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数控机床的组成及工作原理范文1
[关键词] 数控机床故障诊断与维修 教学心得 师生互动
随着科学技术的发展，机械产品的结构越来越合理，其性能、精度和效率日趋提高，因此对加工机械产品的生产设备――机床也相应提出了高性能、高精度与高自动化的要求，数控机床正是基于这种要求而产生的。数控机床是采用了数控技术的机床，即是一种集微电子技术、计算机技术、自动控制技术及伺服驱动技术、精密机械技术于一体的典型机电产品。其工作原理就是将加工过程所需的各种操作（如主轴变速、松夹工件、进刀与退刀、开车与停车等）和步骤，以及刀具与工件之间的相对位移量都用数字化的代码来表示，通过控制介质将数字信息送入计算机，计算机对输入的信息进行处理与运算，发出各种指令来控制机床的伺服系统或其他执行元件，使机床自动加工出所需要的零件。
数控机床具有的这种高性能、高精度与高自动化的特点，使其在各个行业倍受欢迎，在使用方面，也是越来越受到重视。但由于其涉及了机械、信息处理、自动控制检测、软件技术等许多领域，尤其是采用了许多高、新、尖的先进技术，使得数控机床的整体结构复杂，一旦机床出现故障，维修起来较为困难，需专业的技术人员。数控机床故障诊断与维修教学正是培养学生成为在数控机床诊断与维修方面具有基本分析能力与解决问题能力的技术人才。因此，为了使学生毕业后，能够尽快实现教学与企业生产需要之间的接轨，数控机床故障诊断与维修教学是一项非常重要的工作。下面谈谈本人在《数控机床故障诊断与维修》课程教学中的一些心得体会，与大家共享。
1合理安排课程教学顺序
数控机床结构复杂，应用技术面广，它一般由控制介质、人机交互设备、计算机数控装置（CNC,computerized numerical control）、进给伺服驱动系统、主轴驱动系统、辅助控制装置、可编程控制器（PLC，programmable logic controller）、反馈系统和自适应控制等部分组成。数控机床故障诊断与维修这门课程在介绍机床各组成部分的故障诊断与维修时，首先必须了解各组成部分的结构与工作原理，在此基础上才能根据故障现象进行分析诊断与维修。然而各组成部分的结构与工作原理与其他相关课程知识点相联系，例如：进给伺服驱动系统的组成与工作过程就涉及到交流伺服电动机的分类、驱动电路与控制方式，万用表、逻辑测试笔等测量仪器、仪表的使用等。因此在教学上应合理安排课程教学顺序，先安排上相关课程（如：《电工与电子技术基础》、《数控机床》、《数控机床伺服系统》、《传感器与测试技术》、《单片机原理及应用》、《可编程控制器及应用》等），作好充分的铺垫后，再安排本课程学习。这样可以使学生事先懂得一些基本的理论知识，掌握一些测量仪器、仪表的使用，为后期本课程学习奠定基础。此外，教师在上课之前，自身应先认真学习和领会教材，做到对教材深入理解，全面掌握。在吃透、吃准教材的同时对已学相关课程的知识点创设问题情境，来激发学生学习兴趣，将学生的注意、记忆、思维凝聚在一起，全身心地参与到对知识的探究中。同时教师要提醒学生预习下一节课内容以及涉及已学过的相关知识，做到温故而知新。
2重视实践，培养学生实践操作能力
《数控机床故障诊断与维修》本身就是一门实践性很强的课程，其教学任务就是培养学生成为在数控机床诊断与维修方面具有基本分析能力与解决问题能力的技术人才，该技术人才好比是数控机床的医生，不但要有扎实的理论功底，而且还应具备较强的实践操作能力。所以要培养出真正优秀的数控机床维修人才，实践是至关重要的。但是在实践教学过程中，往往由于设备数量有限，实习时间的限制，学生的实际操作机会不多，实训效果不好。为满足课程教学的需要，提高学生的实际动手能力，在教学安排上应有足够的实验、实训课程，可安排一些实训专周，最好让每个学生都能到数控机床上实际操作一段时间；条件许可的话，可以打开机床现场给学生讲解机床内部各组成部分，让学生理解每一部分的工作原理，以及相互间的联系，对数控机床的结构、组成及工作原理有更深入的了解，在此基础上再去讲解故障诊断，不仅能提高学生的学习兴趣，也能使学生很容易地接收理解。
3提倡师生互动，调动学习积极性，活跃课堂气氛
在教学中，大多数教师仍采取以自我为中心的课堂教学模式，容易让学生感到枯燥无味，产生厌学、怕学的心态。教师在教学过程中可以改变这种传统教学模式，提倡师生互动，采取提问、回忆、讨论的方式，充分调动学生学习的主动性、积极性，活跃课堂气氛。例如：本人在讲授“数控铣床主轴停转”故障时，先通过提问的方式请同学回忆机床故障的处理步骤，机床故障的处理步骤归纳为：观察故障现象――分析工作过程――列出故障可能原因――找出可疑点――排除故障。然后通过教师引导、学生讨论的方式对故障进行分析排除，具体做法如下：
3.1 观察故障现象。通过下载的网络视频显示一台数控铣床在零件加工已完毕，Z轴后移还没到位时出现故障，加工程序中断，主轴停转。通过反复播放，让学生仔细观察故障现象，并各自记录看到的故障现象。
3.2 分析主轴转动原理。该机床主轴转动是靠电动机带动变速齿轮来传动。
3.3 列出故障可能原因。通过师生互动列出尽可能多的原因，只要言之有理皆可。就本案可能原因有：刀具松动致机床自我保护、齿轮啮合跳位、电动机故障等。
