数控车床论文模板(10篇)

导言：作为写作爱好者，不可错过为您精心挑选的10篇数控车床论文，它们将为您的写作提供全新的视角，我们衷心期待您的阅读，并希望这些内容能为您提供灵感和参考。

篇1

数控机床则是从普通机床的基础上发展过来的，它是一种装备了数控系统的机床。数控系统则是采用了自动控制技术，能用数控指令来控制机床的运动（称之为数控控制技术）的自动控制系统。

二、机床的雏形、诞生及发展

机床是人类进行生产劳动的重要工具，也是社会生产力发展水平的重要标志。

1、数控车床的雏形

机床最早的雏形是于公元前2000多年出现的树木车床。当时，工作时脚踏绳索下端的套圈，利用树枝的弹性使工作由绳索带动旋转，中世纪的弹性棒车床运用的仍是这一原理。1500年左右，意大利人达芬奇曾绘制过车床、镗床、螺纹加工机床的构想革图。中国明朝出版的《天工开物》中载有磨床的结构，用脚踏的方法使铁盘旋转，加上沙子和水剖切玉石。18世纪的工业革命推动了机床的发展。

1774年，英国人威尔金发明较精密的炮筒镗床，他用这台炮镗床镗出的汽缸，满足了瓦特蒸汽机的发展。1770年威尔金森制造了一台水轮驱动的镗床。1797年英国人莫利兹创造的车床能实现机动进给和车削螺纹，这是机床结构的一大变革。19世纪以后，由于纺织、动力、交通运输机械和军火生产的推动，各种基本类型的机床相继出现。

2、机床的诞生及发展

普通机床经经历了近两百年的历史。随着电子技术、计算机技术及自动化，精密机械与测量等技术的发展与综合应用，生产了机电一体化的新型机床一一数控机床。

在20世纪40年代，飞机和导弹制造业发展迅速，原来的加工设备已无能力加工航工业需要的高精度的复杂型面零件。1948年，美国PARSONS公司在加工直升机叶片轮廓检验样板的机床时，首先提出了数控机床的设想，在麻省理工学院（MIT）伺服机构研究所的协助下，于1952年成功研制了世界上第一台三坐标铣床样机。后又经过三年时间的改造和自动程序编制的研究，数控机床进入了实用阶段。于1958年，美国的KEANEY&TRECKER公司在世界上首先研制成功了带有自动换刀装置的加工中心。

可以说，数控机床的诞生为人类带来了不同凡响的意义。于此同时，数控机床的优越性也着重的体现出来了，在国际的竞争日益剧烈、产品品种变化频繁的形势下，各国也开始研究各种不同类型的数控机床，新品种的机床也随之增长。在这样的条件下，数控机床也经历了几代变化：

1952-1959年采用的是电子管构成的专用数控（NC）系统的数控机床，这是第一代。

1959年由于在计算机行业中研制出晶体管元件，因而便出现了采用晶体管电路NC系统的数控机床，从而跨入了第二代。

1965年出现了开始采用小、中规模集成的NC系统数控机床的第三代。

1970年为数控机床发展的第四代，此时采用大规模集成电路的小型通用电子计算机控制系统的系统数控机床。

1974年开始采用微型电子计算机数控系统（MNC）数控机床，此时为第五代。

在经历不同的年代的发展，机床的数控化率不断提高，也使数控机床加工对象改型的适应性加强，加工精度提高，大大的提高了生产效率，为制造业提供了良好的经济效益，且数控机床由于自动化程度很高，很利用现在化的生产管理，使其成为国民经济和国防建设发展的重要装备。

三、数控机床的发展趋向

数控机床一经使用就了其独特的优越性和强大生命力，使原来大量不能解决的问题，找到了科学解决的途径。然而，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，数控机床必须不断发展以更适应生产加工的需要，以达更高更好的效果。

随着数控机床的不断发展，不断提高，同时随着当今世界的快速发展，数控机床也将会有不同的发展方向：

1、迎合制造业的个性需求。

2、不断提高加工精度、加工效率，减少加工辅助时间，强调柔性化来满足生产和组织及管理的需要。

3、强调功能复合化。

4、5轴（坐标）联动控制技术及5轴联动数控机床成为世界机床制造业中的一个技术制高点。CIMT2007上共展出了70多台五轴联动数控机床，其中有40多台是中国自主开发的。

5、注重环保，涉及避免油污污染，以及机床再生、回收等方面。

6、智能化发展，即数控机床的控制系统逐步具备自诊断、自适应控制、逻辑分析判断等功能。最近，日本的山崎马扎克公司陆续开发了主动振动控制、智能热屏障、智能防撞屏障、语言提示；日本大隈公司开发了Thinc智能数字控制系统等等。

7、在并联结构机床方面，哈尔滨量具刃具集团数控设备公司在CIMT2007上展出的并联结构机床LINKS-EXE700具有新的突破意义，不单结构进一步简化，而且加工范围增大、动作快速、刚性和精度提高；五轴联动数控编程与使用常规化，可以加工五面体，在工件特别装夹的情况下，还可作六面加工，这是目前任何机床结构都做不到的。

8、从零件加工方法上来说，称得上革命性发展是出现了实现快速成型技术原理的机床新品种，它采用电热、激光束、离子束、电子束作为能量源，以复合纸、高聚物、金属粉末、高温合金、复合陶瓷、铸造型砂等作为加工材料，一改现有金属切削机床和金属成型机床“材料去除”加工方法，而采用“材料累加”的方法或称“增材制造”方法进行机械零件原型制造。

