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　　數(shù)控機床是采用數(shù)字控制技術對機床加工過程進行自動控制的一類機床。在1952年，美國研制出世界上第一臺數(shù)控機床后，其他工業(yè)國家相繼對數(shù)控機床進行研制。我國在1958年也研發(fā)出第一臺數(shù)控機床。從這一階段起，由于其自身在精度和可控度方面的自然優(yōu)勢，數(shù)控機床逐漸取代了傳統(tǒng)加工機床，成為制造行業(yè)的中堅力量。

　　提高生產(chǎn)率最主要、最直接的方式是提高加工速度，而高速加工與高速數(shù)控機床的開發(fā)應用緊密相關。為實現(xiàn)高速、高精加工，與之配套的功能部件如電主軸、直線電機等得到了快速發(fā)展，其應用領域逐步擴大。高頻電主軸、直線電機、轉(zhuǎn)矩電機等越來越多地應用在高檔數(shù)控裝備中。這些新興電機集成了機械傳動結構和電氣動力源，也實現(xiàn)了高速高精化，且高度集成，使得機床體積不斷減小。

　?。?）利用高頻電主軸。高頻電主軸直接將電動機裝配在主軸中，不需中間傳動環(huán)節(jié)，是高頻電動機與主軸部件的集成，具有體積小、轉(zhuǎn)速高、可無級調(diào)速等一系列優(yōu)點。在多工件復合加工機床、多軸聯(lián)動多面體加工機床、并聯(lián)機床和柔性加工單元中，電主軸更有機械主軸不可替代的優(yōu)越性。

　　目前，利用高性能電主軸替代復雜的機床傳動箱體系統(tǒng)已經(jīng)成為主流。這樣一方面減少了復雜傳動系統(tǒng)所致加工精度的降低，又可以盡可能縮小機床體積。

　?。?）直線電機。直線電機專為動態(tài)性能和運動精度要求高的機床設計，雖然其價格高于傳統(tǒng)的伺服電機，但它大大簡化了機械傳動結構，有效提高了機床動態(tài)性能。直線電機驅(qū)動的工作平臺具有高速、高加速度、高精度、行程不受限制等特點，因而滿足現(xiàn)代數(shù)控機床對于進給伺服電機的要求。

　　當前主流數(shù)控機床的運動主要是電機帶動滾珠絲杠副，從而將角位移轉(zhuǎn)化為直線位移，運動誤差是電機誤差和滾珠絲杠副制造安裝誤差的累積。但如果采用直線電機的傳動鏈沒有誤差，所有的誤差來源于電機，這樣就更容易實現(xiàn)精確控制?；诖?，未來數(shù)控機床的工作臺將會由高性能直線）轉(zhuǎn)矩電機。轉(zhuǎn)矩電機是一種同步電機，其轉(zhuǎn)子直接固定在所要驅(qū)動的部件上，因而沒有機械傳動元件，它像直線電機一樣直接驅(qū)動裝置。轉(zhuǎn)矩電機所能達到的角加速度比傳統(tǒng)的蝸輪蝸桿傳動所能達到的角加速度高6倍，應用于擺動叉形主軸頭時加速度可達到3g。由于轉(zhuǎn)矩電機可達到極高的靜態(tài)和動態(tài)負載剛性，因而能大大提高回轉(zhuǎn)軸和擺動軸的定位和重復定位精度。

　　機床加工工件過程中，有時需要低轉(zhuǎn)速大轉(zhuǎn)矩的動力輸出，用蝸輪蝸桿傳動或液壓輔助回路實現(xiàn)雖然各具一定的優(yōu)點，但都需占用較大的體積。轉(zhuǎn)矩電機的出現(xiàn)及其性能的不斷改進有望在未來成為解決這類問題的有效手段，在保證加工精度的基礎上減小機床體積。

　　數(shù)控系統(tǒng)在控制性能上正向智能化發(fā)展。隨著人工智能在計算機領域的滲透和發(fā)展，數(shù)控系統(tǒng)引入了自適應控制、模糊系統(tǒng)和神經(jīng)網(wǎng)絡的控制機理，不但具有自動編程、前饋控制、模糊控制等功能，而且人機界面友好，并具有故障診斷專家系統(tǒng)。伺服系統(tǒng)智能化的主軸交流驅(qū)動和智能化進給伺服裝置，能自動識別負載并自動優(yōu)化調(diào)整參數(shù)。

　　神經(jīng)網(wǎng)絡模型現(xiàn)在已經(jīng)成功地運用于模式識別。事實上，我們工程當中遇到的許多問題從本質(zhì)上講幾乎沒有完全的線性模型，人們根據(jù)自己經(jīng)驗對非線性問題做出各種假設和逼近，從而使得非線性問題轉(zhuǎn)化為線性問題。這個過程事實上就是一種建模，模型不能完全反應系統(tǒng)的原理。但是產(chǎn)生的誤差可以接受。利用神經(jīng)網(wǎng)絡來構建智能系統(tǒng)其實就是在模仿這個過程，仿真一個“人腦”然后“集成”到數(shù)控機床中去。為了對這種手段的可行性進行更加有力的論證，下面簡單地用一個基于BP神經(jīng)網(wǎng)絡的PID控制環(huán)節(jié)仿線基于BP神經(jīng)網(wǎng)絡的PID控制環(huán)節(jié)仿真

