机床数控化精选(九篇)
第1篇：机床数控化范文
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。Www.133229.CoM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
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润滑。
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。
第2篇：机床数控化范文
关键词：机床；数控机床；机电一体化
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
第3篇：机床数控化范文
【关键词】数控技术；机械加工；机床；研究
在对机床进行数控化加工的过程中，必须要将施工工艺的细致程度考虑在数控编程内或者计算的过程中，否则计算的数据偏差过大就会使得加工的产品出现极大的偏差。但是在实际的机床进行数控编程的过程中，不仅要将施工工艺精密计算，还要将每一个细节都考虑周到，如果在建设的过程中没有将数控的方法设计得科学合理，那么也会导致后期的重复计算和返工的时间增加，这就使得时间遭到了极大的浪费。数控所控制的加工工艺，可以说是在机械加工过程中最为重要的一个环节，在进行数控工艺的设计工作过程中，如果没有用最为科学合理的方式来进行设计，必然会导致加工的程序出现问题，同时也会导致加工的零件质量和机床加工的生产效率受到极大的影响。
机械化控制的机床，必须要将每一个环节的空自己内容都设计到极为详细，但是要最大限度的减少加工的工序，各个环节所需要的工装数量必须要低于普通的机床，否则机械化改造就没有实际的意义。通过以上我们也可以发现，机床在进行加工的过程中，实际上各个工序的内容都比较复杂，但是结合具体的实际情况并将其机械化后，就使得各个工序有效的集成起来，并且还能够提升机床加工的精度和加工效率。
1.数控技术的原理
1.1工作原理
数控技术自身通常都有计算机操作系统，并且将自身各个结构、单元、模块与机床向连接起来，从而使得操作人员能够通过远程的方式来操作机床进行敬爱工，以机械控制的方式来运作每，使得机床生产的效率能够不断的提高。除此之外，还需要保证数控化系统中的所编制的系统能正常的运行，最大限度的降低误差，控制好各个零件之间的精确位置，特别是控制刀具相对于工件给定速度。采用输入设备输入各种数据信息[2]，把各个坐标轴的移动分量传输到对应的驱动电，保持机床切削运动朝着编制好的路径进行路，这些都需要依靠装置的插补功能。数控装置本质上属于计算机控制的，在控制过程中只需将数据信号反馈到控制装置里，通过中央处理器对数据信息进行处理分析，维持了各运作部件有序的加工生产，数控系统按照零件轮廓线型的有限信息，这样便能保证各项数据指令的正常处理，最终实现精密加工处理。
1.2基本概念
所谓的数控技术，指的是通过采用数字信息，对机械加工和运动过程进行控制，提高机械设备运作的自动化效率，给现代机械加工带来了极大的帮助。数控技术主要包括：传感检测技术、传统的机械制造技术、光机电技术以及网络通信技术。工作过程中只需要预先编程，然后采用编辑好的程序指令对设备进行相应的控制[3]。
2.数控技术在机械制造领域中的应用分析
2.1在机床设备中的应用
在机械加工领域发展过程中，机床设备控制技术是一项非常重要的技术，对于机械加工业的发展起着重要作用，是现代机电一体化的重要组成部分，在很大程度上提高了机床的生产效率。数控计算机发出的控制指令，通过控制机床中心系统作用于机床并执行如冷却泵的起停等各种顺序动作指令，从而使得机床能够按所编的程序自动加工出相应的零件。
2.2在工业中的应用
工业生产领域中，数控技术在很大程度上用于工业机械设备的生产线，并且以计算机为实现方式，通过计算机进行程序的编写和程序代码的编写输入等，从而保证了加工零部件的加工程序的顺利进行，数控技术在工业领域的应用主要在于以机械化的作业方式代替了人工进行相关程序的操作，完成难以完成甚至不可能完成的工作任务和程序。数控技术具有高精度的技术特点，在保证了相关机械设备的加工质量的同时也在很大程度上提高了生产的效率，有效改善了操作人员的工作条件，节约了施工人力。
2.3在机械加工系统当中的应用
随着机械加工技术和加工工艺的持续发展和研究，机械加工设备及其加工的控制系统也在相关技术的发展之下得到了持续的发展和升级，数控技术机械设备机壳的毛坯制造。由于相应的机械加工设备控制系统也在不断更新变化，使得各种机壳的毛坯制造商开始积极引进先进焊件。
3.数控机床增效的主要途径
当前，数控机床加工设备以及相关的加工工艺中存在一定的问题，缺乏合理的加工切削参数，缺乏数控机床加工工艺数据库以及知识库，其次缺乏数字化的制造以及管理系统。数控机床加工的这些设备致使数控机床加工过程中的准备时间以及等待时间和故障调试的时间较长，致使对整体的数控机床的加工效率产生了整体的影响。
3.1提高数控机床的自动化程度
数控技术的机械化加工过程中，逐渐提高数控技术的自动化程度，是数控技术的发展趋势，减少加工所需要的时间，通过柔性制造单元，以及柔性生产线和复合的加工等数控加工技术，从而有效提高了加工零件在实际的生产过程中的连续性以及自动化，有效缩短了加工过程中的辅助时间，提高了加工的效率。
3.2逐渐优化加工过程
数控机床的加工还应通过生产过程的持续优化实现，生产过程的优化液将有效减少加工的准备时间，以配套的较为先进的生产和管理方式、机械设备的管理以及刀具的自动配送和机械零件的制造执行系统等，有效提高了设备的完整性和开动率，保证数控机床的高效管理和持续运行。
4.结语
机床数控化的改造技术已经在各个行业中得到了极为广泛的利用，我企业生产带来了更高的效率和更多的产品利润，但是我们不能止步不前，我们需要不断研究机床数控化技术，将其中的缺点全部弥补，使得这项技术能够不断的完善，并且为工业生产带来更高的效益，为我国的工业技术进步做出了巨大的贡献。
【参考文献】
[1]辛长德.数控技术在机械制造中应用及发展[J].科技创新与应用，2012（8）.
