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摘要：世界制造业转移，中国正在逐步成为世界加工厂。美国、德国、韩国等国家已经进入工业化发展的高技术密集时代与微电子时代，钢铁、机械、化工等重工业正逐渐向发展中国家转移。
因此，在未来几年中，随着中国重工业进程的推进，中国企业规模、产品技术、质量等都将得到大幅提升，国产机械产品国际竞争力增强，逐步替代进口，并加速出口。目前，机械行业中部分子行业如船舶、铁路、集装箱及集装箱起重机制造等已经受益于国际间的产业转移，并将持续受益；
电站设备、工程机械等将受益于产业转移，加快出口进程。本文主要讨论的是数控车床加工程序的编制。
关键词：发展趋势、分类、组成、特点、切削用量
在数控车削中，程序贯穿整个零件的加工过程。由于每个人的加工方法不同，编制加工程序也各不相同，但最终的目的是为了提高数控车床的生产效率，因此对于选择最合理的加工路线显得尤为重要。本文将从确定走刀路线、选择合适的g命令等细节出发,分析在数控车削中程序的编制方法。
一、分析零件图样
分析零件图样是工艺准备中的首要工作，直接影响零件的编制及加工结果。主要包括以下几项内容：
分析加工轮廓的几何条件：主要目的是针对图样上不清楚尺寸及封闭的尺寸链进行处理。
分析零件图样上的尺寸公差要求，以确定控制其尺寸精度的加工工艺，如刀具的选择及切削用量的确定等。
分析形状和位置公差要求：对于数控切削加工中，零件的形状和位置误差主要受机床机械运动副精度的影响。在车削中，如沿z坐标轴运动的方向与其主轴轴线不平形时，则无法保证圆柱度这一形状公差要求；
又如沿x坐标轴运动的方向与其主轴轴线不垂直时，则无法保证垂直度这一位置公差要求。因此，进行编程前要考虑进行技术处理的有关方案。
分析零件的表面粗糙度要求，材料与热处理要求，毛坯的要求，件数的要求也是对工序安排及走刀路线的确定等都是不可忽视的参数。
二、合理确定走刀路线，并使其最短
确定走刀路线的工作是加工程序编制的重点，由于精加工切削程序走刀路线基本上都是沿其零件轮廓顺序进行的，因此主要内容是确定粗加工及空行程的走刀路线。走刀路线泛指刀具从对刀点开始运动起，直到返回该点并结束加工程序所经过的路径。包括切削加工的路径及刀具引入、切出等非切削空行程。使走刀路线最短可以节省整个加工过程的执行时间，还能减少一些不必要的刀具消耗及机床进给机构滑动部件的磨损。下图1所示为三种车锥方法，用矩形循环命令进行加工，来分析一下走刀路线合理确定。平行车锥法，这种方法是每次进刀后，车刀移动轨迹平行于锥体母线，随着每次进刀吃刀，z相尺寸按一定比例增加，与普车加工锥体方法相同，使初学者易懂。z 向尺寸的计算方法是按公式c=d-d／l得出。若c为1：10，含义是直径x上去除1毫米，长度z上增加10毫米。按该比例可以很简单的进行编程，并且可以保证每一次车削的余量相同使切削均匀。图1b为改变锥角车锥法，是随着每一次x向进刀，保持z向尺寸为图纸尺寸,每一刀都改变了锥角的大小，只有最后一刀是图纸要求的锥角大小。这种车锥法可以不必进行每次z向尺寸的计算，但在加工中由于z向尺寸相同，使加工路线较长，同时切削余量不均匀，影响工件的表面尺寸和粗糙度，一般适合于锥面较短，余量不大的锥体中。图1c为阶台加工锥体法，这种加工法是每一次走刀轨迹平行于工件的轴线，加工出许多小的阶台，最后一刀车刀沿锥体斜面进行走刀，这种加工方法要先做1：1比例图，否则易车废工件，由于是台阶状，所以余量不均匀，影响锥面加工质量。
显然，上述三种切削路线中，如果起刀点相同，则平行法车锥体路线最合理，生产中常用此法进行加工。
三、合理调用g命令使程序段最少
按照每个单独的几何要素(即直线、斜线和圆弧等)分别编制出相应的加工程序，其构成加工程序的各条程序即程序段。在加工程序的编制工作中，总是希望以最少的程序段数即可实现对零件的加工，以使程序简洁，减少出错的几率及提高编程工作的效率。
由于数控车床装置普遍具有直线和圆弧插补运算的功能，除了非圆弧曲线外，程序段数可以由构成零件的几何要素及由工艺路线确定的各条程序得到，这时应考虑使程序段最少原则。选择合理的g命令，可以使程序段减少，但也要兼顾走刀路线最短。如加工上图1的零件，如果毛坯均为棒料，可以
用直线插补命令g01进行编程，也可以用矩形循环命令g90进行编程，还可以用复合循环命令g71进行编程，都可以加工该工件。如下图2所示，图2a为用g01命令确定的走刀路线，与图2b用g90命令确定路线相同，但用g01时编程复杂，程序段较多，常用于精加工程序中。图2c为用g71式加工路线,首先走矩形循环进给路线，最后两刀走轮廓的得等距线和最终轮廓线，走刀路线不是很长，且切削量相同，切削力均匀，与g70命令合用还可以使程序编制简单，编程时常用。如果使用的数控车床没有此命令，应该首先选用g90矩行循环命令进行编程。所以在编程中要灵活应用，选用合理的g命令进行程序编制。
对于非曲线轨迹的加工，所需主程序段数要在保证其加工精度的条件下，进行计算后才能得知。这时，一条非圆曲线应按逼近原理划分成若干个主程序段（大多为直线或圆弧），当能满足其精度要求时，所划分的若干个主程序的段数应为最少。这样，不但可以大大减少计算的工作量，而且还能减少输入的时间及内存容量的占有数。
四、合理安排“回零”路线
在编制较复杂轮廓的加工程序时，为使其计算过程尽量简化，既不易出错，又便于校核，编程者有时将每一刀加工完后的刀具终点通过执行“回零”指令（即返回对刀点），使其全返回对刀点位置，然后在执行后续程序。这样会增加走刀距离，降低生产效率。因此，在合理安排“回零”路线时，应使其前一刀终点与后一刀起点间的距离尽量减短，或者为零，即满足走刀路线最短的要求。
五、合理选择切削用量
数控车削中的切削用量是表示机床主体的主运动和进给运动大小的重要参数，包括切削深度、主轴转速、进给速度。它们的选择与普车所要求的基本对应一致，但数控车床加工的零件往往较复杂，切削用量按一定的原则初定后，还应结合零件实际加工情况随时进行调整，调整方法是利用数控车床的操作面板上各种倍率开关，随时进行调整，来实现切削用量的合理配置，这对操作者来说应该具有一定的实际生产加工经验。
六、编程中细节问题处理
1、注意g04的合理使用
g04为暂停指令，其作用是刀具在一个指令的时间内暂停止加工。该指令
由于不做实际的切削运动，常常被忽略。但它在对于保证加工精度及在切槽、钻孔改变运动等方面都有很好的好处，常用于以下几种情况：
（1）切槽、钻孔时为了保证槽底、孔底的的尺寸及粗糙度应设置g04命令。
（2）当运行方向改变较大时，应在该改变运行方向指令间设置g04命令。
（3）当运行速度变化很大时应在其运行指令改变时设置 g04命令。
（4）利用g04进行断削处理，根据粗加工的切削要求，可对以连续运动轨迹进行分段加工安排，每相邻加工段中间用g04指令将其隔开。加工时，刀具每进给一段后，即安排所设定较短的延时时间（0.5秒）实施暂停，紧接着在进给一段，直至加工结束。其分段数的多少，视断削要求而定，当断削不够理想时，要增加分段数。
2、粗精加工分开编程
为了提高零件的精度并保证生产效率，车削工件轮廓的最后一刀，通常由精车刀来连续加工完成，因此，粗精加工应分开编程。并且，刀具的进、退位置要考虑妥当，尽量不要在连续的轮廓中切入切出或换刀及停顿，以免因切削力的突然变化而造成弹性变形，致使光滑连接的轮廓上产生划伤、形状突变或滞留刀痕等疵病。
3、编程时常取零件要求尺寸的中值作为编程尺寸依据。
如果遇到比机床所规定的最小编程单位还要小的数值时，应尽量向其最大实体尺寸靠拢并圆整。如图纸尺寸为ø 80+00、026则编程时写x80.013。
4、编程时尽量符合各点重合的原则。
也就是说，编程的原点要和设计的基准、对刀点的位置尽量重合起来，减少由于基准不重合所带来的加工误差。在很多情况下，若图样上的尺寸基准与编程所需要的尺寸基准不一致，故应首先将图样上的各个基准尺寸换算为编程坐标系中的尺寸。当需要掌握控制某些重要尺寸的允许变动量时，还要通过尺寸链解算才能得到，然后才可进行下一步编程工作。
5、巧利用切断刀倒角。
对切断面带一倒角的零件，在批量车削加工中比较普遍，为了便于切断并避免掉头倒角，可巧利用切断刀同时完成车倒角和切断两个工序，效果较好。同时切刀有两个刀尖，在编程中要注意使用哪个刀尖及刀宽问题，防止对刀加工时出错。
总之，数控车床的编程总原则是先粗后精、先进后远、先内后外、程序
段最少、走刀路线最短，这就要求我们在编程时，特别注意理论联系实际，并在大量的实践中，对所学的知识进行验证或修正，做到编制的程序。参考文献：
1.图书：刘英超、数控机床编程与操作、北京、机械工业出版社、2010
2.图书：刘蔡保、数控车床编程与操作、北京、化学工业出版社、2009
3.图书：丁昌滔、数控加工编程与cam、浙江、浙江科学技术出版社、2010
4.图书: 聂秋根 陈光明、数控加工实用技术、北京、电子工业出版社、2007
5.期刊：牛小铁、数控加工中的对刀方法、北京工业职业技术学院学报、2003
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湖北科技职业学院
毕业论文
论文题目：中国数控机床的发展 姓 名：××× 学 号：××× 专业班级：××× 指导老师：×××
二〇一五年四月
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摘要
自从20世纪中叶数控技术出现以来，数控机床的产生给机械制造业带来了具有革命性意义的改变。数控加工技术具有以下特点：具有高度柔性，加工的精度高，加工质量稳定、可靠，生产效率较高，还可以减轻操作者的劳动强度、改善工作条件，既能促进生产管理的现代化又能促使经济效益的提高。数控机床是数字控制机床（computer numerical control machine tools）的简称，是一种装有程序控制系统的自动化机床。它是一种机电一体化程度较高的产品，可以用于加工各种小批量零件，或者结构较复杂、精度要求较高的零件等等。数控机床的优良特点及其广泛的应用范围使得它成为当代机械制造业的主流装备，也是市场热门商品。我国的数控机床经历了多年的进步与发展已经取得了不错的成绩，但在科技日益进步的今天，如何进一步推进其发展在今天是一个很关键的问题。
关键字：
数控机床 趋势 发展策略
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目录
第一章 数控机床的产生
1.1 数控机床·················································4 1.2数控技术················································ ·4 1.3我国数控机床现状··········································5 第二章 数控机床的发展趋势
2.1向工序集中化发展········································· ·6 2.2向高速度、高精度方向发展···································7 2.3向柔性化、功能集成化方向发展······························· 8 2.4向智能化方向发展·········································· 9 2.4.1引进自适应控制技术····································· ·9 2.4.2智能故障回放和故障仿真技术······························ ·9 2.4.3刀具寿命自动检测······································· ·9 2.4.4智能4m数控系统········································ ·9 2.4.5智能化交流伺服驱动技术·································· 10 2.5向高可靠性方向发展······································· 10 2.5.1采用更高集成度电路芯片································· ·10 2.5.2实现硬件功能软件化······································10 2.5.3增强故障自诊断、自恢复和保护功能·························10 2.6向网络化方向发展········································· 11 2.7向标准化方向发展········································· 11 2.8向功能复合化方向发展······································12 第三章 中国数控机床发展策略
3.1加大技术科研力度··········································13 3.2进一步提高数控机床产品的自主开发、制造能力··················13 3.3加快高性能数控功能部件的研发，提升数控机床品质·········· ····14 3.4加快技术引进与国际合作学习·································15 结语······················································ ·15
参考文献················································· ·17
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第一章 数控机床的产生
1.1数控机床
数控机床，顾名思义，即采用了数控技术的机床。数控机床的出现是为了满足多品种，小批量的自动化生产，能够适用产品频繁变化且具有柔性的生产需求。从应用来说，数控机床就是将加工过程所需的各种操作（如主轴变速、进刀与退刀、开车与停车、选择刀具、供给切削液等）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专用的或通用的计算机，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，是机床自动加工出所需要的零件。1.2数控技术
