机床数控技术发研究进展

1、目录摘 要3Abstract31 数控机床的概述41.1 数控机床的定义41.2 数控机床的组成及特点41.2.0 数控机床的组成41.2.1数控机床的特点51.3数控机床的主要技术参数61.4数控机床的分类71.4.0按机械运动轨迹分71.4.1按伺服系统的类型分91.4.2按功能水平分101.4.3按加工方式分112 我国机床数控技术发展的现状122.1数控系统的生产情况122.2数控系统胸开发和技术水平132.3数控机床的生产132.4八五”期间我国机床数控技术发展的策略143 国内外数控技术的发展现状153.0数控技术的发展趋势163.1我国数控技术的发展策略174 普通机床数控技术改

2、造174.0数控化改造的内容及优缺点184.1数控系统的选择194.2步进电机拖动的开环系统204.3异步电动机或直流电机拖动光栅204.4交直流伺服电机拖动204.5数控改造中主要机械部件改装探讨215 提高数控机床改造精度方法225.1数控机床改造的特点225.2提高数控机床改造精度的常见方法235.3修复机床导轨精度235.4 恢复主轴精度236 数控机床在先进制造技术中的作用24结语25参考文献26致谢词27机床数控技术发研究进展张清泉西南大学工程技术学院，重庆 摘 要：装备工业的技术水平和现代化程度决定着整个国民经济的水平和现代化程度，数控技术及装备是发展新兴高新技术产业和尖端工业的

3、使能技术和最基本的装备。本文通过分析 国内外数控技术的发展现状 ，综合当今发达国家数控技术的发展方向，针对我国发展中存在的问题 ，探讨了我国数控技术发展战略及途径。 关键词：数控 智能控制 数控技术Progress made CNC TechnologyzhangQingQuanCollege of Engineering and Technology, Southwest University, Chongqing , ChinaAbstract: The level of industrial technology equipment and modernization of the en

4、tire national economy determines the level and degree of modernization, the development of numerical control technology and equipment is the new high-tech industry and cutting-edge industries, enabling technology and the most basic equipment. This paper analyzes the development status of CNC technol

5、ogy, integrated digital control technology of todays developed countries, the direction for our countrys development problems, discusses the technology development strategy and our numerical approach.Keywords: CNC numerical control technology Intelligent control1 数控机床的概述1.1 数控机床的定义 数控即数字控制(Numerical

6、 Control，NC) 。数控技术是指用数字信号形成的控制程序对一台或多台机械设备进行控制的一门技术。数控机床，简单的说，就是采用了数控技术的机床。即将机床的各种动作、工件的形状、尺寸以及机床的其他功能用一些数字代码表示，把这些数字代码通过信息载体输入给数控系统，数控系统经过译码、运算以及处理，发出相应的动作指令，自动地控制机床的刀具与工件的相对运动，从而加工出所需要的工件。实际上，数控机床就是一种具有数控系统的自动化机床。所以说数控机床是最典型的机电一体化产品1。 1.2 数控机床的组成及特点 1.2.0 数控机床的组成 数控机床主要由程序介质、数控装置、伺服系统、机床主体四部分组成，如图

7、 1 所示。 图 1 数控机床的组成Figure 1 Composition of CNC machine tools其中，程序介质用于记载机床加工零件的全部信息。如零件加工的工艺过程、工艺参 数、位移数据、切削速度等。常用的程序介质有磁带、磁盘等。也有一些数控机床采用操 作面板上的按钮和键盘将加工程序直接输入或通过串行接口将计算机上编写的加工程序输 入到数控系统。在计算机辅助设计与计算机辅助制造(CAD/CAM)集成系统中，加工程序可不需要任何载体而直接输入到数控系统。 数控装置是控制机床运动的中枢系统，它的基本任务是接收程序介质带来的信息，按照规定的控制算法进行插补运算，把它们转换为伺服系

8、统能够接收的指令信号，然后将结果由输出装置送到各坐标控制的伺服系统2。 伺服系统由伺服驱动电动机和伺服驱动装置组成，是数控系统的执行部件。它的基本作用是接收数控装置发来的指令脉冲信号，控制机床执行部件的进给速度、方向和位移量，以完成零件的自动加工。 通常数控系统由数控装置和伺服系统两部分组成，各公司的数控产品也是将两者作为一体的。机床主体也称主机，包括机床的主运动部件、进给运动部件、执行部件和基础部件，如底座、立柱、滑鞍、工作台(刀架)、导轨等。数控机床与普通机床不同，它的主运动和各个坐标轴的进给运动都是由单独的伺服电动机驱动，所以它的传动链短、结构比较简单。为了保证数控机床的快速响应特性，在