3.4 找出可疑点。通过检查，几对齿轮工作正常，电动机可正常转动，由此判断主轴系统并无问题，应是由其他原因导致主轴停转。间接影响主轴转动原因有多个，知道可能的原因后，关键是找出真正的可能性疑点，通过引导帮助学生学会独立分析，让学生分组讨论，交换思路，培养团队合作。本案通过机外编程器监视PLC梯图的运行状态，
发现刀具液压卡紧压力检测开关在故障发生时瞬间断开，如此表示铣刀卡紧力不够，为安全起见，PLC使主轴停转。通过液压计检查铣刀卡紧液压系统显示压力不稳。
3.5 排除故障。根据初步的故障定位，检查液压系统，发现液泵的装置中缺乏油，导致液泵动作不到位。加注足够的油后，液泵动作正常，系统压力正常，故障排除。
4课后总结，综合评价，及时反馈认知信息
课后总结与及时反馈可以使学生知道自己的判断是否正确，使教师能根据反馈的信息来调节自己的教学方法，同时反馈具有激发学习动机的作用。学生受到教师的肯定后，会产生愉快的感觉，这种感觉反过来又会激发学习的进行。因此，总结与反馈不仅是帮助学生学懂学好的良好方法，同时也是师生间信息互动的良好平台，且增进了师生间的感情与友谊。
5结束
自1952年第一台数控机床问世后，数控系统己先后经历了两个阶段和六代的发展，随着数控系统的不断更新，数控机床故障诊断与维修的教学思路和方式也在不断改善，社会对数控专业毕业学生在理论和实践方面的要求也在不断提高，教师只有不断加强学习、不断总结，才能跟上现代的教学步伐。
参考文献：
[1] 杨辉.数控机床故障诊断与维修技能实训[M].北京:北京理工大学出版社,2007.
[2] 侯勇强.数控机床故障诊断与维修[M].北京:中国劳动社会保障出版社,2007.
数控机床的组成及工作原理范文2
关键词：数控机床；模具；钳工；体会；实习教学
现代很多职业学校都开设有模具钳工这个专业，它的培养目标主要是让学生能够掌握并且熟知模具的制造能力，并且能够满足现代企业对模具所需要的专业人才。因此，在模具的教学计划上，应该多加入一些与实验相结合的内容体系，加强对学生动手能力的培养，并且增加学生的实践水平。
下面就模具钳工专业数控机床教学方法谈几点体会：
一、教学安排的体会
数控机床不断发展和更新，各学校越来越重视学生技能的培养和提高，越来越重视实践，数控技能比赛的不断开展尤其使各院校对数控实践的教学更加重视。在数控机床加工实习教学中，分为理论讲解、编制程序和数控机床实习操作。
1.理论讲解
理论知识讲授，主要讲授数控机床的组成、特点、工作原理、代码、加工工艺和编程知识。学生已经进行过普通机床加工实习，掌握了基本的加工知识，讲解数控机床的组成和特点时，可采取与普通机床对比的方法，使学生能够很快地进入角色。在讲解工作原理时，主要针对实习所用数控机床的系统，同时鼓励学生课外查阅资料，多学习一些有关的数控系统知识。
2.编制程序
理论知识讲解后，在教师指导下让学生自行编制程序。编程可采用手工编程和自动编程两种方式。手工编程，一般限制在二维平面内，大多数针对比较简单的轮廓图形，由于计算简单、程序较少且经济、及时，因此，在生产教学中应用比较广泛。考虑到学生实习时间短，对于较复杂的加工零件常采用自动编程，自动编程简单、迅速、可靠性高。学习自动编程软件可以从三维的角度观察加工零件的造型、刀具在加工过程中的刀心轨迹图，以及快速、准确的生成程序，可激起学生浓厚的学习兴趣。如编制较复杂零件的加工程序，用手工编程计算复杂、程序较多，用自动编程能在很短的时间内高质量地完成程序的编制。
3.数控机床实践操作
加工程序编制完成后，实习指导教师进一步针对数控机床的操作面板进行讲解，让学生有足够的时间来熟悉、操作机床，以培养学生的实习动手能力。之后，让学生从模拟的数控机床软件中再到实际的数控机床上实习操作，让学生将自己编写的程序输入数控机床，进行零件加工，这样图纸上的设计变为实实在在的产品，可进一步让学生体会数控机床的加工特点和优势，在实习时遇到问题引导学生开动脑筋，积极思考，鼓励学生之间展开讨论，可以加深学生对数控加工的理解和提高学习的兴趣。这样做既给了学生充足的学习时间，又可避免损坏机床；这样不仅可以满足学生的教学需求，还能够适应学校数控机床设备的应用。
二、教学效果的体会
在数控机床的实习教学中，教师应该建立一套完成的教学考核标准，让每个学生以这个考核标准为基础，在每个单位或者模块完成后来充分地进行实习学习，这样明确了学生的学习目标，有针对性地采用考核的方法，不但具有很大的实用性，同时，还能够使学生有所收获，把考核的部分作为最终期末考试的组成部分，充分地调动学生的积极性，更好地保证教学质量。
三、不足之处和思考
在使用多媒体教学方式时就会发现，不是所有的数控机床设备都有与其相同的仿真软件，还需要加大对仿真软件的投入，来配合实际的教学质量的要求。同时，还要建设一支良好的教师队伍，学校应该在不定的时间内，选择一些优秀的教师去企业学习，并且参加实践操作，提高教师的动手能力和专业水平。还可以从企业聘用一些专业技术人才来校兼职，实现学校“双师型”的教学模式。
总之，随着现代制造业的不断发展，模具钳工的数控机床技术越来越重要了，为了适应新的改革，学校应该加强对数控机床实习的管理，建设更加完整良好的数控机床实习基地，加大对数控机床实习设备的投入，不断地丰富和加强学校的师资队伍，并且提高教师的教学水平，对现代制造业的发展和技能型人才的需求做出应有的贡献。
参考文献：
[1]丁九峰.钳工实习教学的“三能”培养[J].职业，2007（21）.