9、水切割已经与激光切割并驾齐驱成为一门崭新的技术和新的机床门类，中国目前有三、四个单位从事这方面开发，产品已上市。

数控机床的发展方向是多元化的，也可以使其向信息化发展，产生其联网效应，在数控机床工作时，工人和技术师之间有着短距离的联系，以确保加工过程的顺利，在任何一个环节中如若出现问题，可以不须远距离就可以解决。

四、中国的数控

我国的数控机床从20世纪80年代开始起步，2003年我国就成了全球最大的机床消费国，也是世界上最大的数控机床进口国。在“十五”期间，我国数控机床行业实现了超高速发展。其产量2001年为17521台，2002年24803台，2003年36813台，2004年51861台，是2001年的3.7倍，平均年增长39％；2005年国产数控机床产量59639万台，接近6万台大关，是“九五”末期的424倍。中国机床行业在“十五”期间发展迅猛的主要原因是市场需求旺盛。固定资产投资增速快、汽车和机械制造行业发展迅猛、外商投资企业增长速度加快所致。

经过不断的发展，市场上的需求，近几年我国机床工业正处在黄金发展时期：机床工具行业连续8年快速增长，连续6年成为世界第一机床消费国、进口国。虽然我国的机床发展水平和国际还有一定的差距，但是部分产品已经达到国际水平。

在2008年4月21~25日的中国第五届中国国际数控展览会就体现了我国数控机床的发展，是我国国产数控机床自主创新20年的成果的全面展示。此次国展会就展示出我国的高档数控机床可谓是遍地开花，其中多家企业也展出了大规模系列产品，柔性制造系统成套的靓丽登场，而数控机床的整体水平也进行了全面的提升，以往的加工中心也从立式脱颖成卧式，这次展会也展示出了许多前所声誉鹊起有的大型、重型数控机床等。

这次展会也体现我国数控机床的技术先进、质量可靠、性能优越；体现了数控机床在我国经济的持续快速发展和国家政策的大力支持下，机床工业连续六年取得快速增长；体现数控机床在我国的市场的广阔，我国的能力之强大。

五、数控机床的接触

在学校实习时，我也曾经接触过机床与数控机床，感觉好对机床的调整，例如：对一段圆柱进行车圆锥面的时候，根据要求进行计算，将小滑板法转到计算出的角度；而数控机床只要根据技术员所编程序进行车削，自动调整，无须人力。从而看出数控机床比一般机床的高技术性、高效率等，体现了数控机床的优越性、高性能。

数控机床根据所实现加工的情况不同，也有不同的型号。我们刚开始接触数控机床，使用的是模拟型，在厂里所接触的就属于实用型，在这两者之间，也有不同的区别：程序所须代码的意思不同、系统不同、机床按键不同等。同时，根据实际情况所需，数控机床上的功能也随之变动：有的适用于加工普通零件，有的适用于加工高精度的零件。模型弄数控机床，是根据你所编的程度进行操作，没有任何的变动，相当于执行你的指令，不会自我完善；实用型数控机床则相反，它会根据所出现的情况，辨别进行完善，例如：机床用麻花钻进行钻孔，如果你没有设置退刀程序，模拟机床会根据你的程序，一直到钻孔结束；而厂里的机床，可以根据你设置的程序，进行完善，在钻孔时，会自动退一点点，让孔内的铁屑随着退刀出来，再继续钻孔。

篇2

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。

由于进行数控化改造对于改造厂家来说，较杂又乱，但如何对改造的数控机床进行质量控制则是我们一直以来需要探讨的问题，在此谈一下如何进行改造数控车床的质量控制。

普通车床数控改造分为新机改造和旧机改造，新机改造是用户购买普通车床或普通光机（指仅带床头箱和纵、横向导轨的车床），改造厂家根据其要求进行数控化改造。旧机改造是指用户将已经使用过的普通车床或数控车床进行翻新并进行数控化改造。其中旧机改造包括大修车床改造和用户旧机部件改造。在此浅谈改造数控车床在机械方面的质量控制方法、着重控制点和检验过程。

1新机改造和旧机大修车床改造都必须经过如下相同改造

(1)更换X轴、Z轴丝杆、轴承、电机。

(2)增加电动刀架和主轴编码器。

(3)增加轴向电机的驱动装置，限制运行超程的行程开关，加装变频器（客户需要）以及为了加工和安全所需的电气部分。

(4)X轴、Z轴的丝杆两端支承面的配刮、滚珠丝杆副托架与床鞍的配刮、床身与床鞍导轨副进行配刮。

(5)据需要增加防护设施，如各向丝杆的防护罩，安全防护门，行程开关的防护装置。

2新机改造和旧机大修车床改造的不同点

(1)新机改造的主轴和尾座部分未进行改动，主轴部分和尾座部分无须进行再改造。

(2)旧机大修车床由于经过长时间使用，导轨已磨损，为了保证大修后，能继续长时间使用而不变形，必须经过淬火工序，然后磨导轨，且磨导轨后必须保证导轨硬度≥HRC47。

(3)旧机大修车床应根据客户需要对主轴部分和尾座部分进行改造和调整。

3新机改造和大修机床改造的精度检验是检验的重要项目

精度检验执行JB/T8324.1-1996《简式数控卧式车床精度》。

4新车床改造的精度质量控制如下

(1)铲刮检验。新车床改造经过对X轴、Z轴的丝杆两端支承面的进行配刮、对滚珠丝杆副托架与床鞍进行配刮、床身与床鞍导轨副进行配刮等。车床的主轴、尾座部分未拆动。检验方法如下：用配合面进行涂色，相互配合面进行结合，并相对摩擦，然后对铲刮面进行铲刮点数检验，并对结合处用塞尺进行结合程度检验，其中刮研点不得低于6点/25*25mm，0.03mm的塞尺塞结合处，不入。