9、数控机床上还普遍采用精密滚珠丝杠副和直线滚动导轨副。在加工中心上还配备有刀库和自动换刀装置。同时还有一些良好的配套设施，如冷却、自动排屑、自动润滑、防护和对刀仪等，以利于充分发挥数控机床的功能。此外为了保证数控机床的高精度、高效率和高 自动化加工，数控机床的其他机械结构也产生了很大的变化。 1.2.1数控机床的特点 数控机床与普通机床加工零件的区别，在于数控机床是按照程序自动加工零件，而普通机床由工人手工操作来加工零件。在数控机床上只要改变控制机床动作的程序，就可以达到加工不同零件的目的。由于是一种程序控制过程，数控机床相应形成了以下几个特点3。 (1) 采用数控机床可以提高零件的加工精度、稳

10、定产品的质量。因为数控机床按照定的加工程序进行加工，加工过程中消除了操作者人为的操作误差，所以零件加工的一致性好，而且加工精度还可以利用软件来进校正补偿，因此可以获得比机床本身所能达到的精度还要高的加工精度及重复定位精度。 (2) 数控机床可以完成普通机床难以完成或根本不能加工的具有复杂曲面的零件的加工。因此它在航空航天、造船、模具等加工业中得到广泛应用。 (3) 采用数控机床比普通机床可以提高生产效率 23 倍，尤其是对某些复杂零件的加工，生产效率可以提高十几倍甚至几十倍。 (4) 可以实现一机多用。一些数控机床将几种普通机床功能合一，加上刀库与自动换刀装置构成加工中心，如果能配置数控转台或

11、分度转台，则可以实现一次安装、多面加工。1.3数控机床的主要技术参数 1、主要规格尺寸 数控车床的主要规格尺寸有床身上最大工件回转直径、刀架上最大工件回转直径、加工最大工件长度、最大车削直径等。数控铣床、加工中心的主要规格尺寸有工作台面尺寸、工作台T 形槽、工作行程等4。 2. 主轴系统 数控机床主轴采用直流或交流电动机驱动，具有较宽的调速范围和较高的回转精度，主轴本身 的刚度与抗振性比较好。现在数控机床的主轴转速普遍能达到 5000r/min 10000r/min 甚至更高，对提高加工质量和各种小孔加工极为有利；主轴转速可以通过操作面板上的转速倍率开关直接改变。 3. 进给系统 进给系统有进

12、给速度范围、快速(空行程)速度范围、运动分辨率(最小位移增量)、定位精度和螺距范围等主要技术参数。 (1) 进给速度。是影响加工质量、生产效率和刀具寿命的主要因素，直接受到数控装 置运算速度、机床动特性和工艺系统刚度的限制。其中，最大进给速度为加工的最大速度，最大快进速度为不加工时移动的最快速度。进给速度可通过操作面板上的进给倍率开关调整。 (2) 脉冲当量(分辨率)。是指两个相邻分散细节之间可以分辨的最小间隔，是重要的精度指标。其有两个方面的内容，一是机床坐标轴可达到的控制精度(可以控制的最小位移增量)，表示数控装置每发出一个脉冲信号时坐标轴移动的距离，称为实际脉冲当量或外部脉冲当量；二是内

13、部运算的最小单位，称之为内部脉冲当量，一般内部脉冲当量比实际脉冲当量设置的要小，目的是在运算过程中不损失精度。数控系统在输出位移量之前，自动将内部脉冲当量转换成外部脉冲当量。 实际脉冲当量决定于丝杠螺距、电动机每转脉冲数及机械传动链的传动比，其计算公式为 丝杠螺距 实际脉冲当量 = 传动比 电动机每转脉冲数脉冲当量是设计数控机床的原始数据之一，其数值的大小决定数控机床的加工精度和表面质量。目前数控机床的脉冲当量一般为 0.001mm，精密或超精密数控机床的脉冲当量为0.1 m 。脉冲当量越小，数控机床的加工精度和加工表面质量越高。 (3) 定位精度和重复定位精度。定位精度是指数控机床工作台等移

14、动部件在确定的终点所达到的实际位置的精度。因此移动部件实际位置与理想位置之间的误差称为定位误差。定位误差包括伺服系统误差、检测系统误差、进给系统误差和移动部件导轨的几何误差等。定位误差将直接影响零件加工的位置精度。重复定位精度是指在同一台数控机床上，应用相同程序、相同代码加工一批零件，所得到的连续结果的一致程度。重复定位精度受伺服系统特性、进给系统的间隙与刚性以及摩擦特性等因素的影响。一般情况下，重复定位精度是成正态分布的偶然性误差，它影响一批零件加工的一致性，是一项非常重要的性能指标。对于中小型数控机床，定位精度普遍可达0.01mm，重复定位精度为0.005mm5。 1.4数控机床的分类 1