　　BP（BackPropagation）神經(jīng)網(wǎng)絡由以Remerhalt和McCelland為首的科學家小組提出，是一種按誤差逆?zhèn)鞑ニ惴ㄓ柧毜亩鄬忧梆伨W(wǎng)絡。BP網(wǎng)絡能學習和存貯大量的輸入-輸出模式映射關系，而無需事前揭示描述這種映射關系的數(shù)學方程。它的學習規(guī)則是使用最速下降法，通過反向傳播來不斷調(diào)整網(wǎng)絡的權值和閾值，使網(wǎng)絡的誤差平方和最小。選用BP神經(jīng)網(wǎng)絡的原因是它和我們要仿真的PID控制的控制方式比較類似，可以使得仿真工作量減少。

　　BP神經(jīng)網(wǎng)絡由信息的正向傳播和誤差的反向傳播兩個過程組成。輸入層各神經(jīng)元負責接收來自外界的輸入信息，并傳遞給中間層各神經(jīng)元；中間層是內(nèi)部信息處理層，負責信息變換，根據(jù)信息變化能力的需求，中間層可以設計為單隱層或多隱層結構；最后一個隱層傳遞到輸出層各神經(jīng)元的信息，經(jīng)進一步處理后，完成一次學習的正向傳播處理過程，由輸出層向外界輸出信息處理結果。當實際輸出與期望輸出不符時，進入誤差的反向傳播階段。誤差通過輸出層，按誤差梯度下降的方式修正各層權值，向隱層、輸入層逐層反傳。周而復始的信息正向傳播和誤差反向傳播過程，是各層權值不斷調(diào)整的過程，也是神經(jīng)網(wǎng)絡學習訓練的過程，此過程一直進行到網(wǎng)絡輸出的誤差減少到可以接受的程度或預先設定的學習次數(shù)為止。

　　神經(jīng)網(wǎng)絡在控制過程中處于不斷地“學習”輸出狀態(tài)，輸出參數(shù)就是PID控制器的三個關鍵參數(shù)：比例系數(shù)kp、積分系數(shù)ki、微分系數(shù)kd，如圖2所示。反映這個“智能”PID控制器調(diào)整過程的誤差曲線中表示的是相對誤差，單位是10-3，如圖3。

　　從上面的仿真過程可以出，并不只限于PID控制器，基于神經(jīng)網(wǎng)絡模型可設計出各種具有智能參數(shù)選擇的數(shù)控機床控制系統(tǒng)。

　　利用神經(jīng)網(wǎng)絡的原理，用以往的參數(shù)選擇來“訓練”工藝選擇的神經(jīng)網(wǎng)絡，可以對未知情況做出更理想的非線性預測，使數(shù)控機床在加工時實現(xiàn)真正的智能化。

　　現(xiàn)有的關于神經(jīng)網(wǎng)絡的應用方式大多把神經(jīng)網(wǎng)絡選擇參數(shù)的過程看作是一種優(yōu)化算法，這樣的理解是普遍接受的。但是，依舊可以把神經(jīng)網(wǎng)絡看成是一個具有智能的“大腦”，它選擇參數(shù)的過程就是“思考”、“學習”的過程。然而這樣認為可能會引起很多人的疑問――神經(jīng)網(wǎng)絡的輸入輸出都是矩陣，如何來對復雜的外界進行認知，學習呢？對于這個問題可以效仿早期使用單片機時的做法――引入類似譯碼器的東西，即對于外界的事物可以進行編碼作為輸入。根據(jù)上面的基于BP神經(jīng)網(wǎng)絡的PID仿真過程已經(jīng)說明引入神經(jīng)網(wǎng)絡來完成智能的“思考”具有很高的可操作性。同樣，利用神經(jīng)網(wǎng)絡來使得數(shù)控機床自己“知道”加工所需的材料及參數(shù)也非?？尚?。對于材料，可以把各種鋼編號，神經(jīng)網(wǎng)絡的輸出中某些具體的數(shù)就對應這種編號，從而表示出機床的選擇。然后不斷完善其它的參數(shù)輸出，使整個系統(tǒng)具有一定的復雜性和可靠性，最終可以達到大量應用的目的。

　　要完成這個目標有一個無法回避的問題，并且是實現(xiàn)這個技術的關鍵問題：在PID仿真的過程中，理想輸出就是一個正弦波，可以用一個誤差函數(shù)精確地說明離最終目標還差多少，神經(jīng)網(wǎng)絡還要修正多少。但是，如果引入不表示數(shù)量只表示編號的數(shù)值，神經(jīng)網(wǎng)絡就無法確定調(diào)整量，無法精確描述反饋。顯然，實現(xiàn)這個技術目前需要解決的主要問題就是如何科學合理地刻畫這些模糊的輸出誤差，從而來調(diào)整網(wǎng)絡參數(shù)。如果這個問題得到了一般性的解決，真正的含有“大腦”的智能化數(shù)控機床也就指日可待。

　　制造業(yè)給人類帶來了前所未有的文明和財富的同時，也帶來了不可忽視的環(huán)境問題?，F(xiàn)在逐漸盛行的“綠色制造”將會深深地影響數(shù)控機床產(chǎn)品的生命周期。