(2)丝杆与导轨平行度检验：装配丝杆时，丝杆与导轨的平行度必须≤0.02mm。

(3)精度检验的G1项中导轨在垂直平面内的直线度(只许凸)应由普通车床厂家进行保证，不作为重点检验项目。

(4)精度检验中的主轴部分精度G4、G5、G6项也应由普通车床厂家进行保证，不作为重点检验项目。

(5)G11项床头、尾座两顶尖的等高度由普通车床厂家进行保证，不作为改造厂家质量控制的重点项目。5用户大修车床改造的精度检验

由于进行了磨导轨，基准面已变动，所以精度检验中的所有项目必须进行检验，且应严格进行控制，以保证改造后的使用性能。

6大修车床改造和新机改造的其它质量重要控制点

(1)锈蚀检查：各横、纵向导轨面，主轴、主轴法兰盘，尾座空心套和各

(2)外露非油漆表面都必须采取防锈措施，如清洗干净后，用脂等进行防锈检查：铲刮面、丝杆和轴承在进行装配前必须清洗干净，不得留有红丹粉、铁削和其它脏物质；电箱内侧、防护罩内侧无灰尘、脏物。

(3)渗漏检查：大修车床改造的主轴轴承和齿轮等必须保持，大修车床改造和新车床改造的轴向丝杆和轴承必须有，必须有冷却装置，且以上和冷却中接头处，油、水箱等处都不得有渗漏现象。

(4)机床噪声、温升、转速、空运转试验：

①主轴在各种转速下连续空运转4min，其中最高转速运转时间不小于2小时。整机空运行时间≥16h，对圆弧、螺纹、外圆、端面等循环车削进行模拟空运行试验。

②主轴轴承温度稳定后，测轴承温度及温升滚动轴承：温度≤70℃，温升≤40℃；滑动轴承：温度≤60℃，温升≤30℃。

③机床噪声声压级空运转条件下≤83dB(A)，且机床有无不正常尖叫、冲击声。各轴方向进给运动进行应平稳，无明显振动、颤动和爬行现象。

④机床连续空运转试验在规定连续空运转时间内，无故障，运行可靠，稳定。

(5)用户更换部件（包括机床部分的维修）的改造：由于车床更换部件的改造项目较多，主要是更换主轴轴承、轴向丝杆、轴向电机、轴向轴承和系统。

①更换主轴轴承：由于更换主轴轴承是为了保证加工外圆和端面的精度，必须在更换轴承后，先行检验主轴的噪声在无异常的情况下，整机噪声声压级不得超过83dB（A），然后进行加工精度检验，并检验加工工件的表面粗糙度。

篇3

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。

由于进行数控化改造对于改造厂家来说，较杂又乱，但如何对改造的数控机床进行质量控制则是我们一直以来需要探讨的问题，在此谈一下如何进行改造数控车床的质量控制。

普通车床数控改造分为新机改造和旧机改造，新机改造是用户购买普通车床或普通光机（指仅带床头箱和纵、横向导轨的车床），改造厂家根据其要求进行数控化改造。旧机改造是指用户将已经使用过的普通车床或数控车床进行翻新并进行数控化改造。其中旧机改造包括大修车床改造和用户旧机部件改造。在此浅谈改造数控车床在机械方面的质量控制方法、着重控制点和检验过程。

1新机改造和旧机大修车床改造都必须经过如下相同改造

(1)更换X轴、Z轴丝杆、轴承、电机。

(2)增加电动刀架和主轴编码器。

(3)增加轴向电机的驱动装置，限制运行超程的行程开关，加装变频器（客户需要）以及为了加工和安全所需的电气部分。

(4)X轴、Z轴的丝杆两端支承面的配刮、滚珠丝杆副托架与床鞍的配刮、床身与床鞍导轨副进行配刮。

(5)据需要增加防护设施，如各向丝杆的防护罩，安全防护门，行程开关的防护装置。

2新机改造和旧机大修车床改造的不同点

(1)新机改造的主轴和尾座部分未进行改动，主轴部分和尾座部分无须进行再改造。

(2)旧机大修车床由于经过长时间使用，导轨已磨损，为了保证大修后，能继续长时间使用而不变形，必须经过淬火工序，然后磨导轨，且磨导轨后必须保证导轨硬度≥HRC47。

(3)旧机大修车床应根据客户需要对主轴部分和尾座部分进行改造和调整。

3新机改造和大修机床改造的精度检验是检验的重要项目

精度检验执行JB/T8324.1-1996《简式数控卧式车床精度》。

4新车床改造的精度质量控制如下

(1)铲刮检验。新车床改造经过对X轴、Z轴的丝杆两端支承面的进行配刮、对滚珠丝杆副托架与床鞍进行配刮、床身与床鞍导轨副进行配刮等。车床的主轴、尾座部分未拆动。检验方法如下：用配合面进行涂色，相互配合面进行结合，并相对摩擦，然后对铲刮面进行铲刮点数检验，并对结合处用塞尺进行结合程度检验，其中刮研点不得低于6点/25*25mm，0.03mm的塞尺塞结合处，不入。

