时间：2022-10-25 15:58:35
开篇：写作不仅是一种记录，更是一种创造，它让我们能够捕捉那些稍纵即逝的灵感，将它们永久地定格在纸上。下面是小编精心整理的12篇机床数控化，希望这些内容能成为您创作过程中的良师益友，陪伴您不断探索和进步。
我国目前机床总量380余万台，而其中数控机床总数只有11.34万台，即我国机床数控化率不到3％。近10年来，我国数控机床年产量约为0.6～0.8万台，年产值约为18亿元。机床的年产量数控化率为6％。我国机床役龄10年以上的占60％以上；10年以下的机床中，自动/半自动机床不到20％，FMC/FMS等自动化生产线更屈指可数（美国和日本自动和半自动机床占60％以上）。可见我们的大多数制造行业和企业的生产、加工装备绝大数是传统的机床，而且半数以上是役龄在10年以上的旧机床。用这种装备加工出来的产品普遍存在质量差、品种少、档次低、成本高、供货期长，从而在国际、国内市场上缺乏竞争力，直接影响一个企业的产品、市场、效益，影响企业的生存和发展。所以必须大力提高机床的数控化率。
1 机床改造的意义
目前，我国的工厂企业，除了一些新建单位外，大多数都存在“技术老化”的问题设备役龄在15年以上的，所占比重相当大，面对这么多陈旧设备应该怎么办？这是一个急待解决的大问题。为实现工业现代化，我们同样要创造和引进新技术，新工艺，新设备，进行必要的设备更新。另一方面动员机械制造业的广大职工，坚持自力更生和勤俭本企业的方针，大搞技术革新，挖掘设备潜力，更具有现实意义。而改造机床是深受大家欢迎的一种革新形式，为满足生产的需要已经做出了重大的贡献。例如，某机械厂生产的只要产品是板框压滤机，生产批量很大，仅虑压板每年需要两万多块，总重量2200多吨。为了满足生产的需要，如果设计制造一条新的加工作业线，需要投资20余万元，便改装成了专用加工作业线。此作业线自1960年投产以来，到现在已使用了20多年了，一直负担者全部虑压板的生产任务，并且加工质量很稳定。又如，这个厂利用一台报废了的皮带传动龙门刨的床身，改装成了一台行程8米的导轨磨，从1972年改装成功到现在，共大修本厂机床400多台次，协助兄弟厂大修床身百余台，并且修磨精度高，光洁度好；然而改装这台机床只投资5000元，可是购买一台新的导轨磨床却要花费10几万元。
改造机床的效益是多方面的，再从提高生产率看，假设改造机床100万台，每台生产率提高20%，这就等于多生产20万台新机床；反之，如果不对旧机床实行技术改造，当前生产的新机床在技术水平上或数量上又不能及时地满足生产需要时，那就势必会影响国民经济的高速发展。通过上述事例不难看出，机床改造不但是解决设备“技术老化”的重要途径，能够满足生产发展的需要，而且可以获得十分客观的经济效果。
2 普通机床数控化改造的策略
随着我国对外开放步伐的加快，我国机床加工业也进入了一个全新的发展时代。通过对国外先进技术的引进，以及我国对科技的自主攻关，开发研制出一系列具有自主版权的数控系统，为我国数控机床产业化发展打下了良好的技术基础。我国自主研发的数控机床已达1300多个品种，具有很高的覆盖率。目前我国新研发的数控机床绝大部分已经达到了上世纪80年代中期的国际水准，也有一部分达到了90年代的国际水准。我国对数控机床技术的研发已由研究开发阶段迈向推广应用阶段，由封闭型系统向开放型系统过渡。一些单项目的数控技术已经于国际水平持平。虽然数控机床能够生产出形状复杂、精确度高以及多变的零部件，能够使得加工的零部件质量得到提升，提高生产效率，但是数控机床在应用推广过程中也受到了诸多其它条件的限制。
对旧式机床进行数控化改造，可是进行小批量零部件生产、加工出多品种且复杂的零件、零部件的加工精度和生产效率均得到提高，节约成本，缩短了生产周期，更加适合我国国情的需要。经济型数控系统正是结合我国的国情以及实际生产的需要而诞生的。目前，我国经济型数控机床系统发展飞快，已经研制出几十种NC系统。经济型数控机床主要具有如下特点：价位低廉。进口标准的数控机床需要几十万甚至上百万的资金，而经济型数控机床仅需要几万元，其具有较高的性价比。正因如此，其很适合在一线生产线上进行大面积的推广。能够满足多种产品的生产的需要，并能够进行中小批量的自动化生产，能满足不同产品的需求。在普通机床上能够加工的零件，在经济型机床上也能进行加工，对于加工不同的零件只需要通过修改加工程序变可是实现，能够很快的达到批量生产。产品质量较高，降低了废品的产生率。由于数控机床的精确度较高，因此其所加工生产出的零件尺寸均统一，合格率高。能够有效控制复杂零件加工精确度。普通机床在加工复杂零件时需要成熟技工边加工边与样板进行核对，费时费力，且生产出零件质量得不到保证，而经济型数控车床是通过程序进行加工，加工时间短，且质量有所保证。使得工人的劳动强度得到降低。经济型数控机床的应用，使得工人摆脱了紧张而繁重的体力劳动。
3 结束语
目前，在机械加工工业中，绝大多数是旧式机床，如果改用微机控制、实现机电一体化的改造，会使机床适应小批量、多品种、复杂零件的加工，不但提高加工精度和生产率，而且成本低、周期短，适合我国国情。利用微机实现机床的机电一体化改造的方法有两种，一种是以微机为中心设计控制部件；另一种是采用标准的步进电机数字控制系统作为主要控制装置，前者需要重新设计控制系统，比较复杂；后者选用国内标准化的微机空控制系统，比较简单。随着当今工业设备对精密程度的要求越来越高，加工设备的机械加工设备的加工的精密程度也要求越来越高。而在中国的机械加工设备的车床中普通车床占了很大比例。这已经越来越制约着当今工业的发展。而数控机床由于价格昂贵，且需要较高技术的加工工人。所以对机床进行自动化改造很是必要。
参考文献
论文摘要：本文首先介绍了机床数控化改造的必要性，而重点在于介绍如何进行机床数控化改造，包括数控系统的选择、数控改造中对主要机械部件改装探讨和机床数控改造主要步骤，并列举了几个数控改造的实例，最后说明了数控改造中的问题并提出了建议。
1机床进行数控化改造的必要性
微观上看，数控机床比传统机床有以下突出的优越性，而且些优越性均来自数控系统所包含的计算机的威力。
由于计算机有高超的运算能力，可以瞬时准确地计算出每个坐标轴瞬时应该运动的运动量，因此可以复合成复杂的曲线或曲面。
可以实现加工的自动化，而且柔性自动化，从而效率可比传统机床提高3～7倍。
由于计算机有记忆和存储能力，可以将输入的程序记住和存储下来，然后按程序规定的顺序自动去执行，从而实现自动化。数控机床只要更换一个程序，就可实现另一工件加工的自动化，从而使单件和小批生产得以自动化，故被称为实现了“柔性自动化”。
加工零件的精度高，尺寸分散度小，使装配容易，不再需要“修配”。
可实现多工序的集中，减少零件在机床间的频繁搬运。拥有自动报警、自动监控、自动补偿等多种自律功能，因而可实现时间无看管加工。由以上五条派生的好处。如：降低了工人的劳动强度，节省了劳动力（一个人可以看管多台机床），减少了工装，缩短了新产品试制周期和生产周期，可对市场需求作出快速反应等等。
以上这些优越性是前人想象不到的，是一个极为重大的突破。此外，机床数控化还是推行FMC（柔性制造单元）、FMS（柔性制造系统）以及CIMS（计算机集成制造系统）等企业信息化改造的基础。数控技术已经成为制造业自动化的核心技术和基础技术。
宏观上看，工业发达家的军、民机械工业，在70年代末、80年代初已开始大规模应用数控机床。其本质是，采用信息技术对传统产业（包括军、民机械工业）进行技术改造。除在制造过程中采用数控机床、FMC、FMS外，还包括在产品开发中推行CAD、CAE、CAM、虚拟制造以及在生产管理中推行MIS（管理信息系统）、CIMS等等。以及在其生产的产品中增加信息技术，包括人工智能等的含量。由于采用信息技术对国外军、民机械工业进行深入改造（称之为信息化），最终使得他们的产品在国际军品和民品的市场上竞争力大为增强。而我们在信息技术改造传统产业方面比发达国家约落后20年。如我国机床拥有量中，数控机床的比重（数控化率）到1995年只有1.9％，而日本在1994年已达20.8％，因此每年都有大量机电产品进口。这也就从宏观上说明了机床数控化改造的必要性。
