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数控机床的概述范文1
关键词：数控化改造 机械改造 导轨的改造 进给传动改造
1 概述
为了解决数控编程加工实操工位不足的问题，学校对一批南通机床厂生产的X6325A型悬臂铣床进行了数控化改造。该铣床是一种立式悬臂铣床，可用于铣、钻、扩、铰等工序的加工，其进给传动装置主要有梯形螺杆、齿轮、齿条等，由于传动环节多，传动零件的间隙大，其传动刚度、加工精度受到较大限制，自适应能力较差，其加工的吃刀量、进给速度和反向间隙的调整主要由操作工人根据经验进行实时调整，加工效率较低。所以，要实现该机床的数控化控制，除了要配以数控装置外，还必须先对机床的机械部分进行改造。
2 机床的改造方案
受机床改造成本及机床原有结构的限制，不可能对机床的床身结构作太大的改变，所以改造方案是在保持机床原有的结构上，根据数字控制的性能要求，提高基础部件的机械性能，更换无法实现数控自适应要求的零件，并安装相匹配伺服系统和数控装置，方案内容：
①保留机床原有的主传动系统，其主轴变速和转向机构不变。
②改善工作台导轨导向精度，提高导轨的摩擦性能和接触精度。
③拆除工作台X、Y轴原有进给系统，将滑动丝杠更换成滚珠丝杠从而改进传动摩擦特性，提高传动效率，同时更换丝杠的支撑零件，保证丝杠的稳定性，减小传动间隙。
④拆除主轴头上原有的Z向进给系统，加装Z向传动箱和滚珠丝杠。
3 改造的关键技术
3.1 导轨部件的改造
3.1.1 基准导轨面的修整
6325A机床X轴和Y轴方向分别采用的是燕尾导轨和矩形导轨，皆属于滑动导轨类型，由于长期的运动摩擦和集中受力，会出现磨损和变形的情况，在改造前需对导轨的形状精度即直线度进行检测，若发现上述问题，需对基准导轨面进行重磨和硬化处理。
3.1.2 移动导轨面的刮削
刮削的目的一方面是提高导轨的导向精度。导轨的水平方向起支撑作用，刮削导轨的水平面，可调整工作台的移动平面度，使工作台面在移动过程中保持在一个水平面上，保证平面加工的精度。刮削导轨的导向面，能够调整X、Y轴间的垂直度。
另一方面是提高导轨的接触精度，通过刮削的途径将接触度从原来的25×25mm内6～8点提高到25×25mm内11～12点，这样的好处一是能提高接触均匀度，能提高导轨的接触刚度和运动平稳性；二是刮点间隙能有存油的作用，使油均匀分布在导轨接触面间，改善摩擦条件。
3.2 进给传动系统的改造
3.2.1 X轴、Y轴丝杠的更换安装
机床X、Y 两轴原有的传动零件为滑动丝杠，摩擦系数较大，而且没有间隙调整结构，正反向传动的间隙大。将滑动丝杠替换成滚珠丝杠螺母副，能使进给传动的摩擦性能得到较大的改善，摩擦系数大大减小，传动的效率能提高到90%～96%；采取预紧措施后能很好的消除间隙，能够提高传动的刚度，满足数控的自适应要求。
丝杠的安装以导轨为基准，必须保证丝杠轴心线与导轨的平行度。否则，若丝杠轴心与导轨不平行，螺母在移动过程中会迫使丝杠轴线逼近理想位置，使丝杠产生弯曲变形，丝杠对两端产生倾覆力矩。当螺母运行到丝杠两端时，在倾覆力的作用下相互挤压，磨损加剧，严重时会产生沟痕，引起振动，产生导程误差。所以，丝杠装配完成后需要空手盘动丝杠，保证丝杠在传动全程轻便。
3.2.2 丝杠的预紧