说到数控机床就不得不提起数控技术。数控技术，简称“数控”,英文：numerical control（nc）,是指用数字、文字和符号组成的数字指令来实现一台或多台机械设备动作控制的技术。它所控制的通常是位置、角度、速度等机械量和与机械能量流向有关的开关量。根据国家标准ｇｂ／ｔ８１２９－１９９７，对机床数字控制的定义：用数字控制的装置（简称数控装置），在运行过程中，不断地引入数字数据，从而对某一生产过程实现自动控制，叫数字控制，简称数控。用计算机控制加工功能，称为计算机数控。目前它是采用计算机实现数字程序控制的技术。这种技术通过使用计算机按事先存贮的控制程序来实现对设备的控制功能。由于采用计算机替代原先用硬件逻辑电路组成的数控装置，使输入数据的储存、处理、湖北科技职业学院毕业论文
运算、逻辑判断等各种控制机能都可以通过设计者来设计开发各种程序来实现。1.3我国数控机床现状
我国数控技术起步于20世纪中期，纵观其发展历程，可以划分为三个阶段：第一阶段从上世纪五十年代至七十年代，这个阶段为封闭式发展阶段。在此阶段，处于新中国初期，百废待兴，人才缺乏，科技落后，由于国外的技术封锁限制和我国自身基础条件的限制，数控技术的发展趋势并不明显。第二阶段是在国家的“六五”、“七五”期间以及“八五”的前期，这个阶段是引进技术和消化吸收阶段。在此阶段，机床工业也随之逐步走上科学生产、大力发展的道路并初步建立起了国产化体系。由于改革开放的推进过程和国家的重视，以及各方面环境的改善，使得我国数控技术在产品的研究、开发等方面都取得了显著性的进步。第三阶段是在国家“八五”的后期和“九五”期间，这个阶段是实施产业化的研究并且进入市场竞争的阶段。在此阶段，开始引进日、德、美数控系统、以及各类数控机床、加工中心，进行合作生产。通过边仿、边学、边造、边用，逐步掌握了数控机床的一些技术、特点与发展规律，发展比较迅速。我国国产数控装备的产业化在这个阶段取得了实质性的进步。在“九五”末期，国产数控机床的国内市场占有率达到了50％，配国产数控系统也达到了10％。随后，我国也已经进入世界高速数控机床生产国和高精度精密数控机床生产国的行列。目前我国数控机床需求量日益扩大，产量正呈飞速增长的趋势，数据显示，我国数控金属切削机床产量从2004年的湖北科技职业学院毕业论文
51,861.00台增长至2013年的209,287.00台。2013年，我国数控金属切削机床行业产量呈现增长态势，比2012年205,695.13台同比增长1.75%。据统计，目前我国可供市场的数控机床有1500种，几乎覆盖了整个金属切削机床的品种类别和主要的锻压机械。领域之广，可与日本、德国、美国并驾齐驱。按专项规划，到２０２０年，我国航空航天、船舶、汽车、发电设备制造所需要的高档数控机床与基础制造装备约８０％立足国内。高档数控机床与基础制造装备总体技术水平进入国际先进行列，部分产品国际领先。
从上面的内容中我们看到了我国在数控机床领域取得的一些成绩。而另一方面，尽管我国数控金属切削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。但国产数控金属切削机床以低档为主，高档数控机床绝大部分依赖进口。我国数控金属切削机床行业技术创新投入不足，自主创新能力较弱，导致国产数控金属切削机床在质量、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。
第二章 数控机床的发展趋势
近些年来，随着科学技术的发展，先进制造技术的兴起和不断成熟，对数控技术提出了更高的要求。自从我国数控机床的技术发展到了成熟期以后，各个领域都开始了对于数控机床的广泛关注。当前我国的机床铸造产业正处于高速发展时期，产业由量变正走向质变的阶
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段。综合分析国内外数控机床发展形势，我国数控机床的发展还应顺应以下发展趋势：
2.1向工序集中化发展
上世纪中期，在一般数控机床的基础上开发了数控加工中心，即自备刀具库的自动换刀数控机床。在加工中心机床上，机床的机械手可以自动更换刀具，连续地对工件进行多种工序加工。加工中心机床使工序集中在一台机床上完成，减少了由于工序分散，工件多次安装引起的定位误差，提高了加工精度，同时也减少了机床的台数与占地面积，压缩了半成品的库存量，减少了工序间的辅助时间，有效的提高了数控机床的生产效率和数控加工的经济效益。2.2向高速度、高精度方向发展
精度和速度是数控机床的两个重要指标，直接关系到产品的质量和档次、产品的生产周期和在市场上的竞争能力。高精度、高速度是机械加工的目标，数控机床因其价格昂贵，在这些方面的发展也就更为突出。
在加工精度方面，数控机床精度的要求现在已经不局限于静态的几何精度，机床的运动精度、热变形以及对振动的监测和补偿越来越获得重视。最近几年来，普通级数控机床的加工精度已由10μm提高到5μm，精密级加工中心则从3-5μm提高到1-1.5μm，并且超精密加工精度已开始进入纳米级。加工精度的提高不仅在于采用了滚珠丝杠副、静压导轨、直线滚动导轨、磁浮导轨等部件，提高了cnc系统的控制精度，应用了高分辨率位置检测装置，而且也在于使用了各种
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误差补偿技术，如丝杠螺距误差补偿、刀具误差补偿、热变形误差补偿、空间误差综合补偿等等。
在加工速度方面，如今的数控机床普遍是高速加工，高速加工源于20世纪90年代初，以电主轴和直线电机的应用为特征，使主轴转速大大提高，进给速度达60m／min以上，进给加速度和减速度达到1-2g以上，主轴转速达100000r/min以上。高速进给要求数控系统的运算速度快、采样周期短，还要求数控系统具有足够的超前路径加（减）速优化预处理能力，有些系统可提前处理5000个程序段。为保证加工速度，高档数控系统可在每秒内进行2000-10000次进给速度的改变。另一方面，运算速度的高速化也为数控机床增添了动力：微处理器的迅速发展为数控系统向高速、高精度方向发展提供了保障，开发出cpu已发展到32位以及64位的数控系统，频率提高到几百兆赫、上千兆赫。由于运算速度的极大提高，使得当分辨率为0.1μm、0.01μm时仍能获得高达24～240m/min的进给速度。2.3向柔性化、功能集成化方向发展
数控机床在提高单机柔性化的同时，朝单元柔性化和系统化方向发展，如出现了数控多轴加工中心、换刀换箱式加工中心等具有柔性的高效加工设备；
出现了由多台数控机床组成底层加工设备的柔性制造单元、柔性制造系统、柔性加工线。
在现代数控机床上，自动换刀装置、自动工作台交换装置等已成为基本装置。随着数控机床向柔性化方向的发展，功能集成化更多地体现在：工件自动装卸，工件自动定位，刀具自动对刀，工件自动测
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量与补偿，集钻、车、镗、铣、磨为一体的“万能加工”和集装卸、加工、测量为一体的“完整加工”等。2.4向智能化方向发展
随着人工智能在计算机领域不断渗透和发展，数控系统向智能化方向发展。在新一代的数控系统中，由于采用“进化计算”、“模糊系统”和“神经网络”等控制机理，性能大大提高，具有加工过程的自适应控制、负载自动识别、工艺参数自生成、运动参数动态补偿、智能诊断、智能监控等功能。
2.4.1引进自适应控制技术
通过监测加工过程中的切削力、主轴和进给电机的功率、电流、电压等信息，利用传统的或现代的算法进行识别，以辩识出刀具的受力、磨损、破损状态及机床加工的稳定性状态，并根据这些状态实时调整加工参数和加工指令，使设备处于最佳运行状态，以提高加工精度、降低加工表面粗糙度并提高设备运行的安全性；
2.4.2智能故障回放和故障仿真技术
能够完整记录系统的各种信息，对数控机床发生的各种错误和事故进行回放和仿真，用以确定错误引起的原因，找出解决问题的办法，积累生产经验；
2.4.3刀具寿命自动检测
利用红外、声发射、激光等检测手段，对刀具和工件进行检测。发现工件超差、刀具磨损和破损等，及时进行报警、自动补偿或更换刀具，确保产品质量。
2.4.4智能4m数控系统
在制造过程中，加工、检测一体化是实现快速制造、快速检测和
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快速响应的有效途径，将测量（measurement）、建模（modeling）、加工（manufacturing）、机器操作（manipulator）四者（即4m）融合在一个系统中，实现信息共享，促进测量、建模、加工、装夹、操作的一体化。
2.4.5智能化交流伺服驱动技术
目前已研究能自动识别负载并自动调整参数的智能化伺服系统，包括智能化主轴交流驱动装置和进给伺服驱动装置，使驱动系统获得最佳运行。
2.5向高可靠性方向发展
所谓的数控机床可靠性，就是指数控机床产品及其系统能够在限定时间内完成一定的动作指令的能力。数控机床的可靠性一直是用户最关心的主要指标，它主要取决于数控系统各伺服驱动单元的可靠性。为提高可靠性，目前主要采取以下措施：
2.5.1采用更高集成度电路芯片
采用更高集成度的电路芯片，采用大规模或超大规模的专用及混合式集成电路，可以减少元器件的数量，有效地提高可靠性。
2.5.2实现硬件功能软件化
通过硬件功能软件化，以适应各种控制功能的要求，同时通过硬件结构的模块化、标准化、通用化及系列化，提高硬件的生产批量和质量。
2.5.3增强故障自诊断、自恢复和保护功能
增强故障自诊断、自恢复和保护功能对系统内硬件、软件和各种外部设备进行故障诊断、报警。当发生加工超程、刀损、干扰、断电
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等各种意外时，自动进行相应的保护，而这些措施就大大地增加了数控机床的可靠性。2.6向网络化方向发展
对于面临激烈竞争的企业来说，使数控机床具有双向、高速的联网通讯功能，以保证信息流在车间各个部门间畅通无阻是非常重要的。既可以实现网络资源共享，又能实现数控机床的远程监视、控制、培训、教学、管理等等，还可实现数控装备的数字化服务。数控机床的网络化将极大地满足柔性生产线、柔性制造系统、制造企业对信息集成的需求，也是实现新的制造模式，如敏捷制造、虚拟企业、全球制造的基础单元。目前先进的数控系统为用户提供了强大的联网能力，除了具有rs232c接口外，还带有远程缓冲功能的dnc接口，可以实现多台数控机床间的数据通信和直接对多台数控机床进行控制。有的已配备与工业局域网通信的功能以及网络接口，促进了系统集成化和信息综合化，使远程在线编程、远程仿真、远程操作、远程监控及远程故障诊断成为可能。这些先进的系统也为数控机床未来的网络化发展方向提供了导向作用。2.7向标准化方向发展
近些年来，数控标准是制造业信息化发展的一种趋势。数控技术诞生后的50多年间的信息交换都是基于iso6983标准，即采用g、m代码对加工过程进行描述，显然，这种面向过程的描述方法已越来越不能满足现代数控技术高速发展的需要。为此，国际上正在研究和制定一种新的cnc系统标准iso14649（step－nc)，其目的是提供一种
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不依赖于具体系统的中性机制，能够描述产品整个生命周期内的统一数据模型，从而实现整个制造过程，乃至各个工业领域产品信息的标准化。数控机床的标准化发展也定将会推动数控技术的高速发展。2.8向功能复合化方向发展
数控车床复合加工技术，即是在一台设备上完成车、铣、钻、镗、攻丝、铰孔、扩孔等多种加工要求，复合加工机床的最突出优点是可以大大缩短工件的生产周期、提高工件加工精度。在全球数控机床制造和金属加工领域，复合加工技术正以其强大的加工能力被不断发展与应用。为了实现复杂形状工件的加工，使在一台机床上能完成复数工序和复数工种的加工，这样的数控机床称为复合加工机床。就是说，在复合化机床上可以实现完全不同性质加工过程的加工。
今天的复合加工技术，是针对以普通的数控车削中心和加工中心为基础，发展到复合车铣加工中心。这要求机床制造业应以现有的技术水平为基础，研发、制造、稳定和推广具有高效、复合、稳定、成本低廉的，适合于现代加工技术的高水平数控机床。
第三章 中国数控机床发展策略
在今天，以轿车制造业为代表的汽车及其零部件制造业、以航空航天为代表的高新技术产业的加速发展，为机床制造业带来了巨大商机。同时，要满足我国重大基础制造和国防工业领域对高档数控机床的巨大需求，摆脱对国外高档数控机床的依赖及垄断，必须突破高档数控机床及相应高性能功能部件的关键技术。我国数控机床的发展需
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要以市场需求为导向，主机为牵引，统筹考虑数控系统与功能部件、关键部件与主机，推行数字制造；
以功能部件为基础，以共性技术为支撑，加速振兴我国机床制造业。中国今后要加速发展数控机床产业,既要深入总结过往的经验教训,切实改善存在的问题,又要认真学习国外的先进经验,沿正确的道路前进。建议切实做好以下几点: 3.1加大技术科研力度
众所周知，科学技术是第一生产力，科技对于产业发展的促进作用在今天已经不言而喻了。数控机床是其他制造业得以实现的基础，因为它的水平关系着其他行业产品制造质量的高低。我国数控机床科技水平一直处于较低水平，虽然在某些领域可以与世界机床强国比较高低，但是整体的弱势也是造成我国数控机床行业无法进入“世界机床强国”行列的原因。在美国，特别讲究“效率”和“创新”，注重基础科研。在机床技术上不断创新，美国首先结合汽车、轴承生产需求，充分发展了大量大批生产自动化所需的自动线，而且电子、计算机技术在世界上领先，因此其数控机床的主机设计、制造及数控系统基础扎实，且一贯重视科研和创新，故其高性能数控机床技术在世界也一直领先。而德国特别注重科学试验，理论与实际相结合，基础科研与应用技术科研并重。企业与大学科研部门紧密合作，对用户产品、加工工艺、机床布局结构、数控机床的共性和特性问题进行深入的研究，在质量上力求越来越好。
3.2进一步提高数控机床产品的自主开发、制造能力
我国如今已成为一个制造业大国，提高数控机床产品的自主开
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发、制造能力是一个关键的问题。共性和关键技术攻关必须与数控机床和功能部件的基地建设有机结合，要以高档数控机床发展为主攻目标，提高整机可靠性和产业化水平，提高国产数控系统和关键功能部件的配套能力，特别是要提高在国产中高档数控机床中的配套能力；
加强数控机床基础开发理论的研究、基础工艺技术研究及应用软件开发，做好行业标准和专利工作，为我国数控机床行业的发展打下坚实的基础。
3.3加快高性能数控功能部件的研发，提升数控机床品质