2如何进行机床数控化改造
2．1数控化改造的内容。机床与生产线的数控化改造主要内容有以下几点：其一是恢复原功能，对机床、生产线存在的故障部分进行诊断并恢复；其二是NC化，在普通机床上加数显装置，或加数控系统，改造成NC机床、CNC机床；其三是翻新，为提高精度、效率和自动化程度，对机械、电气部分进行翻新，对机械部分重新装配加工，恢复原精度；对其不满足生产要求的CNC系统以最新CNC进行更新；其四是技术更新或技术创新，为提高性能或档次，或为了使用新工艺、新技术，在原有基础上进行较大规模的技术更新或技术创新，较大幅度地提高水平和档次的更新改造。
2．2数控系统的选择
数控系统主要有三种类型，改造时，应根据具体情况进行选择。
步进电机拖动的开环系统。该系统的伺服驱动装置主要是步进电机、功率步进电机、电液脉冲马达等。由数控系统送出的进给指令脉冲，经驱动电路控制和功率放大后，使步进电机转动，通过齿轮副与滚珠丝杠副驱动执行部件。只要控制指令脉冲的数量、频率以及通电顺序，便可控制执行部件运动的位移量、速度和运动方向。这种系统不需要将所测得的实际位置和速度反馈到输入端，故称之为开环系统，该系统的位移精度主要决定于步进电机的角位移精度，齿轮丝杠等传动元件的节距精度，所以系统的位移精度较低。该系统结构简单，调试维修方便，工作可靠，成本低，易改装成功。
异步电动机或直流电机拖动，光栅测量反馈的闭环数控系统。该系统与开环系统的区别是：由光栅、感应同步器等位置检测装置测得的实际位置反馈信号，随时与给定值进行比较，将两者的差值放大和变换，驱动执行机构，以给定的速度向着消除偏差的方向运动，直到给定位置与反馈的实际位置的差值等于零为止。闭环进给系统在结构上比开环进给系统复杂，成本也高，对环境室温要求严。设计和调试都比开环系统难。但是可以获得比开环进给系统更高的精度，更快的速度，驱动功率更大的特性指标。可根据产品技术要求，决定是否采用这种系统。
交/直流伺服电机拖动，编码器反馈的半闭环数控系统。半闭环系统检测元件安装在中间传动件上，间接测量执行部件的位置。它只能补偿系统环路内部部分元件的误差，因此，它的精度比闭环系统的精度低，但是它的结构与调试都较闭环系统简单。在将角位移检测元件与速度检测元件和伺服电机作成一个整体时则无需考虑位置检测装置的安装问题。当前生产数控系统的公司厂家比较多，国外著名公司的如德国SIEMENS公司、日本FANUC公司；国内公司如中国珠峰公司、北京航天机床数控系统集团公司、华中数控公司和沈阳高档数控国家工程研究中心。选择数控系统时主要是根据数控改造后机床要达到的各种精度、驱动电机的功率和用户的要求。3数控改造中主要机械部件改装探讨。
一台新的数控机床，在设计上要达到：有高的静动态刚度；运动副之间的摩擦系数小，传动无间隙；功率大；便于操作和维修。机床数控改造时应尽量达到上述要求。不能认为将数控装置与普通机床连接在一起就达到了数控机床的要求，还应对主要部件进行相应的改造使其达到一定的设计要求，才能获得预期的改造目的。
滑动导轨副。对数控车床来说，导轨除应具有普通车床导向精度和工艺性外，还要有良好的耐摩擦、磨损特性，并减少因摩擦阻力而致死区。同时要有足够的刚度，以减少导轨变形对加工精度的影响，要有合理的导轨防护和。
齿轮副。一般机床的齿轮主要集中在主轴箱和变速箱中。为了保证传动精度，数控机床上使用的齿轮精度等级都比普通机床高。在结构上要能达到无间隙传动，因而改造时，机床主要齿轮必须满足数控机床的要求，以保证机床加工精度。
滑动丝杠与滚珠丝杠。丝杠传动直接关系到传动链精度。丝杠的选用主要取决于加工件的精度要求和拖动扭矩要求。被加工件精度要求不高时可采用滑动丝杠，但应检查原丝杠磨损情况，如螺距误差及螺距累计误差以及相配螺母间隙。一般情况滑动丝杠应不低于6级，螺母间隙过大则更换螺母。采用滑动丝杠相对滚珠丝杠价格较低，但难以满足精度较高的零件加工。
一、伺服系统的选择
伺服系统是数控机床的重要组成部分，它既是数控系统CNC系统与刀具、主轴间的信息
传递环节，又是能量放大与传递的环节，其性能在很大程度上决定了数控机床的性能。例如，数控机床的最高移动速度、跟踪精度、定位精度等重要指标均取决于伺服系统的动态和静态性能。伺服系统按控制方式分为开环控制系统、半闭环控制系统和闭环控制系统三类，在普通机床的数控化改造中，一般选用价格较低的开环控制系统。该系统的执行元件――伺服电机，通常采用步进电机或永磁式交流伺服电机。步进电机是由脉冲数字信号进控制的，每转一转步距误差自动变为零，易于控制，价格最低，选择的关键是对参数进行确定。确定参数的具体方法是：先计算电机的步距角，确定其步距精度，然后再对它的转矩进行选择，最后选定步进电机驱动器。永磁式交流伺服电机常用于进给驱动系统中，容量大，结构简单，运行可靠，效率高，但启动特性欠佳。其选择方法是：先确定电机的额定转速，其次选择负载惯量，然后再确定它的额定转矩，进行电机预选，最后通过进一步的速度、加减速转矩及连续工作转矩的验算检验预选电机是否符合要求。
二、数控系统的选择
数控系统是数控机床的中枢，是最关键的环节。目前，市场上数控系统类型较多，选择时要保证购得最适合的系统，就必须要充分考虑改造中各方面的因素。
1.考虑被改造机床的功能要求
根据机床的功能要求选择数控系统，以使数控系统所具有的功能与准备改造的机床所能达到的功能相匹配。既要避免因片面追求数控系统的高性能指标，而选择了功能远远多于改造机床功能的系统，造成功能过剩、资金浪费。且在一定程度上还可能潜伏数控系统复杂程度的增加带来故障率升高的隐患，又要保证所选数控系统能满足机床全部功能要求。不要出现一些因必须的系统功能短缺，影响其它功能的使用，使机床的优良性能发挥不出来。
2.考虑数控系统的制造厂商
老牌著名跨国公司主要有德国的西门子、日本的发那科和三菱、法国的NVM等，国内主要有华中数控、中国珠峰、北京航天等。目前，进口系统的性能优于国产系统，价格也较高，适用于大型高精度机床。国产系统功能较简单，性能较稳定，价格便宜，对一般车床、铣床已能放心使用，且近几年国产系统也有较大进步，与世界先进技术的差距越来越小。
3.考虑数控系统与其他配件的匹配
如果数控系统和电机及驱动器的品种、牌号太杂，在连接各部件时就可能会出现输入与输出信号的不匹配，及在传送中信号产生滞后等现象。因此，选择时要优先考虑能提供进给伺服系统和主轴驱动的厂家的数控系统。另外，在资金允许的条件下尽量向著名厂家型号系列靠拢。一般著名厂商此类系统零件筛选更严格，制造工艺更规范可靠，性能稳定，能更好地预防电器元件的故障或提前失效引起的设备故障，有利于维修。
三、机床机械部件的改造
1.主传动系统的改造
在对主传动系统进行改造时，应尽量保留原主轴箱齿轮变速换档机构，只把主轴的正转、反转和停转由原来的机械控制变为由数控系统控制。当然，如果为了扩大变速范围，实现加工过程中的自动变速，也可以将原来的单速电机更换为多速电机，这样可以使机床性能更好。但多速电机的功率是随转速的变化而变化的，所以电机功率要大，还要增加一套电机变速系统，改装比较麻烦。对普通机床进行简易数控改造时，最好不要用这种方法。另外，为了使改装后的机床主传动和进给传动保持必然联系，要在主轴箱内安装一个与主轴同步旋转的旋转脉冲编码器。如普通车床改装为数控车床时，在主轴箱内装主轴脉冲编码器，以保证改造后的车床具备螺纹加工的功能。
2.进给传动系统的改造
在对进给传动系统进行改造时，一般应该把原来的进给变速传动装置及操纵机构全部
拆除。而每个方向的进给传动都改成各自独立的功率步进电机，经减速齿轮直接与带动滑板