根据机床原有的结构特点，本方案为各轴配置了不同预紧类型的滚珠丝杠。X轴方向采用的是双螺母螺纹调隙式预紧，见图1，左右两螺母用平键与外套6相连，其中螺母4外伸部分有螺纹。调整时拧动圆螺母1、2使4沿轴向移动一定距离，消除间隙后用圆螺母锁紧。Y向丝杠采用的是双螺母垫片调隙式预紧，通过双螺母间的垫片使螺母产生轴向位移，产生预紧作用，其预紧力调整由丝杠生产厂家完成。
3.2.3 丝杠的支承结构
X轴丝杠的支承采用一端固定，一端浮动的结构，见图2。紧固端由一对接触角为60度角接触球轴承按背对背方式组合，可承受径向力和双向的轴向力。两轴承的外圈由压盖5沿轴向压紧在支座8的内侧端面上，实现轴承与支座的轴向定位。轴承的内圈由压盖4和垫圈9压紧，实现与丝杠的固定。在轴承间有外圈隔环6，以使两轴承内圈内侧悬空产生预紧量，其预紧力由预圆螺母2施加。丝杠的右端用两个深沟球轴承支撑，主要承受径向力，轴向能作微量浮动。安装后丝杠的跳动和窜动量不可超过0.02mm，否则需对固定端的预紧量进行调整。Y轴的传动距离约为200mm，由于传动距离短，所以采用一端固定一端自由的方式，固定端采用了角接触球轴承背对背的配置结构，与X轴固定端相似。
3.2.4 进给传动结构
各轴进给都采同步齿轮带传动，带轮和传动带有相互配合的齿形，能实现啮合，不会出现打滑现象，传动比准确，传动效率高。带轮与丝杠和电机间采用涨紧套连接，能克服键连接侧向间隙所产生的影响。
3.3 主轴箱的改造
由于铣床主轴头内部空间狭小，无法布置安装丝杠、丝杠支承及电机等零部件，所以通过加装进给传动箱实现丝杠零件的安装，见图3。首先需要在铣头正面铣出平面，用以安装传动箱，并通过刮削保证该面与丝杠箱背面的贴合度，防止丝杠箱的松动影响传动的精度和稳定性。Z轴方向保留主轴套筒的导向结构，套筒15在铣头16的导向孔内上下运动实现导向，Z轴与工作台面的垂直度通过铣头原有蜗杆蜗轮机构调整。套筒与丝杠螺母间通过丝母座连接，需先在套筒上开出安装槽、螺孔和定位销孔。传动箱中轴承孔与丝母座孔的同轴度通过刮削丝母座与套筒安装槽的接触面来调整。
Z轴丝杠用一对角接触球轴承支撑，分别安装在丝杠两端，采用面对面安装，以获得适当的作用点距离。下端轴承安装在轴承座9中，轴承座安装在传动箱底部，可通过均匀分布在圆周上的基米螺钉调整方向，实现轴承与丝杠的同轴度和预紧力微调。轴承的预紧力通过调整内圈隔环8的厚度实现。
4 改造的效果
经过机械改造后，各项精度指标基本达到经济型数控机床的水平。导向精度方面，各轴移动的直线度达到0.015/500mm，各轴间的垂直度达到0.020/300mm，工作台移动相对工作台面的平行度在任意300mm测量长度上小于0.025mm，主轴旋转轴线相对工作台面的垂直度，在纵向及横向都达到0.025/300。传动精度方面，直线运动轴线的定位精度达到0.030mm，各运动轴的重复定位精度达到0.020mm，各轴反向定位精度达到0.025
mm。
5 推广前景
数控机床的机械制造中很好地解决了机械制造中结构复杂、精密、小批量、多变零件的加工问题，数控机床的大量使用，为我国机械制造整体水平的提高提供了广阔的空间。但由于数控机床的前期投资大，使许多中小型企业和职业院校难以承受，这成为了数控机床推广发展的最大障碍。普通机床的数控化改造投入低、周期短，是企业实现前期技术提升的有效途径。
参考文献：
[1]熊军.数控机床原理与结构[M].人民邮电出版社，2013.
[2]苏慧.机械装配修理与实训[M].山东科学技术出版社，2007.
[3]孙宝寿.机床改造中影响机床性能的因素分析[J].机械设计与制造，2004.