(2)丝杆与导轨平行度检验：装配丝杆时，丝杆与导轨的平行度必须≤0.02mm。

(3)精度检验的G1项中导轨在垂直平面内的直线度(只许凸)应由普通车床厂家进行保证，不作为重点检验项目。

(4)精度检验中的主轴部分精度G4、G5、G6项也应由普通车床厂家进行保证，不作为重点检验项目。

(5)G11项床头、尾座两顶尖的等高度由普通车床厂家进行保证，不作为改造厂家质量控制的重点项目。

5用户大修车床改造的精度检验

由于进行了磨导轨，基准面已变动，所以精度检验中的所有项目必须进行检验，且应严格进行控制，以保证改造后的使用性能。

6大修车床改造和新机改造的其它质量重要控制点

(1)锈蚀检查：各横、纵向导轨面，主轴、主轴法兰盘，尾座空心套和各

(2)外露非油漆表面都必须采取防锈措施，如清洗干净后，用脂等进行防锈检查：铲刮面、丝杆和轴承在进行装配前必须清洗干净，不得留有红丹粉、铁削和其它脏物质；电箱内侧、防护罩内侧无灰尘、脏物。

(3)渗漏检查：大修车床改造的主轴轴承和齿轮等必须保持，大修车床改造和新车床改造的轴向丝杆和轴承必须有，必须有冷却装置，且以上和冷却中接头处，油、水箱等处都不得有渗漏现象。

(4)机床噪声、温升、转速、空运转试验：

①主轴在各种转速下连续空运转4min，其中最高转速运转时间不小于2小时。整机空运行时间≥16h，对圆弧、螺纹、外圆、端面等循环车削进行模拟空运行试验。

②主轴轴承温度稳定后，测轴承温度及温升滚动轴承：温度≤70℃，温升≤40℃；滑动轴承：温度≤60℃，温升≤30℃。

③机床噪声声压级空运转条件下≤83dB(A)，且机床有无不正常尖叫、冲击声。各轴方向进给运动进行应平稳，无明显振动、颤动和爬行现象。

④机床连续空运转试验在规定连续空运转时间内，无故障，运行可靠，稳定。

(5)用户更换部件（包括机床部分的维修）的改造：由于车床更换部件的改造项目较多，主要是更换主轴轴承、轴向丝杆、轴向电机、轴向轴承和系统。

①更换主轴轴承：由于更换主轴轴承是为了保证加工外圆和端面的精度，必须在更换轴承后，先行检验主轴的噪声在无异常的情况下，整机噪声声压级不得超过83dB（A），然后进行加工精度检验，并检验加工工件的表面粗糙度。

篇4

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。

由于进行数控化改造对于改造厂家来说，较杂又乱，但如何对改造的数控机床进行质量控制则是我们一直以来需要探讨的问题，在此谈一下如何进行改造数控车床的质量控制。

普通车床数控改造分为新机改造和旧机改造，新机改造是用户购买普通车床或普通光机（指仅带床头箱和纵、横向导轨的车床），改造厂家根据其要求进行数控化改造。旧机改造是指用户将已经使用过的普通车床或数控车床进行翻新并进行数控化改造。其中旧机改造包括大修车床改造和用户旧机部件改造。在此浅谈改造数控车床在机械方面的质量控制方法、着重控制点和检验过程。

1新机改造和旧机大修车床改造都必须经过如下相同改造

(1)更换X轴、Z轴丝杆、轴承、电机。

(2)增加电动刀架和主轴编码器。

(3)增加轴向电机的驱动装置，限制运行超程的行程开关，加装变频器（客户需要）以及为了加工和安全所需的电气部分。

(4)X轴、Z轴的丝杆两端支承面的配刮、滚珠丝杆副托架与床鞍的配刮、床身与床鞍导轨副进行配刮。

(5)据需要增加防护设施，如各向丝杆的防护罩，安全防护门，行程开关的防护装置。

2新机改造和旧机大修车床改造的不同点

(1)新机改造的主轴和尾座部分未进行改动，主轴部分和尾座部分无须进行再改造。

(2)旧机大修车床由于经过长时间使用，导轨已磨损，为了保证大修后，能继续长时间使用而不变形，必须经过淬火工序，然后磨导轨，且磨导轨后必须保证导轨硬度≥HRC47。

(3)旧机大修车床应根据客户需要对主轴部分和尾座部分进行改造和调整。

3新机改造和大修机床改造的精度检验是检验的重要项目

精度检验执行JB/T8324.1-1996《简式数控卧式车床精度》。

4新车床改造的精度质量控制如下

(1)铲刮检验。新车床改造经过对X轴、Z轴的丝杆两端支承面的进行配刮、对滚珠丝杆副托架与床鞍进行配刮、床身与床鞍导轨副进行配刮等。车床的主轴、尾座部分未拆动。检验方法如下：用配合面进行涂色，相互配合面进行结合，并相对摩擦，然后对铲刮面进行铲刮点数检验，并对结合处用塞尺进行结合程度检验，其中刮研点不得低于6点/25*25mm，0.03mm的塞尺塞结合处，不入。

(2)丝杆与导轨平行度检验：装配丝杆时，丝杆与导轨的平行度必须≤0.02mm。

(3)精度检验的G1项中导轨在垂直平面内的直线度(只许凸)应由普通车床厂家进行保证，不作为重点检验项目。

(4)精度检验中的主轴部分精度G4、G5、G6项也应由普通车床厂家进行保证，不作为重点检验项目。

(5)G11项床头、尾座两顶尖的等高度由普通车床厂家进行保证，不作为改造厂家质量控制的重点项目。5用户大修车床改造的精度检验

由于进行了磨导轨，基准面已变动，所以精度检验中的所有项目必须进行检验，且应严格进行控制，以保证改造后的使用性能。

6大修车床改造和新机改造的其它质量重要控制点

(1)锈蚀检查：各横、纵向导轨面，主轴、主轴法兰盘，尾座空心套和各

(2)外露非油漆表面都必须采取防锈措施，如清洗干净后，用脂等进行防锈检查：铲刮面、丝杆和轴承在进行装配前必须清洗干净，不得留有红丹粉、铁削和其它脏物质；电箱内侧、防护罩内侧无灰尘、脏物。

