控化改造需求量很大。本課題以普通車床的數控改造為例，研究機床數控改造的方法，包括其結構的改造設計，機床改造后性能與精度的分析以及控制精度的措施等，普通車床應用微機控制系統進行改造數控改造后，可以提高工藝水平和產品質量，減輕操作者的勞動強度?；谏鲜龇治觯菊n題的研究具有較高的現實意義。
二、主要研究內容
1.普通車床數控改造方案的確定，進行總體設計。
2.對普通車床數控改造進行結構設計與計算，包括主軸進給系統設計、機床縱、橫進給伺服系統的設計等。
3. 對改造后的經濟型數控車床伺服進給系統建立控制原理模型。
4. 根據進給系統的控制原理模型，對影響伺服系統系統的因素進行分析。
5. 對影響伺服傳動精度的因素齒輪傳動精度、滾珠絲杠副傳動精度等進行深入研究，并提出相應的改進方法。
6. 對影響伺服元件伺服精度的因素步進電機步矩角精度等進行深入研究，并提出相應的改進方法。
三、擬解決的關鍵問題
1. 普通車床數控改造進給伺服系統機械部分的設計與計算。
2. 對經濟型數控車床伺服進給系統建立控制原理模型。
3. 根據進給系統的控制模型，分析系統的誤差來源及影響系統精度的因素。
4. 設計步進電機細分驅動電路，提高伺服進給系統的控制精度。
四、擬解決方案及關鍵技術
1. 普通車床數控改造進給伺服系統機械部分的設計與計算內容包括：確定系統的負載，運動部件慣量計算，步進電機的選擇，滾珠絲杠副的選擇和計算、滾珠絲杠副的剛度驗算等。
2. 對改造后的經濟型數控車床伺服進給系統建立控制原理模型。
3. 根據伺服進給系統控制原理模型，分別對伺服驅動元件的伺服精度、伺服機械傳動元件傳動精度進行分析，分析影響經濟型數控車床定位精度主要因素。
4. 在伺服進給系統控制電路中加入步進電機細分驅動設計，改善步矩角特性，提高經濟型數控車床的定位精度。
五、創新點
1. 運用機電一體化系統設計思路與方法進行普通車床數控改造的結構設計，在設計上達到有高的靜動態剛度;運動副之間的摩擦系數小，傳動無間隙;便于操作和維修。
2. 從經濟型數控車床的控制原理模型分析影響整個系統精度的關鍵因素，分析影響機床機床定位精度的各項誤差來源，提出相應的改進方法并應用于機床結構設計中。
3. 運用步進電機細分驅動技術，設計基于單片機控制的步進電機的細分驅動電路，減小步進電機的步距角及機床的脈沖當量，提高經濟型數控車床的加工精度，改善電機運行的平穩性，減小噪聲，增加控制的靈活性。
六、課題預計目標
1.普通車床數控改造的方案的研究，進行總體設計。
2. 對經濟型數控車床的伺服進給系統建立控制原理模型，并根據進給系統的控制原理模型，對影響系統精度的關鍵因素進行分析。
3. 研究提高機械傳動部件的傳動精度與剛度的方法，對普通車床數控改造進行結構設計，改善伺服進給系統的伺服特性。
4. 設計一種基于單片機控制的步進電機的細分驅動電路，提高伺服進給系統的分辨率。
七、課題研究進展計劃
預計本課題研究進展主要分以下幾個階段：
1. 2007年11月～2007年12月 查看文獻資料并撰寫開題報告
2. 2007年12月～2008年03月 收集相關方面的資料，以普通車床數控改造為例進行總體設計
3. 2008年03月～2008年04月 學習機床伺服進給系統的設計等方面知識
4. 2008年04月～2008年07月 進行結構設計，繪制普通車床數控改造縱、橫向進給系統裝配圖
5. 2008年07月～2008年08月 學習機床控制精度等方面知識
6. 2008年08月～2008年09月 對機床進行精度分析
7. 2008年09月～2008年10月 研究提高機床控制精度的措施
8. 2008年11月～2008年12月 完成畢業論文
9. 2008年12月 畢業答辯
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