　　用綠色制造的觀點來看待廢舊的數(shù)控機床，可以發(fā)現(xiàn)，廢舊數(shù)控機床是一種具有很高的回收再利用價值的機電產(chǎn)品。它具有很高的經(jīng)濟價值，數(shù)控機床制造需要消耗大量普通鋼鐵材料及部分高檔鋼材，數(shù)控機床的回收再利用可以二次使用鋼鐵資源，從而大大避免資源浪費；其次回收數(shù)控機床具有很好的環(huán)境價值，數(shù)控機床中的電子元件的處理可以避免破壞生態(tài)環(huán)境；此外，數(shù)控機床機械部分具有耐久性，性能穩(wěn)定的特點，適合于循環(huán)回收再利用；同時，數(shù)控機床屬于標準化產(chǎn)品，功能部件互換性好，這大大簡化了回收再利用工藝。近年來先進的機床機械功能部件、驅(qū)動系統(tǒng)和控制系統(tǒng)的發(fā)展為數(shù)控機床的回收再利用提供了良好的技術支撐，使得其具備一定可行性?；谝陨戏治?，數(shù)控機床未來再制造產(chǎn)業(yè)將會成為數(shù)控機床產(chǎn)品不可或缺的來源。

　　考慮到未來的設計理論應該更為完善，這里假設數(shù)控機床的設計者普遍不考慮如何設計機床機構來提升其可回收性。那么，在未來一個自然而然的需求就是，數(shù)控機床的再制造需要一種普適性的理論來提高效率。目前國內(nèi)外使用的評價方法有：模糊層次評價法、加權評分法、層次分析法等。

　?。?）對同屬一級的要素以上一級的要素為準則進行兩兩比較，根據(jù)評價尺度確定其相對重要度，建立判斷矩陣；

　?。?）解權重判斷矩陣，并檢驗每個矩陣的一致性，計算出最底層指標的組合權重；

　　為使判斷定量化，一般都引用1～9的比例標度法。之后再寫出一致化矩陣，計算一致性比例，從而可用反向斷定一開始決策時對各個指標的偏重是否存在不一致性。反復迭代修改最終可以評價出廢舊數(shù)控機床的合理回收工藝方案。

　　這樣的方法使決策者可利用數(shù)學方法來避免思維的不一致性，并且方法本身和機床的具體結構沒有任何關系，所以又符合之前提出的普遍適應的需求。

　　[2]王建明.電機及機床電氣控制[M].北京：北京理工大學出版社，2012.

　　數(shù)控機床上的自動換刀裝置使工件一次裝夾后能進行多工序加工，從而避免多次定位帶來的誤差，減少因多次安裝造成的非故障停機時間，提高了生產(chǎn)率和機床利用率。自動換刀的方式大致有以下三種。

　　1）回轉(zhuǎn)刀架換刀 這種換刀方式將多把刀具安裝在回轉(zhuǎn)刀架上，因而回轉(zhuǎn)刀架本身就是刀庫。換刀過程的主要動作是分度和轉(zhuǎn)位。其機械結構簡單，只能用于數(shù)控車床、數(shù)控車削中心等工作時刀具不轉(zhuǎn)的機床上。

　　2）多主軸回轉(zhuǎn)刀架換刀 這種換刀方式中回轉(zhuǎn)刀架也是刀庫，常用在轉(zhuǎn)塔式數(shù)控鏜銑床等刀具需要能旋轉(zhuǎn)的工作場合中。在換刀時，首先要使主軸與主傳動系統(tǒng)脫開，然后刀具連同主軸一起轉(zhuǎn)位，在下一工序需用的刀具到達工作位置后，刀具主軸與主傳動系統(tǒng)接通。這種方式結構緊湊，換刀動作簡單，時間少，在加工使用刀具不多時優(yōu)越性很明顯，但刀具容量有限，轉(zhuǎn)位時刀尖回轉(zhuǎn)半徑受到機床布局的限制，主軸的剛度差，而且回轉(zhuǎn)刀架連同電機、變速箱隨進給系統(tǒng)運動，顯得笨重，隔振、隔熱都差，使用受到許多局限。

　　3）刀庫換刀 是目前加工中心大量使用的換刀方式，這種換刀方式的主要特征是帶有獨立的刀庫。由于有了刀庫，機床只要一個固定主軸夾持刀具，可以使用先進的切削用量提高加工精度和生產(chǎn)率，有利于提高主軸剛度。獨立的刀庫增加了刀具儲存的數(shù)量，有利于擴大機床功能，并有利于隔離各種影響加工精度的干擾，但機械結構比較復雜。刀庫換刀按照換刀過程有無機械手參與分成有機械手和無機械手兩種情況。

　　1）為了防止在機械手換刀時掉刀或刀具與工件、夾具等發(fā)生碰撞，嚴禁把超重、超長的刀具裝入刀庫。

　　2）為了防止換錯刀具導致事故發(fā)生，順序選刀方式必須注意刀具放置在刀庫上的順序要正確，其他選刀方式也要注意所換刀具號是否與所需刀具一致。

　　3）用手動方式往刀庫上裝刀時，要確保裝到位、裝牢靠。檢查刀座上的鎖緊是否可靠。

　　4）經(jīng)常檢查刀庫的回零位置是否正確，檢查機床主軸回換刀點位置是否到位，并及時調(diào)整，否則不能完成換刀動作。

　　5）開機時，應先使刀庫和機械手空運行，檢查各部分工作是否正常，特別是各行程開關和電磁閥能否正常動作。檢查機械手液壓系統(tǒng)的壓力是否正常，刀具在機械手上鎖緊是否可靠，發(fā)現(xiàn)不正常要及時處理。