数控机床的概述范文2
关键词：远距离控制 变频器 控制器
数控机床的配气装置和电气仪表控制系统优化镀锌线保护气系统的特点，需要提供保护气、密封气和安全气。其中保护气为氢氮混合气，氢含量为5%～25%，需随工艺要求进行调整。密封气和安全气均为高纯氮气。因此根据镀锌线生产要求，需专门设计数控机床的配气装置。实际工作中，我们最常用的有二种方案：一种是自动配气系统；另一种是手动配气系统。自动配气系统是根据混合气中氢含量分析结果与PID中氢含量设定值之间差值，通过自动阀门的定位器来控制阀门开度，即控制氢气的注入量来达到氮气中氢含量的设定值。关于镀锌线保护气系统的电气仪表控制。为了保证设备的有效、安全运行，我们为保护气系统配置了各种温度、压力、流量和气体纯度等检测仪表。空压机、氢压机、冷干机、液氨泵和各种加热器等电气控制箱。为了实现自动操作，连锁控制和连锁安全保护等。我们还配置了PLC可编程控制器，根据用户要求还可以配置人机界面和计算机中央控制台等。我们也将在电气仪表控制方面不断优化，上档次，上水平，更好地为镀锌线设计和成套制造保护气，更好地为用户服务。
1 电气柜设计
通常情况下，电气柜都是由一台欧姆龙PLC和两台LG变频器所组成的。电气柜的外部接线方式如图1所示，主轴电机是由容量为18.5kW的一个变频器进行控制，主轴箱快速走刀和立柱行走两个电机都是通过接触器的不断切换由一个5.5kW的变频器进行控制。由于过多的控制电缆会直接影响设计的效果，所以我们在设计的过程中一定要尽量减少操作站和控制柜之间的电缆数目，最常见的方式就是选用总线传输的方式，这样不但可以方便移动拆解，而且床身分线盒与控制柜、手控操作站之间都可以直接用插头进行连接。电气柜门一般都安装两块显示电机转速的仪表，有停控制按钮和电源启以及控制主回路的电源。电气柜内部的电路都是经过接触器、空开、变压器等一些列的保护系统。目的就是为了进一步地保护整个PLC，从而减少其他接触器短路等原因所造成的烧毁，在接触器和PLC之间经过微继电器对其进行过渡控制。
2 PLC程序设计
欧姆龙CQM1H型作为PLC的控制器，PLC的最关键的任务就是要时时接受外部的所有信号（限位、按钮、变频器保护、空开监控、电机过载）输出和输入指示信号和变频器的所有控制信号。这里面很多的指示信号与按钮信号都和控制柜相距较远，所以通常都是选择欧姆龙的总线链接模块实现具体的控制和连接，以多芯或两芯的电缆进行PLC链接模块与操作站模块之间的相互连接。在整个编程的过程中，使用最多的是CX-programmer软件，它的优点就是能够进行实时监控每一个点的实际状态，调试相对比较方便。
3 变频器参数调整
柜内有两台变频器，一台单独控制主轴，另一台通过接触器切换分别控制立柱行走和主轴箱走刀、快速，LC变频器设置分为七组参数，分别是功能组1、驱动组、功能组2、外部组、输入＼输出组、应用组、通讯组（选项组），全部设置都是出厂所默认的设置，依据具体的情况去改变一些相应的参数。
3.1 基本参数的设置
变频器设置首先应该选择电机功率，也可以根据变频器型号选择默认值。
3.2 特定功能的应用
工作台（立柱）与主轴箱是不同的轴，为了保护所选轴电机适应不同的工作状态，所以选择第二电机功能，设置不同的参数来控制所选的轴。第二参数功能设置具体方法是：选择任意一个多功能端口，设置对应的I/O参数，在这个端口激活状态下，启用第二电机功能。设置的参数分别是第二电机加速时间、减速时间、转折频率、V/F方式、正转矩补偿、反转矩补偿、电子热保护等级（一分钟）、电子热保护等级（连续）、额定电机电流。
因为工作台（立柱）行走是主要参与加工轴，在低速段要求转矩较高，因此控制方式选择用户V/F方式，可以在0至最大频率段设置四个点设置不同电压，将第一个点设置较高输出电压提高输出转矩。
4 结论
两台IG变频器是控制核心部件，其参数调整与加工性能密切相关，其中一台控制三台电机，对应两个轴。应用了第二电机功能，设置不同的参数以区分保护不同的电机。在工作台（立柱）控制中又改变了控制方式为用户V/F控制方式，因此较好满足了实际加工的需要。采用总线传输方式，省去了在控制箱和控制柜之间众多的电缆，仅以一根10芯通讯电缆代之，极大地克服了移动的困难。
参考文献：