数控功能部件作为数控机床的一个子系统同样具有机电一体化的特征，这也是它区别于一般配套件和附件之处。因此，它的组成通常是由动力能源、信息传递反馈与控制、广义机械执行装置三者的总成。这些功能部件有高速运动的电主轴单元、直接驱动的直线电机单元和力矩电机的回转运动单元等；
有先进结构精密切削的双摆主轴头、数控动力刀架和主卧转换头等；
有快速交换及高速的自动刀具交换装置、自动托盘交换装置和刀具在线智能补偿装置等功能部件的研发及其专业化生产，不仅能为机床主机制造厂提供功能完善和品质优良的选件，而且有利于缩短机床新产品的开发和制造周期，也有助于降低数控机床成本。高性能的功能部件将具有智能化接口，能与整机协调匹配，并与数控系统构成分布式的控制，因此，加强为主机厂的售前服务，充分满足主机的个性化需求是提高其竞争力的重要措施。功能部件向功能多样化、运行高可靠性化和结构紧凑化的发展也将促进数控机床复合化加工的扩展并推动新一代可重构机床的出现。
湖北科技职业学院毕业论文
数控系统、功能部件、关键部件是发展高档数控机床的基础，目前我国在这方面发展十分薄弱，而这也已经成为制约数控机床发展的瓶颈，必须加快发展，提高专业化、批量化生产技术水平和能力。产品的发展和自主创新能力的提高必须依赖于核心技术的掌握，依赖于共性技术的支撑。基础技术研究是机床整体水平提高的前提和保障，是机床设计的关键和基础，对于我国机床行业进入一个全新的层次会有很大的帮助。
3.4加快技术引进与国际合作学习
新技术几乎是所有企业共同的追求，为了较快得到最新技术，企业可直接与国外科研院所和国外一流企业合资、合作，通过以市场换技术，以有限的资金换取无限的发展，实现主流产品生产的高起点、成批量、专业化。在引进与合作过程中，我们还需要加强引进技术的消化吸收与再创新。具体来说：在某些领域上，与国外差距较大，国外先进技术有引进的可能，则通过引进技术，加强消化吸收，实现再创新，满足用户的需求；
在技术基础较好的领域中，可以充分利用已经形成一定优势的技术，与用户结合，产学研结合，开发满足用户需要的产品，形成技术创新能力，这样也可能在原创上做出突破。总之，加快技术引进与国际合作学习在当前来说是一个明智的选择。
结语
虽然我国数控机床的发展经历了长期的跌宕起伏，已经由成长期进入成熟期，但是机床制造业既面临着机械制造业需求水平提升而引
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发的制造装备发展的良机，也遭遇到了当今激烈的国际市场竞争的巨大压力，加速推进数控机床的发展是解决有关机床制造业持续发展问题的一个关键。随着制造业对数控机床的不断扩大的需求以及计算机技术和现代设计技术的飞速进步，数控机床的应用范围仍然在不断扩大中。数控机床行业是为制造业提供装备的产业，当代中国制造业的崛起，必然给数控机床行业带来巨大的商机，并且带来新的发展空间。因此，数控机床行业可以抓住这个大好机会，尽快减小其世界先进水平的差距，全面提高我国数控机床行业水平，创品牌、扩市场、当进口、争出口，争取将国产数控机床做大做强。
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参考文献
[1].邹伟平,吴再兴.数控技术的现状及发展趋势[j].林业机械与木工设备.2006(03)[2].王志平主编.数控机床及应用.北京：高等教育出版社，2002.3 [3].李佳主编.数控机床及应用.北京：清华大学出版社，2001.7 [4].王爱玲主编.现代数控机床[m].国防工业出版社,2003 [5].倪祥明.数控机床及数控加工技术.北京：人民邮电出版社，2011 [6].李君.浅议数控技术的发展趋势[j].吉林农业.2010(11)
毕业论文
题目: 学生姓名: 班 级：专 业：指导教师：
年6月16日
2012
摘 要
世界制造业转移，中国正在逐步成为世界加工厂。美国、德国、韩国等国家已经进入工业化发展的高技术密集时代与微电子时代，钢铁、机械、化工等重工业正逐渐向发展中国家转移。我国目前经济发展已经过了发展初期，正处于重化工业发展中期。
未来10年将是中国机械行业发展最佳时期。美国、德国的重化工业发展期延续了18年以上，美国、德国、韩国四国重化工业发展期平均延续了12年，我们估计中国的重化工业发展期将至少延续10年，直到2015年。因此，在未来10年中，随着中国重化工业进程的推进，中国企业规模、产品技术、质量等都将得到大幅提升，国产机械产品国际竞争力增强，逐步替代进口，并加速出口。目前，机械行业中部分子行业如船舶、铁路、集装箱及集装箱起重机制造等已经受益于国际间的产业转移，并将持续受益；
电站设备、工程机械、床等将受益于产业转移，加快出口进程
关键词 : 数控 工业化发展 刀具 机床
目 录
近年来，发展起来的图形交互式编程系统（wop，又称面向车间编程），很受用户欢迎。这种编程方式不使用g、m代码，而是借助图形菜单，输入整个图形块以及相应参数作为加工指令，形成加工程序，与传统加工时的思维方式类似。图形交互编程方法在制定标准后，有可能成为各种型号的数控机床统一的编程方法。
2）使用方法
数控机床普遍采用彩色crt进行人机对话、图形显示和图形模拟的。有的数控机床将采用说明书、编程指南、润滑指南等存入系统共使用者调阅。
3.2 按控制运动轨迹分类
3.2.1．点位控制数控机床
位置的精确定位，在移动和定位过程中不进行任何加工。机床数控系统只控制行程终点的坐标值，不控制点与点之间的运动轨迹，因此几个坐标轴之间的运动无任何联系。可以几个坐标同时向目标点运动，也可以各个坐标单独依次运动。
这类数控机床主要有数控坐标镗床、数控钻床、数控冲床、数控点焊机等。点位控制数控机床的数控装置称为点位数控装置。
3.2.2．直线控制数控机床
直线控制数控机床可控制刀具或工作台以适当的进给速度，沿着平行于坐标轴的方向进行直线移动和切削加工，进给速度根据切削条件可在一定范围内变化。
直线控制的简易数控车床，只有两个坐标轴，可加工阶梯轴。直线控制的数控铣床，有三个坐标轴，可用于平面的铣削加工。现代组合机床采用数控进给伺服系统，驱动动力头带有多轴箱的轴向进给进行钻镗加工，它也可算是一种直线控制数控机床。
数控镗铣床、加工中心等机床，它的各个坐标方向的进给运动的速度能在一定范围内进行调整，兼有点位和直线控制加工的功能，这类机床应该称为点位/直线控制的数控机床。
3.3.3．轮廓控制数控机床
轮廓控制数控机床能够对两个或两个以上运动的位移及速度进行连续相关的控制，使合成的平面或空间的运动轨迹能满足零件轮廓的要求。它不仅能控制机床移动部件的起点与终点坐标，而且能控制整个加工轮廓每一点的速度和位移，将工件加工成要求的轮廓形状。
常用的数控车床、数控铣床、数控磨床就是典型的轮廓控制数控机床。数控火焰切割机、电火花加工机床以及数控绘图机等也采用了轮廓控制系统。轮廓控制系统的结构要比点位/直线控系统更为复杂，在加工过程中需要不断进行插补运算，然后进行相应的速度与位移控制。
现在计算机数控装置的控制功能均由软件实现，增加轮廓控制功能不会带来成本的增加。因此，除少数专用控制系统外，现代计算机数控装置都具有轮廓控制功能。
3.3 按驱动装置的特点分类
3.3.1开环控制数控机床
这类控制的数控机床是其控制系统没有位置检测元件，伺服驱动部件通常为反应式步进电动机或混合式伺服步进电动机。数控系统每发出一个进给指令，经驱动电路功率放大后，驱动步进电机旋转一个角度，再经过齿轮减速装置带动丝杠旋转，通过丝杠螺母机构转换为移动部件的直线位移。移动部件的移动速度与位移量是由输入脉冲的频率与脉冲数所决定的。此类数控机床的信息流是单向的，即进给脉冲发出去后，实际移动值不再反馈回来，所以称为开环控制数控机床。
开环控制系统的数控机床结构简单，成本较低。但是，系统对移动部件的实际位移量不进行监测，也不能进行误差校正。因此，步进电动机的失步、步距角误差、齿轮与丝杠等传动误差都将影响被加工零件的精度。开环控制系统仅适用于加工精度要求不很高的中小型数控机床，特别是简易经济型数控机床。
3.3.2闭环控制数控机床
接对工作台的实际位移进行检测，将测量的实际位移值反馈到数控装置中，与输入的指令位移值进行比较，用差值对机床进行控制，使移动部件按照实际需要的位移量运动，最终实现移动部件的精确运动和定位。从理论上讲，闭环系统的运动精度主要取决于检
测装置的检测精度，也与传动链的误差无关，因此其控制精度高。图1-3所示的为闭环控制数控机床的系统框图。图中a为速度传感器、c为直线位移传感器。当位移指令值发送到位置比较电路时，若工作台没有移动，则没有反馈量，指令值使得伺服电动机转动，通过a将速度反馈信号送到速度控制电路，通过c将工作台实际位移量反馈回去，在位置比较电路中与位移指令值相比较，用比较后得到的差值进行位置控制，直至差值为零时为止。这类控制的数控机床，因把机床工作台纳入了控制环节，故称为闭环控制数控机床。
闭环控制数控机床的定位精度高，但调试和维修都较困难，系统复杂，成本高。
3.3.3半闭环控制数控机床
半闭环控制数控机床是在伺服电动机的轴或数控机床的传动丝杠上装有角位移电流检测装置（如光电编码器等），通过检测丝杠的转角间接地检测移动部件的实际位移，然后反馈到数控装置中去，并对误差进行修正。通过测速元件a和光电编码盘b可间接检测出伺服电动机的转速，从而推算出工作台的实际位移量，将此值与指令值进行比较，用差值来实现控制。由于工作台没有包括在控制回路中，因而称为半闭环控制数控机床。
半闭环控制数控系统的调试比较方便，并且具有很好的稳定性。目前大多将角度检测装置和伺服电动机设计成一体，这样，使结构更加紧凑。
3.3.4混合控制数控机床
将以上三类数控机床的特点结合起来，就形成了混合控制数控机床。混合控制数控机床特别适用于大型或重型数控机床，因为大型或重型数控机床需要较高的进给速度与相当高的精度，其传动链惯量与力矩大，如果只采用全闭环控制，机床传动链和工作台全部置于控制闭环中，闭环调试比较复杂。混合控制系统又分为两种形式：
（1）开环补偿型。它的基本控制选用步进电动机的开环伺服机构，另外附加一个校正电路。用装在工作台的直线位移测量元件的反馈信号校正机械系统的误差。
（2）半闭环补偿型。它是用半闭环控制方式取得高精度控制，再用装在工作台上的直线位移测量元件实现全闭环修正，以获得高速度与高精度的统一。其中a是速度测量元件（如测速发电机），b是角度测量元件，c是直线位移测量元件。
4.3.合理选择夹具
1)尽量选用通用夹具装夹工件，避免采用专用夹具；
2)零件定位基准重合，以减少定位误差。
4.4.确定加工路线
加工路线是指数控机床加工过程中，刀具相对零件的运动轨迹和方向。1)应能保证加工精度和表面粗糙要求；
2)应尽量缩短加工路线，减少刀具空行程时间。
4.5.加工路线与加工余量的联系
目前，在数控车床还未达到普及使用的条件下，一般应把毛坯上过多的余量，特别是含有锻、铸硬皮层的余量安排在普通车床上加工。如必须用数控车床加工时，则需注意程序的灵活安排。
4.6.夹具安装要点
目前液压卡盘和液压夹紧油缸的连接是靠拉杆实现的，液压卡盘夹紧要点如下：首先用搬手卸下液压油缸上的螺帽，卸下拉管，并从主轴后端抽出，再用搬手卸下卡盘固定螺钉，即可卸下卡盘。
5.2、控制尺寸精度的技巧 5.2.1.修改刀补值保证尺寸精度
由于
2a标注尺寸经换算后而得到的编程尺寸。其中，φ29.95mm、φ16mm及60.07mm三个尺寸为分别取两极限尺寸平均值后得到的编程尺寸。
5.2.4.修改程序和刀补控制尺寸
数控加工中，我们经常碰到这样一种现象：程序自动运行后，停车测量，发现工件尺寸达不到要求，尺寸变化无规律。如用1号外圆刀加工图3所示工件，经粗加工和半精加工后停车测量，各轴段径向尺寸如下：φ30.06mm、φ23.03mm及φ16.02mm。对此，笔者采用修改程序和刀补的方法进行补救，方法如下：
a.修改程序
原程序中的x30不变，x23改为x23.03，x16改为x16.04，这样一来，各轴段均有超出名义尺寸的统一公差0.06mm；
b.改刀补
在1号刀刀补001处输入u-0.06。
经过上述程序和刀补双管齐下的修改后，再调用精车程序，工件尺寸一般都能得到有效的保证。
数控车削加工是基于数控程序的自动化加工方式，实际加工中，操作者只有具备较强的程序指令运用能力和丰富的实践技能，方能编制出高质量的加工程序，加工出高质量的工件。
电流(转矩)调节输出驱动信号驱动伺服电机转动，实现机床坐标轴运动，同时接受速度反馈信号实施速度闭环控制。它也通过plc与cnc通信，通报现时工作状态并接受cnc的控制。
进给伺服系统速度调节器的正确调节是最重要的，应该在位置开环的条件下作最佳化调节，既不过冲又要保持一定的硬特性。它受机床坐标轴机械特性的制约，一旦导轨和机械传动链 的状态发生变化，就需重调速度环调节器。
(6)电器硬件电路随着plc功能的不断强大，电器硬件电路主要任务是电源的生成与控制电路、隔离继电器部分及各类执行电器(继电器、接触器)，很少还有继电器逻辑电路的存在。但是一些进口机床柜中还有使用自含一定逻辑控制的专用组合型继电器的情况，一旦这类元件出现故障，除了更换之外，还可以将其去除而由plc逻辑取而代之，但是这不仅需要对该专用电器的工作原理有清楚的了解，还要对机床的plc语言与程序深入掌握才行。
(7)机床(电器部分)包括所有的电动机、电磁阀、制动器、各种开关等。它们是实现机床
各种动作的执行者和机床各种现实状态的报告员。
这里可能的主要故障多数属于电器件自身的损坏和连接电线、电缆的脱开或断裂。
(8)速度测量通常由集装于主轴和进给电动机中的测速机来完成。它将电动机实际转速匹配成电压值送回伺服驱动系统作为速度反馈信号，与指令速度电压值相比较，从而实现速度的精确控制。
这里应注意测速反馈电压的匹配联接，并且不要拆卸测速机。由此引起的速度失控多是由于测速反馈线接反或者断线所致。
(9)位置测量较早期的机床使用直线或圆形同步感应器或者旋转变压器，而现代机床多采
用光栅尺和数字脉冲编码器作为位置测量元件。它们对机床坐标轴在运行中的实际位置进行直接或间接的测量，将测量值反馈到cnc并与指令位移相比较直至坐标轴到达指令位置，从而实现对位置的精确控制。
位置环可能出现的故障多为硬件故障，例如位置测量元件受到污染，导线连接故障等。
(10)外部设备一般指pc计算机、打印机等输出设备，多数不属于机床的基本配置。使用中的主要问题与输入装置一样，是匹配问题。(1)数据输入装置将指令信息和各种
应用数据输入数控系统的必要装置。它可以是穿孔带阅读机(已很少使用)，3.5in软盘驱动器，cnc键盘(一般输入操作)，数控系统配备的硬盘及驱动装置(用于大量数据的存储保护)、磁带机(较少使用)、pc计算机等等。
(2)数控系统数控机床的中枢，它将接到的全部功能指令进行解码、运算，然后有序地发出各种需要的运动指令和各种机床功能的控制指令，直至运动和功能结束。