　　1）故障現(xiàn)象：JCS-018立式加工中心采用FANUC-BESK7CM系統(tǒng)。自動換刀時機械手不換刀。

　　故障發(fā)生后檢查機械手的情況，機械手在自動換刀時不能換刀，而在手動時又能換刀，且刀庫也能轉(zhuǎn)位。同時，機床除機械手在自動換刀時不換刀這一故障外，全部動作均正常，無任何報警。檢查機床控制電路無故障；機床參數(shù)無故障；硬件上也無任何警示?？紤]到刀庫電動機旋轉(zhuǎn)及機械手動作均由富士變頻器所控制，故將檢查點放在變頻器上。觀察機械手在手動時的狀態(tài)，刀庫旋轉(zhuǎn)及換刀動作均無誤，觀察機械手在自動時的狀態(tài)，刀庫旋轉(zhuǎn)時，變頻器工作正常，而機械手換刀時，變頻器不正常，其工作頻率由35變?yōu)榱?。檢查數(shù)控程序中的換刀指令信號已經(jīng)發(fā)出，且變頻器上的交流接觸器也吸合，測量輸入接線的電壓，在手動和自動時均相同，并且，機械手在手動時，其控制信號與變頻無關：因此，考慮是變頻器設定錯誤。

　　從變頻器使用說明書上知：該變頻器的輸出頻率有3種設定方式，即0l、02、03等3種。對X1、X2輸入端而言，01方九游體育式為X1ON，X2OFF；02方式為XlOFF，X2ON；03方式X10N，X20N。檢查0l方式下，其設定值為0102，故在機械手動作時輸出頻率只有2Hz，液晶顯示屏上也顯示為02。

　　故障原因：操作者誤將變頻器設定值修改，致使輸出頻率太低，而不能驅(qū)動機械手工作。

　　某臥式加工中心，在自動換刀時發(fā)現(xiàn)刀鏈運動不到位，并且在一定時間后CNC出現(xiàn)報警。維修過程：根據(jù)CNC報警顯示，故障原因是換刀時間超出，檢查電氣控制系統(tǒng)，沒有發(fā)現(xiàn)異常，電機轉(zhuǎn)動良好。判定故障是由于機械傳動方面原因造成的。拆下減速器的防護罩，卸下伺服電機，拆開減速器檢查，發(fā)現(xiàn)減速器內(nèi)的一傳動軸上的連接鍵脫落，致使傳動鏈中斷，刀庫無法進行旋轉(zhuǎn)，修復減速器后故障排除。

　　某加工中心，在自動換刀時出現(xiàn)刀鏈運動不到位，機床出現(xiàn)驅(qū)動器過載報警。維修過程：根據(jù)該機床機構，分析刀庫伺服電機過載，機械傳動系統(tǒng)方面的原因主要有刀庫傳動鏈或減速器卡死、刀具重量超過標準以及不良。經(jīng)過檢查，確認以上故障均不存在。為了判斷故障部位，卸下伺服電機進行單獨旋轉(zhuǎn)試驗，最終發(fā)現(xiàn)有很多冷卻液在伺服電機內(nèi)部，致使繞組產(chǎn)生了短路。檢查后確認電機與減速器連接處的密封磨損是致使冷卻液進入伺服電機的根本原因。經(jīng)維修處理后，故障排除。

　?。?）《實用數(shù)控機床故障診斷及維修技術500例》周炳文主編 中國知識出版社

　　數(shù)控機床在應用中所依靠的是計算機對其進行工作指揮，在工作中將一些列的數(shù)字指令輸入到計算機中，以此控制機床的各個部件完成對零件的加工。在加工的過程中應用的原理就是先對零件的尺寸與工藝進行分析，然后將零件的基本信息變?yōu)榇a與程序，然后按照程序的指令機床完成復雜的指令執(zhí)行，進而控制伺服系統(tǒng)進行分配，完成多種復雜的加工動作最終完成零件的加工。而在復雜部件的精確控制下，零件的加工余量和給進參數(shù)等都可以在計算機的控制下更加的精確，而這就可以保證加工的精度更高，尤其是對復雜零件的加工，完全可以保證其加工的質(zhì)量，所以數(shù)控機床是當代大批量精細加工中不可缺少的重要設備。如：隨著鐵路建設的大幅發(fā)展，對車輛的速度要求也隨之提高，所以鐵路貨車車輛的車軸加工質(zhì)量要求也隨之提高。如新型的車輛在車軸的上要求其承載性能提高且加工的精度更加細化。車軸的不同直徑的相互過度由不同的半徑的圓弧構成，在普通機床上由人為控制是不能達到其精度需求的，所以必須借助數(shù)控機床來完成對其的整體化加工，下面就以此為例分析數(shù)控機床在貨車車輛中的應用。

　　數(shù)控機床的程序編制，在實際的應用中對數(shù)控機床的編程有自動和人工兩種，人工編制是自動編制的基礎，人工編制主要是針對零件的加工工藝和數(shù)據(jù)等進行程序編制，面對復雜性較高的貨車車軸，主要采用的是人工編制。數(shù)控系統(tǒng)，在數(shù)控系統(tǒng)中因為不同的加工特征而有不同的控制系統(tǒng)，如德國與西班牙等系統(tǒng)，其中在這些系統(tǒng)中，日本的數(shù)控系統(tǒng)具有較強的插補功能，且人機界面方便操作，是大多數(shù)國內(nèi)廠家采用的控制系統(tǒng)，這里的加工也是在該系統(tǒng)的幫助下完成的。