数控机床的概述范文3
关键词：经济型；数控机床；改造；优化；方案
1.在机床简易数控工作中微机技术的应用原理
通过微机技术的利用，所改造的这种机床简易数控装置主要由功率步进电机、单板机、收发信板、控制程序、驱动电源装置以及零件加工程序等部件所构成[1]。基于控制程序控制下，单板机不仅可使该数控系统具有圆弧插补以及直线插补加工工件轮廓所具功能，同时还具有反向间隙补偿、刀具补偿、快速回零等功能。在零件加工程序将具体进给速度、位移尺寸以及其方向等给出以后，系统中的控制系统利用单板机，根据所输入的一系列零件加工程序，进行脉冲信号的发出，接着通过隔离放大后，分别驱动各功率进步机，从而使刀架可根据所规定的位移量、方向以及速度等，达到横向运动以及纵向运动的目的，继而形成一个科学且经济的开环数控系统。
2.经济型数控机床改造优化方案
2.1.控制系统选用
目前在市场上，数控系统的种类非常多，对此，在选用之前，应充分了解被改造机床自身功能，基于便于服务、价格合理且技术先进这一原则来进行选择，目前在数控系统中，应用相对比较广泛有两种，即JWK-15T系统和JBK-30M系统，其中JWK-15T数控系统的核心为MCS-51系列8031单片微机，该系统通过三路驱动电路的应用，分别对各步进电动机实施控制，以此实现机床位移运动，并且在此基础上实现任意三坐标联动或者二坐标联动。JBK-30M系统为一种三坐标数控系统，该系统不仅可执行自身编程指令，同时还可实现二坐标系统编程指令。
在选用控制系统时必须要注意以下两个问题：第一，基于资金充足的条件下，尽量用质量好、工艺可靠且规范的产品，确保其可有效预防因电器元件而出现的各种故障。第二，所用系统功能应满足预改造数控机床要达到的各功能，尽量降低过剩数控功能，在追求高性能指标数控系统的同时，还应注重其性能价格比。
2.2.改造对象应合理且科学
首先调查研究各机床零件加工的实际情况，并分类进行统计，查看零件批量情况，了解各批量应在何种机床实施加工，明确机床的型号[2]。对形状较为复杂的这些零件，利用微机技术来进行机床的改造，不仅可有效可减少加工成本，确保零件的成形，同时还可使企业加工能力得到提升。
2.3.改造范围和辅助改造应合理
2.3.1.改造范围
改造范围应基于改造对象自身的性能与精度需求，结合企业自身的条件来明确，下面就以卧式机床作为例子来予以阐述，
第一，为实现数控机床的改造，对满足精度需求的机床，通常情况下，车床部件不动，而是对床鞍纵向滑动丝杠副进行改造，将其改造成为纵向的滚珠丝杠副，且在其右端位置安装相应的功率步进电机以及消隙减速箱，此外还对中滑板横向滑动丝杠副进行改造，将其改造成为滚珠四丝杠副，且于其外端处安装功率步进电机以及消隙减速箱，以此使车床横向运动以及纵向运动不仅可借助于微机系统来控制，同时也可由操作人员来实施普通操作。改造机床时，只需拆除溜板箱中开合螺母和中滑板中滑动螺母，将滚珠螺母座设于合适位置就可。
第二，在电气的控制上，为防止普通操作和数控操作互相影响以及干涉，导致操作失误，在改造时，应安装相应的电气联锁开关，以此对操作转换进行有效地控制[3]。而对于全新或者比较新的车床实施数控改造时，通常情况下会保留机床所有零部件，直接于纵向滑动丝杠右端以及横向滑动丝杠外端分别安装消隙减速箱与功率步进电机，以此确保车床兼具普通操作和数控两种功能。
2.3.2.辅助改造
在辅助改造上，若改造后的机床所加工零件较复杂，需用三把刀或者四把刀才可将所有工序完成，在此时需对刀架部件实施改造，通常情况下，可安装有鼠牙盘定位以及四把刀的自动转刀架来满足上述需求。此外，若改造后的这一数控机床需对螺纹实施加工，则可于主轴后端同轴位置和异轴位置分别安装脉冲发生器，将其看作主轴处信号反馈元件，以此实现对主轴转角处的检测，且把其变化的实际情况及时传送至单板机，从而使单板机可根据需要加工螺距的实际要求来处理[4]。
3.结束语
综上所述，借助于微机技术的应用来进行机床的改造，操作比较简单和方便，所测量的精度也比较高，能够使机床达到自动化的目的，继而进一步提升生产效率，加工形状比较复杂或者小批量的零件。
参考文献：
[1] 常军，王宏，李尧等.普通机床的数控化研究[J].新技术新工艺，2011，（8）：24-26.