第4篇：机床数控化范文
关键词：机床；数控化；改造
如果对所用的普通车床和长时间使用的车床不进行改造，仅购买新的数控车床，则会增加许多生产厂家设备方面的成本。所以生产厂家对普通车床及长时间使用的车床进行数控化改造是必经之路。在此谈一下如何对数控车床进行改造。
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。wwW.133229.cOM
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。有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20世纪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
第5篇：机床数控化范文
机床在切削金属时，机床自身受到大的复杂多变的载荷和温度场影响，往往会引起机床振动，进而影响加工质量，使得机床性能不能充分发挥，降低机床使用寿命。振动严重时还会产生崩刃、打刀现象，使得加工无法进行。此外，加工中，工艺系统在各种热源（摩擦热、切削热、环境温度和辐射热等）的作用下，产生温度场，致使机床、刀具、夹具产生热变形，从而影响工件和刀具之间的相对位移，造成加工误差，影响加工精度。有调查表明［1］：在精密加工中，仅热变形影响的制造误差占总制造误差的40％～70％。例如某万能磨床的床身，在工作台和砂轮架重力作用下，引起床身导轨凸凹为4～5μm，而当磨床运转后，由于床身下部油池温度的升高，床身热变形所引起的床身导轨凸凹却高达25～30μm。日本东京大学佐田登志夫教授把机床热变形看作是由于温度变化引起的机床结构刚度不足，提出了“热刚度”概念，将机床的静刚度、动刚度、热刚度有机结合在一起进行研究。为此，必须在不断提高机床自动化程度的同时，尽可能改善机床的静态性能、动态性能和热稳定性。笔者认为解决上述问题的途径主要有：一是优化机床结构，二是使用新型材料。机床结构优化方面：近年来随着计算机技术和有限元的迅速发展，研究者在机床结构的优化设计取得了丰硕成果。如通过试验与理论分析，找出了机床的薄弱环节、针对机床的薄弱环节进行结构优化，使得机床结构的动、静态力学性能得到提高。另外，结构优化中的尺寸优化、形状优化、拓扑优化技术已经在机床结构优化设计方面发挥着重要作用。研究者在机床结构设计和控制系统研究的同时，发现传统的机床基础件铸铁材料虽然具有良好的刚度、强度和切削性能，但其动态性能不足，热稳定性差，而且在生产过程存在周期长、耗能大的缺点，已经不能很好满足用户控制加工成本或特殊加工的需要。为此，研究者开始致力于机床基础件新型复合材料的研发，并先后尝试了天然花岗岩、普通混凝土、钢筋混凝土、聚合物混凝土和纤维增强树脂混凝土制造机床基础件。作为结构材料，聚合物混凝土铸件在机床行业被广泛接受已经30多年了。据统计，在欧洲，每10台机床就有一台使用矿物铸件做床身。如瑞士、法国、日本德国等已成功用树脂混凝土制造机床床身、立柱、主轴等构件，其中法国树脂混凝土机床构件已产业化，形成系列产品，并制定了国家标准（DIN），但是它在国内机床制造业中的应用推广却很慢。目前国内对新型材料做机床床身进行的研究多倾向于提高机床性能，以高成本为代价来获得高精度机床，而以降低机床成本和环境保护为主要目的研究较少，特别是当前钢铁材料大幅涨价，更加剧了国内机床企业的竞争压力。寻求一种价格较为低廉且性能与铸铁相差无几甚至高于铸铁的新型材料代替铸铁制造机床床身，已成为制造企业谋求提高机床质量和企业利润的出口。2012年国家04专项“高档数控机床与基础制造装备”将“纤维增韧增强树脂矿物复合材料及其精密机床床身精度稳定性技术”列为课题项目之一。笔者早在2004年曾把纤维增强树脂混凝土作为一种用于制造机床基础件的新型复合材料，发现其具有良好的吸振性和热稳定性，并对其阻尼比等参数进行了试验。试验发现纤维增强树脂混凝土热变形系数约为5．92×10－6℃，约为铸铁的1／2，热传导率是灰铸铁的1／20以下，在遇到短时内外界温度变化时，温度恒定时间要长3倍以上，而温度影响的反应振幅只有1／3。钢纤维的加入提高了其抗剪强度、抗压强度及劈裂抗拉压强度和抗冲击性能，优越的动静态性能满足了发展高速度、高精度机床对床身的要求。长期以来，研究者对机床振动、热变形测量及误差补偿的研究，主要从改善和优化制造机床的结构出发，未能从利用其他具有优良热性能材料的角度出发，同时从优化制造机床基础件的结构的角度出发来提高机床静、动态和热性能，以提高机床的加工精度。机床稳定的热性能是影响机床加工质量的重要因素，开展纤维增强树脂混凝土机床基础件的热性能研究是很有必要的，研究者多从静、动态力学角度研究材料性能，尚未涉及热态性能研究。此外，纤维增强树脂混凝土复杂的力学性能和本构关系完全不同于传统机床基础件材料铸铁，设计者不能完全遵循传统的设计方法设计纤维增强树脂混凝土数控机床基础件，需考虑材料自身力学性能。
1国内外研究现状
1．1纤维增强树脂混凝土数控机床基础件的研究现状
树脂混凝土在机床基础件中的应用大致经历了普通混凝土、树脂混凝土、纤维增强树脂混凝土的发展历程。国外，自从混凝土问世以来，其在制造机床构件方面的应用得到了飞速发展。如德国的Schlesinger公司、Boehrin－ger公司、Burkhart＆Weher公司以及Darmstadt大学等企业研究所成功将树脂混凝土用于加工中心和高速机床上，并完成聚合物混凝土德国工业标准等。欧洲其他国家如：瑞士的Georgefesher公司、Studer公司等，自Studer公司自行研制成第一台外圆磨床的树脂混凝土床身和主轴后，20世纪80年代初又制成了S30到S50数控外圆磨床的树脂混凝土床身。意大利的Norma公司与SanRocco公司相继推出装有钢筋混凝土构件或纤维增强树脂混凝土构件的机床产品。日本机械工业促进协会技术研究所试制了树脂混凝土材料磨床床身，并将聚合矿物复合材料技术应用于高速车床床身。为了更好地将树脂混凝土应用于机床基础件，满足近年来机床产业高精高速发展的新要求。国外学者采用将钢纤维、玻璃纤维加入混凝土或树脂混凝土以提高材料力学性能用于制造机床结构；尝试将聚合物混凝土与传统金属材料结合的方式设计机床结构等不同的方式。