数控机床的组成及工作原理范文3
【关键词】数控机床；伺服系统；故障实例；分析与排除
1.前言
随着科学技术和社会生产的不断发展，机械制造技术有了深刻的变化。随着数控技术越来越广泛的应用，人们对数控机床故障与诊断技术的要求也越来越高。在数控机床的诸多故障中，伺服系统的故障由于其结构和控制上的复杂性以及在数控机床中所占地位的重要性而显得尤为特殊，同时对维修人员维修水平的要求也相对要高。在下面文章中，就先从伺服系统的控制原理出发，分析FAUNC 0i-mate伺服系统典型故障的分析及排故的过程。
2.数控机床的伺服系统
2.1 数控机床的组成
数控机床是机电一体化的典型产品，是集机床、计算机、电机拖动、自动控制、检测等技术为一体的自动化设备。
数控机床的基本组成包括加工程序、输入装置、数控系统、伺服系统、辅助控制系统、反馈系统及机床本体。
2.2 数控机床的伺服系统
2.2.1 概述
数控机床伺服系统（Servo System）通常是指进给伺服系统，它是数控系统和机床机械传动部件间的联接环节，是数控机床的重要组成部分。进给伺服系统是以机床移动部件位置为控制量的自动控制系统，它根据数控系统插补运算生成的位置指令，精确地变换为机床移动部件的位移，直接反映了机床坐标轴跟踪运动指令和实际定位的性能。
从位置控制的角度看，伺服系统有开环、闭环和半闭环之分。开环控制不需要位置检测与反馈；闭环和半闭环控制需要有位置检测与反馈环节，它们是基于反馈控制原理工作的。
2.2.2 伺服系统的组成
位置闭环或半闭环伺服系统由位置检测装置、位置控制、伺服驱动装置、伺服电动机及机床进给传动链组成，如图2.1所示。
闭环伺服系统的一般结构通常由位置环和速度环组成。速度环由伺服电动机、伺服驱动装置、测速装置及速度反馈组成；位置环由数控系统中的位置控制、位置检测装置及位置反馈组成。
2.2.3 伺服系统的工作原理
2.2.3.1 位置控制
位置控制是伺服系统的重要组成部分，是保证位置控制精度的重要环节。位置控制的实质是位置随动控制，其控制原理如图2.2所示。
2.2.3.2 伺服系统的工作原理
在位置控制中，根据插补运算得到的位置指令，与位置检测装置反馈来的机床坐标轴的实际位置相比较，形成位置偏差，经变换得到速度给定电压。在速度控制中，伺服驱动装置
根据速度给定电压和速度检测装置反馈的实际转速对伺服电动机进行控制，以驱动机床传动部件。
2.2.3.3 速度控制信号的实现方式
经位置控制的比较获得的位置偏差均以脉冲的形式存在，该位置偏差经一定的转换后，形成速度控制信号，该信号通过伺服驱动装置驱动伺服电动机。从位置偏差到速度控制信号的形成如图2.3所示。
速度指令Vc=位置偏差Pe×位置增益KV
位置增益KV决定了速度对位置偏差的响应程度，它反映了伺服系统的灵敏度。
3.FAUNC 0i-mate-TC伺服系统
3.1 FAUNC 0i-mate-TC伺服系统的特点
在FAUNC 0i-mate-TC伺服系统中，位置环、速度环和电流环的电路都被设计在数控系统内部，作为系统控制的一部分，通常叫做轴卡（AXES CARD）。该部分实现了位置、速度和电流的控制，最终将被三角波调制后的PWM信号输出到伺服功率放大器。图3.1为FAUNC 0i-mate伺服系统结构示意图。
3.2 FAUNC 0i-mate的伺服参数
FAUNC 0i-mate的系统参数有几千个之多，其中与伺服有关的参数分别是：
1）参数1010：CNC控制轴数。
2）参数1020：各轴的编程名称
3）参数1022：基本座标系中各轴的顺序
4）参数1023：各轴的伺服轴号。
5）参数1825：各轴的伺服环增益。
6）参数1826：各轴的到位宽度。
7）参数1827：设定各轴切削进给的到位宽度。
8）参数1828：各轴移动中的最大允许位置偏差量。
9）参数1829：各轴停止中的最大允许位置偏差量。
10）参数1420：各轴快移速度的最大值。