15、.4.0按机械运动轨迹分 数控机床按其刀具与工件相对运动的方式，可以分为点位控制、直线控制和轮廓控制。 1、点位控制数控机床 这类数控机床的特点是要求保证点与点之间的准确定位。它只能控制行程的终点坐标值，对于两点之间 的运动轨迹不作严格要求。对于点位控制的孔加工机床 只要求获得精确的孔系坐标，在刀具运动过程中，不进行切削加工。如图 2 示为点位控制钻孔加工示意图。此类数控机床有数控钻床、数控镗床、数控冲床、三坐标测量机、印制电路板钻床等6。 图 2 点位控制钻孔加工示意图 Figure 2 Schematic diagram of position control drilling2、直线控制

16、数控机床 这类数控机床的特点是不仅要控制行程的终点坐标值，还要保证在两点之间机床的刀具走的是一条直线，而且在走直线的过程中往往要进行切削。如图 3 所示为直线控制切削加工示意图。 图 3直线控制切削加工示意图。 Figure 3 Schematic diagram of linear control machining 此类数控机床有数控车床、数控铣床、数控磨床、数控镗床等。 现代组合机床采用数控技术，驱动各种动力头、多轴箱轴向进给钻、镗、铣等加工，也算是一种直线控制数控机床。直线控制也称为单轴数控。 图 4 轮廓控制铣削加工示意图 Figure 4 Schematic outline of

17、control of milling1.4.1按伺服系统的类型分 1、开环伺服系统数控机床 这类机床没有来自位置传感器的反馈信号，数控系统将零件程序处理后，输出数字指 令信号给伺服系统，驱动机床运动。例如采用步进电动机的伺服系统就是一个开环伺服系统7，如图 5 所示。 图 5 开环伺服系统 Figure 5 Open-loop servo system这类机床的优点是结构简单、较为经济、维护维修方便，但是速度及精度低，适于精度要求不高的中小型机床，多用于对旧机床的数控化改造。 2、闭环伺服系统数控机床 这类机床上装有位置检测装置直接对工作台的位移量进测量。数控装置发出进给信号后，经伺服驱动使工

18、作台移动；位置检测装置检测出工作台的实际位移，并反馈到输入端，与指令信号进行比较，驱使工作台向其差值减小的方向运动，直到差值等于零为止。图6 所示为闭环伺服系统。 图 6 闭环伺服系统Figure 6 Closed-loop servo system这类数控机床可以消除由于传动部件制造中存在的精度误差给工件加工带来的影响，从而得到很高的精度。但是由于很多机械传动环节包括在闭环控制的环路内，各部件的摩擦特性、刚性以及间隙等都是非线性量，直接影响到伺服系统的调节参数。因此，闭环伺 服系统的设计和调整都非常困难。闭环伺服系统的优点是精度高。但其系统设计和调整困难、结构复杂、成本高，主要用于一些精度要

19、求很高的镗铣床、超精密车床、超精密铣床、加工中心等。 3、半闭环伺服系统数控机床 这类数控机床采用安装在进给丝杠或电动机端头上的转角测量元件测量丝杠旋转角度，来间接获得位置反馈信息。图 7 所示为半闭环伺服系统。 图 7 半闭环伺服系统 Figure 7 Semi-closed loop servo system这种系统的闭环环路内不包括丝杠、螺母副及工作台，因此可以获得稳定的控制特性。 而且由于采用了高分辨率的测量元件，可以获得比较满意的精度及速度8。大多数数控机床采用半闭环伺服系统，如数控车床、数控铣床、加工中心等。 1.4.2按功能水平分 数控机床按功能水平分为高、中、低档三类。数控机床

20、功能水平的高低主要由它们的主要技术参数、功能指标和关键部件的功能水平等决定，主要包括以下内容。 1、中央处理单元(CPU) 低档数控机床一般采用 8 位 CPU；而中、高档数控机床已经由 16 位 CPU，发展到32 位或 64 位 CPU，并用具有精简指令集(RISC)的CPU。 2、分辨率和进给速度 低档数控机床的分辨率为 10m ，进给速度为 6m/min15m/min；中档数控机床的分 辨率为 1m ，进给速度为 12m/min24m/min；高档数控机床的分辨率为 0.1 m 或更小，进给速度为24m/min100m/min，或更高。 3、多轴联动功能 低档数控机床多为23 轴联动；