(3)渗漏检查：大修车床改造的主轴轴承和齿轮等必须保持，大修车床改造和新车床改造的轴向丝杆和轴承必须有，必须有冷却装置，且以上和冷却中接头处，油、水箱等处都不得有渗漏现象。

(4)机床噪声、温升、转速、空运转试验：

①主轴在各种转速下连续空运转4min，其中最高转速运转时间不小于2小时。整机空运行时间≥16h，对圆弧、螺纹、外圆、端面等循环车削进行模拟空运行试验。

②主轴轴承温度稳定后，测轴承温度及温升滚动轴承：温度≤70℃，温升≤40℃；滑动轴承：温度≤60℃，温升≤30℃。

③机床噪声声压级空运转条件下≤83dB(A)，且机床有无不正常尖叫、冲击声。各轴方向进给运动进行应平稳，无明显振动、颤动和爬行现象。

④机床连续空运转试验在规定连续空运转时间内，无故障，运行可靠，稳定。

(5)用户更换部件（包括机床部分的维修）的改造：由于车床更换部件的改造项目较多，主要是更换主轴轴承、轴向丝杆、轴向电机、轴向轴承和系统。

①更换主轴轴承：由于更换主轴轴承是为了保证加工外圆和端面的精度，必须在更换轴承后，先行检验主轴的噪声在无异常的情况下，整机噪声声压级不得超过83dB（A），然后进行加工精度检验，并检验加工工件的表面粗糙度。

篇5

本系统采用自行开发的二维图形软件包实现加工零件轮廓的图形描述,经过工序划分以及加工工艺参数的人机交互式输入,实现了数控加工程序直接从图形到程序的自动编程。

1.系统框架结构和功能

本系统结构模块的组成框图如图1所示,主要由以下模块组成:

(1)加工工艺规划模块。此模块根据数控加工工艺特点,将其分解为开口槽腔、闭口槽腔、端面车削、螺纹、切断等工步(开口槽腔、闭口槽腔、螺纹分别有外圆和内孔之分)。任何车削加工零件的外形轮廓加工工艺都可以拆分为以上工步。每一工步都有粗、精加工,可以通过工序管理器来实行加工程序的合并。

(2)特征图元绘制模块。此模块具有简单的CAD造型功能,能够完成零件二维轮廓的绘制。

同时在刀位轨迹生成以后能够实现轨迹的图形仿真显示。

(3)工艺参数设定模块。此模块对各种加工工艺参数进行交互式输入,包括起刀点、进退刀矢量、加工余量、切削深度、进给量、切削速度以及机床主轴转速等工艺参数。

(4)刀位轨迹生成模块。此模块根据所选择的工步以及走刀方式,自动生成刀位轨迹。

(5)G代码生成模块。此模块将系统生成的刀位轨迹转换为数控车床加工G代码程序并以文本文档的形式输出。

2.零件轮廓的表达以及图形输入

数控车床加工的零件多以轴类及盘类零件为主,尽管这些待加工零件是真三维的,但是在实际加工中,一般都是二维的,即刀具在一次切削过程中始终在X-Z平面内运动。因此,本系统可以用直线、圆弧来完成加工零件轮廓的二维描述。

2.1零件轮廓的表达

数控车床加工的零件,其表面轮廓段一般都由直线和圆弧等构成,针对这种情况建立了零件轮廓的统一表达模型,将构成零件轮廓的各轮廓段统一用轮廓边界点表示,这样便可以建立整体轮廓的统一描述。可以认为零件的整体轮廓均是由直线和圆弧构成的,对于自由曲线,可以根据自由曲线轮廓段的表面粗糙度要求,采用有理B样条插值算法将其离散为一系列直线段。

把构成轮廓表面的各轮廓统一称为边界点,那么整条轮廓便是由多个首尾相连接的边界点所组成,每一边界点内含有一个描述边界性质的几何点点集。直线是一个包含两个几何点(起点和终点)点集的边界点;圆弧是一个包含3个几何点(起点、终点和圆心)点集的边界点,由于三点不能唯一确定一条圆弧,因此,可以再加上圆弧的旋转方向(顺时针或者逆时针)来确定圆弧。本系统采用面向对象的计算机编程语言Python开发[6,7],在数据结构上采用

Python语言的数据类型列表来表示一个轮廓段的边界点。如图2(a)所示的零件轮廓段的数据结构为:Part=[(′Line′,[(2010,12010),(381366,861405)]),(′Oval1′,[0,(381366,861405),(811176,1021418),(591198,621341)]),(′Oval1′,[1,(591198,621341),(461535,381039),(721116,471866)]),(′Line′,[(721116,471866),(821156,201065),(1411307,201065)])]。其中,直线的标志为‘Line’;圆弧的标志为‘Oval1’,圆弧后面的点集列表中的1表示顺圆,0表示逆圆。