11）参数1422：各轴切削进给速度的最大值。
12）参数1423：各轴手动连续进给速度的最大值。
其中，决定伺服轴能否正常运动的参数有1825#、1828#、1829#、1420#、1422#及1423#参数。
总之，上述参数若出现没有设置或设置不正确的问题，则势必会影响到伺服轴的正常运行，由此将引发伺服故障。我们将由于参数问题引发的数控机床故障称之为“软件故障”。
4.伺服系统的典型故障及诊断
4.1 进给伺服的故障形式
进给伺服系统的任务是完成各坐标轴的位置控制，在整个系统中它又分为：位置环、速度环、电流环。在这些环节中，任何一个环节出现异常或故障都会对伺服系统的正常工作造成影响。下面就以出现频率较高又最有代表性的故障：“随动误差大”的报警作为典型伺服故障进行详细的分析。
4.2 CK0625数控车床X轴“随动误差大”报警的分析与修复
故障机床：南京日上公司的数控车床
控制系统类型：FANUC 0i-mate-TC
故障现象：机床上电后，点动方式下手动移动X轴，X轴不动，接着CRT上出现“411.随动误差大X轴”报警，同时设备二次电掉电，每次都如此。
故障分析：对于“随动误差大”的故障，其实质是运动轴的实际位置与理论位置（即位置给定）之间的累计误差值超过了该轴参数中规定的允许值，故障有可能出现在硬件或软件两个方面。
4.2.1 软件原因
就是伺服参数设定的问题。这时可以检查1825#参数，看看该轴的伺服环增益是否设置得过小，可相应地提高伺服增益；或者看1828#参数，该轴移动中的最大允许位置偏差量是否太小，若太小则增大这个值；其次，检查1423#参数及1424#参数，看轴手动连续进给（JOG进给）时的进给速度或手动快速进给是否过大，可适当减小设置。
但我们的故障现象是X轴根本没动，因此与速度设定无关；1825#参数和1828#参数的设定内容与正常时一样，因此，也不是位置增益或最大允许位置偏差量太小的问题。
4.2.2 硬件原因
本着由外及内、先易后难的排故原则，做如下操作：
1）是否为机械方面的问题，如电机与丝杠的连接问题、电机轴承问题、问题等。
排除方法：手动移动该轴的同时，在CRT上监测电机的负载变化情况，若负载超过额定负载的100%，则说明确实存在机械卡死；若负载正常，则可以这个怀疑。运用该方法，我们发现手动移动X轴时，直到报警出现，负载都非常正常且最大不超过额定负载的8%，说明X轴随动误差大并不是由于机械原因造成的。
2）位置检测元件、控制模块或电气连接等方面的问题。
排除方法：通过交换法进行判断。首先交换X轴与Z轴的功率放大器，结果依然出现X轴随动误差大的报警，说明X轴的功率放大器没有问题。
其次，把两轴电机动力线进行对换，为了保证每个轴闭环的完整性，此时还得将两轴的脉冲编码器的反馈线进行对换。其实，这种操作就等同于两个电机的交换，只不过挪动电机不方便而已。结果，X轴可以手动运行了，也没有报警出现，而在手动运行Z轴时，则出现了与先前X轴一样的故障情况，即不但Z轴不动反而出现了“411随动误差大Z轴”的报警。这足以说明问题出在电机侧。在对X轴电机进行静态测量时，发现电机上连接动力线的插座中，有一根插针弯了，使得三相动力电源中有一相没能接到电机上，造成X轴电机缺相，电机无法运动进而产生上述故障。将弯曲的插针弄直，电机连接恢复正常后上电，再次运行X轴及Z轴，则一切正常。到此为止，故障修复。
5.结束语
数控机床伺服系统故障的诊断，要求维修人员必须明白伺服控制的原理，熟悉数控机床伺服系统的连接情况，还要具有清晰的思维和正确的分析方法，只有这样才能取得事半功倍的维修效果。以上内容是笔者多年维修工作的一点经验之谈，无论在理论论述上还是排故的具体方法上都还存在不足之处，敬请同行批评指教。
参考文献
[1]王侃夫.数控机床控制技术与系统[M].北京:机械工业出版社,2003.4.
[2]BEIJING-FANUC 0i Mate-C系统 参数说明书.