21、中、高档数控机床则都是35 轴联动，或更多。 4、显示功能 低档数控机床一般只有简单的数码显示或简单的阴极射线管(CRT)字符显示功能；中档数控机床有较齐全的CRT 显示功能，如字符、图形、人机对话、自诊断等功能显示；高档数控机床还有三维动态图形显示功能。 5、通信功能 低档数控机床无通信功能；中档数控机床有 RS232C 或直接数控(DNC，也称群控)等接口。高档数控机床有制造自动化协议(MAP)等高性能通信接口，且具有联网功能。 数控机床按功能水平的另一种分类是将数控机床分为经济(简易)型、普及(全功能)型和 高档型。全功能型机床并不追求过多功能，以实用为准，也称为标准型。经济型数控机床是

22、根据实际机床的使用要求制造的，并合理地简化了系统，降低了价格。在我国，经济型数控机床是指装备了功能简单、价格低、使用方便的低档数控系统的机床，主要用于车床、线切割机床及其他普通机床的数控化改造等9。 1.4.3按加工方式分 1、金属切削类数控机床 如数控车床、数控钻床、数控磨床、数控铣床、数控齿轮加工机床、加工中心、虚拟轴加工机床等。 2、金属成型类数控机床 如数控折弯机、数控弯管机、数控冲床、数控回转头压力机等。 3、数控特种加工机床 如数控线切割机床、数控电火花成型机、数控激光切割机、数控火焰切割机等。 2 我国机床数控技术发展的现状 我国对机床数控技术的研究起步不算晚，与日本差不多。19

23、58年北京机床研究所和清华大学等单位率先研制出我国第一台数控机床。但是由于种种原因，我国数控机床和数控技术的发展则比较缓慢。 19731979年间我国累计生产了4108台数控机床，。但其中绝大部分 (约8600台)是经济型数控的线电切割机床，全功能型的数控系统和机床则很少，而且几乎没有一种是巳定型并进行批量生产提供市场的产品。党的十一届三中全会以后，由于采取了 “改革，开放”的政策，为促进我国数控机床和数控技术的发展刨造了良好的外部条件。1981年起我们先后由北京机床研究所引进日本FAN UC的 5系统， 7系统和 3系统， 6系统、大、中，小惯量的直流伺服电机及伺服单元襄樊机床电气传动设备厂

24、 引进联帮德国西门子公司柏可控硅直流驱动装置的生产技术和测试设备，上海机床研究所引进美国GE公司的MCI数控系统和 AC200交流伺服驱动及主轴驱动系 统；辽宁精密仪器厂引进美国DYNAPA TH一1O系统的生产技术和关键设备南 京578厂引进西门子的 3系统后，经消化吸收，二次开发和组织国产化生产，我国数控技术发展才真正步入一个实用化的阶段。 2.1数控系统的生产情况 目前我国生产数控系统和伺服驱动系统的厂家主要有 “三大”、 三小”共六家。 “三大”是北京机床研究所、航天部706所、东方西门予 (即南京528厂)， “三小”是 上海机床研究所、南京微分电机厂和辽宁精密仪器厂。1989199

25、0年六家巳形成总的生产能力为；低中档数控系统400500套经济型数控系统约1500套。其中以北京机床研究所的产量最大，年生产能力为；数控系统350套，伺服 单元1500套，主轴电机 (带伺服单元)150套。截止1990年仅北京机床研究所在 8O年 代 的 1O年中，巳累计生产了1989套数控系统，进给伺服单元8247白主传动系统869套、各种 电 机9100台提供给机床行业的用户。产品的国产化率分别在7090 左右10。2.2数控系统胸开发和技术水平 在吸收消化引进技术的基础上，六五期间主要做了如下工作和取得以下成绩在7系统3系统上开发了三轴，四轴联动的数控软件，五轴联动的坎硬件，并发了双电机

26、同步驱动的软件，将7系统的纸带存储量由6O米扩展到120米，开发了 3系统与微机连接的通讯接口，采用晶体管脉宽调节 (PWM)原理，开发出TDC系列型的伺服控制单元。 “七五 期间，通 过科技攻 关和数控一 条龙 攻关 ，又做了以下工作自行开发了五辅联动的数控系统，它具有点线圆弧插补，动态图形显示、 会话编程、刀具长度、刀具半径补偿及录返和用户宏程 序等功能，脉冲当量 1 m，纸带存储量1280m 1300m自行开发FMC用的五轴三联动数控系统，比上一系统增加了螺旋线插 补、刀 具 寿 命管理和监控的功能，具有与上级计算机传输零件程序和在选配过程中或选配过程后测量的能 力。PC功 能 中最大