移动的丝杠连接，分别实现各坐标方向的运动，进行各坐标的控制。例如，普通机床的简易化数控改装，通常都是把原来由主轴箱到进给箱的传动路线切断，将溜板箱拆除，直接把齿轮减速箱和功率步进电机安装在纵向丝杠的右端和横向丝杠的外端。在对机床进给传动系统改装的同时，也要对此传动系统中的传动装置元件进行相应的改造。
（1）丝杠。丝杠是将回转运动转换为直线运动的传动装置，改造时，为了满足数控机床上较高精度零件的加工要求，应该用滚珠丝杠螺母副替换原普通机床上的梯形丝杠螺母副。滚珠丝杠螺母副把传动丝杠与螺母之间的滑动摩擦变为了滚动摩擦，减小摩擦损失，精度保持性传动平稳性，传动效率等都得以提高，其传动效率可达到92%～98%，是普通丝杠螺母副的3倍左右。
（2）拖板。拖板是数控系统直接控制的对象，不论是点位控制、直线控制，还是轮廓控制，被加工零件的最终坐标精度都将受到拖板运动精度、灵敏度和稳定性的影响。除拖板及配件精度要高外，由驱动电机到丝杠间的传动齿轮也要采用间隙消除结构，以满足传动精度和灵敏度的要求。常用的消隙方法有刚度调整法和柔性调整法两种：刚性调整法传动刚度较好，结构简单，但调整起来很费时；柔性调整法，一般用弹簧弹力自动消除齿侧间隙，传动刚度较低，传动平稳性差，结构复杂。改造中，可根据机床加工目标选用，选用时可参考有关资料。
（3）机床导轨。为了使改造后的机床有较高的开动率和精度保持性，应充分考虑机床导轨的耐磨性。当前国内普通机床床身等大件多采用摩擦系数较大的普通铸铁，改造中，在对达不到预定要求的机床导轨进行修磨、刮研后，要在上面贴上耐磨、吸振的聚四氟飞烯软带。
四、刀架的改造
刀架是否需要进行改造，要根据改造后机床的主要加工对象来确定。若采用一把刀即可完成本机床上的加工，就没有必要对刀架进行改造；若需采用多把刀，如普通车床改装后需要三、四把刀才能完成全部车工工序，就必须对刀架部件进行改造，拆掉原手动刀架，装上电气或液压驱动，由数控装置控制的自动刀架。机床的数控化改造要考虑的因素很多，除了上面提到的主要内容外，由于机床控制方式的改变，还要对其进行电气部分的重新设计，机
关键词：数控化改造 教学设计 任务驱动
中图分类号：G420 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2014）07（b）-0125-01
1 课程定位与设计思路
1.1 课程定位
本课程是数控设备应用与维护专业选修课程，主要完成普通机床的数控改造和数控机床原有数控系统的升级换代改造。采取工作过程导向、任务驱动的教学模式，提升学生职业岗位能力，同时拓展学生数控机床安装调试能力，使学生能够进一步强化数控机床机维修的能力，从而增强学生从事数控设备应用与维护的职业能力，提升数控设备维修人才的技术水平。
前修课程为：《数控机床机械装调与检测》、《数控机床电气安装与调试A》、《数控机床电气装调实训》、《数控机床故障诊断与维修A》、《数控机床维修实训》。
1.2 设计思路
通过对数控设备应用与维护专业数控机床装调工、数控机床维修员等就业岗位的工作内容与工作过程的分析，要求从业人员不仅具备数控机床装调、维修技能，还要能够对普通机床进行数控化改造以及数控机床升级改造。在进行机床数控化改造时要完成以下任务。
了解用户提供的机械零件加工要求及其生产组织情况以及用户对机床的改造设想，通过与用户沟通协商，制定机床的数控改造方案，对关键部件进行选型，确定验收标准，然后向用户提出报价方案。
根据企业与用户签订的技术改造协议和关键零部件清单，设计机床改造的主轴系统、进给系统、导轨与滚珠丝杠及其驱动电机的联接结构、电动刀架安装结构的机械装配图及其相关的零部件、电气控制系统图及其电气安装图，编制机械零部件清单和电气元器件清单。
根据机械装配图及其相关的零件图（含机械零部件清单），联系协作企业完成相关的机械加工任务和电气柜的制作任务。联系相关的供应商购置机械零部件和电气元器件（包供应部门）。
根据机械装配图安装主轴系统、进给系统（导轨与丝杠）、电动刀架、硬限位与回零装置。根据电气原理图和电气安装图，安装数控控制系统的两个电气柜。
分别进行数控机床机械系统、电气控制系统的功能调试，继而进行数控机床的精度检测与调试，使其达到国家规定的数控机床检验标准。
根据相关的标准制定检验报告。
2 课程目标
学生以独立或小组合作的形式，通过教师指导或者借助数控系统技术手册等资料，制定普通机床的数控改造和数控机床原有数控系统的升级换代改造作业计划，在规定时间内完成上述计划、实施、检查并进行评价反馈。在实施计划的过程中，使用工具、设备和材料等要符合劳动安全和环境保护规定，对已完成的任务进行记录、存档和评价反馈。
学习完本课程后，学生应当能够进行普通机床的数控改造和数控机床原有数控系统的升级换代改造，包括：①电动刀架的安装与调试；②主轴系统的设计、安装与调试；③进给系统（含伺服系统与导轨丝杠系统）的设计、安装与调试；④PMC控制（含机床操作面板）的软硬件设计；⑤机床的功能调试；⑥机床的精度检验。
3 教学内容
按照数控设备应用与维护专业人才培养目标的要求，本课程采用工作过程导向、任务驱动的教学模式，融“教、学、做”为一体，“知识、技能、素质”培养为一体。
具体学习内容如下。
数控系统的组成，数控机床电气原理图，普通机床数控化改造的主要电机的选择方法，机床数控化改造的机械结构改造，改造的机床PLC程序、数控机床系统参数，普通机床数控化改造的刀架及系统的改造，本课程内容包括两个学习项目，学习项目描述如表1所示。
4 教学方法与手段
《普通机床数控化改造》是一门实践性很强的课程，为突出课程的实践性和职业性，本课程倡导教学方法的多样化。本课程主要采用项目导向、任务驱动法方法，辅助采用案例教学、学生互评、学生实操等方法。
项目导向、任务驱动：在课程中根据数控机床维修人员的需求，选定机床数控化改造过程为项目，以此为导向，让学生完成机床数控化改造的整个过程，以培养学生机床升级改造的技能。结合学院和专业的现有教学和实训条件，以机床数控化改造的工作过程为载体，通过了解机械零件加工要求确认机床改造后需要实现的功能（资讯）、制定机床的数控改造方案（计划）、设计机床改造部分的机械装配图以及电气控制原理图（实施）、小组互评、学生自评教师点评（评价）的工作过程设计教学。
学生互评：每完成一个改造设计任务，各组同学进行互评，相互查缺补漏，以达到知识互补，培养团队协作能力。
系统架构设计主要涉及5个方面：1）采用基于业务层/支撑层的双层虚拟网络，支撑层提供底层硬件设备支持，业务层由虚拟机构成，完成服务请求；2）在逻辑上，支撑层与外部网络完全隔离，其仅为业务层提供虚拟机运行的硬件资源，间接对外提供云计算服务，增强系统安全性；3）业务层确保与外部网络的通信，外部网络的智能终端能够访问到上层的虚拟机集群，并提供的相应的云计算服务；4）通过虚拟机所提供外部接口，业务层口实现了与其他外部系统的数据交互，完成平台内部与外部之间的数据流通；5）支撑层支持业务层虚拟机的迁移与复制以及计算资源分配。通过虚拟机集群的形式，业务层实现了计算资源的重新组合与分配。
2、虚拟网络分层架构设计
平台沿用虚拟化网络基于业务层/支撑层的双层架构，双层架构设计沿用了虚拟化计算通用框架，其优点是逻辑上，将提供服务的虚拟机独立划分为一个层次，与支撑层的物理设备完全分离，增强系统的兼容性。确保系统的硬件设备无缝升级，且不会影响到虚拟机层的业务处理。
3、外部接口设计
各地区系统的数据采集数据必须进行分析、统计和汇总，最后形成教育资源调度与推送的指标参数。平台框架设计在业务层采用中央核心数据库，并在匹配加上分布式接口数据库的设计模式。本研究为确保数据资源的灵活性和适用性，在通用的数据库接口的基础上，允许客户端的用户对存储管理模式以及数据格式进行自定义操作。平台的外部数据完整性和完备性由外部系统统一实现。本平台真正用来运作的数据库是中央数据库，其用途涵盖了业务运行、数学模型分析与计算、内容推送、数据的统计和报表生成等。各个接口数据库的交互数据通过系统的分析、汇总、统计后由服务器组的进行一体化加工，格式统一后存储到中央数据库。同时，平台运行过程中得到的数据资源有匹配性地从中央数据库分配给各个接口数据库，供外部服务调用。