如早在1995年，M．Rahman等［2］就将钢纤维增强混凝土用于制造型号PSG－52DX的机床结构，并对其性能进行测试，验证了钢纤维增强混凝土用于制造机床的合理性。随后凭借该材料优良的阻尼特性，在2001年，M．Rahman［3］又将其应用于数控机床。2008年JungDoSuh［4］将聚合物混凝土框架结构应用在龙门铣床机床底座上，并取得了不错的效果。2011年SungKyumCho等［5］将树脂混凝土用于小型机床结构以减轻结构的质量，提高结构刚度。2012年HeaderHaddad［6］对树脂混凝土的各种力学性能参数进行测试，获得了性能优良的树脂混凝土材料，并将用于精密机床结构的制造。国内自20世纪50年代末，机床制造业中提出用非金属材料制造机床支撑件开始，北京机床研究所、上海机床厂、大连机床厂、同济大学等企业、高校研究所通过自主研发或采用技术交流的形式进行相关技术研究，相继采用钢筋混凝土或聚合物混凝土用于机床基础件的制造。但由于受到各种因素的影响，没有获得批量生产。随后，国内多所高校企业展开混凝土材料在机床上应用的研究。如辽宁工程技术大学徐平［7］从机理上分析了钢纤维聚合物混凝土力学性能和阻尼的内在本质，并通过制造、测试钢纤维聚合物混凝土车床床身模型证明了该材料制造机床床身的优越性和合理性。早在2007年济南鲁洋科技有限公司又与济南第四机床厂共同合作研发，并制作了树脂基复合材料床身。国内其他高校如大连理工大学、山东大学（山东工业大学）、重庆大学、昆明理工大学等分别从纤维增强树脂混凝土材料的制备工艺、性能测试以及纤维增强树脂混凝土机床基础件的制造加工、床身静动力学性能测试、仿真分析等角度来验证纤维增强树脂混凝土用于制造机床基础件合理性。国内吴隆［8］较早将树脂混凝土用于机床床身的制造，对材料组分的配比以及填料对材料的影响进行了相关研究。山东工业大学的李剑锋等［9］将聚合矿物复合材料用于了机床夹具的制造。大连理工大学的王德伦［10］团队进行了钢纤维混凝土床身的特性分析与试验研究，从静态与动态性能分别分析了钢纤维混凝土制造床身的可行性，结果表明钢纤维混凝土材料制成的床身在刚度、强度和固有频率等方面均能满足床身要求。浙江工业大学的卢波［11，12］团队基于有限元方法对树脂混凝土构件在磨床上的应用进行了大量的研究。他们将树脂混凝土应用到大型数孔龙门平面磨床立柱的制造，并采用有限元方法对树脂混凝土立柱进行了动力学分析，验证了树脂混凝土立柱比铸铁材料具有更佳的动态特性。陈旭东等［13］研究了树脂混凝土材料VMCL600加工中心关键结构的制造，提出金属材料与树脂混凝土相结合的混合结构用于机床床身制造，能进一步提高机床床身的综合性能。重庆大学的周忆［14］教授团队对树脂基复合材料床身的阻尼性能及热性能进行了研究。屈涛等［15］基于试验的方法对树脂混凝土床身进行了模态分析。山东大学的白文峰等［16］对纤维增强聚合物混凝土及其界面与阻尼机理进行了相关研究。由于混凝土本身存在着非均匀、非连续、非线性以及多相性等特点，决定了其力学性能的复杂多变，为分析其受力破坏机理，人们建立了各种各样的理论模型。目前，国内外对混凝土、钢纤维混凝土、高强混凝土的研究在日臻完善，但对纤维增强树脂混凝土的力学性能及本构关系的研究相对较少。另外，研究者多从纤维增强树脂混凝土材料的制备工艺、力学性能测试以及纤维增强树脂混凝土机床基础件的制造加工、床身静动力学性能测试、仿真分析等角度来验证纤维增强树脂混凝土用于制造机床的基础件。对纤维增强树脂混凝土机床基础件设计方法及工艺多借鉴传统铸铁材料的机床基础件，与纤维增强树脂混凝土特殊的成型工艺相匹配的结构优化设计方法相对较少。笔者认为纤维增强树脂混凝土数控机床基础件理论研究尚需从以下几个方面进行展开：（1）研究在树脂混凝土加入其他材质纤维（如玻璃纤维、碳纤维、尼龙纤维）时，纤维含量、长径比，粘结剂、骨料、填料等组分对其物理力学性能、阻尼性能、热稳定及化学稳定性的影响；以阻尼减振、热稳定和力学性能的良好组合为优化目标，进一步优化纤维增强聚合物混凝土的组分配比，确定适于制造数控机床基础件的纤维增强树脂混凝土材料的最佳成分配比；研究纤维增强树脂混凝土制造数控机床基础件的成型机理及生产工艺流程；根据其成型工艺，完善纤维增强树脂混凝土机床基础件的设计方法。（2）运用复合材料界面理论，从微观角度对纤维增强树脂混凝土的（钢纤维／基体）界面分析，研究纤维增强树脂混凝土在发生热变形时界面热剪应力与温度变化的关系。建立材料组分最佳比例下的纤维增强树脂混凝土力学本构关系。（3）在分析纤维、界面对材料阻尼的影响以及纤维增强树脂混凝土阻尼定量分析的基础上，建立纤维增强树脂混凝土材料阻尼数学模型。结合数控机床运行环境，建立多场耦合条件下，纤维增强树脂混凝土机床基础件的热、动力学数学模型。
1．2机床结构热动力学优化方面的研究现状
机床结构热动力学性能优化是改善机床动态性能和热稳定性的主要途径。自20世纪60年代，国内外学者对机床结构设计方法及数字化设计进行了广泛研究。通过试验与理论分析，找出了机床的薄弱环节，针对机床的薄弱环节进行结构优化，提高机床结构的静、动态力学性能。目前研究者已经开始尝试采用拓扑优化的方法来解决机床结构优化时遇到的问题。德国人L．Kroll等［17］利用拓扑优化技术在对机床各部分零件进行轻量化设计的基础上，获得整机的轻量化设计。马超［18］借用有限元分析软件，基于变密度拓扑优化对某型号机床立柱进行了拓扑优化，实现了机床结构的轻量化设计。饶柳生等［19］基于拓扑优化技术中的SIMP方法通过改变加强筋板在机床立柱上的个数与分布位置，达到对机床立柱静动态性能优化的目的。巫修海等［20］采用ICM法的连续体拓扑优方法对高速卧式加工中心的立柱进行了优化设计，并获得了一定的效果。上述研究者多忽略了机床结构热变形的影响。研究者对数控机床基础件进行优化设计时，需要考虑结构的散热。尤其设计与数控机床主轴系统相关联基础件时，更应该考虑其结构的散热功能。笔者认为考虑机床热变形的影响因素对机床基础结构进行优化设计时，需要首先获得机床结构工作过程时精确的温度场，建立精确的热力耦合工况，最后考虑热力耦合作用，采用拓扑优化技术对机床基础件进行热动力学性能优化设计。