2.2图形输入

零件几何图素的输入主要包括点、线、圆的输入,通过系统给出的绘图工具在绘图区绘出。如点可以通过键盘形式进行参数输入,也可以直接通过鼠标点击输入。系统提供了直线和圆弧的绘图工具。直线主要通过两点来生成,选取直线的绘图工具以后,在绘图区直接鼠标点击就可以生成直线,连续点击将生成首尾相连的多条直线。圆弧的绘图工具包括三点圆弧(起点、终点和圆心)以及两点半径圆弧(起点、终点和半径),通过圆弧的旋转方向来最终确定为顺时针圆弧还是逆时针圆弧。

几何元素输入后分别以点线圆的标准形式存放于几何参数表中,其中点的记录内容为坐标值(X,Y),直线和圆弧的记录内容如上文所述。这些数据都以列表的形式存放在计算机的内存中。图2所示为本系统根据数控车削加工工艺划分的开口槽腔和闭口槽腔的图形显示,其中开口槽腔定义为用水平线与零件轮廓线求交时有且只有一个交点的轮廓形状,闭口槽腔则只有两个交点。

零件轮廓数据输入后往往需要进行修改,可利用图形编辑菜单项中的撤消、重画、删除等功能最终形成该零件的加工轮廓图形。直线和直线相交的地方,可以进行倒角处理,在作图过程中,选择倒角功能,可以通过数据显示功能来选择倒角方式(直线倒角还是圆弧倒角),输入倒角的参数最终实现倒角。

3.刀位轨迹和G代码程序的生成

刀位轨迹以及G代码生成是本系统的核心部分,根据前面所述的工步划分,选择合适的工步,绘制零件的加工表面二维轮廓图形,可以使用系统工艺参数数据库自动提供的预设加工工艺参数,也可以通过人机交互方式完成工艺参数的输入。同时也可以修改某一工艺中的刀具参数、切削参数等。数控加工中为减少多次安装带来的安装误差,一般采用一次安装。

对那些需要调头加工的部位采用右偏刀反向走刀切削,此外,对于端面处的开口槽腔,加工时可以选择向下的切削方向。因此加工时的切削方向分为向左、向右和向下的切削方向。

在刀位轨迹规划中,粗加工的刀位轨迹规划是关键,精加工只是刀具沿着轮廓线走刀,因此其刀位轨迹的生成算法仅仅是加工零件表面曲线的偏置,图3所示为开口槽腔加工时的刀位轨迹生成程序框图。而粗加工往往还跟零件的毛坯形状有关,本系统可以绘制外圆以及内孔加工时的毛坯轮廓曲线,跟零件轮廓曲线结合而确定加工区域。根据加工参数中的起刀点、加工余量、进退刀矢量等参数,用水平线与加工区域求交,求得的交点即为刀具刀尖的运动点坐标。

在点击主界面上的生成G代码的按钮后可以将生成刀位轨迹和G代码程序显示在界面上,并可以将零件信息、毛坯信息、加工工艺参数和G代码程序一起用文本文件保存下来。如图4所示,主界面左边显示的就是图3中的开口和闭口槽腔沿负Z轴方向水平切削的刀位轨迹,右下角显示的是生成的G代码程序。

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一、问题的提出

数控车削加工主要包括工艺分析、程序编制、装刀、装工件、对刀、粗加工、半精加工、精加工。而数控车削的工艺分析是数控车削加工顺利完成的保障。

数控车削加工工艺是采用数控车床加工零件时所运用的方法和技术手段的总和。其主要内容包括以下几个方面：

(一)选择并确定零件的数控车削加工内容；(二)对零件图纸进行数控车削加工工艺分析；(三)工具、夹具的选择和调整设计；(四)切削用量选择；(五)工序、工步的设计；(六)加工轨迹的计算和优化；(七)编制数控加工工艺技术文件。

笔者观察了很多数控车的技术工人，阅读了不少关于数控车削加工工艺的文章，发现大部分的使用者采用选择并确定零件的数控车削加工内容、零件图分析、夹具和刀具的选择、切削用量选择、划分工序及拟定加工顺序、加工轨迹的计算和优化、编制数控加工工艺技术文件的顺序来进行工艺分析。

但是笔者分析了上述的顺序之后，发现有点不妥。因为整个零件的工序、工步的设计是工艺分析这一环节中最重要的一部分内容。工序、工步的设计直接关系到能否加工出符合零件形位公差要求的零件。工序、工步的设计不合理将直接导致零件的形位公差达不到要求。换言之就是工序、工步的设计不合理直接导致产生次品。

二、分析问题

目前，数控车床的使用者的操作水平非常高，并且能够独立解决很多操作上的难题，但是他们的理论水平不是很高，这是造成工艺分析顺序不合理的主要原因。

造成工艺分析顺序不合理的另一个原因是企业的工量具设备不足。

三、解决问题

其实分析了工艺分析顺序不合理的现象和原因之后，解决问题就非常容易了。需要做的工作只要将对零件的分析顺序稍做调整就可以。

笔者认为合理的工艺分析步骤应该是：

(一)选择并确定零件的数控车削加工内容；(二)对零件图纸进行数控车削加工工艺分析；(三)工序、工步的设计；(四)工具、夹具的选择和调整设计；(五)切削用量选择；

(六)加工轨迹的计算和优化；(七)编制数控加工工艺技术文件。

本文主要对二、三、四、五三个步骤进行详细的阐述。

(一)零件图分析

零件图分析是制定数控车削工艺的首要任务。主要进行尺寸标注方法分析、轮廓几何要素分析以及精度和技术要求分析。此外还应分析零件结构和加工要求的合理性，选择工艺基准。

1.选择基准

零件图上的尺寸标注方法应适应数控车床的加工特点，以同一基准标注尺寸或直接给出坐标尺寸。这种标注方法既便于编程，又有利于设计基准、工艺基准、测量基准和编程原点的统一。