　　在對貨車車軸的加工中，其毛坯在進入到自動加工前已經(jīng)進行了定位的成孔，其整個長度和周身部分的直徑都已經(jīng)經(jīng)過定尺，在后續(xù)加工中不需要進行大范圍改動。毛坯軸進入到自控加工中時對其進行粗車、精車、滾壓、組裝、軸頸磨削等，最終達到設計標準。其中車軸的輪座和防塵板等結構的加工余量最大，為了保證生產(chǎn)的效率，可以分機床流水作業(yè)的模式完成對軸承的粗車、精車、滾壓等。其中精車在數(shù)控機床上完成，并為后續(xù)加工保有余量。針對此工藝，數(shù)控機床的編程主要也是對此進行。

　?。?）在加工中首先確定的是裝夾方案，針對貨車車軸的基本尺寸與加工要求，在數(shù)控機床中采用的是托架定位，車軸裝夾以定位孔為標準位置，機床的前端與后端都為活頂尖。裝夾后尾部向前進行頂進鎖死，車軸由主軸上撥叉帶動進行旋轉(zhuǎn)。因為機床的中部有托架，所以車削只能分部進行，兩端分別進行車削。此時應注意，撥叉前端與車軸前端的接觸間隙，防止因為頂尖孔加深而導致?lián)懿媾c車軸端面頂死的情況，或者頂尖不到位而降低加工的精度。

　?。?）應明確進給的線路，這是整個加工中控制零件運動軌跡的重要要素，其控制的是刀具從起步到來看零件的運行軌跡，即進刀與退刀的點與路徑，這是編程的核心依據(jù)。如果可以合理的選擇進給的路線可有效的縮短空刀進程，提高效率，尤其是對循環(huán)加工的零件而言，效率提升與延長刀具使用壽命都是十分重要的。車軸完成粗車后，仍然只是在車軸的端面和中心孔位置的定位，所以精細加工的過程中應從車軸的端面開始，向車軸的中間位置開始加工，以此進行的加工方過程為對刀、起刀、斜線、直線等過程，并分別對不同的直徑完成車削加工，在多處的圓弧相切位置車削曲面、倒角等，直至完成對整個零件的加工，最后快速的退刀至起點位置，準備下一次加工。

　　按照加工零件的路線設定，這樣既可按照每一個步驟進行程序的指令選擇，這就是編程的最基本步驟。如選擇快速移動指令、直線插補指令、平面順時針指令、保證速度指令等等，將這些指令結合起來就完成了對數(shù)控加工路線）確定系統(tǒng)坐標系。在車削過程中，必須在工件上確定一個加工的原點，及以某一個點為基準進行旋轉(zhuǎn)等控制，并以此建立一個工件的坐標系統(tǒng)。工件的坐標是保證編程簡單化，尺寸換算簡單化，誤差最小化的重要基礎。為了提高零件的加工精度，方便計算與程序編制，通常將加工程序的原點設置在車軸軸線與前端面的交叉點，這樣就可保證程序基準與設計、組裝等的標準統(tǒng)一。

　?。?）刀具選取。在完成編程的時候還需要考慮刀具的選擇，在放大的情況下刀具的接觸點不是一個理想化的點而是一個圓弧，所以在進行倒角和斜面加工、圓弧切削的時候都會出現(xiàn)不足或者過量的情況。此時控制系統(tǒng)會利用自身設定對刀具進行補償，通過不同的補償指令控制人員可以自動控制刀尖的運動模式，以此避免出現(xiàn)切削不足或者過量的情況。但是生產(chǎn)前必須對刀具進行合理的選擇，并針對刀具的型號來選擇補償指令這樣才能達到加工精度。

　?。?）切削用量的選擇。車削用量是對刀具切削過程的控制，及對深度、進給量、速度等的限定，在數(shù)控加工中應安裝工藝手冊選擇不同的切削用量來配合車軸的加工，如要達到Ra1.6標準就需要控制吃刀深度為0.3～0.5 mm，進給量則為0.1～0.2 mm/r，切削速度則應按照車刀材料和車軸而定。

　　綜合上面的分析可見，在貨車車軸的加工中，因為其精細加工的精度要求較高，所以必須借助自動化設備來保證加工精度與效率，此時數(shù)控機床的應用就可突出其優(yōu)勢。同時配合合理的工藝設置與編程就可達到加工的目標。

　　[1] 馬海洋，周荃，張愛英，等.數(shù)控車床典型試件加工工藝分析與程序編制[J].濰坊高等職業(yè)教育，2008，21（3）：31-32.

　　[2] 韋蘭花，黃政魁.典型零件的數(shù)控車床加工工藝分析與設計[J].廣西輕工業(yè)，2009，28（9）：15-17.