4、支撑层架构设计
4.1支撑层架构
支撑层通过平台的虚拟机接口和网络存储接口，为业务层的虚拟机运行提供计算资源、存储资源和网络传输资源。1）在逻辑上与孟海斌蔡金苹外部网络隔离，可以间接对外提供服务。其仅为业务层的虚拟机运行提供各种硬件支持；2）硬件异构系统能够支持各种不同的硬件设备，确保系统的兼容性。通过平台统一的内部接口为业务层的虚拟机提供硬件支撑；3）支持业务层的虚拟机控制和调度硬件资源的分时使用以及资源过度预分配。
4.2网络存储接口
支撑层为虚拟机软件提供网络存储接口，一般不直接向业务层的虚拟机提供数据接口。借助虚拟机软件可以实现各种虚拟机磁盘映像的存取操作。业务层虚拟机在对自身磁盘访问的过程中本质上间接调用了支撑层的网络存储模块。支撑层的网络存储接口极具特点：1）访问接口的虚拟化；2）分布式存储本身的虚拟化；3）存储接口的统一化。
4.3虚拟机磁盘映像池
为保存业务层各虚拟机的虚拟磁盘映像，支撑层的虚拟机磁盘映像池通过分布式存储的方式实现。磁盘映像池对外提供四种磁盘映像，共两大类，其性能特征也不尽相同。磁盘映像包括只读映像、差分映像、动态映像和准静态映像四类。
4.4数据存储池
业务层的虚拟机由支撑层的虚拟机磁盘映像池统一提供数据盘和系统盘。当多个虚拟机组成集群时，必须对各个虚拟机的数据的存储区域进行共享，“共享”区域由支撑层的数据存储池负责分配。
4.5虚拟机接口
虚拟机软件是实现本平台的双层虚拟网络架构的关键所在。支撑层的各种硬件设备资源通过虚拟机接口统一分配、统一调度，划分给多个虚拟机动态使用。
4.6计算资源池
计算资源池对支撑层的GPU和CPU等硬件计算资源进行整合，给业务层的虚拟机提供分布式并行计算能力。尤其针对高密集度的统计分析计算，通过相应的开放标准接口，虚拟机第一时间获取到所需要的硬件资源。
5、业务层架构设计
业务层基于虚拟机集群模式实现，这确保了硬件资源调整和配置的灵活性。根据各地区的不同实际情况，业务层的具体的应用可以制订个性化方案，平台的包容性和兼容性得到保障。中央数据库使整个平台的数据、信息有效统一起来，避免与各系统的数据分割。
6、总结
关键词：数控机床 任务调度 刀具分配 网络系统
引言
随着信息网络技术在制造行业中应用范围的不断拓展，当前制造行业正逐步走向网络化、信息化。随着数控车床在制造过程中的广泛应用，实现对数控设备的合理管理及维护，提高设备的应用效率。其中，以现代通信技术及网络技术为代表的技术将数控设备与管理系统集成起来，提高制造加工企业对上层设备以及生产资源的管理、调配。
一、数控机床任务调度网络管理系统
为了提高对整个车间数控机床生产任务的合理分配，任务调度系统管理人员应该根据机床的具体负荷、基于负荷平衡原则，将生产任务合理的分配到各个机床上，并将数控加工数据上传至各个机床中。由于部分机床在加工过程中存在着相关的约束因素，诸如刀具加工限制因素等，所以需要在这些生产因素作用下，对数控机床的加工任务进行合理调度。
在调度系统的设计过程中，可以根据不同的算法（例如遗传算法、模拟退火算法等）计算统计得到不同的调度方法，建设形成对应的调度系统。所选用的算法应该尽量保证其具有更加广泛的全局搜索能力，确保整个加工过程的各个环节都能够合理的接驳。
在利用算法进行结果求解时，应该准备相关生产数据位调度工作做好前期准备，包括加工机床、使用刀具、被加工零件编号、采用的加工工艺、交货日期等。这些数据可以采用“人工输入”与“网络上传”两种方法相结合的方式进行。
在利用算法的过程中，应该对影响加工的若干约束条件进行分析。例如，刀具数量条件，由于受到加工成本等方面因素的限制，加工过程中可能会因为数量不足而造成刀具分配紧张的问题。因此，在加工过程中要考虑不同因素对加工任务的影响程度，保证系统能够根据加工情况自动将影响程度较小的相关因素予以剔除，保证整个加工流程得以顺利进行。同时，还可以根据刀具的实际情况，在对刀具优先等级进行设定的基础上，选择不同优先等级的刀具对不同优先等级的零件进行加工，合理解决加工过程中的刀具分配问题，从而更好的解决机床任务调度的问题。
二、数控机床刀具网络化管理系统
（一）当前存在的组要问题
在数控机床任务调度管理系统实施过程中，相关的管理程序涉及到数控机床刀具的管理和排序。作为一个相对完整的流程，刀具管理工作应该能够在相对完善的知识库、数据库以及信息协调机制的支持下实现对诸多业务的协同，保证机床的生产效率最高。但是，部分企业在实际的生产过程中依然存在一些问题，主要包括：
1、刀具网络化管理的实施缺乏数据积累，数据库建立困难
刀具技术方案阶段是整个工作的源头，而且对数控刀具业务的影响程度也最大，而且在整个阶段也最为薄弱，存在着诸多的影响因素：其一，当前主要应用的刀具技术方案、使用技术等依然停留在技术文件中，没有及时的整理成可入库的数据；其二，艺人采用翻阅纸质刀具样本、经验交流、现场搜寻的方式进行刀具选择工作，难以保证工作的合理性；其三，主要看重对相关刀具的日常管理及维护，不能对刀具相关参数进行结构化描述，使得刀具的具体加工应用不能得以实施。
2、任务环节之间缺少协同、效率较低
各个子任务环节间缺少相关的业务协同管理，尤其是刀具各项业务之间缺少与其他业务环节的逻辑关联，使得整个生产过程中的刀具管理工作处于一个松散的管理模式中，企业的生产成本难以得到控制、成本优化方式难以实施、生产效率低下。例如，在生产准备过程中，因为刀具计划、业务存储、数据准备、生产计划、任务安排等环节的脱节，导致刀具库存长期居高不下刀具准备周期过长。
二、数控刀具管理信息化处理系统
（一）不同信息系统中的刀具
深度应用信息技术，加强对数控刀具的管理是刀具管理工作的一个重要手段。随着企业信息化程度的不断深入，CAD、CAM、CAPP、MRP、ERP鞥在制造行业中的应用范围不断得到拓展。上述各个系统都从多个角度涉及到了刀具管理问题，而且也达到了对应的刀具管理目的。但是，正是由于上文中提到的各个加工环节之间由于管理信息割裂，导致刀具信息管理系统之间存在着“信息孤岛”，充分发挥信息技术在刀具管理工作中的作用。
（二）数控刀具管理信息化平台系统结构
构建的数控机床刀具管理信息化系统结构如图1所示。通过企业内部、外部的刀具资源数据库以及刀具应用技术，形成了刀具管理信息化系统的数据来源。该系统还在用户的应用层面构建起了刀具搜索模块、刀具台账模块、刀具数据维护、业务管理模块；而在业务逻辑层面则实现了刀具计划、刀具备用、刀具存储、刀具应用等功能。另外，该系统还可以很好的与CAPP、CAM等自动生成系统集成，实现数控刀具生成计划方案的业务协同；最后，该系统还实现了与MRP、ERP系统的集成，实现了数控刀具准备阶段的业务协同；另外，还能够和生产制造现场的数控系统集成，实现刀具应用的业务协同。
（三）系统性能
数控刀具分配与管理信息化系统需要达到的性能要求为：
1、具有与制造生产线统一的数据架构，满足不同类型刀具在加工参数、数据管理表达以及存储等方面的要求。
2、拥有灵活的数控刀具分类、刀具属性定义管理模块，可以适应多样化的管理、查询需求。
3、具有足够的开放性，能够与系统外部共享刀具数据库、知识库，甚至将之纳入到管理系统当中统一管理。
4、具有数据累积、更新的能力，可以及时的进行数据更新。
5、能够快速、方便的进行刀具搜索。
参考文献：
关键词：数控机床 控制技术
数控机床是机电一体化的典型产品，数控机床控制技术是集计算机及软件技术、自动控制技术、电子技术、自动检测技术、液压与气动技术和精密机械等技术为一体的多学科交叉的综合技术。随着科学技术的高速发展，机电一体化技术迅猛发展，数控机床在企业普遍应用，对生产线操作人员的知识和能力要求越来越高。
一、数控机床的优点与缺点
(一)数控机床的优点