数控机床的组成及工作原理范文4
摘 要：结合数控技术课程内容，确定数控技术课程实验教学目标，分析了数控技术课程基本实验、综合性实验教学内容的设置及教学方法，介绍了实验考核方式。
关键词：数控技术课程 实验教学 教学内容 教学方法
中图分类号：G642.3 文献标识码： A
中图分类号：G642 文献标识码：A 文章编号：1673-9795（2014）01（b）-0000-00
数控机床作为典型的机电一体化产品，在现代制造业中的应用日趋广泛。数控机床中综合运用了计算机、自动控制、自动检测、精密机械等多学科知识，是机械设计制造及其自动化专业中知识应用的综合体现。本文根据作者多年教学实践经验，就数控技术课程实验教学中教学内容的设置与教学方法的应用进行简要分析和探讨。
1 结合课程教学内容，明确实验教学目标
数控技术课程内容[1，2]通常以数控机床为中心进行展开。数控机床作为典型的机电一体化产品，总体包含机械系统、电气控制系统两大部分，即分别为被控对象和控制系统两部分。按照控制理论的基本思想，数控机床控制系统又可以分为输入系统、控制系统、驱动系统、执行系统和检测系统等五大部分。数控技术课程内容按照程序编制、插补算法与CNC系统、驱动放大电路、伺服电机、检测装置等部分进行设置即采用了这一分类方法。
从数控技术课程内容的规划中可以明确，数控技术实验教学目标应该包含对数控机床控制思想的总体认识、对数控机床操作的实践技能培养和对数控技术原理的基本认识，从而通过实践教学实现对课堂理论教学内容的深化理解。
2 根据实验条件，确定实验教学内容及教学方法
目前的数控技术实验教学中大多只注重数控编程部分的实践，而数控技术作为一门专业方向课程，可以供学生选择的方向除了数控加工技术外还应包含数字控制技术。因此，实验内容的选择不应只局限于编程，还应注重于机床的数字控制原理，该部分内容几乎涉及到除数控编程外的所有数控技术课堂教学内容。
我校数控实验室现有数控车床、数控仿形铣床、立式加工中心、数控线切割、数控雕刻机、宇龙仿真软件及机电一体化实验台等设备，设备虽然不同，但都属于典型的机电一体化产品，具有相同的控制思想。因此，在数控编程课堂教学内容开始前，进行的数控机床基本操作实验中，首先通过各个机床的加工演示和讲解，让学生对机床的结构组成、工作原理、控制思想、操作方法进行初步认识，加深对数控机床原理的理解。然后，以数控机床的基本操作为重点，通过对机床操作面板的使用，让学生熟悉机床的基本操作方法。最后，通过简单实例，从零件图、程序组成结构、程序输入、调用、材料装夹、对刀、模拟、加工，介绍数控编程加工的总体实现过程。
在数控编程课程结束后进行的数控机床编程加工实验中，由教师给定题目或学生自拟的方式，根据零件图纸，学生通过仿真软件编制程序，最后经教师审核后在机床上加工。
在课堂教学后期进行的数控机床控制原理实验中，首先通过机电一体化实验台，演示对数控机床工作台的控制，介绍机床控制系统中的PLC、继电器、接触器、环形分配器、驱动器等关键部件，然后，通过结合机床操作面板、控制程序让学生观察电气控制柜和数控系统软件界面中的PLC输入输出信号的变化，让学生理解数控机床中信息的传递与驱动、反馈控制原理。
3 做好实验准备，提高实验效率
数控机床是一种高技术含量、高精度、高性能的设备，设备造价比较高，受客观因素的影响，实验设备少，学生人数多，要使学生在短时间的实验教学课时限制下尽可能多的理解和掌握数控机床编程及其技术原理的众多知识，实验前的准备工作极为重要。开学后，实验教师应与理论课教师充分沟通，协调一致，制定好理论教学与实验教学的教学计划；实验课程开始前，实验教师应充分了解学生的理论课程进展情况，从而根据学生实际情况，制定实验教学方案，并事先准备好刀具、材料、程序，并试运行，防止因疏忽造成实验过程中的时间浪费。数控技术涉及理论广泛，学生的疑问也较多，因此，实验教师要不断提高自身理论知识，充分理解实验中涉及到的理论原理，明确实验过程，从而使整个实验过程系统化，并能及时准确、简洁明了的解答学生的提问，从而提高实验效率。
4 注重知识应用，提升综合素质
单一的数控机床编程操作实验，简单的通过加工演示、简单实例，很难达到对学生综合实践能力的锻炼，因此，应有针对性地开发综合类的实验项目。如：利用加工中心，设置刀具长度补偿和半径补偿，采用多种刀具完成零件的钻孔、平面轮廓铣削加工、圆及圆弧等的加工；利用数控车床多刀加工，完成回转零件的内外圆柱面、端面、切槽、螺纹的加工；通过对操作面板的操作，观察数控系统PLC状态图的变化，结合电气控制柜中的继电器、接触器的动作，绘制机床的电气控制原理图；通过机电一体化实验台，编制PLC梯形图，实现对机床工作台的运动控制；采用自动编程软件，完成零件的自动编程。与此同时，鼓励学生在掌握基础知识的情况下，根据实验室条件，结合自身兴趣和方向、科研经验，自主设计实验内容，或在教师指导下参与共同设计新的实验，从而充分调动学生的积极性和主动性， 提高学生分析和解决实际问题的能力，有利于学生创新精神和实践能力的培养与提高，从而达到培养具有综合能力和创新能力人才的目的。
5 完善实验考核方式