　　科學技術是第一生產(chǎn)力。隨著我國社會經(jīng)濟的快速發(fā)展，社會各行各業(yè)開始將先進的科技水平應用在制造行業(yè)當中，推動了我國科技水平的進一步發(fā)展。但是從國際水平來看，我國制造行業(yè)水平依然落后于國外發(fā)達國家，阻礙了國民經(jīng)濟的發(fā)展。為了改變這一社會現(xiàn)狀，我們必須要對制造業(yè)的發(fā)展現(xiàn)狀進行全面分析，采取科學合理的措施來提高制造業(yè)中各個設備的水平，即對傳統(tǒng)的機床進行改造，使其實現(xiàn)數(shù)控化，從而確保制造行業(yè)的健康發(fā)展。下文簡單對機床數(shù)控化電氣改造設計進行分析，以供參考。

　　與購置新的數(shù)控機床相比，普通機床的數(shù)控化改造一般可節(jié)省大約60%～80%的費用。由于大型機床機械部分所占比重較大，可節(jié)約的費用更加可觀，符合產(chǎn)業(yè)節(jié)能環(huán)保的發(fā)展趨勢。

　　由于是老設備的改造升級，操作人員對設備熟悉，在操作使用和維修方面不必花費太多的時間和精力進行培訓。

　　對機床進行數(shù)控化改造也就是以舊機床為基礎，通過科學合理的改造使機床具有數(shù)控化功能，滿足當前制造業(yè)的發(fā)展。在實際工作中，對機床進行數(shù)控化改造的內(nèi)容主要包括以下幾個方面：

　　制造企業(yè)在生產(chǎn)以及發(fā)展過程中，如果長時間使用機床，且沒有對其進行必要的維護，那么在導軌、軸承等部位必然會出現(xiàn)磨損情況，這對于機床的正常運行產(chǎn)生巨大的影響。因此在實際工作中，我們很有必要對機床進行改造。首先需要將舊機床進行機床大修，這樣可以在一定程度上提高其精準度，從而達到新機床的制造標準。但是在實際工作中我們可以清楚的知道，在機床進行精度改造與機床大修存在著明顯的不同，也就是說，機床數(shù)控改造應當進行精度的恢復以及傳動部分的改進，只有這兩個部分進行改造，才能夠確保機床實現(xiàn)數(shù)控化與自動化要求。數(shù)控機床的主軸驅(qū)動系統(tǒng)和進給驅(qū)動系統(tǒng)分別采用交、直流主軸電動機和伺服電動機驅(qū)動。這兩類電動機調(diào)速范圍大，并可無極減速，因此使主軸箱、進給變速箱及其傳動系統(tǒng)大為簡化。由電動機直接連接主軸或滾珠絲杠。目前數(shù)控機床進給系統(tǒng)中常用的機械傳動裝置主要有滾珠絲杠副、靜壓蝸桿蝸母條和預加載荷雙齒輪齒條三種。機床采用的導軌是新材料低摩擦因數(shù)的導軌，如滑動導軌、滾動導軌和靜壓導軌。另外，在機床上還要加一些輔助裝置，如冷卻系統(tǒng)、空氣過濾器、自動換刀裝置、排屑裝置等。

　　在對機床進行數(shù)控化改造的過程中，選定數(shù)控系統(tǒng)是關鍵的工作環(huán)節(jié)之一。在選擇數(shù)控系統(tǒng)的過程中，相關工作人員應當考慮到以下兩個方面的工作：首先，要求確保機床的功能多樣化，使其功能得到充分發(fā)揮；其次，還要求數(shù)控系統(tǒng)在實際工作中提高其可靠性。一般以性能價格比來選取，并適當考慮售后服務和故障維修等有關情況。如選用企業(yè)內(nèi)已有數(shù)控機床中相同型號的數(shù)控系統(tǒng)，對今后操作、編程、維修等都帶來較大的方便。伺服驅(qū)動系統(tǒng)的選取，也按改造數(shù)控機床的性能要求決定。若采用同一家公司配套供應的數(shù)控系統(tǒng)和伺服驅(qū)動系統(tǒng)，改造產(chǎn)品的質(zhì)量和維修更容易得到保證。

　　當前生產(chǎn)數(shù)控系統(tǒng)的公司比較多，國外的公司如SIEMENS公司、FANUC公司、國內(nèi)的公司如廣州數(shù)控GSK公司、華中數(shù)控系統(tǒng)有限公司等。一般，進口系統(tǒng)較國產(chǎn)系統(tǒng)性能穩(wěn)定，但價格昂貴，將其用于機床改造，有些得不償失。國產(chǎn)系統(tǒng)在目前市場上有各種經(jīng)濟型和標準型數(shù)控系統(tǒng)供應。其中，經(jīng)濟型數(shù)控系統(tǒng)具有結構簡單，操作方便，技術易于掌握及制造成本低等優(yōu)點，系統(tǒng)性能相對較差，可靠性不高；另外，隨著生產(chǎn)而后技術的不斷發(fā)展，標準型數(shù)控系統(tǒng)制造成本越來越低，售價也在不斷降低，所以在系統(tǒng)選擇上一般可以考慮國產(chǎn)標準型數(shù)控系統(tǒng)，例如廣州數(shù)控體貼或華中數(shù)控系統(tǒng)。

　　機床數(shù)控化改造工作執(zhí)行的過程中，通常情況下原機床的電氣控制裝置只能做報廢處理，從而依據(jù)改造的需求來重新制作專門的電氣控制裝置。數(shù)控機床強電控制工作中，所必須要加以重視的關鍵在于，數(shù)控系統(tǒng)本身各個接口特性以及形式之間是否完全相配，不僅如此，還應當要盡可能的對于強點控制線路進行簡化處理。