对零件的适应性强，可加工复杂形状的零件表面。在同一台数控机床上，只需更换加工程序，就可适应不同品种及尺寸工件的自动加工，这就为复杂结构的单件、小批量生产以及试制新产品提供了极大的便利，特别是对那些普通机床很难加工或无法加工的精密复杂表面(如螺旋表面)，数控机床也能实现自动加工。
加工精度高，加工质量稳定。目前，数控机床控制的刀具和工作台最小移动量(脉冲当量)普遍达到0.0001mm，而且数控系统可自动补偿进给传动链的反向间隙和丝杠螺距误差，使数控机床达到很高的加工精度。此外，数控机床的制造精度高，其自动加工方式避免了生产者的人为操作误差，因此，同一批工件的尺寸一致性好，产品合格率高，加工质量稳定。
生产效率高。由于数控机床结构刚性好，允许进行大切削用量的强力切削，从主轴转速和进给量的变化范围比普通机床大，因此在加工时可选用最佳切削用量，提高了数控机床的切削效率，节省了机动时间。与普通机床相比，数控机床的生产效率可提高2—3倍。
良好的经济效益。使用数控机床进行单件、小批量生产时，可节省划线工时，减少调整、加工和检验时间，节省直接生产费用；同时还能节省工装设计、制造费用；数控机床加工精度高，质量稳定，减少了废品率，使生产成本进一步下降。此外，数控机床还可实现一机多用，所以数控机床虽然价格较高，仍可获得良好的经济效益。
自动化程度高。数控机床自动化程度高，可大大减轻工人的劳动强度，减少操作人员的人数，同时有利于现代化管理，可向更高级的制造系统发展。
(二)数控机床的缺点
数控机床的主要缺点如下：价格较高，设备首次投资大；对操作、维修人员的技术要求较高；加工复杂形状的零件时。手工编程的工作量大。
二、数控机床的种类
数控机床的种类很多，主要分类如下：
按工艺用途分类。按工艺用途，数控机床可分类如下。普通数控机床：这种分类方式与普通机床分类方法一样，铣床、数控锚床、数控钻床、数控磨床、数控齿轮加工机床等。加工中心机床：数控加工中心是在普通数控机床上加装一个刀库和自动换刀装置而构成的数控机床，它可在一次装夹后进行多种工序加工。
按运动方式分类。按运动方式，数控机床可分类如下：点位控制数控机床。数控系统只控制刀具从要有数控钻床、数控坐标锤床、数控冲剪床等。直线控制数控机床：数控系统除了控制点与点之间的准确位置以外，还要保证两点之间移动的轨迹是一条直线，而且对移动的速度也要进行控制。这类机床主要有简易数控车床、数控销、铣床等。轮廓控制数控机床：数控系统能对两个或两个以上运动坐标的位移及速度进行连续相关的控制，使合成的运动轨迹能满足加工的要求。这类机床主要有数控车床、数控铣床等。
按伺服系统的控制方式分类。按伺服系统的控制方式，数控机床可分类如下。开环控制系统的数控机床。闭环控制系统的数控机床。半闭环控制系统的数控机床。
按数控系统的功能水平分类。技功能水平分类，数控系统可分类如下。经济性数控机床。经济性数控机床大多指采用开环控制系统的数控机床价格便宜，适用于自动化程度要求不高的场合。中档数控机床。这类数控机床功能较全，价格适中，应用较广。高档数控机床。这类数控机床功能齐全，价格较贵。
三、数控机床控制技术的发展
机械设备最早的控制装置是手动控制器。目前，继电器—接触器控制仍然是我国机械设备最基本的电气控制形式之一。到了20世纪奶年代至50年代，出现了交磁放大机—电动机控制，这是一种闭环反馈系统，系统的控制精度和快速性都有了提高。20世纪60年代出现了晶体管——晶闸管控制，由晶闸管供电的直流调速系统和交流调速系统不仅调运性能大为改善，而且减少了机械设备和占地面积，耗电少，效率局，完全取代了交磁放大机—电动机控制系统。
在20世纪的60年代出现丁一种能够根据需要方便地改变控制程序，结构简单、价格低廉的自动化装置—顺序控制器。随着大规模集成电路和微处理器技术的发展及应用，在20世纪70年代出现了一种以微处理器为核心的新型工业控制器——可编程序控制器。这种器件完全能够适应恶劣的工业环境，由于它具备了计算机控制和继电器控制系统两方面的优点，故目前已作为一种标准化通用设备普通应用于工业控制。
随着计算机技术的迅速发展，数控机床的应用日益广泛，井进一步推动了数控系统的发展，产生了自动编程系统、计算机数控系统、计算机群控系统和天性制造系统。计算机集成制造系统及计算机辅助设计、制造一体化是机械制造一体化的高级阶段，可实现产品从设计到制造的全部自动化。
综上所述，机械设备控制技术的产生，并不是孤立的，而是各种技术相互渗透的结果。它代表了正在形成中的新一代的生产技术，已显示出并将越来越显示出强大的威力。
四、数控机床控制技术的发展趋势
数控机床是机电一体化的典型产品，数控机床控制技术是集计算机及软件技术、自动控制技术、电子技术、自动检测技术、液压与气动技术和精密机械等技术为一体的多学科交叉的综合技术。在技能要求日益提高的今天，对数控机床的熟悉与了解已成为该行业专业技术人员必不可少的一环。笔者结合自身的经验谈谈数控机床的优、缺点，及其种类以及数控技术的发展及其未来的发展趋势，供大家参考：
一、数控机床的优点与缺点
(一)、数控机床的优点
对零件的适应性强，可加工复杂形状的零件表面。在同一台数控机床上，只需更换加工程序，就可适应不同品种及尺寸工件的自动加工，这就为复杂结构的单件、小批量生产以及试制新产品提供了极大的便利，特别是对那些普通机床很难加工或无法加工的精密复杂表面(如螺旋表面)，数控机床也能实现自动加工。加工精度高，加工质量稳定。目前，数控机床控制的刀具和工作台最小移动量(脉冲当量)普遍达到0.0001mm，而且数控系统可自动补偿进给传动链的反向间隙和丝杠螺距误差，使数控机床达到很高的加工精度。此外，数控机床的制造精度高，其自动加工方式避免了生产者的人为操作误差，因此，同一批工件的尺寸一致性好，产品合格率高，加工质量稳定。生产效率高。由于数控机床结构刚性好，允许进行大切削用量的强力切削，从主轴转速和进给量的变化范围比普通机床大，因此在加工时可选用最佳切削用量，提高了数控机床的切削效率，节省了机动时间。与普通机床相比，数控机床的生产效率可提高2—3倍。良好的经济效益。使用数控机床进行单件、小批量生产时，可节省划线工时，减少调整、加工和检验时间，节省直接生产费用；同时还能节省工装设计、制造费用；数控机床加工精度高，质量稳定，减少了废品率，使生产成本进一步下降。此外，数控机床还可实现一机多用，所以数控机床虽然价格较高，仍可获得良好的经济效益。自动化程度高。数控机床自动化程度高，可大大减轻工人的劳动强度，减少操作人员的
人数，同时有利于现代化管理，可向更高级的制造系统发展。
(二)数控机床的缺点
数控机床的主要缺点价格较高，设备首次投资大；对操作、维修人员的技术要求较高；加工复杂形状的零件时。手工编程的工作量大。
二、数控机床的种类
数控机床的种类很多，主要分类按工艺用途分类。按工艺用途，数控机床可分类如下。普通数控机床：这种分类方式与普通机床分类方法一样，铣床、数控锚床、数控钻床、数控磨床、数控齿轮加工机床等。加工中心机床：数控加工中心是在普通数控机床上加装一个刀库和自动换刀装置而构成的数控机床，它可在一次装夹后进行多种工序加工。按运动方式分类。按运动方式，数控机床可分类点位控制数控机床。数控系统只控制刀具从要有数控钻床、数控坐标锤床、数控冲剪床等。直线控制数控机床：数控系统除了控制点与点之间的准确位置以外，还要保证两点之间移动的轨迹是一条直线，而且对移动的速度也要进行控制。这类机床主要有简易数控车床、数控销、铣床等。轮廓控制数控机床：数控系统能对两个或两个以上运动坐标的位移及速度进行连续相关的控制，使合成的运动轨迹能满足加工的要求。这类机床主要有数控车床、数控铣床等。按伺服系统的控制方式分类。按伺服系统的控制方式，数控机床可分类如下。开环控制系统的数控机床。闭环控制系统的数控机床。半闭环控制系统的数控机床。按数控系统的功能水平分类。技功能水平分类，数控系统可分类如下。经济性数控机床。经济性数控机床大多指采用开环控制系统的数控机床价格便宜，适用于自动化程度要求不高的场合。中档数控机床。这类数控机床功能较全，价格适中，应用较广。高档数控机床。这类数控机床功能齐全，价格较贵。