数控系统都有很完善的自诊断能力，日常使用中更多地是要注意严格按规定操作，而日常的维护则主要是对硬件使用环境的保护和防止系统软件的破坏。
(3)可编程逻辑控制器是机床各项功能的逻辑控制中心。它将来自cnc的各种运动及功能指令进行逻辑排序，使它们能够准确地、协调有序地安全运行；
同时将来自机床的各种信息及工作状态传送给cnc，使cnc能及时准确地发出进一步的控制指令，如此实现对整个机床的控制。
当代plc多集成于数控系统中，这主要是指控制软件的集成化，而plc硬件则在规模较大的系统中往往采取分布式结构。plc与cnc的集成是采取软件接口实现的，一般系统都是将二者间各种通信信息分别指定其固定的存放地址，由系统对所有地址的信息状态进行实时监控，根据各接口信号的现时状态加以分析判断，据此作出进一步的控制命令，完成对运动或功能的控制。
不同厂商的plc有不同的plc语言和不同的语言表达形式，因此，力求熟悉某一机床plc程序的前提是先熟悉该机床的plc语言。
(4)主轴驱动系统接受来自cnc的驱动指令，经速度与转矩(功率)调节输出驱动信号驱动主电动机转动，同时接受速度反馈实施速度闭环控制。它还通过plc将主轴的各种现实工作状态通告cnc用以完成对主轴的各项功能控制。
主轴驱动系统自身有许多参数设定，这些参数直接影响主轴的转动特性，其中有些不可丢失或改变的，例如指示电动机规格的参数等，有些是可根据运行状态加以调改的，例
如零漂等。通常cnc中也设有主轴相关的机床数据，并且与主轴驱动系统的参数作用相同，因此要注意二者取一，切勿冲突。
(5)进给伺服系统接受来自cnc对每个运动坐标轴分别提供的速度指令，经速度与电流(转矩)调节输出驱动信号驱动伺服电机转动，实现机床坐标轴运动，同时接受速度反馈信号实施速度闭环控制。它也通过plc与cnc通信，通报现时工作状态并接受cnc的控制。
进给伺服系统速度调节器的正确调节是最重要的，应该在位置开环的条件下作最佳
化调节，既不过冲又要保持一定的硬特性。它受机床坐标轴机械特性的制约，一旦导轨和机械传动链 的状态发生变化，就需重调速度环调节器。
(6)电器硬件电路随着plc功能的不断强大，电器硬件电路主要任务是电源的生成与控制电路、隔离继电器部分及各类执行电器(继电器、接触器)，很少还有继电器逻辑电路的存在。但是一些进口机床柜中还有使用自含一定逻辑控制的专用组合型继电器的情况，一旦这类元件出现故障，除了更换之外，还可以将其去除而由plc逻辑取而代之，但是这不仅需要对该专用电器的工作原理有清楚的了解，还要对机床的plc语言与程序深入掌握才行。
(7)机床(电器部分)包括所有的电动机、电磁阀、制动器、各种开关等。它们是实现机床
各种动作的执行者和机床各种现实状态的报告员。
这里可能的主要故障多数属于电器件自身的损坏和连接电线、电缆的脱开或断裂。
(8)速度测量通常由集装于主轴和进给电动机中的测速机来完成。它将电动机实际转速匹配成电压值送回伺服驱动系统作为速度反馈信号，与指令速度电压值相比较，从而实现速度的精确控制。
这里应注意测速反馈电压的匹配联接，并且不要拆卸测速机。由此引起的速度失控多是由于测速反馈线接反或者断线所致。
(9)位置测量较早期的机床使用直线或圆形同步感应器或者旋转变压器，而现代机床多采
用光栅尺和数字脉冲编码器作为位置测量元件。它们对机床坐标轴在运行中的实际位置进行直接或间接的测量，将测量值反馈到cnc并与指令位移相比较直至坐标轴到达指令位置，从而实现对位置的精确控制。
位置环可能出现的故障多为硬件故障，例如位置测量元件受到污染，导线连接故障等。
(10)外部设备一般指pc计算机、打印机等输出设备，多数不属于机床的基本配置。使用中的主要问题与输入装置一样，是匹配问题。
(1)数据输入装置将指令信息和各种应用数据输入数控系统的必要装置。它可以是穿孔带阅读机(已很少使用)，3.5in软盘驱动器，cnc键盘(一般输入操作)，数控系统配备的硬盘及驱动装置(用于大量数据的存储保护)、磁带机(较少使用)、pc计算机等等。
(2)数控系统数控机床的中枢，它将接到的全部功能指令进行解码、运算，然后有
序地发出各种需要的运动指令和各种机床功能的控制指令，直至运动和功能结束。
数控系统都有很完善的自诊断能力，日常使用中更多地是要注意严格按规定操作，而日常的维护则主要是对硬件使用环境的保护和防止系统软件的破坏。
(3)可编程逻辑控制器是机床各项功能的逻辑控制中心。它将来自cnc的各种运动及功能指令进行逻辑排序，使它们能够准确地、协调有序地安全运行；
同时将来自机床的各种信息及工作状态传送给cnc，使cnc能及时准确地发出进一步的控制指令，如此实现对整个机床的控制。
当代plc多集成于数控系统中，这主要是指控制软件的集成化，而plc硬件则在规模较大的系统中往往采取分布式结构。plc与cnc的集成是采取软件接口实现的，一般系统都是将二者间各种通信信息分别指定其固定的存放地址，由系统对所有地址的信息状态进行实时监控，根据各接口信号的现时状态加以分析判断，据此作出进一步的控制命令，完成对运动或功能的控制。
不同厂商的plc有不同的plc语言和不同的语言表达形式，因此，力求熟悉某一机床plc程序的前提是先熟悉该机床的plc语言。
(4)主轴驱动系统接受来自cnc的驱动指令，经速度与转矩(功率)调节输出驱动信号驱动主电动机转动，同时接受速度反馈实施速度闭环控制。它还通过plc将主轴的各种现实工作状态通告cnc用以完成对主轴的各项功能控制。
主轴驱动系统自身有许多参数设定，这些参数直接影响主轴的转动特性，其中有些不可丢失或改变的，例如指示电动机规格的参数等，有些是可根据运行状态加以调改的，例
如零漂等。通常cnc中也设有主轴相关的机床数据，并且与主轴驱动系统的参数作用相同，因此要注意二者取一，切勿冲突。
(5)进给伺服系统接受来自cnc对每个运动坐标轴分别提供的速度指令，经速度与电流(转矩)调节输出驱动信号驱动伺服电机转动，实现机床坐标轴运动，同时接受速度反馈信号实施速度闭环控制。它也通过plc与cnc通信，通报现时工作状态并接受cnc的控制。
进给伺服系统速度调节器的正确调节是最重要的，应该在位置开环的条件下作最佳化调节，既不过冲又要保持一定的硬特性。它受机床坐标轴机械特性的制约，一旦导轨和机械传动链 的状态发生变化，就需重调速度环调节器。
(6)电器硬件电路随着plc功能的不断强大，电器硬件电路主要任务是电源的生成
与控制电路、隔离继电器部分及各类执行电器(继电器、接触器)，很少还有继电器逻辑电路的存在。但是一些进口机床柜中还有使用自含一定逻辑控制的专用组合型继电器的情况，一旦这类元件出现故障，除了更换之外，还可以将其去除而由plc逻辑取而代之，但是这不仅需要对该专用电器的工作原理有清楚的了解，还要对机床的plc语言与程序深入掌握才行。
(7)机床(电器部分)包括所有的电动机、电磁阀、制动器、各种开关等。它们是实现机床
各种动作的执行者和机床各种现实状态的报告员。
这里可能的主要故障多数属于电器件自身的损坏和连接电线、电缆的脱开或断裂。
(8)速度测量通常由集装于主轴和进给电动机中的测速机来完成。它将电动机实际转速匹配成电压值送回伺服驱动系统作为速度反馈信号，与指令速度电压值相比较，从而实现速度的精确控制。
这里应注意测速反馈电压的匹配联接，并且不要拆卸测速机。由此引起的速度失控多是由于测速反馈线接反或者断线所致。
(9)位置测量较早期的机床使用直线或圆形同步感应器或者旋转变压器，而现代机床多采
用光栅尺和数字脉冲编码器作为位置测量元件。它们对机床坐标轴在运行中的实际位置进行直接或间接的测量，将测量值反馈到cnc并与指令位移相比较直至坐标轴到达指令位置，从而实现对位置的精确控制。
位置环可能出现的故障多为硬件故障，例如位置测量元件受到污染，导线连接故障等。
(10)外部设备一般指pc计算机、打印机等输出设备，多数不属于机床的基本配置。使用中的主要问题与输入装置一样，是匹配问题。
(1)数据输入装置将指令信息和各种应用数据输入数控系统的必要装置。它可以是穿孔带阅读机(已很少使用)，3.5in软盘驱动器，cnc键盘(一般输入操作)，数控系统配备的硬盘及驱动装置(用于大量数据的存储保护)、磁带机(较少使用)、pc计算机等等。
(2)数控系统数控机床的中枢，它将接到的全部功能指令进行解码、运算，然后有序地发出各种需要的运动指令和各种机床功能的控制指令，直至运动和功能结束。
数控系统都有很完善的自诊断能力，日常使用中更多地是要注意严格按规定操作，而日常的维护则主要是对硬件使用环境的保护和防止系统软件的破坏。
(3)可编程逻辑控制器是机床各项功能的逻辑控制中心。它将来自cnc的各种运动
及功能指令进行逻辑排序，使它们能够准确地、协调有序地安全运行；
同时将来自机床的各种信息及工作状态传送给cnc，使cnc能及时准确地发出进一步的控制指令，如此实现对整个机床的控制。
当代plc多集成于数控系统中，这主要是指控制软件的集成化，而plc硬件则在规模较大的系统中往往采取分布式结构。plc与cnc的集成是采取软件接口实现的，一般系统都是将二者间各种通信信息分别指定其固定的存放地址，由系统对所有地址的信息状态进行实时监控，根据各接口信号的现时状态加以分析判断，据此作出进一步的控制命令，完成对运动或功能的控制。
不同厂商的plc有不同的plc语言和不同的语言表达形式，因此，力求熟悉某一机床plc程序的前提是先熟悉该机床的plc语言。
(4)主轴驱动系统接受来自cnc的驱动指令，经速度与转矩(功率)调节输出驱动信号驱动主电动机转动，同时接受速度反馈实施速度闭环控制。它还通过plc将主轴的各种现实工作状态通告cnc用以完成对主轴的各项功能控制。
主轴驱动系统自身有许多参数设定，这些参数直接影响主轴的转动特性，其中有些不可丢失或改变的，例如指示电动机规格的参数等，有些是可根据运行状态加以调改的，例
如零漂等。通常cnc中也设有主轴相关的机床数据，并且与主轴驱动系统的参数作用相同，因此要注意二者取一，切勿冲突。
(5)进给伺服系统接受来自cnc对每个运动坐标轴分别提供的速度指令，经速度与电流(转矩)调节输出驱动信号驱动伺服电机转动，实现机床坐标轴运动，同时接受速度反馈信号实施速度闭环控制。它也通过plc与cnc通信，通报现时工作状态并接受cnc的控制。
进给伺服系统速度调节器的正确调节是最重要的，应该在位置开环的条件下作最佳化调节，既不过冲又要保持一定的硬特性。它受机床坐标轴机械特性的制约，一旦导轨和机械传动链 的状态发生变化，就需重调速度环调节器。
(6)电器硬件电路随着plc功能的不断强大，电器硬件电路主要任务是电源的生成与控制电路、隔离继电器部分及各类执行电器(继电器、接触器)，很少还有继电器逻辑电路的存在。但是一些进口机床柜中还有使用自含一定逻辑控制的专用组合型继电器的情况，一旦这类元件出现故障，除了更换之外，还可以将其去除而由plc逻辑取而代之，但是这不仅需要对该专用电器的工作原理有清楚的了解，还要对机床的plc语言与程序
深入掌握才行。
(7)机床(电器部分)包括所有的电动机、电磁阀、制动器、各种开关等。它们是实现机床
各种动作的执行者和机床各种现实状态的报告员。
这里可能的主要故障多数属于电器件自身的损坏和连接电线、电缆的脱开或断裂。
(8)速度测量通常由集装于主轴和进给电动机中的测速机来完成。它将电动机实际转速匹配成电压值送回伺服驱动系统作为速度反馈信号，与指令速度电压值相比较，从而实现速度的精确控制。
这里应注意测速反馈电压的匹配联接，并且不要拆卸测速机。由此引起的速度失控多是由于测速反馈线接反或者断线所致。
(9)位置测量较早期的机床使用直线或圆形同步感应器或者旋转变压器，而现代机床多采
用光栅尺和数字脉冲编码器作为位置测量元件。它们对机床坐标轴在运行中的实际位置进行直接或间接的测量，将测量值反馈到cnc并与指令位移相比较直至坐标轴到达指令位置，从而实现对位置的精确控制。
位置环可能出现的故障多为硬件故障，例如位置测量元件受到污染，导线连接故障等。
(10)外部设备一般指pc计算机、打印机等输出设备，多数不属于机床的基本配置。使用中的主要问题与输入装置一样，是匹配问题。
(1)数据输入装置将指令信息和各种应用数据输入数控系统的必要装置。它可以是穿孔带阅读机(已很少使用)，3.5in软盘驱动器，cnc键盘(一般输入操作)，数控系统配备的硬盘及驱动装置(用于大量数据的存储保护)、磁带机(较少使用)、pc计算机等等。
(2)数控系统数控机床的中枢，它将接到的全部功能指令进行解码、运算，然后有序地发出各种需要的运动指令和各种机床功能的控制指令，直至运动和功能结束。
数控系统都有很完善的自诊断能力，日常使用中更多地是要注意严格按规定操作，而日常的维护则主要是对硬件使用环境的保护和防止系统软件的破坏。
(3)可编程逻辑控制器是机床各项功能的逻辑控制中心。它将来自cnc的各种运动及功能指令进行逻辑排序，使它们能够准确地、协调有序地安全运行；
同时将来自机床的各种信息及工作状态传送给cnc，使cnc能及时准确地发出进一步的控制指令，如此实现对整个机床的控制。
当代plc多集成于数控系统中，这主要是指控制软件的集成化，而plc硬件则在规
模较大的系统中往往采取分布式结构。plc与cnc的集成是采取软件接口实现的，一般系统都是将二者间各种通信信息分别指定其固定的存放地址，由系统对所有地址的信息状态进行实时监控，根据各接口信号的现时状态加以分析判断，据此作出进一步的控制命令，完成对运动或功能的控制。
不同厂商的plc有不同的plc语言和不同的语言表达形式，因此，力求熟悉某一机床plc程序的前提是先熟悉该机床的plc语言。
(4)主轴驱动系统接受来自cnc的驱动指令，经速度与转矩(功率)调节输出驱动信号驱动主电动机转动，同时接受速度反馈实施速度闭环控制。它还通过plc将主轴的各种现实工作状态通告cnc用以完成对主轴的各项功能控制。
主轴驱动系统自身有许多参数设定，这些参数直接影响主轴的转动特性，其中有些不可丢失或改变的，例如指示电动机规格的参数等，有些是可根据运行状态加以调改的，例
如零漂等。通常cnc中也设有主轴相关的机床数据，并且与主轴驱动系统的参数作用相同，因此要注意二者取一，切勿冲突。
(5)进给伺服系统接受来自cnc对每个运动坐标轴分别提供的速度指令，经速度与电流(转矩)调节输出驱动信号驱动伺服电机转动，实现机床坐标轴运动，同时接受速度反馈信号实施速度闭环控制。它也通过plc与cnc通信，通报现时工作状态并接受cnc的控制。
进给伺服系统速度调节器的正确调节是最重要的，应该在位置开环的条件下作最佳化调节，既不过冲又要保持一定的硬特性。它受机床坐标轴机械特性的制约，一旦导轨和机械传动链 的状态发生变化，就需重调速度环调节器。