[2] 闫向彤，赵璐.普通机床的经济型数控化改造设计[J].机械设计与制造，2009，（10）：205-206.
数控机床的概述范文4
关键词: 普通机床 数控改造 具体措施 技术及人员要求
进入新世纪以来,中国机床工具市场取得很大的发展,尤其数控设备成果喜人,特别是2008年金融危机以来,中国数控市场不冷反热,各企业及时调整产品结构,产业升级,新产品新技术层出不穷,中高档产品已成主流,大多数企业迫切希望更好地掌握国际先进的数控技术用于机床改造。我从事数控技术工作多年,深有感触,现就着重探讨普通机床的数控改造方面的问题。
一、历史回顾及现状
改革开发以来,中国大量的机械机床设备需要升级改造,机械加工领域的数控技术需要迫切,上世界80年代至今,德国西门子公司在北京等地建立工厂,着重推广数控技术。数控机床的再制造开始于20世纪90年代,作为新的经济增长行业,正处在黄金时代。我国金属加工业需求层次不同,从国防军工、精密加工等高端需求到模具制造、汽车零件加工的中高端市场,直至普通轴类零件的中低端需求,都对数控系统的改造提供了广阔的空间。
二、数控改造的内容
1.普通机床改造成数控机床。数控机床的使用寿命一般是10―12年,而对于已经到期的一些旧机床,尤其是一些进口机床,其机械刚性有可能还好于新机床,所以,再制造的价值非常大。比如使用光栅的数显钻床改造成数控钻床,一般用步进电机;旧的光显镗床改造成数控镗床,一般用半闭环交流伺服系统;普通车床的数控改造,等等。
2.原有的数控机床升级换代。随着机场的需求功能不断完善,尤其是车间信息化的发展,数控改造不只是针对单台机床,而是要提高整体效率。比如我校数控实习车间原有三台2000年前买的旧版华中数控系统立式铣床,电器系统已经老化无法使用,2010年春学期我们就新购了法拉克0i-C型系统加以全面改造,既锻炼了老师和学生的实际动手能力,又让这三台旧机床焕发了青春,为学校节约了很大的设备投入经费,取得了良好的社会效果。少数情况机床价格较高,机械基础较好,如大中型数控铣床、卧式加工中心、高精度数控磨床、数控曲轴加工机床、数控凸轮加工机床和刀具磨床等,制造周期长,技术含量高,机床原值高,但苦于数控系统老化,备件支持匮乏,电器维修成本高,或原系统市场已被淘汰,此时应及时进行新数控系统的升级改造,如同时对机械项目进行维修,其价值会更加可观。
3.在现有的数控系统基础上开发新的功能。机床保留基座主体,结构有较大的进步或改进,如龙门铣床或龙门刨床,采用直线电机或直线导轨,高速电主轴等新技术,使其成为高速铁路的导轨磨床;普通液压靠模凸轮磨床的通过二次结构设计,数控系统升级,采用数控系统高精度轮廓控制,使之变为高速高精度数控凸轮磨床,数控车床通过局部结构变化,安装上带动力头的数控刀架,并通过配置CS轴的分度定位功能,将其改造成数控车削中心;通过结构设计与采用数控系统,将普通的车床再制造成为数控旋压机,等等。上述内容多体现了如下特点:需要融入结构创新和二次设计,大量采用系统的新的功能新的技术,缺点是技术门槛高,市场应用面窄,社会需求量和供应量不大。
三、数控改造的具体措施