三、数控机床控制技术的发展
关键词：数控技术；一体；变化；核心
数控技术是衡量一个国家制造业现代化程度的核心标志，实现加工机床及生产过程数控化是当今制造业的发展方向，机械制造的竞争其实质是数控的竞争。《国家中长期科学和技术发展规划纲要（2006-2020年）》将“高档数控机床与基础制造装备”确定为16个科技重大专项之一。通过国家相关计划的支持，我国在数控机床关键技术研究方面有了较大突破，创造了一批具有自主知识产权的研究成果和核心技术。这主要体现在以下几个方面：
（1）中高档数控机床的开发取得了较大进展，在五轴联动、复合加工、数字化设计以及高速加工等一批关键技术上取得了突破，自主开发了包括大型、五轴联动数控加工机床，精密及超精密数控机床以及一大批专门化高性能机床，并形成了一批中档数控机床产业化基地。
（2）关键功能部件的技术水平、制造质量逐年稳步提高，功能逐步完善，部分性能指标接近国际先进水平，形成了一批具有自主知识产权的功能部件。开发出了高速主轴单元、高速滚珠丝杠、重载直线导轨、高速导轨防护装置、直线电机、数控转台、刀库与机械手、A/C 轴数控铣头、高速工具系统、数字化量仪等高性能功能部件样机，其中有的品种已实现小批量生产。
（3）中高档数控系统开发研究与应用取得一定成果。通过自主研发或与国外开展技术合作，在中档数控系统的开发和生产上取得明显进展。初步解决了多坐标联动、远程数据传输等技术难题；为适应数控系统的配套要求，相继开发出交流伺服驱动系统和主轴交流伺服控制系统，并形成了系列化产品。
1、与国外的差距
1.1高档数控机床的国内供应能力不足。尽管我国机床行业近年来取得了长足的发展，数控化率稳步提高，但机床消费和生产的结构性矛盾仍然比较突出。目前，国内对中高档机床的需求量逐渐超过低档机床。但国产数控机床以低档为主，高档数控机床绝大部分依赖进口。
1.2自主创新能力不足。长期以来，我国机床制造业的基础、共性技术研究工作主要在行业性的研究院所进行。能力薄弱，技术创新投入不足，引进消化吸收能力差，低水平生产能力过剩，自主创新能力不高，缺乏优秀技术人才。虽然国产数控机床制造商通过技术引进、海内外并购重组以及国外采购等获得了一些先进数控技术，但缺乏对基础共性技术的研究，忽视了自主开发能力的培育，企业的市场响应速度慢。
1.3 产品质量、可靠性及服务等能力不强。国产机床在质量、交货期和服务等方面与国外著名品牌相比存在较大的差距。在质量方面，国产数控系统的可靠性指标MTBF 与国际先进数控系统相差较大。国产数控车床、加工中心的MTBF 与国际上先进水平也有较大差距。在交货期方面，绝大多数企业由于任务重拖期交货。服务体系不健全，在市场开拓、成套技术服务、快速反应能力等方面不能满足市场快节奏和个性化的要求。
1.4 功能部件发展滞后。机床是由各种功能部件（主轴单元及主轴头、滚珠丝杠副、回转工作台和数控伺服系统等）在床身、立柱等基础机架上集装而成的，功能部件是数控机床的重要组成部分。数控机床整体技术与数控机床功能部件的发展是相互依赖、共同发展的，所以功能部件的创新也深深地影响着数控机床的发展。我国数控机床功能部件已有一定规模，电主轴、主轴单元、数控系统等也有专门的制造厂家，其中个别产品的制造水平接近国际先进水平。但整体上，我国机床功能部件发展缓慢、品种少、产业化程度低，精度指标和性能指标的综合情况还不过硬。目前，滚珠丝杠、数控刀架、电主轴等功能部件仅能满足中低档数控机床的配套需要。衡量数控机床水平的高档数控系统、高速精密电主轴、高速滚动功能部件等还依赖进口。
2、国内数控机床的发展趋势
根据2004年10月，完成的《数控机床产业发展专项规划》。国内数控机床大致发展趋势表现在以下几方面：
2.1 智能、高速、高精度化
新一代数控机床为提高生产效率，向超高速方向发展，采用新型功能部件（如电主轴、直线电机、LM 直线滚动系统等）主轴转速达15，000r/min 以上。计算机技术及其软件控制技术在机床产品技术中占的比重越来越大，计算机系统及其应用软件的复杂化，带来了机床系统及其硬件结构的简化，数控机床的智能化程度日趋提高。一台机床的重复定位精度如果能达到0.005 mm（ISO 标准、统计法），就是一台高精度机床，在0.005mm（ISO 标准、统计法）以下，就是超高精度机床。高精度的机床，要有最好的轴承、丝杠。随着电脑辅助制造（CAM）系统的发展，精密度已达到微米级。
2.2 设计、制造绿色化
绿色设计是一种综合考虑了产品设计、制造、使用和回收等整个生命周期的环境特性和资源效率的先进设计理论和方法。它在不牺牲产品功能、质量和成本的前提下，系统考虑产品开发、制造及其活动对环境的影响，从而使得产品在整个生命周期中对环境的负面影响最小，资源利用率最高。数控机床在设计时要考虑：绿色材料设计；可拆卸性设计；节能性设计；可回收性设计；模块化设计；绿色包装设计等。绿色制造是一个综合考虑环境影响和资源消耗的现代制造模式，通过绿色生产过程生产出绿色产品。数控机床在制造时要考虑：节约资源的工艺设计；节约能源的工艺设计；环保型工艺设计等
2.3 复合化与系统化
关键词：数控机床；新技术；趋势
0 引言
在世界经济一体化进程加快的影响下，各个国家间呈现出越来越激烈的竞争，并且这为企业的良好发展提供了契机，尤其是制造行业应当把握住机会实现更好的发展。应用数控机床技术促进了制造行业的发展，数控机床技术的特点是质量高、生产效率高，因此能够为企业带来理想的经济效益。
1 数控机床的组成部分和特点
通常而言，数控机床的组成部分是：（1）主机，其属于数控机床的主体，数控机床的机械部件是主轴、立柱、机床身等，其作用是为了对机械部件进行切削加工；（2）数控设备，其属于数控机床的核心部分，主要有软件和硬件（纸带阅读机、键盒、CRT显示器、印刷电路板），用以将数字化零件程序输入，且存储输入信息、插补运算、变换数据，以及进行一系列的控制；（3）驱动设备，其属于数控机床执行的驱动部分，主要有进给电机、主轴电机、进给单元，以及驱动单元组成。基于数控设备的控制，借助电液伺服系统或电气完成进给与主轴驱动。在几个进给联动的情况下，能够加工空间曲线、平面曲线、直线，定位；（4）辅助设备，其指的是数控机床的一部分配件，确保数控机床的监测、照明、、排屑、冷却等，这主要有监控检测设备、刀具设备、数控分度头、数控转台、交换工作台、排屑设备、气动设备，液压设备等等；（5）编程和其它的一些附属装置，其主要作用是存储和编制零件程序。
在数控单元当中包括数控机床的监控与操作部分，其属于数控机床的核心。相比较于普通的机床，数控机床的特点是：（1）生产效率高（通常是普通机床的几倍）、机床的刚性大，精度高；（2）加工精度高、加工质量稳定；（3）机床的自动化能力强、能够使工人的劳动强度减轻；（4）能够实施多坐标联动，可以对复杂形状的零件进行加工；（5）在改变加工零件的情况下，通常仅仅要求对数控程序进行改变，如此能够使生产准备的时间减少；（6）需要操作工作者和维修工作者都具备较高的素质。
2 数控机床新技术的特性
（1）在数控机床中应用新型智能化的机器人。在最初的阶段，智能机器人的工作主要是装卸搬运，在日益进步的科学技术影响下，新型的智能机器人业已具备视觉与触觉的功能，可以凭借感官完成一些人工方面的事项。应用一些智能机器人不但使大量的物力和人力节省，而且也使大量的费用减少。
（2）复合加工技术的应用。复合加工业已由初期的钻、车等加工步骤向加工齿面、削磨内外圆，以及表面助理转变。
（3）直驱技术的应用。功率和扭矩较大的直线点击重点用在重载机床与高速机床，这不但使高定位精度和快速度实现，而且力矩电机会代替普通的机械传动。在国际机械制造领域当中，业已出现相似的成功例子，接下来的发展就是推广与普及。
（4）应用绿色机床技术。学术界很长一段时间以来探究的重点就是绿色机床。在注重数控机床高精度和高速度的过程中也应当重视它的环保性。机床的环保会对人们的健康产生直接性的影响，怎样节能减排以及确保工作者身体健康以及提高工作效率，这是绿色机床的根本所在。