(6)电器硬件电路随着plc功能的不断强大，电器硬件电路主要任务是电源的生成与控制电路、隔离继电器部分及各类执行电器(继电器、接触器)，很少还有继电器逻辑电路的存在。但是一些进口机床柜中还有使用自含一定逻辑控制的专用组合型继电器的情况，一旦这类元件出现故障，除了更换之外，还可以将其去除而由plc逻辑取而代之，但是这不仅需要对该专用电器的工作原理有清楚的了解，还要对机床的plc语言与程序深入掌握才行。
(7)机床(电器部分)包括所有的电动机、电磁阀、制动器、各种开关等。它们是实现机床
各种动作的执行者和机床各种现实状态的报告员。
这里可能的主要故障多数属于电器件自身的损坏和连接电线、电缆的脱开或断裂。
(8)速度测量通常由集装于主轴和进给电动机中的测速机来完成。它将电动机实际转速匹配成电压值送回伺服驱动系统作为速度反馈信号，与指令速度电压值相比较，从而实现速度的精确控制。
这里应注意测速反馈电压的匹配联接，并且不要拆卸测速机。由此引起的速度失控多是由于测速反馈线接反或者断线所致。
(9)位置测量较早期的机床使用直线或圆形同步感应器或者旋转变压器，而现代机床多采
用光栅尺和数字脉冲编码器作为位置测量元件。它们对机床坐标轴在运行中的实际位置进行直接或间接的测量，将测量值反馈到cnc并与指令位移相比较直至坐标轴到达指令位置，从而实现对位置的精确控制。
位置环可能出现的故障多为硬件故障，例如位置测量元件受到污染，导线连接故障等。
(10)外部设备一般指pc计算机、打印机等输出设备，多数不属于机床的基本配置。使用中的主要问题与输入装置一样，是匹配问题。
(1)数据输入装置将指令信息和各种应用数据输入数控系统的必要装置。它可以是穿孔带阅读机(已很少使用)，3.5in软盘驱动器，cnc键盘(一般输入操作)，数控系统配备的硬盘及驱动装置(用于大量数据的存储保护)、磁带机(较少使用)、pc计算机等等。
(2)数控系统数控机床的中枢，它将接到的全部功能指令进行解码、运算，然后有序地发出各种需要的运动指令和各种机床功能的控制指令，直至运动和功能结束。
数控系统都有很完善的自诊断能力，日常使用中更多地是要注意严格按规定操作，而日常的维护则主要是对硬件使用环境的保护和防止系统软件的破坏。
(3)可编程逻辑控制器是机床各项功能的逻辑控制中心。它将来自cnc的各种运动及功能指令进行逻辑排序，使它们能够准确地、协调有序地安全运行；
同时将来自机床的各种信息及工作状态传送给cnc，使cnc能及时准确地发出进一步的控制指令，如此实现对整个机床的控制。
当代plc多集成于数控系统中，这主要是指控制软件的集成化，而plc硬件则在规模较大的系统中往往采取分布式结构。plc与cnc的集成是采取软件接口实现的，一般系统都是将二者间各种通信信息分别指定其固定的存放地址，由系统对所有地址的信息状态进行实时监控，根据各接口信号的现时状态加以分析判断，据此作出进一步的控制命令，完成对运动或功能的控制。
不同厂商的plc有不同的plc语言和不同的语言表达形式，因此，力求熟悉某一机床plc程序的前提是先熟悉该机床的plc语言。
(4)主轴驱动系统接受来自cnc的驱动指令，经速度与转矩(功率)调节输出驱动信号驱动主电动机转动，同时接受速度反馈实施速度闭环控制。它还通过plc将主轴的各种现实工作状态通告cnc用以完成对主轴的各项功能控制。
主轴驱动系统自身有许多参数设定，这些参数直接影响主轴的转动特性，其中有些不可丢失或改变的，例如指示电动机规格的参数等，有些是可根据运行状态加以调改的，例
如零漂等。通常cnc中也设有主轴相关的机床数据，并且与主轴驱动系统的参数作用相同，因此要注意二者取一，切勿冲突。
(5)进给伺服系统接受来自cnc对每个运动坐标轴分别提供的速度指令，经速度与电流(转矩)调节输出驱动信号驱动伺服电机转动，实现机床坐标轴运动，同时接受速度反馈信号实施速度闭环控制。它也通过plc与cnc通信，通报现时工作状态并接受cnc的控制。
进给伺服系统速度调节器的正确调节是最重要的，应该在位置开环的条件下作最佳化调节，既不过冲又要保持一定的硬特性。它受机床坐标轴机械特性的制约，一旦导轨和机械传动链 的状态发生变化，就需重调速度环调节器。
(6)电器硬件电路随着plc功能的不断强大，电器硬件电路主要任务是电源的生成与控制电路、隔离继电器部分及各类执行电器(继电器、接触器)，很少还有继电器逻辑电路的存在。但是一些进口机床柜中还有使用自含一定逻辑控制的专用组合型继电器的情况，一旦这类元件出现故障，除了更换之外，还可以将其去除而由plc逻辑取而代之，但是这不仅需要对该专用电器的工作原理有清楚的了解，还要对机床的plc语言与程序深入掌握才行。
(7)机床(电器部分)包括所有的电动机、电磁阀、制动器、各种开关等。它们是实现机床
各种动作的执行者和机床各种现实状态的报告员。
这里可能的主要故障多数属于电器件自身的损坏和连接电线、电缆的脱开或断裂。
(8)速度测量通常由集装于主轴和进给电动机中的测速机来完成。它将电动机实际转速匹配成电压值送回伺服驱动系统作为速度反馈信号，与指令速度电压值相比较，从而实现速度的精确控制。
这里应注意测速反馈电压的匹配联接，并且不要拆卸测速机。由此引起的速度失控多是由于测速反馈线接反或者断线所致。
(9)位置测量较早期的机床使用直线或圆形同步感应器或者旋转变压器，而现代机床多采
用光栅尺和数字脉冲编码器作为位置测量元件。它们对机床坐标轴在运行中的实际位置进行直接或间接的测量，将测量值反馈到cnc并与指令位移相比较直至坐标轴到达指令位置，从而实现对位置的精确控制。
位置环可能出现的故障多为硬件故障，例如位置测量元件受到污染，导线连接故障等。
(10)外部设备一般指pc计算机、打印机等输出设备，多数不属于机床的基本配置。使用中的主要问题与输入装置一样，是匹配问题。
6.2.数控机床运动坐标的电气控制
数控机床一个运动坐标的电气控制由电流(转矩)控制环、速度控制环和位置控制环串联组成。
(1)电流环是为伺服电机提供转矩的电路。一般情况下它与电动机的匹配调节已由制造者作好了或者指定了相应的匹配参数，其反馈信号也在伺服系统内联接完成，因此不需接线与调整。
(2)速度环是控制电动机转速亦即坐标轴运行速度的电路。速度调节器是比例积分(pi)调节器，其p、i调整值完全取决于所驱动坐标轴的负载大小和机械传动系统(导轨、传动机构)的传动刚度与传动间隙等机械特性，一旦这些特性发生明显变化时，首先需要对机械传动系统进行修复工作，然后重新调整速度环pi调节器。
速度环的最佳调节是在位置环开环的条件下才能完成的，这对于水平运动的坐标轴和转动坐标轴较容易进行，而对于垂向运动坐标轴则位置开环时会自动下落而发生危险，可以采取先摘下电动机空载调整，然后再装好电动机与位置环一起调整或者直接带位置环一起调整，这时需要有一定的经验和细心。速度环的反馈环节见前面“速度测量”一节。
(3)位置环是控制各坐标轴按指令位置精确定位的控制环节。位置环将最终影响坐标轴的位置精度及工作精度。这其中有两方面的工作：
一是位置测量元件的精度与cnc系统脉冲当量的匹配问题。测量元件单位移动距离
发出的脉
冲数目经过外部倍频电路和/或cnc内部倍频系数的倍频后要与数控系统规定的分辨率相符。例如位置测量元件10脉冲/mm，数控系统分辨率即脉冲当量为0.001mm，则测量元件送出的脉冲必须经过100倍频方可匹配。
二是位置环增益系数kv值的正确设定与调节。通常kv值是作为机床数据设置的，数控系统中对各个坐标轴分别指定了kv值的设置地址和数值单位。在速度环最佳化调节后kv值的设定则成为反映机床性能好坏、影响最终精度的重要因素。kv值是机床运动坐标自身性能优劣的直接表现而并非可以任意放大。关于kv值的设置要注意两个问题，首先要满足下列公式：
kv=v/δ
式中v——坐标运行速度，m/min δ——跟踪误差，mm
注意，不同的数控系统采用的单位可能不同，设置时要注意数控系统规定的单位。例如，坐标运行速度的单位是m/min，则kv值单位为m/(mm·min)，若v的单位为mm/s，则kv的单位应为mm/(mm·s)。
其次要满足各联动坐标轴的kv值必须相同，以保证合成运动时的精度。通常是以kv值最低的坐标轴为准。
位置反馈(参见上节“位置测量”)有三种情况：一种是没有位置测量元件，为位置开环控制即无位置反馈，步进电机驱动一般即为开环；
一种是半闭环控制，即位置测量元件不在坐标轴最终运动部件上，也就是说还有部分传动环节在位置闭环控制之外，这种情况要求环外传动部分应有相当的传动刚度和传动精度，加入反向间隙补偿和螺距误差补偿之后，可以得到很高的位置控制精度；
结
语
制定符合中国国情的总体发展战略，确立与国际接轨的发展道路，对21世纪我国数控技术与产业的发展至关重要。本文在对数控技术和产业发展趋势的分析，对我国数控领域存在的问题进行研究的基础上，对21世纪我国数控技术和产业的发展途径进行了探讨，提出了以科技创新为先导，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的总体发展战略。在此基础上，研究了发展新型数控系统、数控功能部件、数控机床整机等的具体技术途径。
我们衷心希望，我国科技界、产业界和教育界通力合作，把握好知识经济给我们带来的难得机遇，迎接竞争全球化带来的严峻挑战，为在21世纪使我国数控技术和产业走向世界的前列，使我国经济继续保持强劲的发展势头而共同努力奋斗！
致
谢
时光匆匆如流水，转眼便是大学毕业时节，春梦秋云，聚散真容易。在这个美好的季节里，我在电脑上敲出了最后一个字，心中涌现的不是想象已久的欢欣，却是难以言喻的失落。是的，随着论文的终结，意味着我生命中最纯美的学生时代即将结束，尽管百般不舍，这一天终究会在熙熙攘攘的喧嚣中决绝的来临。
三年寒窗，所收获的不仅仅是愈加丰厚的知识，更重要的是在阅读、实践中所培养的思维方式、表达能力和广阔视野。很庆幸这些年来我遇到了许多恩师益友，无论在学习上、生活上还是工作上都给予了我无私的帮助和热心的照顾，让我在诸多方面都有所成长。感恩之情难以用语言量度，谨以最朴实的话语致以最崇高的敬意。
还要感谢我的父母，给予我生命并竭尽全力给予了我接受教育的机会，养育之恩没齿难忘；
他们不仅培养了我对中国传统文化的浓厚的兴趣，让我在漫长的人生旅途中使心灵有了虔敬的归依，而且也为我能够顺利的完成毕业论文提供了巨大的支持与帮助。在未来的日子里，我会更加努力的学习和工作，不辜负父母对我的殷殷期望！我一定会好好孝敬和报答他们！，还有许多人，也许他们只是我生命中匆匆的过客，但他们对我的支持和帮助依然在我记忆中留底了深刻的印象。在此无法一一罗列，但对他们，我始终心怀感激。最后，我要向在百忙之中抽时间对本文进行审阅、评议和参加本人论文答辩的各位师长表示感谢！
中国地质大学(武汉)远程与继续教育学院
课程作业4（共 次作业）学习层次：专科涉及章节：第7章 ——第9章
一、选择题
1.数控机床移动部件某点的定位误差a的表示公式为(c)
a.a=x±σb.a=x±2σc.a=x±3σd.a=x±4σ
2．数控机床的伺服系统的开环增益为k，移动部件的速度为v，则跟随误差e可表示为（d）a．e=kv c．e=k/v
b．e=1/(kv)d．e=v/k
3．数控机床在某位置的定位误差的分布符合正态分布曲线的统计规律，其均方根误差σ反映了机床在该位置的（a）a．重复定位精度c．系统性误差
b．反向差值 d．失动量
二、填空题
1．在数控机床上以某一进给速度加工圆弧时，当伺服系统两轴的增益相同时，进给速度愈大，则轮廓误差___越大___。
三、简答题
1.试述数控机床的定位精度检测一般有哪些检测工具仪器?现有一台三坐标联动的高精度数控铣床，试问应选用哪种仪器测量其定位精度。
2．试述提高步进系统精度的措施及基本原理。3.数控机床的常用故障诊断方法有哪些？
答:1.(1)数控机床的定位精度一般采用刻线基准尺和读数显微镜、激光干涉仪、光栅、感应同步器等测量工具进行测量。
(2)高精度的数控铣床应选用双频激光干涉仪测量其定位精度。2.措施：细分线路、反向间隙补偿、混合伺服系统。基本原理：
(1)细分线路就是把步进电机的一步再分得细一些，来减小步距角；
(2)反向间隙补偿就是根据实际测得的传动间隙的大小，每当出现反向时，用补充固定的脉冲来克服；
(3)混合伺服系统就是在开环系统的基础上，在工作台上装有反馈元件如感应同步器进行
检测，校正机械误差。
3.(1)根据报警号进行故障诊断；
(2)根据控制系统led灯或数码管的指示进行故障诊断；
(3)根据pc状态或梯形图惊醒故障诊断；
(4)根据机床参数进行故障诊断；
(5)用诊断程序进行故障诊断；
(6)经验法；
(7)换板法；
xxxxxxx大学
2011届本科毕业论文（设计）论文题目：数控机床的发展与趋势 学生姓名：xxxx 所在院系：
xxxxxx 所学专业：
xxxxxx 导师姓名：xxxxx 完成时间：2010年x月xx日 摘要
数控机床集计算机技术，电子技术，自动控制技术，传感测量，机械制造，是典型的机电一体化产品。它的发展和应用开创了制造业的新时代，改变了制造业的生产方式，产业结构，管理方式，使世界制造业的格局发生了巨大的变化。
本文主要讲述了数控机床国内外的发展概况，现代数控技术的发展趋势。介绍了数控机床的特点，组成与分类，并介绍了可编程控制器（plc）在数控机床中的应用。重点介绍了磨床的概况，以及现代数控磨床的特点，并用plc进行了对自动磨床电气系统的改造。
本文在编写过程中，参阅了同行的教材，资料和文献，得到了许多帮助，在此谨致谢意。关键词：发展趋势组成分类概述结构功能 plc 改造 abstract the numerical control engine bed collection computer technology, the electronic technology, the automatic control technology, the sensing survey, the machine manufacture, is the typical integration of machinery ’s development and the application founded the manufacturing industry new times, changed the manufacturing industry production method, the industrial structure, manages the way, caused the world manufacturing industry the pattern to have article mainly narrated the numerical control engine bed domestic and foreign development survey, the modern numerical control technology trend of uced the numerical control engine bed characteristic, the composition and the classification, and introduced programmable controller(plc)in the numerical control engine bed uced with emphasis the grinder survey, as well as the modern numerical control grinder characteristic, and has carried on with plc to the automatic grinder electrical system article in the compilation process, has referred colleague"s teaching material, the material and the literature, obtained many help, respectfully offers thanks in word: trend of development textural classification outline structure function plc transformation.目录