1．3纤维增强树脂混凝土机床基础件热动力学性能拓扑优化
纤维增强树脂混凝土可以看成以纤维为增强相以聚合物混凝土为基体形成的混杂两相复合材料。目前连续体结构的拓扑优化设计研究主要集中在采用单一材料进行优化设计，而两相、多相复合材料的连续体结构拓扑优化设计相对较少，且多停留在对结构的静力学性能进行优化，针对结构较复杂的纤维增强树脂混凝土机床基础件进行拓扑优化设计的研究更少。笔者［21］曾采用单元变密度方法和节点变密度方法，提出以模态阻尼比最大作为优化的目标函数，结合有限元建模、独立敏度分析、滤波和灵敏度再分配等步骤完成阻尼结构在板壳结构表面的布局优化，并取得了一定的效果。研究发现，对纤维增强树脂混凝土两相材料进行拓扑优化是可行的。另外，其他研究者也为解决纤维增强树脂混凝土两相材料机床基础件拓扑优化提供了解决思路。2000年Sigmund等［22］在对柔顺机构进行拓扑优化设计时，就采用了两相材料的插值模型。Mei等［23］曾将柔度最小作为优化的目标，利用水平集方法对多相材料连续体结构进行了拓扑优化。Wang等［24，25］在对多相材料进行拓扑优化时引入了相场理论。孙士平等［26］在对多相材料进行拓扑优化时，为了提高优化精度、抑制数值不稳定现象，提出了周长控制方法。Li等［27］曾以应力大小为约束条件，对两相材料的柔顺机构进行了拓扑优化设计。郭旭等［28］在节点水平集法的基础上提出拓扑描述函数法，通过引入支集放松技术，提高计算效率。由此可知，拓扑优化可以用于纤维增强树脂混凝土数控机床基础件的热动力性能优化。针对纤维增强树脂混凝土机床构件的热动力学性能拓扑优化的研究尚未报道。笔者认为纤维增强树脂混凝土在制备过程相对铸铁具有好的抗腐蚀性、吸振、防锈、耐热性以及常温下一次成型的低能耗特性。但纤维增强树脂混凝土同样具有很多缺点：成型时流动性比较差，弹性模量与铸铁比相对较小、不能焊接等。成型时的流动性制约了其不能像铸铁那样加工成相对复杂的构形；弹性模量低要求设计时若需提高结构刚性，需要增大截面的惯性矩，不能按照设计铸铁机床构件的图纸来制造纤维增强树脂混凝土数控机床构件，例如设计纤维增强树脂混凝土机床床身的截面形状可以根据实际需要来设计不同于铸铁床身的截面形状等；不具有焊接性能，制约了其用于制造数控机床基础件时只能一次成型或通过预埋构件进行连接，不能采用焊接的方式连接各部分构件等。考虑到纤维增强树脂混凝土苛刻的加工制造条件，要求设计者在对纤维增强树脂混凝土数控机床基础件热动力学性能设计，需采用传统设计方法设计的同时，尝试新的优化设计方法———拓扑优化方法。
2解决策略
为加快纤维增强树脂混凝土在数控机床基础件中的应用、提高数控机床抑制振动、热变形的能力，笔者认为需要从以下几方面进行研究：（1）机床的内部和外部热源都能引起机床的温度变化，使其产生热变形，破坏各部件之间的相对位置精度和运动精度，影响机床的几何精度和工作精度，其中基础件的热变形是影响机床加工精度的主要因素。研究者拟根据数控机床工作现场受到的外界及自身产生的温度场、载荷场，建立不同工况条件下，数控机床的载荷场。（2）根据纤维增强树脂混凝土苛刻的加工制造条件，基于能量原理，建立复杂工况下纤维增强树脂混凝土数控机床基础件的热动力学方程；采用有限元方法，对其进行数值求解。（3）发展和完善新的拓扑优化方法用于纤维增强树脂混凝土数控机床基础件的热动力学性能。该方法需要兼顾克服纤维增强树脂混凝土自身缺点影响、数控机床复杂的工况条件干扰的同时，并能提高优化设计计算效率。引入耦合物质点方法用于纤维增强树脂混凝土机床基础件的热动力学性能优化设计中，构造适合纤维增强树脂混凝土自身性能、满足结构间特性的，在空间上具有连续性、光滑性的拓扑变量场，建立多场耦合条件下纤维增强树脂混凝土机床基础件热动力学性能拓扑优化模型，引入动力学缩聚理论提高优化效率。最终获得最优、最实用的纤维增强树脂混凝土数控机床基础件结构。研究者需攻关的关键点为：（1）钢纤维增强树脂混凝土机床床身的动力学模型的建立①基于试验的方法研究在树脂混凝土加入钢纤维的含量、长径比，粘结剂、骨料、填料等组分对其物理力学性能、阻尼性能、热稳定性能及化学稳定性的影响，优化纤维增强聚合物混凝土的组分配比。②基于热力学第一定律，运用损伤力学和界面力学原理探究在热动力学约束条件下钢纤维增强树脂混凝土微观／细观结构和宏观特征关系、多相界面行为，增强、阻裂机理，建立材料的力学本构关系。③结合试验与理论研究结果，根据材料发生热变形时界面热剪应力与温度变化的关系，以及钢纤维增强树脂混凝土的阻尼性能，建立材料组分最佳比例的力学本构关系。④基于钢纤维增强树脂混凝土的力学本构关系，结合机床的结构特点，基于数值方法建立钢纤维增强树脂混凝土床身的动力学模型。（2）热、力环境载荷变化规律对数控机床床身动响应影响研究①基于朗格朗日定律研究机床床身受到温度场引起的等效热载荷，研究机床床身所受热载荷与动载荷的耦合关系，建立床身所受热载荷与动载荷的特征参数在机床床身空间及时间域内的表述模型。②探讨作用在机床床身上整体及局部的温度场／力的变化规律。③研究温度场和载荷对机床床身的动态响应特性。（3）钢纤维增强树脂混凝土机床床身热动力学建模及优化①分别以上述钢纤维增强树脂混凝土床身的动响应模型和环境载荷模型为边界条件和载荷条件，建立复杂环境约束条件下，钢纤维增强树脂混凝土机床床身的整体热动力学响应模型，分析床身的热动力学响应特性。②引入物质点方法，研究适合钢纤维增强树脂混凝土机床床身结构的热动力学拓扑优化方法，并建立以结构动响应最小为目标的床身动力学拓扑优化模型。③采用数值仿真和试验相结合的方法，研究优化后钢纤维增强树脂混凝土机床床身抑制振动、抗热性能效果。④运用形状优化方法紧密结合钢纤维增强树脂混凝土制造工艺，对拓扑优化的结果进行形状优化的处理，以利于钢纤维增强树脂混凝土机床床身的制造。
3解决思路
具体解决思路如图1所示。从研究纤维增强树脂混凝土材料本身力学性能及阻尼特性入手，建立材料本构关系。结合现场测试获得的THC6380精密卧式的载荷谱，基于拓扑优化的方法，结合材料自身制造工艺特点对纤维增强树脂混凝土机床基础件的热、动力学性能进行优化设计，为该材料在高档数控机床基础件中的应用提供理论依据。
4结语
第6篇：机床数控化范文