3 数控机床技术的发展趋势
（1）高精度。各个工业大国都十分注重提升数控机床的加工精度，通常来讲，数控机床的加工精度涵盖数控机床生产的几何精度和数控机床应用的加工精度。在提高数控机床稳定性以及应用补偿技术和辅助策略的基础上能够大大地提高数控机床的精度。
（2）高稳定性。针对数控系统和数控机床的制造商来讲，其非常重视的一个问题是数控机床的稳定性，如果一台数控机床的稳定性能非常高，就会使数控机床的事故率大大地降低，这不但有利于制造工作的顺利进行，而且有利于生产效率的大大提升。为此，衡量数控机床质量的一个关键性指标是数控机床的稳定性。
（3）高效性。具体来讲，高效性是指大大地提高数控机床的运行速度，这一是能够确保产品的质量，实现运行效率的提升，二是能够使投入的费用降低，在生产的过程中普遍性地应用零件的高速加工。
（4）智能化。针对各种领域的生产过程而言，一致的理想是智能化。应用一种模拟网络化监控与数字化网络技术，凭借电子计算机编制本来人工操作的运行程序为一种既定的模式，且以机器控制代替人力控制的方法就是智能化加工。通常而言，应用智能化重点包括智能维修、智能分析，以及智能监控。
（5）网络化。网络化数控机床的网络化又称“e-制造”，是把数控系统通过网络连接和网络控制，在计算机上操作使用，虚拟设计、虚拟制造等高端技术也越来越多地为工程技术人员所追求。通过软件智能替代复杂的硬件，正在成为当代机床发展的重要趋势。
4 结论
总之，数控加工技术对于制造业的重要性不言而喻， 其对一国经济、国防、综合实力和国际地位的推动作用是十分突出的。针对制造领域的重要性来讲，数控加工技术举足轻重。其有利于国家综合实力、国防经济，以及国际地位的提升，当前形势下，一个非常显著的问题是我国的制造领域的发展不够先进，依旧滞后于西方发达国家，这就要求进一步地探究数控加工这种机械制造技术。在对新型技术引进的过程中也应当不断地创新，进而不再依赖于发达国家的数控技术，自主研发有着国际先进能力的数控机床技术，从而使我国逐步地转变成为世界性的制造业强国。
参考文献：
[1]中国机床工具工业协会行业发展部.CIMT2001巡礼[J].世界制造技术与装备市场，2001（03）.
[2]杨建武.国内外数控技术的发展现状与趋势[J].制造技术与机床，2008（12）.
[3]王君，丁飞彪.浅谈绿色机械加工技术的应用与发展[J].科技与企业，2013（04）.
[4]陆大玮，楼上游.数控机床开放性的分析与研究[J].机械工业标准与质量，2008（11）.
关键词：数控机床;先进技术;未来机床
前言
数控机床是装备制造业的工作母机，其技术水平的高低代表了一个国家制造业的发展水平。数控机床是复杂的机电液系统，与其它电子产品和机械制造业不同的是，它已经具备了相对成熟的理论和可靠技术。数控机床的先进技术已经运用到了精密高速复合加工机研发制造领域，此后随着科学技术的飞速发展和完善，其功能也将会越来越多，操作方法越来越简单，稳定性越来越好，数控机床的性价比也会越来越好，应用和发展空间广阔。
1.数控机床的概念和特点
数控机床就是采用了数控技术的机床，包括主机、数控装置、驱动装置、辅助装置。数控机床发展以及经历了三个阶段，一个是上世纪50年代的初级阶段，一个是上世纪90年代的中级阶段，第三阶段是上世纪末，数控机床普遍用于生产，柔性单元、柔性系统、计算机中央集成制造系统开始应用[1]，数控技术产业化进入成熟阶段。在未来的发展过程中，数控机床技术会出现五大特点：智能化、网络化、数字化、集成化和微型化。这将会给制造业带来可观的经济效益。
2.数控机床的先进技术
不管是国内国外，先进的数控机床都会应用到企业的核心技术，力求生产出高技术、高效益的数控机床，并根据企业自身的特点，用最低的成本生产出最高效益的产品。还必须有科学的管理和应用，才能发挥这种技术高密度集合的数控机床的最大价值。
我国的数控技术已经形成了开放的结构体系，机床制造商通过开放平台增加自己需要的硬件和软件。目前的先进数控技术主要有可重构技术、软件伺服驱动技术、CNC系统互联网技术和自适应技术[2]。
2.1可重构技术
可重构技术使数控机床成为以用户为中心的模块化机床，用户可以根据所生产产品的变化对机床的结构、布局和加工功能进行转变，提高数控机床的生产效率，满足了不同的加工工业的需求，克服了实际批量生产过程中的数控机床功能利用低的缺点，具有很强的经济性。
2.2软件伺服驱动技术
数控系统中另一个重要组成部分是软件伺服驱动技术。就是通过计算机控制算法采用的伺服装置。这项技术具有几大优点值得我们重视，稳定;基于数值计算、精度高;通过参数设定、调整减少;ASIC电路容易形成。伺服技术对于现代数控系统而言已经取得了重大突破，突破的结果产生了数字交流驱动系统。随着电力电子驱动技术及控制理论、微电子技术的发展、软件运算及处理能力的提高，系统的运算速度有了很大的提高，伺服技术可靠性提高、调试方便、柔性增强，推动了高精密高加速加工技术的发展。
2.3CNC系统联网技术
网络的主要任务就是通信、共享信息。通信联网及现场设备生产、运行数据采集等功能，能够保证现场设备高质量完成任务，并将现场设备生产的数据传送到管理层，管理层得到数据后会下达生产管理及调度的命令。因此，CNC系统联网是实现工厂自动化的基础。
2.4自适应技术
自适应技术借助高动态控制技术，使机床部件具有自动适应性，能够自主地适应加工过程和外界环境等，反应更快、更加精确也更坚实更灵活，通常情况下，它能够有效地消除振动、变形、噪声等内部干扰，加工更稳定更经济，具有一定的智能化。
3.数控技术未来发展趋势
数控机床以后的发展前景会更加广阔，在结构体系、功能方面、性能方面都会有很大的改革和转变。具体有以下几方面的内容：
3.1高速化与高精度化
数控机床一直追求的是高效率、高质量。提高产品的质量和生产效率的前提是高速度和精准的加工技术。缩短生产周期，企业才能在市场竞争中获得优势。
3.2智能化
数控技术已经智能化了，并且智能化会渗透到数控机床的各方面。为了驱动方便更多人性化的设计也会出现，会出现智能诊断、智能监控系统和感应装置，系统出现问题时候会得到及时的反馈和维护，减少了查找故障的时间，为数控产业的规模发展提供了机会。
3.3驱动并联化
并联驱动机床通过机床主轴和机座之间采用多杆并联机构驱动，控制杆系中杆的长度使得杆系支撑的平台获得相应自由度的运动。多坐标联动数控加工、装配和测量多种功能都会得到实现，同时能够实现更加复杂的加工，具有重量轻、速度快等优势。
3.4网络化
数控机床网络化发展是一个必然趋势。机床依靠网络技术实现统一管理和在线监测功能，同时方便对机床进行程序的修改。数控机床联网后会有几个能力：可靠性、随时性、稳定性、在线性，方便采集数据，程序交换，实现电脑监控的执行。
总的来说，数控机床的未来发展趋势很好。首先在功能方面，将来的用户界面会出现图形化，通过三维的立体式的动态图来展现，非专业人员也能很好的操控，方便用户使用。将来的计算可视化也会用于自动的编程和预处理等多个方面，数控技术也会加入多媒体技术，使机床能够综合处理图像、文字、声音等混合信息。在结构方面，未来机床会出现结构模式化、数控功能专门化、数控技术智能化。将来机床智能化会自动适应控制技术，自动检测的环境，智能发出指令指使机床工作，自行检测发生的故障，在未来也会自行修复产生的故障。智能化驱动装置会分析机床的数据自动调整系统参数，使机床具有更好的运动效果。智能化将成为未来生产厂家必争的技术和核心。
4.结束语
国家的发展离不开制造业，制造业离不开数控机床，数控机床技术又是发展制造业的基础。面对市场的需求，数控机床会实现智能化、网络化、微型化、数字化[3]，随着计算机和科学技术的发展，机床也会得到很大的发展和提高。
参考文献：
[1]张羽，王润波.数控机床技术的应用与发展研究[J].科技向导，2014，20：241.