27、I 0点数为480320。开发了三轴三联动磨床用和高精度车床用的数控系统，脉冲当量01 H，快速 移 动 l 5mml11，具有砂轮修整补偿和固定磨削循环的功能，连续轨迹精 度 可达04O5 m 400m m。开发了三辅两联动冲床用的数控系统，脉冲当量01，有点位、直线和 圆弧插补的 CRT显示冲压次数和运动时间，PC功能最大5000步。开发了工业机器人用的六轴六联动系统，重复定位精度O5 Vm，纸带存 储量 为 1360m，有MDICRT显示和自诊断等功能。开发了四轴三联动电加工机床用的数控系统，脉冲当量 1 ，半闭环耐 电极 自动控 制。开发了加工中心用前五轴三联动的数控系统，具有三维尺寸

28、检测，刀具长度控 制和寿命管理等功能，PC接1：3输 出两种，带DNC接 1：3，取代西门子的 8系统。开发了为超精加工用的脉冲当量为0.02 的高精度直流 进给伺服 系 统， 速 比 达1l5000，伺服电机分辨率为0.5。 另外，还开发了CTD总线模板结构的车床、铣床等数控系统 5种。2.3数控机床的生产 由于数控系统 的进步，近1。年来，我国数控机床的年产量巳达N27oo台， 占当年机床总产量的14 总产值韵 7 左右。数控辊床中，除了数控车床、数控电加工机床外，还有数控铣床，数控钻镗床，数控磨床、数控冲床、数控弯管机、加工中心、柔性加工单元 (FMC)和柔性制造系统 (FMS) 等类型

29、的数控机床共200多种。叠切机床行业妁重点骨干广基本都有数控机床产品在生产上的使用。个别重点骨干广正在开始研究采用FMS和计算 机集成制造系统 (CIMS)，即准备向更高级柔牲自动化迈进 。现在我国数控机床的拥有量约为 3万台左右，约占全国盒切机床拥有量的 1% 。此外，我国数控系统的生产还未真正形成产业，而且尚未自己稳定可靠的主力机种供用户选用。特别是数控系统中的部分关键元器件，目内尚无性能可靠、价格功能比较台理的芯片，还得依赖进口，从而也就直接影 响我国数控技术和数控机床的发展。现在我国每年都要进口大量数控机床，所花外汇近亿美元，1987年为3723美元)。但每年出口的数控技术却很少，总值

30、不过数百万美元，而且其中不少是光机数控机床 (即不带数控系统的数控机床)出13，这是值得我们深思的11。 2.4八五”期间我国机床数控技术发展的策略 根据上述情况，国内与工业发达国家灼差距比较明显，因此，“八五”期间我国数控技赤发展的策略应该是： l、要把发展机床数控作为 “八五”国家重点科技攻关项 目来抓。 “八五”期间一定要 把我国的数控技术搞上去。所谓搞上去就是要研制出自己牌号的性能稳定可靠的数控系统，并形成批量生产的能力，使低中挡数控系统基本上立足于国内。只有这样，到本世纪未才能完成以现代化的装备来改造传统机械工业的任务。 2、充分利用和发挥军民工业、科研院所和高等院校的技术力量，组成

31、机床数控技术的研究、开发，生产、应用、培训和维修服务的联台体 (即集团)。对数控的发展进行联合攻关。目前已初步确定建立三个全国性的数控技术开发集团。3、以市场为导向，产业政策为指南，根据国家的发展需要和现实可能，统筹规划，制定出 “八五”数控机床的发展计划。根据其发展计划确定以主机为龙头，以数控系统为核心，以相关曲配套技术和共性的技术为基础，组织协调发展数控系统与数控机床； 4，利用国家对重点科技攻关项 目的投资和企业技术改造的投资政策，重点支持一批较有基础和实力的单位，使之尽快形成数控技术、数控机床和相应的配套技术、配套件的开发和生产的骨干力量。形成专业化生产和产业； 5、八五”发展 目标是

32、：数控系统方面在巩 固 “七五”计划所取得的成果基础上，一方面使引进的数控技术进一步国产化、商品化并提高其可靠性，另一方面准备自行开发两种符合我国国情、先进适用、又具发展前景的总线式、系列化、标准化、开放式的中低档和高裆的的数控系统 其中低中档的系统在功能上超过FANUC 6系统、高档的相当于FANUc12、l5系统喊西门子850880的水平。数控系统的产量，1995年 将 要 达 到8000、10000套(含经济型)。伺服装置相应发展，满足系统配套的需要。与此同时，数控机床的产量将达到400种以上， 0O台，品种可以满足国内用户85 的需要。总之，“八五 ”期间我们一定要重点抓好数控的发展。