我国中小型城市在上世纪90年代中期逐步开展上述工作,一般机床的改装非常普遍,这是由我国国情所决定的。改革开发带来的技术进步,数控机床的高精度、高效益等优点的不断显现和人们的新的认识,促使社会积极推进数控化进程,外国西门子、法拉克,国产广数系统、华中系统等被大量采用,大多属于普及型或经济型数控系统。其伺服系统采用步进电机,具体的改造措施一般有如下几个方面:1.增加或更换滚珠丝杠。原滑台如采用液压的则拆除,选用新的滚珠丝杠及相应的机械连接工艺设计。2.增加自动刀库。现在江苏昆山产的台湾盛钰刀库应用较广。3.主轴增加交流变频器。4.PMC的应用。这种改造已经突破了原来设备的结构限制,在不增加能源和消耗的前提下,节约了成本,为社会作出了贡献。
数控改造的前提是如何真正实现有意义有价值的系统升级,而不是简单地修理和更换电路元件,通过改造融入更多的自主知识产权,将新技术用于数控改造,提高原机床的性能和精度,降低能耗。
四、数控改造的技术及人员要求
对企业或用户来说,他们希望将先进的数控系统成功地应用于终端设备上,使其发挥最大的效能,因此从事数控技术改造的人员来说就必须具备以下要求:1.熟悉机床结构,对机床结构和设备的加工工艺有较深入的了解;2.熟悉机床的生产工艺流程,了解客户的个性化需求;3.较强的就业和吃苦耐劳的精神;4.有丰富的维修经验,对机、电、液、工艺等方面有较强的理论与实践能力,精通数控系统、相关机床参数及PMC程序等。具体操作方面应注意如下几方面:1.与用户积极沟通,共同确定项目的解决方案;2.考虑方案成本提高性价比;3.应考虑项目实施的可操作性;4.知识储备多有经验能够掌握有效的资源与信息。例如,西门子数控系统对机床制造厂商和机床在制造人员来说要求是比较高的。从事二次开发的应用人员,除要了解系统之外,更多的是要了解机床,这样才能提供操作性能良好功能强大的数控机床。目前有些功能不是系统没有提供,而是机床制造厂或开发人员没有挖掘出。西门子数控系统是一个大的平台,其对环境如温度湿度和抗干扰等方面的要求较高,如果局限原来的走线、安装不规范,使用者对系统缺乏理解,理论基础不扎实,就会增加偶发性故障。
系统改造完以后,进行调试和确定合理的验收标准,也是技术准备工作的重要一环。调试工作涉及机械、液压、电气、光学、控制、传感等,因此必须由项目负责人进行,其他人员配合。调试步骤可从简到繁、从小到大、从外到里进行,也可先局部后全局、先子系统后整系统进行。验收标准是对新系统的考核,过高或过低的标准都会对改造工作产生负面影响。标准一旦确定下来,不能随便修改,因为它牵涉到整个改造工作的各个环节。
五、前景展望
低成本是推动数控改造市场迅速膨胀的关键因素,现在不少大企业原先进口的机床已经远超过了“服役期”,但这些设备价值不菲,单价在几百万元甚至上千万元,而且机械部分还可以使用,因此急需进行改造。只要正确有效地将CNC、伺服系统、机床电气系统和机械部分集成于一体,就能最终交给用户一台经过改造或等于再制造的具有个性特色的专用数控机床,使企业从中获得更大的经济效益,使资产获得有效的增值。因此该行业的前景十分远大光明。
总之,数控机床改造具有很好的发展前途,但它对数控系统制造商和数控机床改造者均提出较高的要求。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。机床改造作为新的经济增长行业,是个“永恒”的课题,必将生机盎然。
参考文献:
[1]龚仲华.数控机床故障诊断与维修500例.机械工业出版社,2006.
数控机床的概述范文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）.