关键词：普通机床 数控改造 结构设计 精度 郑州论文 开题报告
一、课题概述、背景及意义
工业发达国家的军、民机械工业，在70年代末、80年代初已开始大规模应用数控机床。其本质是，采用信息技术对传统产业(包括军、民机械工业)进行技术改造。除在制造过程中采用数控机床、fmc、fms外，还包括在产品开发中推行cad、cae、cam、虚拟制造以及在生产管理中推行mis(管理信息系统)、cims等等。以及在其生产的产品中增加信息技术，包括人工智能等的含量。由于采用信息技术对国外军、民机械工业进行深入改造(称之为信息化)，最终使得他们的产品在国际军品和民品的市场上竞争力大为增强。而我们在信息技术改造传统产业方面比发达国家约落后20年。如我国机床拥有量中，数控机床的比重(数控化率)到1995年只有1.9%，而日本在1994年已达20.8%，因此每年都有大量机电产品进口。这也就从宏观上说明了机床数控化改造的必要性。
微观上看，数控机床比传统机床有以下突出的优越性，而且这些优越性均来自数控系统所包含的计算机的威力。① 可以加工出传统机床加工不出来的曲线、曲面等复杂的零件。由于计算机有高超的运算能力，可以瞬时准确地计算出每个坐标轴瞬时应该运动的运动量，因此可以复合成复杂的曲线或曲面。 ②可以实现加工的自动化，而且是柔性自动化，从而效率可比传统机床提高3～7倍。③ 加工零件的精度高，尺寸分散度小，使装配容易，不再需要“修配”。④ 可实现多工序的集中，减少零件在机床间的频繁搬运。⑤ 拥有自动报警、自动监控、自动补偿等多种自律功能，因而可实现长时间无人看管加工。由以上五条派生的好处如：降低了工人的劳动强度，节省了劳动力(一个人可以看管多台机床)，减少了工装，缩短了新产品试制周期和生产周期，可对市场需求作出快速反应等等。此外，机床数控化还是推行fmc(柔性制造单元)、fms(柔性制造系统)以及cims计算机集成制造系统)等企业信息化改造的基础。数控技术已经成为制造业自动化的核心技术和基础技术。
机床的数控改造，主要是对原有机床的结构进行创造性的设计，最终使机床达到比较理想的状态。机床数控化改造有以下优点：①节省资金。机床的数控改造同购置新机床相比一般可节省60%左右的费用，大型及特殊设备尤为明显。一般大型机床改造只需花新机床购置费的1/3。即使将原机床的结构进行彻底改造升级也只需花费购买新机床60%的费用，并可以利用现有地基。②性能稳定可靠。因原机床各基础件经过长期时效，几乎不会产生应力变形而影响精度。③提高生产效率。机床经数控改造后即可实现加工的自动化效率可比传统机床提高 3至5倍。对复杂零件而言难度越高功效提高得越多。且可以不用或少用工装，不仅节约了费用而且可以缩短生产准备周期。
在美国、日本和德国等发达国家，它们的机床改造作为新的经济增长行业，生意盎然，正处在黄金时代。由于机床以及技术的不断进步，机床改造是个"永恒"的课题。我国的机床改造业，也从老的行业进入到以数控技术为主的新的行业。在美国、日本、德国，用数控技术改造机床和生产线具有广阔的市场，已形成了机床和生产线数控改造的新的行业。
目前机床数控化改造的市场在我国还有很大的发展空间，现在我国机床数控化率不到3%。我国大量的普通机床应用于生产第一线，用普通机床加工出来的产品普遍存在质量差、品种少、档次低、成本高、供货期长，从而在国际、国内市场上缺乏竞争力，直接影响一个企业的产品、市场、效益，影响企业的生存和发展，数控机床则综合了数控技术、微电子技术、自动检测技术等先进技术，最适宜加工小批量、高精度、形状复杂、生产周期要求短的零件。当变更加工对象时只需要换零件加工程序，无需对机床作任何调整，因此能很好地满足产品频繁变化的加工要求，所以必须大力提高机床的数控化率。数控机床的发展，一方面是全功能、高性能;另一方面是简单实用的经济型数控机床，具有自动加工的基本功能，操作维修方便。经济型数控系统通常用的是开环步进控制系统，功率步进电机为驱动元件，无检测反馈机构，系统的定位精度一般可达±0.01，已能满足加工零件的精度要求。这几年，国家加大了对这类机床的改造力度，国防科工委更是推行了万台机床数控化计划，车床、铣床的数控化改造需求量很大。本课题以普通车床的数控改造为例，研究机床数控改造的方法，包括其结构的改造设计，机床改造后性能与精度的分析以及控制精度的措施等，普通车床应用微机控制系统进行改造数控改造后，可以提高工艺水平和产品质量，减轻操作者的劳动强度。基于上述分析，本课题的研究具有较高的现实意义。
二、主要研究内容
1.普通车床数控改造方案的确定，进行总体设计。
2.对普通车床数控改造进行结构设计与计算，包括主轴进给系统设计、机床纵、横进给伺服系统的设计等。
3. 对改造后的经济型数控车床伺服进给系统建立控制原理模型。
4. 根据进给系统的控制原理模型，对影响伺服系统系统的因素进行分析。
5. 对影响伺服传动精度的因素齿轮传动精度、滚珠丝杠副传动精度等进行深入研究，并提出相应的改进方法。
6. 对影响伺服元件伺服精度的因素步进电机步矩角精度等进行深入研究，并提出相应的改进方法。
三、拟解决的关键问题
1. 普通车床数控改造进给伺服系统机械部分的设计与计算。
2. 对经济型数控车床伺服进给系统建立控制原理模型。
3. 根据进给系统的控制模型，分析系统的误差来源及影响系统精度的因素。
4. 设计步进电机细分驱动电路，提高伺服进给系统的控制精度。
四、拟解决方案及关键技术
1. 普通车床数控改造进给伺服系统机械部分的设计与计算内容包括：确定系统的负载，运动部件惯量计算，步进电机的选择，滚珠丝杠副的选择和计算、滚珠丝杠副的刚度验算等。
2. 对改造后的经济型数控车床伺服进给系统建立控制原理模型。
3. 根据伺服进给系统控制原理模型，分别对伺服驱动元件的伺服精度、伺服机械传动元件传动精度进行分析，分析影响经济型数控车床定位精度主要因素。
4. 在伺服进给系统控制电路中加入步进电机细分驱动设计，改善步矩角特性，提高经济型数控车床的定位精度。
五、创新点
1. 运用机电一体化系统设计思路与方法进行普通车床数控改造的结构设计，在设计上达到有高的静动态刚度;运动副之间的摩擦系数小，传动无间隙;便于操作和维修。
2. 从经济型数控车床的控制原理模型分析影响整个系统精度的关键因素，分析影响机床机床定位精度的各项误差来源，提出相应的改进方法并应用于机床结构设计中。
3. 运用步进电机细分驱动技术，设计基于单片机控制的步进电机的细分驱动电路，减小步进电机的步距角及机床的脉冲当量，提高经济型数控车床的加工精度，改善电机运行的平稳性，减小噪声，增加控制的灵活性。
六、课题预计目标
1.普通车床数控改造的方案的研究，进行总体设计。
2. 对经济型数控车床的伺服进给系统建立控制原理模型，并根据进给系统的控制原理模型，对影响系统精度的关键因素进行分析。
3. 研究提高机械传动部件的传动精度与刚度的方法，对普通车床数控改造进行结构设计，改善伺服进给系统的伺服特性。
4. 设计一种基于单片机控制的步进电机的细分驱动电路，提高伺服进给系统的分辨率。
七、课题研究进展计划
预计本课题研究进展主要分以下几个阶段：
1. 2007年11月～2007年12月 查看文献资料并撰写开题报告
2. 2007年12月～2008年03月 收集相关方面的资料，以普通车床数控改造为例进行总体设计
3. 2008年03月～2008年04月 学习机床伺服进给系统的设计等方面知识
4. 2008年04月～2008年07月 进行结构设计，绘制普通车床数控改造纵、横向进给系统装配图
5. 2008年07月～2008年08月 学习机床控制精度等方面知识
6. 2008年08月～2008年09月 对机床进行精度分析
7. 2008年09月～2008年10月 研究提高机床控制精度的措施
8. 2008年11月～2008年12月 完成毕业论文
9. 2008年12月 毕业答辩
参 考 文 献
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