2.节点坐标计算

在手工编程时，要计算每个节点坐标。在自动编程时要对零件轮廓的所有几何元素进行定义。

3.精度和技术要求分析

对被加工零件的精度和技术进行分析，是零件工艺性分析的重要内容，只有在分析零件尺寸精度和表面粗糙度的基础上，才能正确合理地选择加工方法、装夹方式、刀具及切削用量等。

(二)工序、工步的设计

1.工序划分的原则

在数控车床上加工零件，常用的工序的划分原则有两种。

(1)保持精度原则。工序一般要求尽可能地集中，粗、精加工通常会在一次装夹中全部完成。为减少热变形和切削力变形对工件的形状、位置精度、尺寸精度和表面粗糙度的影响，则应将粗、精加工分开进行。

(2)提高生产效率原则。为减少换刀次数，节省换刀时间，提高生产效率，应将需要用同一把刀加工的加工部位都完成后，再换另一把刀来加工其他部位，同时应尽量减少空行程。

2.确定加工顺序

制定加工顺序一般遵循下列原则：

(1)先粗后精。按照粗车半精车精车的顺序进行，逐步提高加工精度。

(2)先近后远。离对刀点近的部位先加工，离对刀点远的部位后加工，以便缩短刀具移动距离，减少空行程时间。此外，先近后远车削还有利于保持坯件或半成品的刚性，改善其切削条件。

(3)内外交叉。对既有内表面又有外表面需加工的零件，应先进行内外表面的粗加工，后进行内外表面的精加工。

(4)基面先行。用作精基准的表面应优先加工出来，定位基准的表面越精确，装夹误差越小。

(三)夹具和刀具的选择

1.工件的装夹与定位

数控车削加工中尽可能做到一次装夹后能加工出全部或大部分代加工表面，尽量减少装夹次数，以提高加工效率、保证加工精度。对于轴类零件，通常以零件自身的外圆柱面作定位基准；对于套类零件，则以内孔为定位基准。数控车床夹具除了使用通用的三爪自动定心卡盘、四爪卡盘、液压、电动及气动夹具外，还有多种通用性较好的专用夹具。实际操作时应合理选择。

2.刀具选择

刀具的使用寿命除与刀具材料相关外，还与刀具的直径有很大的关系。刀具直径越大，能承受的切削用量也越大。所以在零件形状允许的情况下，采用尽可能大的刀具直径是延长刀具寿命，提高生产率的有效措施。数控车削常用的刀具一般分为3类。即尖形车刀、圆弧形车刀和成型车刀。

(四)切削用量选择

数控车削加工中的切削用量包括背吃刀量ap、主轴转速S(或切削速度υ)及进给速度F(或进给量f)。

切削用量的选择原则，合理选用切削用量对提高数控车床的加工质量至关重要。确定数控车床的切削用量时一定要根据机床说明书中规定的要求，以及刀具的耐用度去选择，也可结合实际经验采用类比法来确定。一般的选择原则是：粗车时，首先考虑在机床刚度允许的情况下选择尽可能大的背吃刀量ap；其次选择较大的进给量f；最后再根据刀具允许的寿命确定一个合适的切削速度υ。增大背吃刀量可减少走刀次数，提高加工效率，增大进给量有利于断屑。精车时，应着重考虑如何保证加工质量，并在此基础上尽量提高加工效率，因此宜选用较小的背吃刀量和进给量，尽可能地提高加工速度。主轴转速S(r/min)可根据切削速度υ(mm/min)由公式S=υ1000/πD(D为工件或刀/具直径mm)计算得出，也可以查表或根据实践经验确定。

三、结语

数控机床作为一种高效率的设备，欲充分发挥其高性能、高精度和高自动化的特点，除了必须掌握机床的性能、特点及操作方法外，还应在编程前进行详细的工艺分析和确定合理的加工工艺，以得到最优的加工方案。

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第一章概述

机床作为机械制造业的重要基础装备，它的发展一直引起人们的关注，由于计算机技术的兴起，促使机床的控制信息出现了质的突破，导致了应用数字化技术进行柔性自动化控制的新一代机床－数控机床的诞生和发展。计算机的出现和应用，为人类提供了实现机械加工工艺过程自动化的理想手段。随着计算机的发展，数控机床也得到迅速的发展和广泛的应用，同时使人们对传统的机床传动及结构的概念发生了根本的转变。数控机床以其优异的性能和精度、灵捷而多样化的功能引起世人瞩目，并开创机械产品向机电一体化发展的先河。数控机床是以数字化的信息实现机床控制的机电一体化产品，它把刀具和工件之间的相对位置，机床电机的启动和停止，主轴变速，工件松开和夹紧，刀具的选择，冷却泵的起停等各种操作和顺序动作等信息用代码化的数字记录在控制介质上，然后将数字信息送入数控装置或计算机，经过译码，运算，发出各种指令控制机床伺服系统或其它的执行元件，加工出所需的工件。数控机床与普通机床相比，其主要有以下的优点：1.适应性强，适合加工单件或小批量的复杂工件；在数控机床上改变加工工件时，只需重新编制新工件的加工程序，就能实现新工件加工。2.加工精度高；3.生产效率高；4.减轻劳动强度，改善劳动条件；5.良好的经济效益；6.有利于生产管理的现代化。数控机床已成为我国市场需求的主流产品，需求量逐年激增。我国数控机机床近几年在产业化和产品开发上取得了明显的进步，特别是在机床的高速化、多轴化、复合化、精密化方面进步很大。但是，国产数控机床与先进国家的同类产品相比，还存在差距，还不能满足国家建设的需要。我国是一个机床大国，有三百多万台普通机床。但机床的素质差，性能落后，单台机床的平均产值只有先进工业国家的1/10左右，差距太大，急待改造。旧机床的数控化改造，顾名思义就是在普通机床上增加微机控制装置，使其具有一定的自动化能力，以实现预定的加工工艺目标。随着数控机床越来越多的普及应用，数控机床的技术经济效益为大家所理解。在国内工厂的技术改造中，机床的微机数控化改造已成为重要方面。许多工厂一面购置数控机床一面利用数控、数显、PC技术改造普通机床，并取得了良好的经济效益。我国经济资源有限，国家大，机床需要量大，因此不可能拿出相当大的资金去购买新型的数控机床，而我国的旧机床很多，用经济型数控系统改造普通机床，在投资少的情况下，使其既能满足加工的需要，又能提高机床的自动化程度，比较符合我国的国情。1984年，我国开始生产经济型数控系统，并用于改造旧机床。到目前为止，已有很多厂家生产经济型数控系统。可以预料，今后，机床的经济型数控化改造将迅速发展和普及。所以说，本毕业设计实例具有典型性和实用性。