数控技术课程作为一门专业方向课，相比于大多数课程，实践应用能力更为重要，因此，应加大实验内容所占比重。考核形式采用基本理论、软件仿真、基本操作、综合实践四个方面进行考核。其中基本理论涉及机床结构、控制原理、程序代码等；软件仿真涉及材料、刀具、工艺及程序等；基本操作包括图纸、编程、对刀、加工等实践操作；综合实践由教师拟定综合实例，由学生选题或自主选择工程科研实际问题，拟定加工工艺完成操作加工。
6 结语
实践是创新的源泉，学生通过动手实践，加深对理论的理解，从而更好的实现知识的应用，进而实现对知识的综合和创新思维的产生。数控技术课程实验是学生通过实践理解和深化认识数控技术理论的关键，同时也是对知识综合应用能力培养的关键。数控技术实验课程的特点，要求教师要在教学过程中不断总结和完善，丰富教学手段和教学方法，优化教学内容，提升自身理论与实践能力，从而确保教学效果。
参考文献
数控机床的组成及工作原理范文5
关键词：数控机床；关键设计技术；改造方法；工业技术设备；现代制造业 文献标识码：A
中图分类号：TG519 文章编号：1009-2374（2016）10-0036-02 DOI：10.13535/ki.11-4406/n.2016.10.017
随着现代制造业的加工技术设备的不断发展进步，数控机床向着高精度、高稳定性、高效率、高自动化的方向不断前进。目前，高性能的数控机床在我国仍占少数，广大的数控机床仍存在很大的升级空间。因此，对数控机床的关键设计技术的研究分析，并结合这些关键设计技术总结数控机床的改造方法，意义重大。
1 数控机床的结构与原理
数控技术是指利用电脑程序控制机器的一种技术方法，即按技术员事先编好的程序对机械零件进行加工的过程。所谓数控机床，就是指利用数控技术的一类机床的统称。按其控制方式的不同进行分类，可以分为三类，包括开环控制数控机床、闭环控制数控机床和半闭环控制数控机床。目前数控机床使用的控制系统主要有法拉克、华中、广数、西门子、三菱等。可以说，数控机床是集机床、计算机、电机及运动控制、检测等技术为一体的自动化设备。其基本结构组成包括输入输出装置、数控装置、动力系统、测量装置及机床等，如图1所示：
图1 数控机床的组成结构图
其中输入输出装置指程序编制及程序载体。数控装置（或称CNC装置）被称为数控机床的“主脑”，它包括硬件和软件两大部分，主要负责处理数据和指挥工作。测量装置是检测各坐标轴的实际位移量并将信息反馈给数控机床“主脑”的装置。机床即机床本体，包括主轴、进给、床身、工作台以及辅助运动装置、液压气动系统、系统、冷却装置等。
综上所述，数控机床的工作原理是将所有加工相关的数据信息以数字和字符的编码方式进行记录，然后利用数控装置内的计算机对其进行一系列处理后，发出指令，命令执行机构自动控制并完成加工所需的各项动作，如刀具相对于工件的运动轨迹、位移量和速度等，从而完成工件的加工。
2 数控机床的几种关键设计技术
在数控机床改造方法的探究路上，有几种关键设计技术十分重要，具体总结如下：
2.1 质心驱动设计技术
质心驱动设计技术（俗称“推中心”技术）是一项由机械系统动力学理论发展而来的技术。其原理是：当驱动力作用的位置不在物体的质心位置时，就会出现一个扭转力矩，使物体发生转动或振动等不稳定的现象，若作用力一定时，力的作用位置与物体质心位置的距离越远，这个扭转力矩就会越大，物体发生转动或振动的现象就会越明显；当力作用的位置刚好在质心位置时，就不会出现扭转力矩，此时物体只会沿着导轨稳定地做直线运动。
2.2 直接驱动技术
直接驱动技术是指将伺服电机直接联接或牢固在从动部件上的一种技术。根据电机的运动类型一般可以分为直线电机驱动和力矩电机驱动两大类，其中直线电机驱动的为直线运动，力矩电机驱动的为旋转运动。使用直接驱动技术的数控机床不需要一系列的机械传动系统如齿轮传动系统、皮带传动系统等，真正做到了“零传动”，真正避免了传动过程中的各种误差的产生和累加，减少了传动过程能量的损耗，提高了传动的精度和传动的效率。
2.3 热平衡设计技术
热平衡设计技术是指利用热平衡定律（或称热交换定律）进行设备设计的一种技术。其基本原理是在热量交换的过程中，假设热量不会损失，在没有热和功转变的情况下，初始状态和最终状态时热量均达到平衡状态，此时高温物体的内能减少量就等于低温物体的内能增加量，用方程表示为Q放=Q吸（其中Q表示热量）。在数控机床工作时，热量的误差是其最重要的误差源，约占机床总误差的70%。因此，利用热平衡设计技术来改善数控机床的热性能，能有效提高机床的加工精度，这是数控机床的一种重要改造方法。
2.4 虚拟设计技术
虚拟设计技术是一种崭新的设计技术，它是利用计算机仿真技术来虚拟真实加工制造的情况，并对此制造过程及其对产品质量的影响进行分析评估，然后对虚拟设计的机床进行调整，反复推敲并完善设计。采用这种新技术进行数控机床的设计和改造，能有效提高机床的设计和改造质量，缩短研发周期，降低研发成本，使新产品的诞生更经济、更快速。目前，这种技术在数控机床上的应用虽然在机床的结构、几何尺寸等方面的数字化建模取得了成功，但在数控机床的切削加工过程的仿真模拟效果仍未达到预期。相信随着科技的发展进步，虚拟设计技术在数控机床上的应用会更加成熟和可靠。
2.5 有限元分析技术