世界各国制造业广泛采用数控技术，以提高制造能力和水平，提高对动态市场的适应能力和
竞争能力。此外，世界上各工业发达国家还将数控技术及数控装备列为国家的战略物资。我
国在这方面发展相对落后，迫切需要加强数控专业人才培养。
关键词：装备制造业，数控铣床，机电一体化
数控铣床是一种自动加工设备，在普通铣床的基础上，集成了数字控制系统，可
以在系统程序的控制下精确地进行铣削加工的机床。数控铣床通常由以下几个部分组
成：主传动系统、数控系统、进给伺服系统、冷却系统等。
机电一体化是技术密集型系统工程，通过将机械技术、信息技术、电工电子技术、微电
子技术、传感器技术、接口技术、信号变换技术等多种技术进行有机地结合，并将这种技术
应用到实际设计中。当今的机电一体化技术正向着智能化、高性能、系统化以及轻量、微型
化方向发展。
一、数控铣床机电一体化工程
随着数控技术的应用，机械制造设备数控化趋势越来越明显，给传统制造业带来了革命
性的变化，如今制造业已经成为工业化的象征。
数控铣床机电一体化设计要突出以下特点。在数控铣床设计时，不能只依赖一种技术，
要通过电子技术与机械技术有机的结合开展设计，还要对技术方案开展评估，使设计产品符
合了机电一体化要求，并且在机械设备和电子元件匹配的情况下，选择最优的技术方案。
要实现数控铣床产品的性能，必须通过机械技术和电子技术的配合才能实现，这其中如
何实现两种技术相互补充、相互联系是关键。如果只依靠电子元件或者机械装置简单的结合
是无法完成的，必须考虑电子元件与机械装置的控制，通过软件和硬件相互结合，才能将多
种技术统一并发挥协同效应。当然，在进行数控铣床产品设计时，还需要考虑产品成本、稳
定性、加工精度、市场需求情况等要求。
通常数控铣床机电一体化的设计要经过两个阶段，即开发设计阶段和适应性设计阶段。
其中开发设计具有一定的难度，因为开发设计需要在没有任何参照的情况下开发设计产品，
同时产品要满足性能要求，这就对设计人员的想象力、理论基础及市场经验提出了考验。适
应性设计，则是对已经设计出来的产品进行修改、加工，完善产品的功能和对进行局部改进，
此外，还可以改变产品的外型尺寸、精度、速度等参数来增加产品性能比，使数控铣床产品
的性能、功能符合设计要求。如今，计算机技术已经广泛应用在各行各业，在进行数控铣床
机电一体化设计也要充分利用计算机技术，借助计算机设计、分析、模拟、优化设计方案，
来提高产品设计的效率及精度，同时降低产品研发费用。还有在设计产品时要充分考虑产品
的用途、成本、性能等因素，使设计出的产品经济实用、稳定性高、消耗少，以增强产品在
市场的竞争力。
二、数控铣床机电一体化设计探讨
从机械技术和电子技术两门专业的差异来看，两者在设计方法上有很大的不同。由于没
有计算机辅助设计。以往传统的机械设计通常是借鉴前人的经验，并着重于形象思维的运用，
所以很多工作都是在图纸上完成的，并力求在图纸设计阶段不断论证完善。电路的设计一般
是建立在实验的基础上，从设计过程来看，因为连接线路的部件都规格化、标准化，而且在
电路板上更换几个部件比较容易，不象机械设计，对于改变其中的零部件不但时间长，而且
浪费大。所以机械设计缺乏灵活性，而电路设计更注重的是逻辑思维。
从以上机电之间设计上的差别来看，在科学技术日新月异的今天，数控铣床机电一体化
产品的研制，传统的方法研发周期长，消耗大，已经是很难适应。所以在此探讨数控铣床机
电一体化设计方法具有有一定的意义。
1、物理模型方法
追根溯源，机械学、电子学都是建立在物理学的基础上，而纵观自然科学的发展的历史，
两者之间的联系更加紧密。电路理论研究是由早期的力学研究推动的，现在电子学的许多概
念和理念都有模仿机械学的痕迹。如非常相似的MKB 机械振动系统和电子学方面的LCR 电路
系统。另外热传导系统、旋转运动系统、液压系统等也都基本上能摸拟成LCR 电路系统，并
且其状态方程是一样的。所以在进行机电一体化模型设计时，设计者可以据这个相似原理将
电子系统和机械系统都抽象成物理系统进行处理，这将使得对实体系统的分析变得简单易
行。然后结合状态变量法抽象出数学模型，即状态变量方程。并借助于计算机分析、计算、
处理或直接控制。
2、系统寻优原则
数控铣床机电一体化设计的核心思想是如何将各种技术有机的融为一体。所以产品设计
应从整体上研究把握。因为产品越复杂，稳定性越差，所以产品的结构和功能要力求以最简
单可行的手法实现复杂的功能。这就意味着要从系统角度优化，使机械与电子技术有机结合
得恰到好处。因为机电系统是一门综合学科,单一技术可能是很平常的，但多种这样的技术
的融合，可能得到协同效应。出现一加一大于二的结果。因此在系统总体设计开始的时候，
系统总的功能指标实现途径、保证方法的寻优是机电一体化设计的关键。
三、结语
数控铣床机电一体化技术和产品将是今后技术装备中非常重要的一部分，对关系国计
民生的一些行业的发展起着越来越重要的作用，但是从目前来看，我国在数控装备领域系统
研发与制造实力仍不是很强，相比发达国家差距很大。随着国家产业振兴计划的出台，装备
第7篇：机床数控化范文
[关键词]数控机床；弹簧旋转架；弹簧旋转架改进设计
中图分类号：TGS02 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2013）06-0260-02
引言
针对当前多股段弹簧的加工方法，以及第一代数控机床存在的一些问题，有必要研发出一种新型的数控加工机床，这样可以满足多股簧精度现实需要，又可以提高其加工效率、节约人工劳动成本。
1、多股簧数控加工机床的现存问题
多股弹簧的成型过程的关键部分是在于拧索与卷簧。而第一代多股螺旋弹簧数控加工机床（如图1），机床的整体结构设计不是很合理，因为机床的每一个零部件与钢索之间产生的摩擦副作用较多，从而导致了在多股簧在绕制过程中受到了张力不均的现象，使钢索原有的张力产生了一定的下降，也导致了多股簧的整体质量的下降；甚至还有可能产生塑性的变形，产生了较大的缺陷，形成无用废品的增加。另外，钢索钢丝的安装也需要人工安装，并且十分不方便（人工准备时间大约是一个小时左右），提高了工人的整体劳动强度，严重影响了多股簧加工以及生产的效率，不利于进一步的普及与推广使用。