1.前言 1 2.数控机床概要 2 2.1数控机床的产生 2 2.2数控机床的发展 3 2.3数控机床的组成及工作原理 4 2.3数控技术的复合化 5 2.4数控技术的开放性 6 2.4数控技术的先进性 7 3.国产数控机床的发展现状 9 3.1国产数控机床与国际先进水平差距逐渐缩小 9 3.2国产数控机床存在的问题 9 3.3核心技术严重缺乏 10 3.4民族品牌与国际品牌差距明显 10 3.5技术创新和成果转化与市场脱节 11 3.6缺乏先进的管理机制 11 4.国内数控机床的发展趋势 11 4.1智能、高速、高精度化 11 4.2设计、制造绿色化 12 4.3复合化与系统化 12 4.4数控系统发展趋势 12 4.4.1数控系统向开放式体系结构发展 12 4.4.2数控系统向软数控方向发展 13 4.4.3数控系统控制性能向智能化方向发展 13 4.4.4数控系统向网络化方向发展 14 4.4.5数控系统向高可靠性方向发展 14 4.4.6数控系统向复合化方向发展 14 4.7.7数控系统向多轴联动化方向发展 15 装置的工作原理 15 5.1输入 15 5.2译码 15 5.3插补 15 5.4进给速度处理 15 5.5刀具补偿 16 5.6位置控制 16 5.7显示 16 5.8 io处理 16 5.9诊断 16 装置的硬件结构 16 6.1单微处理器结构的cnc系统 17 6.2位置控制部分包括位置控制单元和速度控制单元 7.新型功能部件 18 8.结束语 18 致谢 19 参考文献 20 1 前言
从20世纪中叶数控技术出现以来，数控机床给机械制造业带来了革命性的变化。数控加工具有如下特点：加工柔性好，加工精度高，生产率高，减轻操作者劳动强度、改善劳动条件，有利于生产管理的现代化以及经济效益的提高。数控机床是一种高度机电一体化的产品，适用于加工多品种小批量零件、结构较复杂、精度要求较高的零件、需要频繁改型的零件、价格昂贵不允许报废的关键零件、要求精密复制的零件、需要缩短生产周期的急需零件以及要求100%检验的零件。数控机床的特点及其应用范围使其成为国民经济和国防建设发展的重要装备。
进入21世纪，我国经济与国际全面接轨，进入了一个蓬勃发展的新时期。机床制造业既面临着机械制造业需求水平提升而引发的制造装备发展的良机，也遭遇到加入世界贸易组织后激烈的国际市场竞争的压力，加速推进数控机床的发展是解决机床制造业持续发展的一个关键。随着制造业对数控机床的大量需求以及计算机技术和现代设计技术的飞速进步，数控机床的应用范围还在不断扩大，并且不断发展以更适应生产加工的需要。本文简要分析了数控机床高速化、高精度化、复合化、智能化、开放化、网络化、多轴化、绿色化等发展趋势，并提出了我国数控机床发展中存在的一些问题。
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（如信息技术及其产业、航空、航天等国防工业产业）的使能技术和最基本的装备。马克思曾经说过“各种经济时代的区别，不在于生产什么，而在于怎样生产，用什么劳动资料生产”。制造技术和装备就是人类生产活动的最基本的生产资料，而数控技术又是当今先进制造技术和装备最核心的技术。当今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，提高对动态多变市场的适应能力和竞争能力。
随着社会的进步和科技的发展,现代机械制造工程领域方面越来越多地采用智能化、自动化,新设备、新技术的应用越来越普遍。我们对市场进行了调研，发现现在机械工业大量采用数控机床甚至加工中心取代传统的普通机床的机械加工，采用计算机集成系统cims取代原有的生产制造管理过程，使企业生产智能化、集成化、网络化。这将对生产第一线的工作人员提出越来越高的职业技术要求。
调查的结果表明：在数控技术专业方面人才缺口较大。市原来就属于重工业城市,有许多大中小型企业,而石油化工、机械、钢铁等企业都具备数控技术设备。为适应生产技术的迅猛发展.提高企业在市场经济中的竞争能力,不被淘汰,各企业正积极采取有效措施,添置现代新设备。在数控加工技术人才方面提出更高的要求，要求所需人员即要懂得较深的理论知识，以便使大量的新技术得到利用与开发，同时在实践技能上更能胜任，由此可见，企业对数控加工技术与应用专业高级技术型人才和技能型人才的需求日益迫切。数控技术是用数字信息对机械运动和工作过程进行控制的技术，数控装备是以数控技术为代表的新技术对传统制造产业和新兴制造业的渗透形成的机电一体化产品，即所谓的数字化装备，其技术范围覆盖很多领域：(1)机械制造技术；
(2)信息处理、加工、传输技术；
(3)自动控制技术；
(4)伺服驱动技术；
(5)传感器技术；
(6)软件技术等。2．数控机床概要 2.1数控机床的产生
制造业是生产物质财富的产业，机床是制造业的主要生产设备，制造业中的绝大多数零件都直接或间接地经过机床加工，固此机床(也称工作母机)是制造业的基础。在传统制造业中，对于大批量生产的产品，往往采用组合机床等专用机床组成的自动或半自动生产线；
对于单件或小批量生产的产品，一般采用通用机床加工。随着科学技术的不断发展和社会生产力的不断提高，市场对机械产品的要求越来越高，不仅要求提高产品的质量水平，而且要求加快产品更撕换代的速度．这样就导致了现代制造业中多品种、中小批量生产的比重不断增加。在这样的情况下，再采用传统的加工机床就显得不合理了．这主要体现在两个方面：①应用专用机床生产线生产准备周期长、费用高、产品不易更新(有时甚至不可能实现产品更新)；
②应用通用机床则无法大幅度地提高生产效率或精确地控制产品质量，同时通用机床也无法加工一些复杂度和精度要求很高的小批量生产的产品。相比之下，数控机床的出现恰恰满足了这些要求。
1948年美国帕森斯(p—ns)公司在研制加工直升机叶片轮廓检验样板的机床时，首先提出利用电子计算机控制机床加工复杂曲线样板的新概念。1952年帕森斯公司和麻省理工学院(mit)伺服机构研究所合作研制成功世界e第一台三坐标数控铣床，其数控系统采用脉冲乘法器原理，全部由电子管元件组成，虽然体积庞大，功能简单，但却意义重大，标志着机械制造业进入r一个新的发展阶段。1958年我国北京机床研究所和清华大学开始研制数控机床，1965年北京第一机床厂开始生产三坐标数控铣床。
数控机床的出现极大地促进了机床行业的技术进步和行业发展。对于整个制造业来说．由于数控机床的大量使用，使得产品质量大幅度提高，新产品开发周期明显缩短。目前数控机床已经遍布军工、航空航天、汽车、造船、机车车辆、机床建筑、通用机械、纺织、轻工、电子等几乎所有制造行业。2.2数控机床的发展(1)数控机床的发展简史
1946年诞生了世界上第一台电子计算机，这表明人类自g造了可增强和部分代替脑力劳动的工具。它与人类在农业，工业社会中创造的那些只是增强体力劳动的工具相比，起了质的飞跃，为人类进^信息社会奠定了基础。6年后，即在1 952年，计算机技术应用于机床上，从而一种新型的用数字程序控制的机床应运而生。这种机床是一种综合运用了计算机技术、自动控制、精密测景和机械设计等新技术的机电体化典型产品。数控机床是一种装有程序控制系统(数控系统)的自动化机床。计算机数控阶段也经历了三个时代，即1970年的第四代——小型计算机，1974年的第五代微处理器和1990年的第六代——基于pc(国外称为pc_based)。
从1952年美国麻省理工学院研制出第一台试验性数控系统，到现在已走过了50多年的历程。数控系统由当初的电子管式起步．经历了以下几个发展阶段：分立式晶体管式汕规模集成电路式、大规模集成电路式、超大规模集成电路巾型计算机式、微机式的数控系统。
前三代数控装置属于采用专用控制计算机的硬件数控装置，一般称为nc数控系统。到20世纪80年代，总体发展趋势是：数控装置由nc向cnc发展；
广泛采用32位cpu组成多微处理器系统；
提高系统的集成度，缩小体积，采用模块化结构，便于裁剪、扩展和功能升级，满足不同类型数控机床的需要；
驱动装置向交流、数字化方向发展；
cnc装置向人t智能化方向发展；
采用新型的自动编程系统；
增强通信功能；
数控系统的可靠性不断提高。总之，数控机床技术不断发展，功能越来越完善，使用越来越方便，可靠性越来越高，性能价格比也越来越高，到1990年，全世界数控系统专业生产厂家年产数控系统约13万台(套)。(2)我国敷控机床发展概况
我国于1958年研制第一台数控机床．发展过程大致可分为三大阶段：1958～1979年为第一阶段，】979～1989年为第二阶段t从1989年至今为第三阶段。第一阶段由于我国基础理论研究滞后，相关工业基础薄弱，特别是电子技术落后．数控系统没有突破，虽然我国起步不晚，但发展不快，20世纪60～70年代，由于文革等因索，我国与发达国家差距开始拉大。20世纪70年代国家组织数控机床攻关，取得一定成效，相继推出一些数控机床品种，但从整体来看．我国数控机床产业尚处于起步阶段。第二阶段从日、德、美、西先后引进数控系统技术，从日、美、德、意、英、法、瑞、匈、奥、韩等国及台湾地区引进数控机床先进技术和合作、合资生产，解头了可靠性、稳定性问题，数控机床开始正式生产和使用，并逐步向前发展。第三阶段国家从科技攻关和技术改造两方面对数控机床产韭进行了重点扶持，并加快了国产数控系统的开发。普及型数控系统开发成功．为数控机床商品化和规模化生产奠定了基础。一些数控机床主机厂组建床身、箱体、主轴、轴套等成组单元，厂内组织专业化生产，生产水平进一步提高。cad／(1app／cam开始应用，开发能力、工艺水平和产品质量进一步提高，奠定了产业化基础。数控机床进^了快速发展期。2.3数控机床的组成及工作原理
数控机床一般由数控系统、伺服系统(包含伺服电机和检测反馈装置)、强电控制柜、机床本体和各类辅助装置组成。(1)控制介质
控制介质叉称信息载体，是联系人与数控机床之间的中间媒介物质。反映了数控加工中的全部信息。数控机床的加工程序可以存储在控制质上。常用的控制介质有穿孔纸带、磁带和磁盘等。
(2)输入装置
输入装置的作用是将程序载体(信息载体)上的数控代码传递并存人数控系统内。
(3)数控装置
数控装置是数控机床的核心，其作用是：从内部存储器中取出或接受输入装置送来的一段或几段数控加工程序，经过数控装置的逻辑电路或统软件进行编译，运算处理后，输出几种控制信息和指令，控制机床各部分的工作，使其进行规定的有序运动和动作。
(4)伺服单元和驱动装置
伺服单元是cnc和机床本体的联系环节，它把来自cnc装置的微弱指令信号放大成控制驱动装置的大功率信号。根据接收指令的不同，伺服单元有脉冲式和模拟式之分，而模拟式伺服单元按电源种类叉可分为直流伺服单元和交流伺服单元。伺服单元还包括位置检测装置。位置检测装置将数控机床各坐标轴的实际位移检测出来，经反馈系统反馈到机床的数控系统中。驱动装置把经放大的指令信号变为机械运动，通过简单的机械连接部件驱动机床，使工作台精确定位或接规定的轨迹作严格的相对运动，最后加工出图纸所要求的零件。和伺服单元相对应，驱动装置有步进电机、直流伺服电机和交流伺服电机等。
伺服单元和驱动装置可台称为伺服驱动系统，它是机床工作的动力装置。cnc装置的指令要靠伺服驱动系统付诸实施，所以，伺服驱动系统是数控机床的重要组成部分。从某种意义上说，数控机床功能的强弱主要取决于cnc装置，而数控机床性能的好坏主要取决于伺服驱动系统。
(5)辅助控制装置
辅助控制装置的主要作用是接收数控装置输出的开关量指令信号，经过翻译、逻辑判断和运算，再经功率放大后驱动相应的电器，带动机床的机械、液压、气动等辅助装置完成指令规定的开关量动作。这些控制包括主轴运动部件的变速、换向和启停指令．刀具的选择和交换指令．冷却、润}骨装置的启停，工件和机床部件的松开和夹紧，分度工作台的转位分度等开关辅助动作。当今数控机床已广泛采用可编程控制器作为辅助控制装置。
(6)机廉本体
数控机床的本体指其机械结构宴体。它与传统的普通机床相似，但数控机床在整体布局、外观造型、传动机构、工具系统及操作机构等方面都发生了很大的变化。归纳起来主要有以下几个方面：
①采用高性能主轴及主传动部件。
②进给传动采用高效传动件。一般采用滚珠丝杠副、直线滚动导轨副等。③具有完善的刀具自动交换和管理系统。④机床本身具有很高的动、静刚度。⑤采用全封闭罩壳。由于数控机床是自动完成加工的，为了操作安全等因素，一般采用移动门结构的全封闭罩壳．对机床的加工部件进行全 2.3数控技术的复合化
复合化包括t序复合化和功能复合化。数控机床的发展已模糊了粗精加工全部工序的概念。加工中心(包括车削中心、磨削中心、电加工中心等)的出现，又把车、铣、镗、钻等类的工序集中到一台机床来完成，打破了传统的工序界限和分开加工的工艺规程。一台具有自动换刀装置、自动交换工作台、自动转换立卧主轴头的镗铣加1=中心，不仅一次装卡可以完成镗、铣、钻铰、攻丝和检验等工序，而且还可以完成箱体五个面粗精加工的工序。近年来．又相继出现了许多跨度更大的功能集中的复合化数控机床。日本池贝铁工所的tw4lⅱ立式加工中心．由于采用了u轴，亦可进行车加t。东芝机械的gmc 95立式加工中心，在一根主轴上既可进行切削叉可进行磨削。美国sincnnaillmli，acr()n公司的车、铣、镗、钻偏心孔多用途制造中心，在一台车削中心上不仅可以完成回转体的外圆和端面的车削加工，还可完成铣平面、钻斜孔，开曲线槽等，使刀具回转的加工中心或膳削中心与工件伺转的车削中心复合。如意大利safop的车、镗、铣、磨复合机床；