33、由于世界生产的发展和科技进步使全国上下对发展数控的切往认识更加统一、更加提高。另外，十年改革开放使我国引进了不少国外先进技术，包括数控系统和数控机床的许可生产，使我国在数控装置的开发和应用上都取得了一定的经验，微机在我国也日益普及，从而造就 了一批软件开发和应用人才，所有这 些都是我国能够加快发展数控的有利条件。我们相信，只要各有燕单位协同努力，共同奋斗，我们的目标就一定能实现。3 国内外数控技术的发展现状 数控系统作为数控机床的控制中枢 ，是数控技术不断进步的标志。日本是数控系统生产大国，FANuC公司具有年产6万多数控系统的能力，占世界总产量的一半以上。1986年推出了至今仍占领先地位FA

34、NUC 15以后相继推出了各有特色的 FANUC一1 6FANUc 18和 FANUC-2O等系统，在国际市场上一直占有优势。另外，MAzAK公司和MITsuBISH公司等也具有较强的生产和开发能力。我国的数控技术经过发展，产品的性能和可靠性有了较大的提高 ，它们逐渐被用户认可，在市场上站住了脚。如上海开通数控有限公司的KT系列数控系统和步进驱动系统 北京凯恩帝数控技术有限公司的 KND系列数控系统 广州数控设备厂的GSK系列数控系统等。这些产品的共同特点是数控功能较齐全价格低，可靠性较好。中国若大的经济型数控机床的市场吸引了国外厂商。近几年 ，Si emens公司推出802S数控系统，大连大

35、森公司用 0EM 方式引进了日本 0HM公司的 0NC21O2数控系统。尽管这些系统的技术性能一般但由于其产品质量可靠加上品牌和庞大的宣传销售网络，打开了销路，赢得了市场12。3.0数控技术的发展趋势 目前，世界各国经济发展速度 工业化水平等不尽相同， 因此对数控技术、产品的需求也不一样 但总的来晓，发达国家对中高档数控产品需求多 ，发展中国家对低、中档需求较多并需要少量的高档产品。目前 ，发达国家的低、中 高档数控产品之比分别为 2O70：10，而在发展中国家约为 80：17：3，两者之间的劳动生产率相差悬殊。因此 ，发展中高档产品仍大势所趋 。 高可靠性 、稳定性 。从“数控 系统千人调查

36、分析报告可以看出： (1)无论经济型、普及型还是高档型数控系统 在“影响选择敛控系统因素”的排序中排在第 1位的都是可靠性稳定性。 由此可见产品的质量性能在用户选购数控系统的过程中占有重要的位置。我国的产品要想占据国内国际市场，应把可靠性 ，稳定性作为数控产品研究的头等大事 。 (2)高速度、高精度化速度和精度是数控产品的两个重要指标，它直接关系到产品零件加工的效率和质量。速度影响产品的生产周期 ，精度直接影响到其工作性能、寿命、能耗和噪声等。因此数控产品的高速、高精化是市场需求和技术发展的必然结果。 (3)智能化现代数控技术的智能化包括两方面含义：1)现代数控产品不应仅仅是某些专业技术人员才

37、能够操作使用，它应发展成为个个可操作，人人会使用。2)现代数控产品应能够通过对影响加工精度和效率的因素进行自动检测、比较、补偿 ，准确快速地做出决策使产品的加工处于最佳状态。 (4)复合化如果能够在一台机床上实现或尽可能完成一个复杂的产品从毛坯至成品的全部加工，实现数控技术的复合化。这样就可以保证工件的加工精度，提高产品的质量减少在不同数控机床间进行工序的转换而引起的待工时间以及多次上下料等时间 ，提高加工效率 ，节约 了产 品生产的周期 ，赢得 了市场 。 (5)数控编程自动化 随着计算机技术的发展，cAD(计算机辅助设计)，CAM(计算机辅助制造) cAPP(计算机辅助工艺设计)技术的广泛

38、应用，可实现数控编程的 自动化。操作者只需根据需要绘制零件的加工图样 ，计算机就能根据图样进行数据处理 ，自动编程加工 。 (6)网络化实现数控技术的网络化，进行远程控制和无人化操作。通过数控机床的联网，可在任何一台机床上对其他机床进行编程 设定和操作。不同机床的画面可同时显示在每一台机床的屏幕上 ，实现资源共享，科学管理。减少了人力物力，降低了成本 ，提高了效率 。3.1我国数控技术的发展策略 通过对数控技术和产业发展趋势的分析 和对我国数控领域存在问题的研究，我们认为 以科技创新为先导 ，以商品化为主干 ，以管理 和营销为重点，以技术支持和服务为后盾 ，坚持可持续发展道路将是一种符合我国国