2、多股簧数控加工机床总体结构设计
2.1 机床总体方案
面对第一代多股簧机床存在的一些问题，笔者提出了一种新型的改进设计方案。数控机床设备的工作原理（如图2）。钢丝旋转架是通过电机带动的形式来绕主轴进行转动的，旋转架可以分为内、中、外三个层次，其钢丝路径全部都是直接拉至集束器里，并且完成整个拧索过程。每一个钢丝盒在整个旋转架上可以相对自由地转动。钢丝从钢丝盒抽出来之后，然后出丝到工作路径中（中层钢丝是经钢丝管导向），内、中、外的三层进入到了集束器之后，形成钢索并且同时在绕簧芯轴上绕制成弹簧。旋转架相对机座是属于固定的，而且绕簧芯轴在机座上自身转动的同时，也会向轴的方向进行平稳的移动。绕簧芯轴转速一定时，从而使得绕簧芯轴的转速达到了控制多股螺旋弹簧的节距，而各个旋转架的转动速度也控制了钢索每一层钢丝的节距。弹簧绕制完成之后，伺服电机带动滑动机架34后退到一定的距离，从而更好地留出一定的空间用于切断钢索。
2.2 钢丝旋转架结构的优化措施
钢丝旋转架结构进行优化不仅可以对钢丝的路径以及整个机床的结构优化起到了很大影响，而且还可以有效地降低了人工穿丝劳动量，提高张力控制精度有着十分重要的意义。其结构原理（如图3），全部控制元件都是集成在钢丝旋转架中。
从图中我们可以看出绕簧过程中，绕簧主轴转动，拉动钢丝从钢丝盒1中顺利抽出，经制动盘7后，绕过传感器5上的滚轮9出丝到工作路径中，其中检测机构是传感器5，控制调节机构是磁粉制动器3，其调节原理是这样的：充分利用磁粉磁化时所产生的剪力来制动，磁粉链抗剪力与磁粉磁化程度出现成正比，也就是制动转矩的大小与绕组中的激磁电流的大小出现了成正比，因此，可以通过改变磁粉制动器中的激磁电流就可以调节其扭矩。
3、改进后的多股簧数控加工机床的优点
下面设计出了改进后的多股簧数控加工机床（如图4），改进后数控机床具有下面这些优点：
数控机床的整体结构得到全面的简化，布局合理，传动效率提高了；轴的一体化设计变得更加的简洁，穿丝十分方便，从而有效地降低工作人员的劳动强度，同时也减少了大量有害的摩擦，增加了机床的整体刚度；对张力控制器进行了改良设计，采用磁粉制动器控制扭矩，恒定张力，可以有效的提高控制的稳定性以及灵敏度，同时，采用增速齿轮传动与磁粉制动器之间的连接，增速机构可以有效的降低磁粉制动器的工作扭矩，齿轮传动不会有滞后的现象；张力检测方面，采用美国AmcellS公司的HSX系列称重传感器，误差相当小、灵敏度较高、可靠性也高；导电滑阀的应用使得数据传输更加的安全稳定，比蓝牙传输速度更快、更便捷。
第8篇：机床数控化范文
【关键词】数控机床 项目化 教学改革
【中图分类号】G【文献标识码】A
【文章编号】0450-9889（2013）06C-0147-02
一、高职数控机床安装与调试课程教学中存在的问题
高职数控机床安装与调试课程是集机械技术、电工电子技术、PLC控制技术、传感与检测技术、变频器技术、数控技术等多门技术于一体的综合性核心技术课程，技术综合性强，教学条件要求高，教学组织难度大。按照传统的教学条件、教学模式组织教学，无法实现学生与企业岗位的零距离对接。存在的主要问题如下：
（一）师资力量不足。教师的技术与技能不全面，技术综合应用能力不强，要么是偏重机械的、要么是偏重电气的，很难找到全面掌握机械技术、电子电气技术、液压与气动技术、传感与检测技术、计算机技术的教师。教学过程中要么机械方面的内容讲得较多，要么是偏重电气的内容，造成学生掌握的知识与技能也不全面，要么是机强电弱，要么是机弱电强。
（二）课程衔接不合理。在数控机床安装与调试课程之前的先修课程技术比较单一，机械与电气两类课程基本没有太多的联系，学生尚未形成综合应用技术的能力。
（三）实践教学条件不足。以往的教学条件下，通常是以数控机床的模型代替实际的数控机床，不能创造与实际工作岗位相一致的学习情境，学习载体无法与真实岗位对接。
（四）教学模式不足。传统的教学模式以教师讲授为主，学生主要以数控机床模型机的装调为学习手段，学习的真实性差，学习效果不理想。
二、项目化教学改革方案
（一）学习载体选择。为提高课程教学对真实职业岗位的针对性，本课程项目化教学改革的基本思路，是以真实的工业型数控机床为学习平台，选择C6132普通车床的数控化改造为学习载体，通过真实的工作任务，完成数控机床安装与调试课程学习，实现课程教学与真实职业岗位的对接。
（二）教学项目设计。根据普通机床数控化改造的工作过程，结合现有设备的实际情况，设计机械装调、电气装调、参数设置、精度测试四大训练项目，共19个工作任务。以具体的工作任务为载体，将相关的知识、技能与素养融为一体，如表1所示。
（三）教学组织实施。按照普通机床数控化改造的工作过程，以具体的工作任务为驱动，组织本课程的教学项目化教学，在完成工作任务的过程中学习知识，培养能力，形成素养。
1.机床改造后的整体功能要求：（1）主轴电动机能通过M03/M04实现正/反转启动，M05实现主轴停止，以及主轴的变频无级调速功能。冷却泵能通过M08/M09进行开/关控制。（2）进给系统能够通过CNC指令实现位置控制，最小移动量为0.001mm。（3）四方电动刀架能通过TXXXX实现选刀及刀具补偿功能。
2.普通车床的机械改造：（1）拆除挂轮箱、进给箱、溜板箱、刀架。在工作过程中熟悉普通车床的结构原理，掌握机械拆装工艺，熟悉各种拆装工具的使用，形成安全操作、规范操作等良好的职业素养。（2）大拖板、中拖板改造。在工作过程中掌握普通车床数控化改造中的典型零件加工要求与加工方法，熟悉各种加工工艺装备的使用，形成安全操作、规范操作等良好的职业素养。（3）数控机床进给传动系统安装与调试。在工作过程中学习数控机床的机械结构与工作原理，掌握数控机床机械安装调试的要求与方法，熟悉各种装调工具的使用，形成安全操作、规范操作等良好的职业素养。