数控机床的概述范文6
关键词：数控机床编程课程 教学改革 理论与实践 教学探索
中图分类号：G712 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2016）06（a）-0130-02
数控机床编程课程是机械制造专业的基础性课程，对于学生未来不论是专业课学习还是数控机床的操作实践以及工作都会产生重要的影响。传统的教学模式只注重对于知识的灌输，而不注重对于学生实践能力以及问题解决能力的思考，这就造成教学质量的每况愈下。该文结合当前的教学改革工作以及社会发展对于技能型人才的要求，对于编程课程这门课程的教学改革工作做了一些探索。
1 传统教学模式的不适应性
随着社会的发展，传统的教学模式已经不再适应社会的发展要求。现代社会的发展对于技能型人才要求既要有一定的理论知识，同时也应该具有很强的动手能力和实践能力，便于在实际工作当中发现问题解决问题。但传统的教学模式更侧重于对知识的灌输以及对考试成绩的要求，而忽略了对于学生理论知识之外的能力培养。比如分析思考问题的能力、解决问题的能力等。这造成学生完成对于理论的知识学习之后仍然对于数控机床的操作与实践不熟悉，不具备实践操作的能力。所以随着当今社会的发展，对于人才提出了新的标准，这也造成传统的教学模式已经不再适用于数控机床的编程课程教学模式。在进行的教学改革工作中，应该在向学生教授理论知识的同时，更侧重于对学生进行实践能力和动手操作能力的培养。
2 教学改革工作内容分析
2.1 理论教学改革工作分析
2.1.1 改变传统的理论教学模式
在编程课程的理论教学改革工作中，应该针对传统的课堂教学模式进行改革，将理论知识的学习与动手实践能力融为一体，让学生在实践中学习理论知识，而在理论知识的学习中获得实践的知识。要在理论教学过程中加强对于学生对知识点的理解，可以通过创建不同教学情境的方式帮助学生提高对于理论知识的掌握和理解。比如在讲解到编程知识中的外圆柱零面加工、以及锥面加工、以及螺纹加工时，可以根据不同的零件加工特点给学生讲解一些有趣的小故事，从而帮助学生提高对不同零件加工特点的理解和掌握。
另外，为了让理论知识更加接近数控机床的操作实践，教学组可以根据多年的教学工作经验自编教材。传统的数控机床教材的编纂过于理论性，而且随着社会技术的发展，很多内容都已经与数控机床技术脱节。自编教材对于教学工作更加具有灵活性，可以随时根据实际的数控机床编程工作进行更改，更有利于学生的学习以及未来的工作。
2.1.2 借助多媒体教学，丰富教学形式
在课堂教学过程中，采用任务驱动的方式驱动学生进行自主学习与操作。同时结合现代化的教学手段，丰富课堂教学内容和形式。数控机床这门课程本身就是实践性课程，通过实践提高学生的操作能力以及对于设备原理的理论知识的学习，效果要好于单纯地进行理论讲解。随着计算机技术的应用，多媒体教学的形式已经在课堂上得到了比较普遍的应用。所以教师可以在课堂教学活动中通过借助这种教学模式将课堂教学内容以一种更加丰富多彩的方式展示出来。一方面可以提高学生的兴趣，让学生主动性的学习；另一方面通过多媒体技术，课堂内容将会变得更加形象，更容易让学生进行学习。
比如可以在多媒体教学中应用视频教学。通过视频，同时将机床设备的操控过程进行展示。这样学生在学习课堂理论知识的同时也会对于机床设备的操作进行进一步了解，更利于后期学生的实践以及工作。可以将常见的、先进的机床设备，比如：多轴联动数控机床、高速切削数控机床以及多功能复合机床等的加工操作方式让学生进行观看和学习。由于条件限制学生可能无法在教学实践中接触到这里先进机床，通过观看视频可以让学生对这类机床设备做一些初步的了解，以备不时之需。
所以，通过对理论教学工作进行改革，弥补了传统的课堂教学的不足和缺陷。尤其是借助计算机技术，通过多媒体教学，借助课件、视频、图片、音频等多种形式以一种更加丰富多彩的形式对课堂内容进行讲解，更有助于学生的理解和学习。而且通过自编教材、教案等，上课形式更加灵活多样，课堂内容也更加与生活实际相联系，可以有效提高学生的学习效果。
2.2 仿真教学模式的应用分析
2.2.1 仿真教学在理论教学中的应用分析
当前，随着教学手段的不断丰富，仿真教学模式正在教学工作中得到普遍的应用。仿真教学是指借助计算机软件对于数控机床的加工进行零件编程进行模拟教学的一种教学方法。通常在教学工作中主要有两种软件可以选用：一种是数控加工的模拟软件；另一种是专业性更强的CAM软件。这种软件的主要功能就是实现对于一些复杂零件的编程。一般对于复杂的零件，通过手工编程的方式很难实现对其操作。所以可以先通过CAM软件进行建模，CAM会根据建的模型设计数控加工程序，然后就可以通过仿真软件对零件进行加工。