德国voesl aijlnt_盯einnel公司m30型铣削一车削复合中心；
eta公t“("1i。deml趼。er复合车一铣机床。还有成型机床与切削机床的复台，如瑞l raskn的冲孔、成型与激光切割复合；
whitne公司等离子加工与冲压复合等。在多轴和多轴联动控制方面，日本的fanucl6系统为2～1 5轴；
西门子880系统控制轴数达24轴。
例如：采用轴联动对=三维曲面零件的加工，可用刀具最佳几何形状进行切削，不仅粗糙度值降低，而且效率也大幅度提高。一般认为，1台j轴联动机床的效率可以等于2白3轴联动机床，特别是使用立方氮化硼等超硬材料铣刀进行高速铣削淬硬钢零件时，5轴联动加工可比3轴联动发挥更高的效益。但过去圉5轴联动数控机床的数控系统、主机结构复杂等原因，其价格要比3轴联动数控机床高出数倍，加之编程技术难度较大，制约了5轴联动机床的发展。当前由于电主轴的出现．使得实现5轴联动加工的复合主轴头结构大为简化，其制造难度和成本太幅度降低，数控系统的价格差距缩小，因此促进了复合主轴头类型5轴联动机床和复合加工机床(含5面加工机床)的发展。
在eno 20。l展会上，新日本工机的j面加1二机床采用复合主轴头，可宴现4个垂直平面的加工和任意角度的加工，使得5面加工和5轴加工可在同一台机床上宴现，还可实现倾斜面和倒锥孔的加工。德国dmc公司展出dmuvoutlon系列加工中心，可在一次装夹完成5面加工和5轴联动加工，由cnc系统控制或ca州cam直接或间接控制。2.4数控技术的开放性
为适应数控进线、联网、普艘型个性化、多品种、小批量、柔性化及数控迅速发展的要求，最重要的发展趋势是体系结构的开放性、设计生产开放式的数控系统。例如美国、欧共体及日本发展开放式数控的计划等。
①为适应制造自动化的发展，向fmc’、fms和cims提供基础设备，要求数字控制制造系统不仅能完成通常的加工功能，而且还要具备自动测量、自动上下料、自动换刀、自动更换主轴头(有时带坐标变换)、自动误差补偿、自动诊断、进线和联网等功能，广泛地应用机器人、物流系统。
②fmcc，fmss web bad即d制造及无图纸制造技术。
③围绕数控技术、制造过程技术在快速成型，并联机构机床、机器人化机床、多功能机床等整机方面和高速电主轴、直线电机、软件补偿精度等单元技术方面先后有所突破。并联杆系结构的新型数控机床实用化。这种虚拟轴数控机床．用较件的复杂性代替传统机床机构的复杂性，开拓了数控机床发展的新领域。④以计算机辅助管理和工程数据库、因特同等为主体的制造信息支持技术的智能化决策系统，对机械加工中大量信息进行存储和实时处理，应用数字化网络技术，使机械加工整体系统趋于资源合理支配并高效地应用。⑤由于采用了神经网络控制技术、模糊控制技术擞字化阿络技术，机械加工向虚拟制造的方向发展。
2.4数控技术的先进性
21世纪的数控装备将是具有一定智能化的装备。智能化的内容包括在数控系统中的各个方面。
①追求加工效率和加工质量方面的智能化。如加工过程的自适应控制、工艺参数自动生成。②提高驱动眭能及使用连接方便的智能化。如前馈控制、电机参数的自适应运算、自动识别负载、自动选定模型、自整定等。
③简化编程、简化操作方面的智能化。如智能化的自动编程、智能化的人机界面等。④还有智能诊断、智能监控方面的内容，方便系统的诊断及维修等。数控系统在控制性能上向智能化发展。随着人工智能在计算机领域的渗透和发展，数控系统引入了白适应控制，模糊系统和神经网络的控制机理，不但具有自动编程、前馈控制、模糊控制’学习控制、自适应控制、工艺参数自动生成、三维刀具补偿、运动参数动态补偿等功能，而且人机界面极为友好，并具有故障诊断专家系统使自诊断和故障监控功能更趋完善。伺服系统智能化的主轴交流驱动和智能化伺服装置，能自动识别负载井自动调整参数。为解决传统的数控系统封闭性和数控应用软件的产业化生产存在的问题，目前许多国家对开放式数控系统进行研究。如美国的n(z(the ne xl generation workstation／mache(butyl)、欧共体osaca“)口easiest锄architectures如r(kntr01 wth_nautornatlon systems)、日本的osec(0pen system en„„t kern collar)、中国的onc(open n„mal control system锄)等。数控系统开放化已经成为数控系统的未来之路。所谓开放式数控系统就是数控系统的开发可以在统一的运行平台上，面向机床厂家和晟终用户，通过政变、增加或剪裁结构对象(数控功能)，形成系列化，并可方便地将用户的特殊应用和技术诀窍集成到控制系统中．快速实现不同品种、不同档次的开放式数控系统，形成具有鲜明的名牌产品。目前开放式数控系统的体系结构规范、通信规范、配置规范、运行平台、数控系统功能库以及数控系统功能软件开发工具等是当前研究的核心。
网络化数控装备是近两年国际著名机床博览会的一个新亮点。数控装备的阿络化将极大地满足生产线、制造系统、制造企业对信息集成的需求，也是实现新的制造模式如敏捷制造成l虚拟企业、全球制造的基础单元。国内外一些著名数控机床和数控系统制造公司都在近两年推出了相关的新概念和样机。在emo 20。i展中，日本山崎马扎克(mask)公司展出的cpc(cylerproducflonc)，智能生产控制中心)，日本隈(oksma)机床公司展出的it广场(信息技术广场)．德国西门于(s—ns)公司展出的ome(0衅n manufactumg enⅵ„t开放制造环境)等，反映了数控机床加工向网络化方向发展的趋势。
开放式生产对于一些资本密集型的从事大型制造，尤其是生产大批量复杂零件的厂家而言，实现网络制造更有其特别的意义。阿络制造在广义上表现为使用网络的企业与企业间可进行跨地域的协同设计、协同制造、信息共享、远程监控及远程服务，以及企业内部的管理部门(产、供、销、人、财、物等)坡计部门(cad capp／cae／cam等)、生产部门(生产监测，生产管理，刀夹、量具，材料管理．设备管理等)在网络、数据库技术支持下进行系统集成，通过t(，／ip通信协议进行网络通信，为制造商提供整套且数据信息一致的生产方案，使不同的cw控制程序、编程加工位置以及刀具定位点等数据信息得到统一。通过这样的网络通信，数据传递的速度得到极大提高。过去要几个小时才能完成传输的大程序，现在只需几秒钟即可完成。然而，更为高效的cnc网络通信功能远远不止于快速传递数据及信包，通过连接调制解调器与通信软件，可以实现(1nc机床的远程诊断。这样，一个技术人员即使在机床生产厂家的办公室，也可以通过远程诊断对远程的cnc机床进行实时问题诊断，及时做出央定，并直接发出指令进行调整。这一切操作都无需亲临工作现场。采用tcp／ip通信协泌进行网络通信还有一个基本条件就是机床数控系统的操作平台最好是wmdo平台，传统的专用计算机数控系统要做到这一点是很困难的，而第六代数控系统可咀满足网络制造的诸多要求。
数控机床向柔性自动化系统发展的趟势：一方面从点(数控单机、加_[巾心和数控复合加工机床)、线(fmc，fms、fil、fml)向面(t段车间独立制造岛、fa)、体(cims、分布式网络集成制造系统)的方向发展；
另一方面向注重应用性和经济性方向发展。黍性自动化技术是制造业适应动态市场需求及产品迅速更新的主要手段，是各国制造业发展的主流趋势，是先进制造领域的基础技术。其重点是以提高系统的可靠性、实用化为前提，以易于联网和集成为目标；
注重加强单元技术的开拓、完善；
cnc单机向高精度、高速度和高柔眭方向发展：数控机床及其构成的柔性制造系统能方便地与cad、(nm、capp、mts)联结，向信息集成方向发展；
网络系统向开放、集成和智能化方向发展。3国产数控机床的发展现状
3.1国产数控机床与国际先进水平差距逐渐缩小
数控机床是当代机械制造业的主流装备，国产数控机床的发展经历了30年跌宕起伏，已经由成长期进入了成熟期，可提供市场1,500种数控机床，覆盖超重型机床、高精度机床、特种加工机床、锻压设备、前沿高技术机床等领域，产品种类可与日、德、意、美等国并驾齐驱。特别是在五轴联动数控机床、数控超重型机床、立式卧式加工中心、数控车床、数控齿轮加工机床领域部分技术已经达到世界先进水平。其中，五轴(坐标)联动数控机床是数控机床技术的制高点标志之一。它集计算机控制、高性能伺服驱动和精密加工技术于一体，应用于复杂曲面的高效、精密、自动化加工，是发电、船舶、航天航空、模具、高精密仪器等民用工业和军工部门迫切需要的关键加工设备。五轴联动数控机床的应用，其加工效率相当于2 台三轴机床，甚至可以完全省去某些大型自动化生产线的投资，大大节约了占地空间和工作在不同制造单元之间的周转运输时间及费用。国产五轴联动数控机床品种日趋增多，国际强手对中国限制的五轴联动加工中心、五轴数控铣床、五轴龙门铣床、五轴落地铣镗床等均在国内研制成功，改变了国际强手对数控机床产业的垄断局面。3.2国产数控机床存在的问题
由于中国技术水平和工业基础还比较落后，数控机床的性能、水平和可靠性与工业发达国家相比，差距还是很大，尤其是数控系统的控制可靠性还较差，数控产业尚未真正形成。因此加速进行数控系统的工程化、商品化攻关，尽快建成与完善数控机床和数控产业成为当前的主要任务。目前主要问题有：
3.3核心技术严重缺乏
统计数据表明，数控机床的核心技术—数控系统，由显示器、控制器伺服、伺服电机和各种开关、传感器构成，中国90%需要国外进口。如在上海设厂的德国吉特迈集团和意大利利雅路机床集团，在烟台建厂的韩国大宇综合机械株式会社，所有的核心技术都被外方掌握。国内能做的中、高端数控机床，更多处于组装和制造环节，普遍未掌握核心技术。国产数控机床的关键零部件和关键技术主要依赖进口，国内真正大而强的企业并不多。目前世界最大的3 家厂商是：日本发那客、德国西门子、日本三菱；
其余还有法国扭姆、西班牙凡高等。国内有华中数控、航天数控等。国内的数控系统刚刚开始产业化、水平质量一般。高档次的系统全都是进口。华中数控近几年发展迅速，软件水平相当不错，但在电器硬件方面还需进一步提高。目前国内一些大厂还没有采用华中数控的。数控功能部件是另外一个薄弱环节。某种意义上说，功能部件将构筑21世纪现代数控机床。功能部件的性能和价格决定了数控机床的性能和价格。功能部件不是机床附件，它是数控机床的核心代表。国产数控机床的主要故障大多出在功能部件上，它是影响国产数控机床使用的主要根源。从国产数控机床的开发和使用来看，功能部件急需技术攻关。特别在数控刀具滞后现象反映相当强烈。国产数控刀具在寿命、可靠性等方面差距明显，无论在品种、性能和质量上都远远不能满足用户要求。由于国产刀具品种少、寿命低，严重影响数控机床效率的发挥。调研企业进口的数控机床，配用大量进口数控刀具，由于价格昂贵，用户不堪负担。数控立、卧回转工作台，数控分度盘和数控电动刀架等数控功能部件市场中海外商家也稍胜一筹。
3.4民族品牌与国际品牌差距明显
2004年6月一份广东机床用户的抽查情况透露，在数控机床的各个品牌之中，用户对欧洲、日本、美国、韩国和中国台湾等数控机床品牌的关注度已占全部市场的60%以上。品牌知名度上的差距，导致用户在选择加工设备时把更多的机会给了海外数控机床行业的一些“实力派”。如哈尔滨某发动机(集团)有限公司的缸体生产线是一条全自动加工线，其粗加工选用韩国大宇重工的专机自动线，精加工则选用了英国cross hulle公司的专机自动线，公司制造的高速加工中心和专机自动线、德国产的全自动在线测量机、日本产的全自动密封检测机和清洗机组成的。曲轴生产线为全自动柔性流水生产线，精加工线由日本的数控高速cbn 磨床、动平衡机、抛光机等组成。3.5技术创新和成果转化与市场脱节
适销对路的产品是企业在市场竞争中取胜的根本。技术创新是产品满足市场需要的关键。多数企业在确定数控技术创新项目上没有突出重点，市场定位不明确，不能集中力量，突破重点，带动整体，项目安排带有盲目性。首先，盲目跟随国际技术潮流增加生产能力。数控机床产业本身的水平关键要看创新能力、人员素质和企业素质的提高。近年来的改制、改组已有一些初步成效，来之不易。在面对市场需求增加的同时，还是要清醒看市场，稳妥求发展，还是要抓前、抓后(即抓开发、抓销售、抓质量、抓服务)，慎重抓能力。中国要成为制造市场，而不是加工市场，机床行业也应正确看待这个问题。否则就造成科技攻关的新产品差距仍然很大，浪费了有限的人力物力；
其次技术创新取得成果后，缺乏市场化的全面安排，质量保证体系的不健全，尚未制定相应的规范和标准，制造工艺研究严重滞后。造成数控机床市场占有率逐年下降；
再次，不重视质量和服务。机床行业是第1 个提出质量承诺声明的行业，在市场好转的时候，企业对质量和服务更要重视，对用户更加周到和热情，一个企业的品牌往往是在市场好的时候树立的，也往往是在市场好的时期丢掉的。3.6缺乏先进的管理机制
多数企业都受到生产经营缺乏动力、自我约束机制不健全、劳动生产率低下等问题的严重困扰。适应市场经济需求的以企业为主体、产学研相结合的技术创新体系尚未形成，缺乏吸引高层次、高素质人才创新创业的环境，无法有效整合相关技术、产业和资源优势，形成合力开展联合攻关，共同打造技术创新平台。所以必须按照经济发展的客观要求，建立以公司法人为主要内容的现代企业制度。真正确立以用户为中心的市场经济观念，认真调整产品结构和组织结构。真正让市场在资源配置中起基础作用。4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：
4.1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。4.2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。随着世界经济的迅速发展，尤其是国内改革开放以来工业化程度的加快，所带来的环境污染问题越来越严重，环境保护的呼声越来越高，环保问题已经成为各国经济可持续发展的制约因素之一。数控机床作为装备制造业的核心，能否顺应环保趋势，加大绿色设计与制造的研制，将是影响经济发展的重要要素之一。
4.3复合化与系统化
工件一次装夹，能进行多种工序复合加工，可大大地提高生产效率和加工精度，是机床一贯追求的。由于产品开发周期愈来愈短，对制造速度的要求也相应提高，机床也朝高效能发展。机床已逐渐发展成为系统化产品，用一台电脑控制一条生产线的作业。产品对外观曲线要求的提高，机床五轴加工、六轴加工已日益普及，机床加工的复合化已是不可避免的发展趋势。4.4数控系统发展趋势
4.4.1数控系统向开放式体系结构发展