有限元分析技术是用数学模型近似真实的物理系统而进行的模拟分析技术。具体地说，就是用若干个简单而有关联的小单元代替整体，然后对各小单元进行分析求解，最后再归纳总结，从而实现了将复杂的问题转为较简单的问题，为看似不可能解决的真实问题提供了一种有效的解决方法，其未来的发展空间很大。
3 数控机床的改造方法与实例分析
结合数控机床的结构与原理，总结关键设计技术的特点，数控机床的技术改造可以从机床工作台、动力系统、机床主轴等结构上进行技术改造。具体改造方法与应用实例结果总结如下：
3.1 质心驱动设计技术应用在机床工作台结构的改造分析
质心驱动设计技术的概念最早是由日本森精机提出并应用在数控机床上的，主要应用在机床的工作台结构。机床的工作台结构通常由工作台和滑台两部分组成，其中工作台的质量一般较轻且在滑台上，由滑台承受其全部重量。一般情况下，数控机床工作时，工作台在质心位置受到驱动力的作用而做横向直线运动，工作稳定；而滑台因承载工作台的重量而质心随着工作台的移动而不断变化，且滑台受单个驱动力的作用，容易出现转动或振动等使其工作不稳定。由此可见，运用质心驱动设计技术对机床工作台结构进行改造的方法是将其单个驱动方式改为两边驱动方式，即在以滑台质心为对称点的两侧，分别同时施加两个相同的驱动力，使滑台受到对称的两个驱动力同时作用，从而减少因力臂而产生的扭转力矩对机床工作台的影响，使其工作更加稳定。为了验证这个观点，日本森精机进行了大量试验，研究结果表明，这种方法不仅可以减少设备在高速运动过程中所产生的振动，还可以提高工件加工表面的质量精度等。
3.2 直接驱动技术应用于机床动力系统的改造分析
随着科学技术的不断发展，直接驱动技术的发展取得明显的进步，从而大大地简化了电机与从动部件之间的传动环节，并最终实现了“零传动”。在数控机床的改造和开发设计过程中，应用直接驱动技术改造机床的动力系统，取代传统的非直接驱动系统，不仅能大大提高机床的响应速度和定位精度，还能使数控机床向高性能化发展迈进了一大步。
3.3 热平衡设计结合有限元分析技术应用于主轴结构的改造分析
数控机床的主轴结构主要包括主轴、电机和轴承等，在数控机床高速运转时，其电机和轴承将产生大量热量，使整个主轴结构组件出现局部高温的现象，即出现了较大的温差，于是在热胀冷缩的影响下，机床主轴会产生局部的热变形，其轴线随变形方向而上升或下降，最终导致机床的加工精度出现不稳定的波动变化。为解决这一问题，结合上文中关于数控机床的几种关键设计技术的介绍内容，最有效的解决方法是采用热平衡设计原理结合有限元分析技术，并将其应用于数控机床的主轴结构的改造中。具体方法是利用计算机建立机床主轴的有限元分析模型，并对其进行热特性分析，同时结合热平衡原理，制定可行的解决方案，并从中选择较合理的方案措施来控制且减少主轴结构的局部升温，缩少主轴结构各部分的温差变化，使其尽量达到热平衡状态，从而减少其热变形量，提高机床加工精度的稳
定性。
3.4 虚拟设计技术应用于切削机构的改造分析
目前，虚拟设计技术在数控机床的应用上，其重点和难点在于针对数控机床的切削加工过程的仿真模拟，包括切削过程中刀具和工件的几何、运动、动力（包括热）等特征的仿真。因此，需要不断提高切削加工过程的仿真度，并在不断的虚拟分析过程中，预测切削机构的加工性能，从而提高切削机构的改造质量和改造速度，最终实现机床的优化和改造。
4 结语
随着高性能数控机床的不断发展壮大，现有的数控机床需要结合自身的结构和原理特点进行改造，以便其满足新时代的市场要求。因此，将关键设计技术应用于数控机床的技术改造和实践过程中，如机床工作台的质心驱动设计技术改造、机床动力系统的直接驱动技术改造、主轴结构的热平衡设计结合有限元分析技术改造和切削机构的虚拟设计技术改造等，相信持续不断的研发和实践，数控机床将向着高速、高精、高稳定性的方向发展。
参考文献
[1] 杨有君.数控技术[M].北京：机械工业出版社，2005.
[2] 刘强.高性能数控机床几项关键设计技术的研究应用进展[J].航空制造技术，2009，（5）.
数控机床的组成及工作原理范文6
关键词：普通机床 数控机床 实习教学
数控加工专业的实习，离不开普通机床的实习，所以数控加工专业的实习主要分普通机床实习和数控编程与操作实习两大内容。根据笔者十几年的教学经验，下面分析一下这两部分专业技能的实习内容，希望能给大家带来帮助。
一、普通机床实习
1.重视安全文明生产
安全文明生产对于机械制造行业来说是一项重要的教学管理及企业的生产教育管理项目。对于刚进入校门的学生而言，机械制造行业是一个全新的专业。实习教师虽然每次实习都强调安全文明生产的重要性，但由于学生没有深入到企业生产，没有彻底认识到安全文明生产对于生产加工的重要性。这就需要生产实习教师反复强调，甚至在每节实习课中都要强调需要注意的安全事项，再用多媒体教学，把企业中出现的伤亡事故的典型案例播放给学生。教师或企业生产管理者更应该加工安全生产的管理，作为实习生产的首要工作，让学生养成文明生产实习的好习惯。
2.正确理解机床的工作原理，让学生能熟练操作机床