　　因此，在執(zhí)行電氣控制系統(tǒng)的改造設計工作之中，所需要加以遵循的原則在以下幾個方面：在機床能夠充分滿足控制需求的情況之下，確保改造設計方案的經(jīng)濟性、簡便性，在改造的過程中，要依據(jù)實際情況和條件，不能夠盲目的追尋高參數(shù)以及全自動化，只要能夠做到操作快捷、使用維修簡便即可。而改造的設計方案之中，刀架電動機、冷卻泵電動機、主軸電動機等幾個部分實質(zhì)是需要確保做到自動控制的。數(shù)控機床機電控制系統(tǒng)本身，除了要利用輔助運動裝置以及輔助控制系統(tǒng)以外，還必須要將各個不同部分的開關、形成等納入到自動化控制之中。改造完成之后的控制系統(tǒng)本身，不僅僅要能夠保留住傳統(tǒng)控制系統(tǒng)所具備的優(yōu)勢，還要具備小巧、靈活、通用、維護方便等方面的特性。

　　當久機床之上的各個不同部件都完成了改造工作之后，便可以針對其進行試組裝，從而確保各個部分運行無誤，存在問題的部件需要采取適當?shù)恼{(diào)試措施。一般情況下，都是現(xiàn)對于電氣控制環(huán)節(jié)加以調(diào)試，來觀察某個簡單的動作是否運行正常，各個環(huán)節(jié)正常之后，才能夠聯(lián)動調(diào)試。

　　綜上所述，就現(xiàn)階段的數(shù)控化改造方案來說，實質(zhì)上機床類型不同的情況下，所呈現(xiàn)出的相關改造內(nèi)容也有著較大的差異性。因此，在實際執(zhí)行機床數(shù)控化改造工作的過程中，并不是要完全按照某個模式來進行，可以依據(jù)實際情況的不同，選擇更加合適的改造措施，利用科學合理的方式來使得傳統(tǒng)形式的機床數(shù)控化得以在性能上大幅度提升。此外，當機床數(shù)控的改造工作完成之后，還需要立即對于相關的編程人員、操作人員加以培訓，這能夠促使改造后的機床盡快的發(fā)揮出自身所具有的效用。

　　[1]劉愛英.機床的數(shù)控化改造與人才的培養(yǎng)[J].科技信息.2010（10）

　　進入新世紀以來，中國機床工具市場取得很大的發(fā)展，尤其數(shù)控設備成果喜人，特別是2008年金融危機以來，中國數(shù)控市場不冷反熱，各企業(yè)及時調(diào)整產(chǎn)品結構，產(chǎn)業(yè)升級，新產(chǎn)品新技術層出不窮，中高檔產(chǎn)品已成主流，大多數(shù)企業(yè)迫切希望更好地掌握國際先進的數(shù)控技術用于機床改造。

　　改革開發(fā)以來，中國大量的機械機床設備需要升級改造，機械加工領域的數(shù)控技術需要迫切，上世界80年代至今，德國西門子公司在北京等地建立工廠，著重推廣數(shù)控技術。數(shù)控機床的再制造開始于20世紀90年代，作為新的經(jīng)濟增長行業(yè)，正處在黃金時代。我國金屬加工業(yè)需求層次不同，從國防軍工、精密加工等高端需求到模具制造、汽車零件加工的中高端市場，直至普通軸類零件的中低端需求，都對數(shù)控系統(tǒng)的改造提供了廣闊的空間。

　　（1）普通機床改造成數(shù)控機床。數(shù)控機床的使用壽命一般是1012年，而對于已經(jīng)到期的一些舊機床，尤其是一些進口機床，其機械剛性有可能還好于新機床，所以，再制造的價值非常大。比如使用光柵的數(shù)顯鉆床改造成數(shù)控鉆床，一般用步進電機；舊的光顯鏜床改造成數(shù)控鏜床，一般用半閉環(huán)交流伺服系統(tǒng)；普通車床的數(shù)控改造，等等。

　?。?）原有的數(shù)控機床升級換代。隨著機場的需求功能不斷完善，尤其是車間信息化的發(fā)展，數(shù)控改造不只是針對單臺機床，而是要提高整體效率。少數(shù)情況機床價格較高，機械基礎較好，如大中型數(shù)控銑床、臥式加工中心、高精度數(shù)控磨床、數(shù)控曲軸加工機床、數(shù)控凸輪加工機床和刀具磨床等，制造周期長，技術含量高，機床原值高，但苦于數(shù)控系統(tǒng)老化，備件支持匱乏，電器維修成本高，或原系統(tǒng)市場已被淘汰，此時應及時進行新數(shù)控系統(tǒng)的升級改造，如同時對機械項目進行維修，其價值會更加可觀。

　?。?）在現(xiàn)有的數(shù)控系統(tǒng)基礎上開發(fā)新的功能。機床保留基座主體，結構有較大的進步或改進，如龍門銑床或龍門刨床，采用直線電機或直線導軌，高速電主軸等新技術，使其成為高速鐵路的導軌磨床；普通液壓靠模凸輪磨床的通過二次結構設計，數(shù)控系統(tǒng)升級，采用數(shù)控系統(tǒng)高精度輪廓控制，使之變?yōu)楦咚俑呔葦?shù)控凸輪磨床，數(shù)控車床通過局部結構變化，安裝上帶動力頭的數(shù)控刀架，并通過配置CS軸的分度定位功能，將其改造成數(shù)控車削中心；通過結構設計與采用數(shù)控系統(tǒng)，將普通的車床再制造成為數(shù)控旋壓機，等等。上述內(nèi)容多體現(xiàn)了如下特點：需要融入結構創(chuàng)新和二次設計，大量采用系統(tǒng)的新的功能新的技術，缺點是技術門檻高，市場應用面窄，社會需求量和供應量不大。