计算机技术的飞速发展，推动数控技术更快地更新换代。许多数控系统生产厂家利用pc机丰富的软硬件资源开发开放式体系结构的新一代数控系统。开放式体系结构使数控系统有更好的通用性、柔性、适应性、可扩展性，并可以较容易地实现智能化、网络化。，开放式体系结构可以大量采用通用微机技术，使编程、操作以及技术升级和更新变得更加简单快捷。开放式体系结构的新一代数控系统，其硬件、软件和总线规范都是对外开放的．数控系统制造商和用户可以根据这些开放的资源进行系统集成，同时它也为用户根据实际需要灵活配置数控系统带来极大方便，促进了数控系统多档次、多品种的开发和广泛应用，开发生产周期大大缩短。同时，这种数控系统可随cpu升级而升级，而结构可以保持不变。4.4.2数控系统向软数控方向发展
①传统数控系统，如fanuco系统、mitstjbishi m50系统、 810m,7／c系统等，是一种专用的封闭体系结构的数控系统。目前，这类系统还是占领了制造业的大部分市场。但由于开放式体系结构数控系统的发展，传统数控系统的市场正在受到挑战，已逐渐减小。②“pc嵌人nc”结构的开放式数控系统，如fanuco和16l、sinumerz840d、nutr-1060、ab 9／：360等，是数控软件技术和当今计算机丰富的软件资源相结合开发的产品．具有一定的开放性。但它的nc部分仍然是传统的数控系统，用户无法介人数控系统的核心。这类系统结构复杂，功能强大，价格昂贵。
⑧“nc嵌人pc”结构的开放式数控系统。它由开放式体系结构运动控制卡和pc机共同构成。这种运动控制卡通常选用高速dsf’作为cpu，具有很强的运动控制和plc控制能力。它本身就是一个数控系统，可以单独使用。它开放的函数库供用户在windows台下自行开发构造所需的控制系统，因而，这种开放式体系结构运动控制卡被广泛应用于制造业自动化控制的各个领域。
④soft型开放式数控系统。这是一种最新开放式体系结构的数控系统。它提供给用户最大的选择和灵活性，它的cnc软件全部装在计算机中，而硬件部分仅是计算机与伺服驱动和外部i／o之间的标准化通用接口。就像计算机中可以安装各种品牌的声卡和相应的驱动程序一样。用户可以在windows nt平台上，利用开放的cnc内核开发所需的各种功能，构成各种类型的高性能数控系统，与前几种数控系统相比，so订型开放式数控系统具有最高的性能价格比，因而最有生命力。通过软件智能替代复杂的硬件，正在成为当代数控系统发展的重要趋势。其典型产品有美国mdsi公司的open cnc、德国p0werautomatlon公司的p．～8000 nt等。
4.4.3数控系统控制性能向智能化方向发展 随着人工智能在计算机领域的渗透和发展，数控系统引入了自适应控制、模糊系统和神经网络的控制机理，不但具有自动编程、前馈控制、模糊控制、学习控制、自适应控制、工艺参数自动生成、三维刀具补偿、运动参数动态补偿等功能，而且人机界面极为友好，并具有故障诊断专家系统，使自诊断和故障监控功能更趋完善。为日本mazak公司最新推出的e—zizith型卧式加工中心，将信息技术与制造技术融为一体。在制造过程中，加工、检测一体化是实现快速制造、快速检测和快速响应的有效途径，已形成将测量(m„㈣nt)、建模(modelling)、加_i=(m衄u‟tildng)、机器操作(m删pulator)四者(即4m)融合在一个系统中，实现信息共享．促进测量、建模、加工、操作一体化的4m智能系统。4.4.4数控系统向网络化方向发展 数控系统的网络化，主要指数控系统与外部的其他控制系统或上位计算机进行网络连接和网络控制。数控系统一般首先面向生产现场和企业内部的局域网，然后再经由因特网通向企业外部．这就是所谓的i㈣i[erl∥intranet技术。随着网络技术的成熟和发展，最近业界又提出了数字制造的概念。数字制造，又称“e一制造”，是机械制造企业现代化的标志之一，也是国际先进机床制造商当今标准配置的供货方式。随着信息化技术的大量采用，越来越多的国内用户在进口数控机床时要求具有远程通讯服务等功能。为模具车间利用inkmet技术进行的网络化控制数控加工．数控系统的网络化进一步促进了柔性自动化制造技术的发展，现代柔性制造系统从点(数控单机、加工中心和数控复合加工机床)、线(fmcc、fms、rrl、fml)向面(工段车间独立制造岛、fa)、体(c[ms、分布式网络集成制造系统)的方向发展。柔性自动化技术以易于联网和集成为目标，同时注重加强单元技术的开拓、完善，能方便地与cad、cam、capf。、mix3联结，向信息集成方向发展，网络系统向开放、集成和智能化方向发展。4.4.5数控系统向高可靠性方向发展 随着数控机床网络化应用的日趋广泛，数控系统的高可靠性已经成为数控系统制造商追求的目标。对于每天工作两班的无人工厂而言，如果要求在16h内连续正常工作，无故障率在99％以上，则数控机床的平均无故障运行时间(mtbf)就必须大于3000h。如主机与数控系统的失效率之比为10：l(数控的可靠比主机高一个数量级)，数控系统的mtbf就要大于33333 3h，而其中的数控装置、主轴及驱动等的mtbf就必须大于105h。对整条生产线而言，可靠性要求还要更高。
4.4.6数控系统向复合化方向发展
在零件加工过程中，有大量的无用时间消耗在工件搬运、上下料、安装调整、换刀和主轴的升速、降速上，为了尽可能降低这些无用时间，人们希望将不同的加工功能整合在同一台机床上，因此，具有复合功能的机床成为近年来发展很快的机种。柔性制造范畴的机床复合加工概念是指将工件一次装夹后，机床便能按照数控加工程序自动进行同一类工艺方法或不同类工艺方法的多工序加工，以完成一个复杂形状零件的主要乃至全部加工工序。4.7.7数控系统向多轴联动化方向发展
在加工自由曲面时，三轴联动控制的机床无法避免切速接近于零的球头铣刀端部参予切削，进而对工件的加工质量造成破坏性影响，而五轴联动控制对球头铣刀的数控编程比较简单，并且能使球头铣刀在铣削三维曲面的过程中始终保持合理的切速，从而显著改善加工表面的粗糙度，大幅度提高加工效率．因此．多轴联动控制的加工中心和数控铣床已经成为当前的一个开发热点。cnc装置的工作原理
cnc装置在其硬件环境支持下，按照系统监控软件的控制逻辑．对输人、译码、刀具补偿、速度规划、插补运算、位置控制、l／o接口处理、显示和诊断等方面进行控制。cnc装置的主要工作包括以下内容。5.1输入
输人cnc装置的有零件程序、控制参数和补偿量等数据。输人的形式有光电阅读机输人、键盘输入、磁盘输入、连接上级计算机的dnc接口输人、网络输人。从cnc装置的工作方式看，有存储器输人工作方式和mdi(m皿ud directinput，手工直接输人)工作方式。cnc装置在输入过程中通常还要完成无效码删除、代码校验和代码转换等工作。
5.2译码
不论系统工作在mdi方式还是存储器输入方式下，都是将零件程序以一个程序段为单位进行处理的，把其中的各种零件轮廓信息(如起点、终点、直线或圆弧等)、加工速度信息(f代码)和其他辅助信息(m、s、t代码等)按照一定的语法规则解释成计算机能够识别的数据形式，并以一定的数据格式存放在指定的内存专用单元。在译码的过程中．还完成对程序段的语法检查，发现语法错误便立即报警。5.3插补
插补的任务是在一条给定起点和终点的曲线上进行“数据点的密化”(拟合)。插补程序在每个插补周期运行一次，在每个插补周期内，根据指令进给速度计算出一个微小的直线数据段。通常，经过若干次插补周期后，插补加工完一个程序段轨迹，即完成从程序段起点到终点的“数据点密化”工作。5.4进给速度处理
编程所给的刀具移动速度，是在各坐标的合成方向上的速度。速度处理首先要做的工作是根据合成速度来计算各运动坐标的分速度。在有些cnc装置中，对于机床允许的最低速度和最高速度的限制、软件的自动加减速等也在这里处理。5.5刀具补偿
刀具补偿包括刀具长度补偿和刀具半径补偿。通常，cnc装置的零件程序以零件轮廓轨迹编程，刀具补偿作用是把零件轮廓轨迹转换成刀具中心轨迹。目前，在比较好的cnc装置中，刀具补偿还包括程序段之间的自动转接和过切削判别，就是所谓的c刀具补偿。
5.6位置控制
位置控制处在伺服回路的位置环上，这部分工作可以由软件实现，也可以由硬件完成。它的主要任务是在每个采样周期内，将理论位置与实际反馈位置相比较，用其差值去控制伺服电机。在位置控制中，通常还要完成位置回路的增益调整、各坐标方向的螺距误差补偿和反向间隙补偿，以提高机床的定位精度。5.7显示
cnc装置的显示主要是为操作者提供方便，通常用于零件程序的显示、参数显示、刀具位置显示、机床状态显示、报警显示等。有些cnc装置中还有刀具加工轨迹的静态和动态图形显示。
5.8 io处理
主要处理cnc装置面板开关信号、机床电气信号的输入、输出和控制(如换刀、换挡、冷却等)。
5.9诊断 现代cnc装置都具有联机和脱机诊断的能力。联机诊断是指cnc装置中的自诊断程序，随时检查不正确的事件。脱机诊断是指系统运转条件下的诊断，cnc装置配备有各种脱机诊断程序，以检查存储器、外围设备(crt、阅读机、穿孔机)、l，o接口等。脱机诊断指采用远程通信方式，即所谓的远程诊断，把用户的cnc通过网络与远程通信诊断中心的计算机相连，对cnc装置进行诊断、故障定位和修复。6 cnc装置的硬件结构
cnc装置是在硬件支持下，通过系统软件控制进行工作的，其控制功能在相当程度上取决于硬件结构。硬件结构根据控制功能的复杂程度，可分别采用单处理器结构和多处理器结构。数控系统的硬件结构，按cnc装置中各电路板的插接方式，可分为大板式结构和功能模块式结构；
按微处理器的个数，可分为单微处理器结构和多微处理器结构；
按硬件的制造方式．可分为专用型结构和个人计算机式结构；
按cnc装置的开放程度，可分为封闭式结构、pc嵌入nc式结构、nc嵌入pc式结构和软件型开放式结构。6.1单微处理器结构的cnc系统
所谓单微处理器结构，是指在cnc装置中只有一只微处理器(cpu)，工作方式是集中控制，分时处理数控系统的各项任务，如存储、插补运算、输人／输出控制、crt显示等。某些cnc：装置中虽然用了两个以上的cpu．但能够控制系统总线的只是其中的一个cpi_f，它独占总线资源，通过总线与存储器、输入输出控制等各种接口相连。其他的cpu则作为专用的智能部件，不能控制总线，也不能访问存储器。这是一种主从结构，故被归纳于单微处理器结构中。单微处理器结构简单，容易实现。单微处理器结构的cnc装置可划分为计算机部分、位置控制部分、数据输入／输出接口及外围设备。微处理器cpu是cnc装置的核心，cpu执行系统程序，首先读取工件加工程序，对加工程序段进行译码和数据处理，然后根据处理后得到的指令，进行对该加工程序段的实时插补和机床位置伺服控制；
它还将辅助动作指令通过可编程控制器(plc)送到机床，同时接收由plc返回的机床各部分信息并予以处理，以决定下一步的操作。6.2位置控制部分包括位置控制单元和速度控制单元
位置控制单元接收经插补运算得到的每一个坐标轴在单位时间间隔内的位移量，控制伺服电机工作，并根据接收到的实际位置反馈信号。修正位置指令．实现机床运动的准确控制。同时产生速度指令送往速度控制单元，速度控制单元将速度指令与速度反馈信号相比较，修正速度指令，用其差值去控秘伺服电机，使其以恒定速度运转。
数据输入／输出接口与外围设备是cnc装置与操作者之间交换信息的桥梁。例如，通过mdi方式或串行通信，可将工件加工程序送人cnc装置；
通过crt显示器，可以显示工件的加工程序和其他信息。在单微处理器结构中，由于仅由一个微处理器进行集中控制，故其功能将受cpu字长、数据字节数、寻址能力和运算速度等因素的限制。如果插补等功能由软件来实现，则数控功能的实现与处理速度就成为突出的矛盾。解决矛盾的措施可以有：增加浮点协处理器、采用带有cpu的pl和crt等智能部件。7 新型功能部件
为了提高数控机床各方面的性能，具有高精度和高可靠性的新型功能部件的应用成为必然。具有代表性的新型功能部件包括：
a.高频电主轴：高频电主轴是高频电动机与主轴部件的集成，具有体积小、转速高、可无级调速等一系列优点，在各种新型数控机床中已经获得广泛的应用；
b.直线电动机：近年来，直线电动机的应用日益广泛，虽然其价格高于传统的伺服系统，但由于负载变化扰动、热变形补偿、隔磁和防护等关键技术的应用，机械传动结构得到简化，机床的动态性能有了提高。如：西门子公司生产的1fn1系列三相交流永磁式同步直线电动机已开始广泛应用于高速铣床、加工中心、磨床、并联机床以及动态性能和运动精度要求高的机床等；
德国ex-cell-o公司的xhc卧式加工中心三向驱动均采用两个直线电动机；
c.电滚珠丝杆：电滚珠丝杆是伺服电动机与滚珠丝杆的集成，可以大大简化数控机床的结构，具有传动环节少、结构紧凑等一系列优点。8结束语
通过本文的论述可见，目前许多国家对开放式数控系统进行研究，数控系统开放化已经成为数控系统的未来之路。所谓开放式数控系统就是数控系统的开发可以在统一的运行平台上，面向机床厂家和最终用户，通过改变、增加或剪裁结构对象（数控功能），形成系列化，并可方便地将用户的特殊应用和技术诀窍集成到控制系统中，快速实现不同品种、不同档次的开放式数控系统，形成具有鲜明个性的名牌产品。目前开放式数控系统的体系结构规范、通信规范、配置规范、运行平台、数控系统功能库以及数控系统功能软件开发工具等是当前研究的核心。网络化数控装备是近两年国际著名机床博览会的一个新亮点。数控装备的网络化将极大地满足生产线、制造系统、制造企业对信息集成的需求，也是实现新的制造模式如敏捷制造、虚拟企业、全球制造的基础单元。国内外一些著名数控机床和数控系统制造公司都在近两年推出了相关的新概念和样机，反映了数控机床加工向网络化方向发展的趋势，以及数控机床技术的发展与应用也将更加广阔。
致谢
毕业设计是对毕业生所学专业知识的一个总结、归纳、深化的过程，其中包含了我们需要时时加强的东西：分析解决问题能力、查阅文献的能力、统筹编辑的能力、总结经验的能力等等。在毕业设计的数月期间，我得到了导师的细心指导和关怀，特别是在课题的程序设计过程中，对其中的各种技术问题和疑惑，导师都花费了大量的时间和精力一一为我解答，让我在这个过程中对数控机床控制等多方面的知识有了一次新的深入的学习和全面的提升，并能够逐渐将课本上所学的理论知识与工业生产中的实际问题相结合，从而为以后步入社会解决工作中遇到的实际问题打下良好的基础。在此，谨向导师表示最衷心的感谢！
在课题的研究设计期间，学院、图书馆为我们提供了良好的学习和静心研究的环境，同组成员也给予了我很多帮助与支持，在这里一同表示感谢：没有你们的支持、帮助和鼓励，我很难拿出这样的一份最终作品。当然由于时间和知识水平所限，论文中不可避免会出现纰漏和错误，恳请各位审阅老师悉心指正，在此不胜感激。参考文献
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