学生在操作机床之前，要通过老师的讲授、操作演示等教学环节，深刻理解普通机床的组成、机床工作原理、机床的日常维护及保养。教师要做到学生不认识的手柄不要乱动，学生不知道的问题要当时解决。这既是对机床的正确操作的管理，也是对学生人身安全的管理。教师通过演示让学生充分认识和理解机床的各项功能及要求，然后安排学生练习机床的操作。一般前期操作只让学生学会变速、调挡及手柄进刀、退刀的练习，不装夹工件、不安装刀具，更不能进行切削加工。通过这一系列的实习教学，学生们对机床的工作原理有一个初步的认识后，就要反复操作练习。
3.认识刀具组成及几何角度
在机械行业中有这样一句俗语“三分刀具、七分技术”，说明要想加工出合格的零件，除了熟练操作机床，掌握必要的加工技术，还要掌握一定的刀具方面的专业技能。以900硬质合金车刀为例。首先让学生理解硬质合金刀具的特点。硬质合金刀具有硬度高、耐磨、强度和韧性较好、耐热、耐腐蚀等一系列优良性能，但有韧性差、不能承受较大冲击力等特点。其次是车刀的组成，由刀柄、刀头组成。刀柄是刀具上夹持或车刀的夹持部分；刀头是焊接刀片的部分，由它形成了车刀切削刃的切削部分。其中刀头又由前刀面、主后刀面、副后刀面、主切削刃、副切削刃、刀尖组成，即“三面、两刃、一尖”。最后是分析车刀的六个基本几何角度，车刀的几何角度主要由六个基本几何角度组成，即前角、主后角、副后角、主偏角、副偏角、刃倾角。这六个角如何测量，在什么平面内测量，每个几何角度在切削加工时都起到什么作用，都是需要让学生必须掌握的内容。这部分知识是教学内容的重点、难点。
4.刀具的刃磨
学生通过前面对刀具知识点的掌握，就可以进行刀具的刃磨练习。首先要学会选择砂轮的种类。目前，学校或企业生产中常用的砂轮材料有两种，碳化硅和氧化铝砂轮。要让学生了解刃磨刀具不同部位，选择不同的砂轮。要让学生在磨刀之前，了解刀具的几何角度在刀具的什么位置。教师通过演示，对整个磨刀过程的每一个细节，一一讲解。学生练习刃磨刀具需要一个长期的练习过程，切不可急于求成。
5.量具的使用和保养
在机械加工中，常用的量具就是游标卡尺和千分尺。学生不仅要学会正确地测量和识读数值，更重要的是学会爱护和保养所使用的量具。其他量具的使用，在后面实习课题需要使用时再讲授。以上都是普通机床实习最基本实习内容。完成前面的课题内容后，就可以进行有针对性的课题实习训练了。
6.课题训练
以普通车床为例，实习的课题经常有端面、外圆柱面、内圆柱面、锥形面、特形面、螺纹等基本课题的内容。每个实习的课题一般包括以下几项教学步骤：课题中出现的零件轮廓的名词、概念、特点，刀具的刃磨要求，刀具的安装，工件的安装，加工方法，测量方法，注意事项，废品分析等课题内容。这个教学环节是运用所有的综合技能加工合格零件的一个过程，要引导学生能根据图样，独立制定加工工艺，在切削加工中灵活运用切削用量的三要素，保证加工工件符合尺寸精度、表面粗糙度、形位公差等方面的要求。
以上是普通机床的主要实习内容。三年制的学生一般要求实习一年半左右的时间，普通机床实习基础很关键，如果普通机床没有掌握好，就谈不到数控编程的实习。因为数控编程的加工过程全部是利用普通机床实习掌握的技能进行编程加工的，虽然数控加工本身有自己的加工特点，但绝大部分都是普通机床实结的专业技能，由指令代码形式去控制自动加工的。
二、数控编程与操作
数控实习一般是先学习必要的理论编程知识，掌握编程后再进行数控机床操作加工实习。
1.数控编程
首先要让学生学习数控工艺，理解数控加工与普通加工的联系与区别，掌握数控加工工艺的一般过程。其次是学习数控编程。一般数控编程主要学习的数控系统有国产“华中”“广数”、日本“法那克”、德国“西门子”等系统。但无论哪一种数控系统，都有通用数控编程指令和该系统中的特有功能的数控循环指令。实习教学重点放在通用数控编程指令部分，到后期学习数控编程有针对性地学习一种或两数控系统中的特定指令功能即可。其实只要一种数控系统编程掌握的夯实，学生到参加工作岗位后，根据机床说明书的编程格式，很快就能胜任其他数控系统的操作，因为数控编程只是一种指令代码代表不同的功能而已。有条件的学校或企业，可以采用数控仿真软件进行数控编程和仿真加工过程教学。数控仿真软件在实习教学中体现了非常实用的优点：操作安全，降低事故率，数控仿真软件使用逼真，适合实习教学环节。在数控仿真软件使用过程中，不会产生任何实际性的事故，但学生必须学会查找原因，经过反复的编程与操作练习，最终都能在数控仿真软件中编出正确的程序以及加工出合格的零件。这是在实际的数控设备加工过程不可代替的教学环节。
2.操作加工
数控机床的操作加工主要是进行对刀、输入程序、校正程序、自动循环加工、刀补值的修调等内容。数控机床价格一般较昂贵，所以必须谨慎操作数控机床，强调安全，提出加工安全文明生产的要求。通过教师的讲解、演示、总结后，让学生逐步掌握数控操作加工的过程。但必须先把数控编程的内容让学生掌握好，最好是先在数控仿真软件上进行编程与仿真操作加工没有问题后，再进行数控机床的操作加工。
根据学校或企业对学生的培养目标不同，数控编程与操作加工一般实习需要半年或一年左右的时间。技工院校最好能结合企业生产的零件，让学生在完全掌握了数控编程与操作后，在数控机床上直接练习企业生产的零件，有针对性地进行实习教学。学生到后期再到企业生产实习一年左右的时间，基本上都能达到企业用人的需要。