39、情的发展数控技术和产业的总体战略 。可持续发展是下一世纪企业发展的重要战略，我国数控产业要有大的发展也必须坚持 走可持续发展的道路 。绿色是实现可持续发 展的重要途径，其主要思想是清洁和节约。为此 ，应大力加强绿色数控产品的开发 ，加速促进数控产品、数控产业以及整个制造业的绿色化，有效减少产品制造及使用过程中的环境污染13。4 普通机床数控技术改造1、机床数控化改造的必要性数控机床比传统机床有以下突出的优越 ，而且这些优越性均来自数控系统所包含计算机的威力。可以加工出传统机床加工不出来的线、曲面等复杂的零件。由于计算机有高超的运算能力，可以瞬准确地计算出每个坐标轴瞬时应该运动的动量，因此可以复

40、合成复杂的曲线或曲面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 37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”。 2、工零件的精度高，尺寸分散度小，使装配容易，不再需要“修配”。 3、可实现多工序的集中，减少零件在机床间的频繁搬运 。 4、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 。 5、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

41、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。6、机床与生产线数控化改造的市场中国目前机床总量 380余万台，而其中数控机床总数只有 1134万台，即中国机床数控化率不到 3 。近 1O年来，中国数控机床年产量约为 0608万台，年产值约为l8亿元。机床的年产量数控化率为 6% 。中国机床役龄 1O年以上的占 6O%以上，10年以下的机床中，自动半 自动机床不到 2O FMCFMS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 6O%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多数是传统的机床，而且半数以上是役龄在

42、 1O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。 一些设备、生产线从国外引进后消化吸收不好 ，备件不全，维护不当，运转不良；有的引进时只注意引进设备、仪器、生产线，忽视软件、工艺、管理等，造成项 目不完整，设备潜力不能发挥，有的甚至不能启动运行，没有发挥应有的作用，有的生产线的产品销路很好但是因为设备故障不能达产达标；有的因为能耗高、产品合格率低而造成亏损，有的已引进较长时间，需要进行技术更新14。4.0数控化改造的内容及优

43、缺点 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、效率和自动化三、数控化改造的内容及优缺点，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

44、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15。数控化改造的优缺点： 1、减少投资额、交货期短 同购置新机床相比，一般可以节省 6O 80 的费用，改造费用低。特别是大型、特殊机床尤其明显。一般大型机床改造，只花新机床购置费用的 13，交货期短。但有些特殊情况，如高速主轴、托盘自动交换装置的制作与安装过于费工、费钱，往往改造成本提高 2 3倍，与购置新机床相比，只能节省投资5O 左右。2、机械性能稳定可靠，结构受限 所利用的床身、立柱等基础件都是重而坚固的铸造构件，而

45、不是那种焊接构件，改造后的机床性能高、质量好，可以作为新设备继 续使用多年。但是受到原来机械结构的限制，不宜做突破性的改造。 3、熟悉了解设备、便于操作维修 购买新设备时，不了解新设备是否能满足其加工要求。改造则不然，可以精确地计算出机床的加工能力，另外，由于多年使用，操作者对机床的特性早已了解，在操作使用和维修方面培训时间短，见效快。改造的机床一安装好，就可以实现全负荷运转。 4、可充分利用现有的条件 可以充分利用现有地基，不必像购入新设备时那样需重新构筑地基。 5、可以采用最新的控制技术 可根据技术革新的发展速度，及时地提高生产设备的自动化水平和效率，提高设备质量和档次，将旧机床改成当今水

46、平的机床。4.1数控系统的选择 目前市场上数控系统的类型比较多，选择前首先应对拟改造的数控机床自身功能有 充分的了解，可依据价格合理、技术先进、服务方便的原则选择数控系统。在经济能力许可的情况下，尽量选用名牌产品。此类数控系统 ，零件筛选严格，制造工艺规范可靠，出现的因电器元件故障或提前失效引起的设备故障，有极好的预防作用。而且注重数控系 统的功能选择 。不应单纯追求数控系统的高性能指标，这对于实现较高的性能价格比非 常重要。数控系统所具有的功能要与准备改造的数控机床所能达到功能相匹配，尽量减少过剩 的数控功能 。因为数控系统功能过剩 ，方面浪费资金，另一方面还可能潜伏由于数控系统复杂程度的增

47、加而带来的故障率长高的隐患。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。 4.2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

48、本低 ，易改装成功。 4.3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16。 4.4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

49、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 。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。 4.5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

50、定的设计要求，才能获得预期的改造目的。 1、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。 2、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。 3、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

51、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17。4、安全防护 必须以安全为前提。在机床改造中要根据实际情况采取相应的措施 ，切不可忽视 。滚 珠 丝杠副是精密元件 ，工作时要严防灰尘特别是切屑及硬砂粒进入滚道 。在纵向丝杠上也可加整体铁板防护罩。大拖板与滑动导轨接触的两端面要密封好，绝对防止硬质颗粒状的异物进入滑动面损伤导轨。5 提高数控机床改造精度方法前几年 ，我国很多单位从国外引进了很多中高档数 控机床，有的服役期满，有的不能正常工作