在数控机床的编程教学工作中，应用模拟教学软件可以大大提高课堂教学效果。一般教师在讲述某一种教学方法的时候，如果学生理解了之后提出一种更为简便的编程方式，由于无法进行实践操作不能检验这种编程方式的正确性，大家都不知道对不对。通过应用仿真软件则解决了这一问题，教师与学生可以根据模拟系统对编程程序进行验证，如果能通过仿真软件顺利的加工出零件则证明这种编程方法是正确的，如果不能加工出来，那么说明在编程过程中肯定出现了一些错误。这时可以根据当初的图纸设计以及编程设计寻找原因，可以与教师和同学一起交流思考，相互讨论，找出问题的原因所在。通过这一过程，不仅仅是锻炼了学生的专业编程能力，同时对于学生解决问题的能力以及他人沟通表达的能力都有非常大的帮助作用，其效果要远远超出传统的课堂教学模式的效果。
2.2.2 仿真教学对实践教学的帮助
现在的学生在进行专业知识学习之前都没有接触过数控机床，所以，如果直接让他们通过理论学习的编程知识对数控机床进行编程学生难免会有恐惧心理。尤其是当在编程过程中出现某些问题的时候，由于没有经验，学生会非常紧张害怕。通过仿真教学这种模式，可以实现学生在平常的课堂学习过程中的编程操作，进而提高学生对于数控机床的操作实践能力。对于数控机床操作中的基本界面，以及对程序的调用、运行等基本操作进行熟悉。传统的教学模式只侧重于理论知识点的灌输，学生一个学期可能都不会见到数控机床设备，更不会去动手实践操作。通过仿真教学的模拟软件，可以在进行理论知识讲解的同时向学生演示操作方法，更具有实践性。学生也在这一过程中学习到了理论知识和操作方式，而且还可以亲自动手进行操作，对于数控机床的一些程序的调用执行进行熟悉，为以后的工作打下良好的基础。
3 编程教学的实践教学改革
数控机床的编程课程是一门实践课程，学生学习的目的最终是为了能够对数控机床进行操作，走上数控机床的操作岗位进行零件的加工与生产。所以在对学生进行教学的时候应该侧重于对学生实践教学的设计与改革，要让学生将学习到的知识真正地学以致用，在数控机床的实践中加深对知识的理解，并融会贯通对知识点进行创新。所以必须要加强学生在学习过程中进行上级操作，同时也要进行零件加工工作，尤其是对于一些切削等技术的锻炼学习和掌握。通过让学生进行数控机床岗位实践的另一个原因是受现在大环境的影响，学生普遍的都沾染了一些不良的习气，这些习惯对于学生未来的工作非常不利，通过提前让学生进行岗位实践锻炼，可以让学生提前适应未来的岗位生活，有利于培养学生认真工作的态度以及提高对数控机床的操控能力。
而且为了提高实践效果，有条件的学校应该在学生的实践教学过程中与企业进行合作，让学生进行项目实训。这样学生就会以一种更加积极的态度投入到实践项目中，对于在实践过程中经常遇到的问题会主动进行探索与学习，直至解决问题。这样既提高了学生的动手实践能力，同时也拓展了学生的知识应用能力以及独立思考解决问题的能力，教学效果会得到极大改善。
4 结语
随着当今社会的发展，对于数控机床的教学工作提出了更高的要求。所以为了提高教学质量，针对数控机床的编程课程进行教学改革是一种必然趋势。在教学改革工作中，应该讲理论知识与实践能力相并重，将理论教学、仿真教学和实践教学这三种教学模式结合起来，既要提高学生对于理论知识的掌握理解，同时也要提高学生的实践操作能力，培养学生对数控机床的操作技能，让学生提前体验数控机床岗位工作，不断在学习中完善自己，为将来的就业工作打下良好的基础。
参考文献
[1] 曾林，邓海英.现代教育技术在《数控机床编程与操作》课程教学中的应用[J].柳州职业技术学院学报，2014（3）：132-135.
[2] 樊雄.关于《数控机床操作与编程》课程改革的调研[J].广西轻工业，2014（2）：121-122.
[3] 崔静.基于工作过程的行动导向教学在《数控机床编程》课程中的应用初探[J].陕西教育：高教版，2015（4）：103-104.
[4] 郭课，刘刚.高等职业院校“数控机床与编程”课程教学改革的探索[J].科技信息，2015（36）：263.
[5] 王晓梅，邓小明.《数控机床编程与操作》课程教学中的应用与研究[J].郴州职业技术学院学报，2015（3）：132-135.
[6] 陆冠东，曹仁.《数控机床操作与编程》课程改革的调研与探究[J].云南轻工业学报，2015（2）：121-122.