3.普通车床电气控制改造：（1）拆除原车床的电控线路。在工作过程中熟悉普通车床的电气控制原理，熟悉各种电工工具的使用，形成安全操作、规范操作等良好的职业素养。（2）主轴电动机的变频无级调速。在工作过程中学习数控机床典型主轴控制系统的工作原理，掌握数控车床主轴电气控制电路的安装调试方法，熟悉各种电工工具的使用，形成安全操作、规范操作等良好的职业素养。（3）进给系统采用伺服控制系统。在工作过程中学习数控机床典型进给系统控制电路的工作原理，掌握数控车床进给系统控制电路的安装调试方法，熟悉各种电工工具的使用，形成安全操作、规范操作等良好的职业素养。（4）刀架更换成四方电动刀架。在工作过程中学习电动刀架及其控制电路的结构原理，掌握电动刀架及其控制电路的安装调试方法，熟悉各种电工工具的使用，形成安全操作、规范操作等良好的职业素养。（5）增加CNC控制系统。在工作过程中学习典型数控系统的结构原理，掌握典型数控系统的安装、连接与调试方法，熟悉各种电工工具的使用，形成安全操作、规范操作等良好的职业素养。（6）增加主轴编码器进行主轴转速检测。在工作过程中学习主轴编码器的结构原理，掌握主轴编码器的安装调试方法，熟悉各种电工工具的使用，形成安全操作、规范操作等良好的职业素养。
三、项目化教学改革实践的效果
为了检验教学改革前后的教学效果与教学质量，在教学过程中选了数控机床安装与调试课程中10个有代表性的知识与技能点，在教学教革前的两个班级（共90人）与教学改革后的两个班级（共88人）进行了比较。对比情况如表2所示。
通过比较可以看出，采用项目化教学后学生对知识与技能的熟练程度提高了约15%，完全不掌握的学生人数降低了约2%。
此外，采用项目化教学改革后，也使数控机床安装与调试课程团队的师资得到了很好锻炼。在课程团队的4位老师中，原来有两位是强机械弱电气的，另外两位是强电气机弱机械的，经过项目化教学改革后，4位老师不仅对机械与电气、而且对数控系统的原理知识与操作技能得到了很大提高，教师的职业能力与教学水平上了一个台阶。
四、结论
通过数控机床安装与调试课程项目化教学改革，不但完成了6台旧式普通车床C6132数控化改造，达到预期的功能与精度要求，学生通过对真实普通车床的数控化改造，有效掌握了数控机床安装、调试、验收等方面的知识和技能，顺利实现与真实职业岗位的有效对接，实际工作能力提升，职业素养得到完善，课程团队的职教理念、施教能力也有了质的飞跃，课程的教学改革取得良好的综合成效。
【参考文献】
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【基金项目】广西电力职业技术学院特色课程建设项目
第9篇：机床数控化范文
【关键词】校企合作 数控机床维修 网络化 校企合作教学模式
【中图分类号】G【文献标识码】A
【文章编号】0450-9889（2013）04C-0053-03
一、网络化校企合作教学模式的提出
2010年开始的全国高职院校“骨干院校”建设着重强调了校企合作，要求100所骨干院校对校企合作的新模式进行探索，起到榜样作用。
校企合作对于职业院校教学的重要性不言而喻，许多院校通过探索创造了很多新模式，诸如“股份制校中厂”、“股份制合作办学机构”、“企业专业冠名班”、“顶岗实习”、“校企合作教学”等，这些模式一方面增强了校企双方的了解，提高了社会对职业院校的认识，扩大了职业院校的影响力；另一方面在职业院校的教学中对了解企业、提高学生职业技能、提高学生适应企业的能力等方面，效果显著。
数控机床是机电一体化的产品，结构复杂，控制原理深奥，因此利用企业教学资源进行教学是解决问题的有效途径，但是针对数控机床维修教学的校企合作存在着多方面的困难。首先，对广西而言，使用数控机床进行生产的企业主要集中在柳州和玉林两个城市，其他区域相对较少，这样对于其他市的院校来说，寻求校企合作教学就存在地域上的困难。其次，如果学生前往企业参加顶岗实习，由于对企业设备生疏，一般短期内无法独立工作，需要企业技术人员的指导，这样就增加了企业的困难，因此企业不愿意合作。再次，能够承担校企合作教学的企业专家数量有限，加之平时忙于工作，很难有时间到外地进行教学。因此探索一个能够解决上述问题的校企合作教学新模式势在必行。
目前各个职业院校在进行数控机床维修教学中普遍存在着设备数量少、设备型号单一的问题，为了解决这些问题，部分院校采取数控机床虚拟维修系统进行教学，部分教师对数控机床虚拟维修系统在数控维修教学中的应用进行了总结分析，确认可以解决上述问题。鉴于数控维修教学校企合作的困难，使用数控机床虚拟维修系统可以很好地解决学生对企业设备的了解问题。通过在虚拟机上的学习，学生提高了对企业设备的理解程度，客观上缩短了适应企业工作的周期。
同样，对于企业专家不能够前往院校教学的问题，也可采取网络教学来解决。一方面，网络教学技术已经日益成熟，不存在技术上的难题；另一方面，可以灵活安排网络教学的时间，诸如利用晚上、节假日等空闲时间，有效地解决了企业专家没时间的问题。综上所述，我们创造性地提出了以网络教学为纽带、以虚拟数控机床维修教学系统为载体的新型的校企合作教学模式。
二、数控机床虚拟维修系统在校企合作教学中的应用分析
虚拟维修系统是虚拟现实技术在维修工程中的应用，对高新技术的产品维修人员的训练具有重要意义。数控机床是机、电、液、气一体的高科技产品，结构复杂，对维修人员的素质要求高，因此采用数控机床虚拟维修系统进行有针对性的教学，可以起到事半功倍的效果。
对于数控机床虚拟维修系统的应用，一些人提出可以用于机械拆装、电气拆装、参数调整、故障诊断等方面。正如他们所说，数控机床虚拟维修系统在院校的教学中可以解决上述问题。在数控机床维修校企合作教学中除上述应用外还有其独特的作用，如下所述：
其一，校企合作教学采用的设备类型尽量与企业的生产设备一致，这样学生通过针对性的学习，可增强对设备的熟悉程度，通晓企业设备的工作原理。这样如果学生来到企业，基本上可以独立工作，不存在对设备的生疏感。
其二，校企合作的主讲教师为企业专家，教学内容基于企业工作任务，因此学生通过听企业专家利用虚拟机的指导，可以明确企业工作任务的内容，了解企业工作的流程，同时可以深入的理解企业对职业人的要求，促进学生职业规范的形成。
三、数控机床维修网络化校企合作教学模式的实施
（一）网络化校企合作教学模式的可行性分析