52、 ，处于闲置，造成巨大资源浪费。这些机床共同之处在于机械部分基本完好精度较高 ，主要是由于数控系统出现问题而又难以购置配件 ，不能满足正常生产的需要和现代高精度 、高速度和高可靠性的加工要求 。如果 利用进口数控系统对现有数控设备进行数控化改造，只需几十万元就能发挥现有设备的作用而购置一台新的同性能的数控机床则需要几百万甚 至上千万的资金，因此，对我国来说数控机床的数控化改造具有明显的经济效益 与社 会 效益 ，非 常 迫切 。文章基于此在论述了数控机床改造特点的基础上对于常见的提高数控机床改造精度的措施进行了较详细的阐述 。5.1数控机床改造的特点 数控改造技术在机械加工行业中的应用越来越广

53、泛这主要是由于数控改造有以下几方面突出特点和优点 ： (1)投资额少、交货期短 同购置新机床相 比，一般可以节省 6O一8O 的费用 ，改造费用低，特别是大型、特殊机床尤其明显。一般大型机床改造 ，只是新机床购置费用 的13，交货期短。即使有些特殊情况，如高速主轴 、托盘自动交换装置的制造与安装过于费工、费钱 ，改造成本也高 2倍，但与购置新机床相比，也能节省投资 5O左右。 (2)机械性能稳定可靠所利用的床身、立柱等基础件都是重而兼顾的铸造构件 ，而不是那种焊接构件 ，改造后的机床性能高、质量好 ，可以作为新设备继续使用多年 。 (3)熟悉了解设备、便于操作维修购买新设备时，不了解新设备是否

54、满足其加工要求。改造则不然，可以精确地计算出机床地加工能力，另外 ，由于多年使用，操作者对机床的特性早已了解 ，在操作使用和维修方面培训时间短 ，见效快。改造的机床一安装好 ，就可以实现全负荷运转。 (4)可采用最新的控制技术可根据技术革新 的发展速度 ，及时地提高生产设备地 自动化水平和效率 ，提高设备和档次，将旧设备改成当今水平的机床。充分利用现有的条件可以充分利用现有地基，不必像购置新设备时那样需要重新构筑地基。因此可节约费用 ，降低改造成本 ，同时也可缩短生产准备周期 。 (5)提高产品质量和工效可 以解决复杂零件 的加工精度控制 ，加工的产品尺寸一致性好 、合格率高、废品率的、生产效

55、率高。如经济型数控机床 ，一般可提高工效 37倍对复杂零件而言 ，难度越高，提高的工效越 明显。此外还可以减轻工人的劳动强度，提高工人素质促进科技成果的普及和应用 ，为“体力型 ”向“智能 ”转变 创造条件 。 5.2提高数控机床改造精度的常见方法 数控机床在设计上要达到高的静动态刚度，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，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 ，常见的机床改造方法 如下 。 5.3修复机床导轨精度 导轨 的作 用是导 向与 承载 。导轨在 空 载和在切削条件下运动时，都应具

56、有足够的导向精度。是机床几何精度的基础，所以，机床在改造时，为了达到预期的精度要求，往往必须修复导轨精度。对不同形式导轨，大概修理方法如下： (1)使用环氧型耐磨导轨涂层修复导轨精度 ：工作台导轨的涂层，就是床身导轨的拓印，它的配合精度必然很高，简化了工艺 ，缩短了制造周期。应用于机床改造更为便利，效果 显著 。 (2)铸铁导轨 ：铸铁导轨的精加工是用刮削的方法得到的，刮研显点为 1825点平方厘米，同时，必须保证润滑的可靠性。这样才能尽可能的减小摩擦 ，以及对位置控制精度的影响。5.4 恢复主轴精度 主轴是主轴组 的重要组成部分。机床工作时，由主轴夹持着工件或刀具直接参加表面成形运动，对加工质量和生产率，有重要影响。所以，改造时必须修复主轴的精度。对于精度超差的主轴拆卸以后应对其进行全面检查，以便确定修理方案。但大多需要更换主轴轴承、重新调整轴承的间隙调整和预紧。调整后应进行温升实验，温升超过规定值 ，应减少预紧量 。 当主轴轴承重新装配好后 ，用千分表和标准检验棒，检查主轴锥孑L中心线是否和主轴的回转中心重合，如果相差较大，则必须用专用的磨头，重新磨削主轴锥孑L，使其回转中心同主轴的回转中心完全重合 。6 数控机床在先进