　　我國中小型城市在上世紀90年代中期逐步開展上述工作，一般機床的改裝非常普遍，這是由我國國情所決定的。改革開發(fā)帶來的技術進步，數(shù)控機床的高精度、高效益等優(yōu)點的不斷顯現(xiàn)和人們的新的認識，促使社會積極推進數(shù)控化進程，外國西門子、法拉克，國產(chǎn)廣數(shù)系統(tǒng)、華中系統(tǒng)等被大量采用，大多屬于普及型或經(jīng)濟型數(shù)控系統(tǒng)。其伺服系統(tǒng)采用步進電機，具體的改造措施一般有如下幾個方面：（1）增加或更換滾珠絲杠。原滑臺如采用液壓的則拆除，選用新的滾珠絲杠及相應的機械連接工藝設計。（2）增加自動刀庫?，F(xiàn)在江蘇昆山產(chǎn)的臺灣盛鈺刀庫應用較廣。（3）主軸增加交流變頻器。（4）PMC的應用。這種改造已經(jīng)突破了原來設備的結構限制，在不增加能源和消耗的前提下，節(jié)約了成本，為社會作出了貢獻。

　　數(shù)控改造的前提是如何真正實現(xiàn)有意義有價值的系統(tǒng)升級，而不是簡單地修理和更換電路元件，通過改造融入更多的自主知識產(chǎn)權，將新技術用于數(shù)控改造，提高原機床的性能和精度，降低能耗。

　　對企業(yè)或用戶來說，他們希望將先進的數(shù)控系統(tǒng)成功地應用于終端設備上，使其發(fā)揮最大的效能，因此從事數(shù)控技術改造的人員來說就必須具備以下要求：（1）熟悉機床結構，對機床結構和設備的加工工藝有較深入的了解；（2）熟悉機床的生產(chǎn)工藝流程，了解客戶的個性化需求；（3）較強的就業(yè)和吃苦耐勞的精神；（4）有豐富的維修經(jīng)驗，對機、電、液、工藝等方面有較強的理論與實踐能力，精通數(shù)控系統(tǒng)、相關機床參數(shù)及PMC程序等。具體操作方面應注意如下幾方面：1）與用戶積極溝通，共同確定項目的解決方案；2）考慮方案成本提高性價比；3）應考慮項目實施的可操作性；4）知識儲備多有經(jīng)驗能夠掌握有效的資源與信息。例如，西門子數(shù)控系統(tǒng)對機床制造廠商和機床在制造人員來說要求是比較高的。從事二次開發(fā)的應用人員，除要了解系統(tǒng)之外，更多的是要了解機床，這樣才能提供操作性能良好功能強大的數(shù)控機床。目前有些功能不是系統(tǒng)沒有提供，而是機床制造廠或開發(fā)人員沒有挖掘出。西門子數(shù)控系統(tǒng)是一個大的平臺，其對環(huán)境如溫度濕度和抗干擾等方面的要求較高，如果局限原來的走線、安裝不規(guī)范，使用者對系統(tǒng)缺乏理解，理論基礎不扎實，就會增加偶發(fā)性故障。

　　系統(tǒng)改造完以后，進行調(diào)試和確定合理的驗收標準，也是技術準備工作的重要一環(huán)。調(diào)試工作涉及機械、液壓、電氣、光學、控制、傳感等，因此必須由項目負責人進行，其他人員配合。調(diào)試步驟可從簡到繁、從小到大、從外到里進行，也可先局部后全局、先子系統(tǒng)后整系統(tǒng)進行。驗收標準是對新系統(tǒng)的考核，過高或過低的標準都會對改造工作產(chǎn)生負面影響。標準一旦確定下來，不能隨便修改，因為它牽涉到整個改造工作的各個環(huán)節(jié)。

　　低成本是推動數(shù)控改造市場迅速膨脹的關鍵因素，現(xiàn)在不少大企業(yè)原先進口的機床已經(jīng)遠超過了“服役期”，但這些設備價值不菲，單價在幾百萬元甚至上千萬元，而且機械部分還可以使用，因此急需進行改造。只要正確有效地將CNC、伺服系統(tǒng)、機床電氣系統(tǒng)和機械部分集成于一體，就能最終交給用戶一臺經(jīng)過改造或等于再制造的具有個性特色的專用數(shù)控機床，使企業(yè)從中獲得更大的經(jīng)濟效益，使資產(chǎn)獲得有效的增值。因此該行業(yè)的前景十分遠大光明。

　　總之，數(shù)控機床改造具有很好的發(fā)展前途，但它對數(shù)控系統(tǒng)制造商和數(shù)控機床改造者均提出較高的要求。我國的機床改造業(yè)也從老的行業(yè)進入到以數(shù)控技術為主的新的行業(yè)。機床改造作為新的經(jīng)濟增長行業(yè)，是個“永恒”的課題，必將生機盎然。 [科]

　　[1]龔仲華.數(shù)控機床故障診斷與維修500例.機械工業(yè)出版社，2006.