1.网络化校企合作教学模式符合“双赢”原则。本着“双赢”的原则进行校企合作是校企双方一直追求的目标。对于企业，网络化教学采用的教学载体――数控机床虚拟维修系统采用的系统原型可以来源于企业的设备，使用这样的教学系统进行教学，无疑可加深学生对企业的设备的了解，熟悉企业设备的结构、维修过程，这样学生进入企业无需适应过程，立即就能投入工作之中，为企业节省了培训费用和缩短了员工适应企业的周期。对于院校，网络化教学首先解决了设备不足问题，而且企业专家的培养提高了学生的职业技能，同时有利于加深学生对企业文化、工作过程的了解，有利于学生养成职业素养。
2.教学技术上的可行性分析。一方面，当前网络已经基本普及，网络的传输速度也已经大大提高，同时网络教学在各大院校的函授教学中也非常流行，技术上非常成熟。另一方面，数控机床虚拟维修系统经过近几年的研究，基本能够实现数控机床维修教学的各个教学知识点的教学，既可以分解成各个独立的教学单元进行教学，又可以作为一个整体进行故障诊断教学。能够把专家讲解的内容真实地体现在学生眼前，因此能够很好地实现理论与实践教学的统一，把“教与学”、“听和做”有机地结合起来。
（二）网络化校企合作教学模式的组织分析
1.构建网络化校企合作教学组织机构。为了良好地组织和协调网络化教学新模式，必须建立完备的校企合作组织结构。机构的功能主要是协调企业与院校的教学资源，合理分析和利用企业、院校的网络、技术资源，统合双方的师资力量，组织双方制订和研究教学计划、教学内容，并负责对问题进行反馈和沟通。为此，组织机构成员应包括企业、院校相关领导和企业技术专家、院校相关课程教师。
2.师资力量的组成。校企合作教学目标在于吸收企业专家的现场实际经验，以企业的生产任务作为教学项目进行教学，切实缩短学校教学与企业需求的差距，确保学生学的就是企业需要的；同时学生又不进入企业学习，减少对企业生产的影响，因此师资组成人员必然由企业技术专家和院校教师共同组成。
企业专家是教学的主持者，通过网络亲身讲解企业文化、工作任务、工作过程，并通过数控机床虚拟维修系统演示这些内容，同时通过网络对话解决学生提出的问题。院校教师作为辅助者，一方面，负责组织学生进入课堂；另一方面，对学生的学习过程进行细致的观察，然后将观察结果与企业专家沟通，分析学生的得失，促进教学的改进。
3.教学情境选取。目前数控机床维修的教学为了更好地与企业的要求相适应，教学中多以“学生为中心”，以“工作过程”为导向，以数控装调维修的职业行动能力为目标，采取项目化教学。网络化教学也力求达到这样的效果。通过分析，数控机床维修类知识可分为原理构造类、操作使用类、检查调整类、拆卸组装类和故障排除类知识。将这些知识按照工作过程进行序化，即将不同类型知识以企业工作过程为参照系进行整合，然后将整合后的知识施加到数控机床虚拟维修系统中，形成具体的学习情境。然后对每一个学习情境根据工作方式的不同进行细化成不同的工作任务进行教学，具体如表1所示。
4.教学组织。教学中以“学生为中心”，针对企业专家下达的每一个工作任务，学生以企业工作人员的身份出现在每个任务中。按照企业班组的方式将学生6～8人组成一个班组，设班长1名。一些教师在任务驱动教学中，对每一工作任务多采取“六步法”进行，但是我们认为六步法教学适合比较大的工作任务，而对一般的中小任务，则显得过程过于繁琐。数控机床维修的工作任务一般均属于中小任务，网络化教学又采用数控机床虚拟维修系统为载体，可以反复操作修改，因此教学中采用“尝试法”进行。也就是在班组成员接到任务后，首先利用自己的虚拟教学系统自主分析分析任务，然后尝试解决任务，如果不对系统会实时报警，学生据此通过班组人员合作分析、查阅资料、与企业专家网络沟通、与院校教师沟通等多种方式探讨，然后尝试改变解决方案和方法，直到最后形成结论。当所有成员对各自的任务都形成结论后，每个成员通过数控机床虚拟维修系统演示工作过程，班组全体成员看过后，提出问题或给出建议，然后每个成员再次改进自己的结论，直到班组成员形成统一的结论为止。
教学过程中，院校教师除帮助学生解决一些疑问外，主要对学生的工作过程进行详细观察，注意记录学生工作过程中与企业相一致或不相符的行为，然后将这些反馈给企业专家。企业专家通过网络观察学生的显示过程，结合院校教师的信息，对学生的行为进行点评，说明学生工作任务中的包含的职业技能和职业规范，指出学生工作行为的优点和不足。企业专家讲解后，学生再次审查自己的工作过程，改进不足，形成最后的结论，再次通过虚拟教学系统进行操作演示，加深印象，促进理解。
教学中，强调复习的重要性，复习是对学过东西的系统总结，不仅要加深对知识的理解程度，也能够加深记忆，促进对学过知识点形成长期记忆。每一个任务开始前，多进行上一工作任务的复习，主要是学生班组重复执行原来的任务，这一次要求班组成员做到工作准确、步调一致，顺利有序并符合企业要求的执行任务。
5.教学考核。网络化教学的考核采取院校教师为主、院校教师与企业专家协商的过程化考核方式。主要是考核学生在训练过程中学生获得的能力情况。根据学生未来职业化的要求，学生的能力分为方法能力、社会能力和专业能力。然后对每一能力进行细分成具体的能力目标，设定每一能力在总成绩中的占比，一般一学期对学生的能力目标评价两次，通过两次的成绩对比，让学生明确自己的不足之处，在今后的学习中要有计划地改进。具体的能力评价目标见表2。
学生这三方面的能力是互相推动、互相促进的，有人认为社会能力和专业能力是关键能力，但是基于学生独立工作和终身学习的考虑，我们认为三者中方法能力是核心的能力，社会能力和方法能力属于次要能力。因此方法能力的考核处于核心地位。
对学生的能力的评价，主要由院校教师在每次工作中进行观察，给出初步的意见，然后与企业专家协商给出最终的成绩。给出成绩后企业专家会通过网络与每个学生单独沟通，帮助学生分析问题，指出努力的方向和方法。
综上所述，结合数控机床虚拟维修系统的网络化教学是数控机床维修教学的新探索，解决了数控机床维修教学在校企业合作方面的难题。从实际教学效果来看，对于学生熟悉企业设备、尽快融入企业有着显著地作用，一方面提高了学生适应企业的能力；另一方面符合了企业对学生的要求，得到了学生的欢迎和企业的认可。当然，网络化教学与企业现场教学还存在一定的差异，还不能完全代替企业顶岗实践，同时我们也在积极探索网络化教学与现场教学相结合的教学模式，如果能够实现，教学效果必定会有进一步的提高。
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