第二章总体方案的设计

2.1设计任务本设计任务是对CA6140普通车床进行数控改造。利用微机对纵、横向进给系统进行开环控制，纵向（Z向）脉冲当量为0.01mm/脉冲，横向（X向）脉冲当量为0.005mm/脉冲，驱动元件采用步进电机，传动系统采用滚珠丝杠副，刀架采用自动转位刀架。2.2总体方案的论证对于普通机床的经济型数控改造，在确定总体设计方案时，应考虑在满足设计要求的前提下，对机床的改动应尽可能少，以降低成本。（1）数控系统运动方式的确定数控系统按运动方式可分为点位控制系统、点位直线控制系统、连续控制系统。由于要求CA6140车床加工复杂轮廓零件，所以本微机数控系统采用两轴联动连续控制系统。（2）伺服进给系统的改造设计数控机床的伺服进给系统有开环、半闭环和闭环之分。因为开环控制具有结构简单、设计制造容易、控制精度较好、容易调试、价格便宜、使用维修方便等优点。所以，本设计决定采用开环控制系统。（3）数控系统的硬件电路设计任何一个数控系统都由硬件和软件两部分组成。硬件是数控系统的基础，性能的好坏直接影响整体数控系统的工作性能。有了硬件，软件才能有效地运行。在设计的数控装置中，CPU的选择是关键，选择CPU应考虑以下要素：1.时钟频率和字长与被控对象的运动速度和精度密切相关；2.可扩展存储器的容量与数控功能的强弱相关；3.I/O口扩展的能力与对外设控制的能力相关。除此之外，还应根据数控系统的应用场合、控制对象以及各种性能、参数要求等，综合起来考虑以确定CPU。在我国，普通机床数控改造方面应用较普遍的是Z80CPU和MCS-51系列单片机，主要是因为它们的配套芯片便宜，普及性、通用性强，制造和维修方便，完全能满足经济型数控机床的改造需要。本设计中是以MCS-51系列单片机，51系列相对48系列指令更丰富，相对96系列价格更便宜，51系列中，是无ROM的8051，8751是用EPROM代替ROM的8051。目前，工控机中应用最多的是8031单片机。本设计以8031芯片为核心，增加存储器扩展电路、接口和面板操作开关组成的控制系统。2.3总体方案的确定经总体设计方案的论证后，确定的CA6140车床经济型数控改造示意图如图所示。CA6140车床的主轴转速部分保留原机床的功能，即手动变速。车床的纵向（Z轴）和横向（X轴）进给运动采用步进电机驱动。由8031单片机组成微机作为数控装置的核心，由I/O接口、环形分配器与功率放大器一起控制步进电机转动，经齿轮减速后带动滚珠丝杠转动，从而实现车床的纵向、横向进给运动。刀架改成由微机控制的经电机驱动的自动控制的自动转位刀架。为保持切削螺纹的功能，必须安装主轴脉冲发生器，为此采用主轴靠同步齿形带使脉冲发生器同步旋转，发出两路信号：每转发出的脉冲个数和一个同步信号，经隔离电路以及I/O接口送给微机。如图2－1所示：

第三章微机数控系统硬件电路设计

3.1微机数控系统硬件电路总体方案设计本系统选用8031CPU作为数控系统的中央处理机。外接一片2764EPROM，作为监控程序的程序存储器和存放常用零件的加工程序。再选用一片6264RAM用于存放需要随机修改的零件程序、工作参数。采用译码法对扩展芯片进行寻址，采用74LS138译码器完成此功能。8279作为系统的输入输出口扩展，分别接键盘的输入、输出显示，8255接步进电机的环形分配器，分别并行控制X轴和Z轴的步进电机。另外，还要考虑机床与单片机之间的光电隔离，功率放大电路等。其硬件框图如图3－1所示：图3－28031芯片内部结构图各引脚功能简要介绍如下：⒈源引脚VSS：电源接地端。VCC：＋5V电源端。⒉输入/输出（I/O）口线8031单片机有P0、P1、P2、P34个端口，每个端口8根I/O线。当系统扩展外部存储器时，P0口用来输出低8位并行数据，P2口用来输出高8位地址，P3口除可作为一个8位准双向并行口外，还具有第二功能，各引脚第二功能定义如下：P3.0RXD：串行数据输入端。P3.1TXD：串行数据输出端P3.2INT0：外部中断0请求信号输入端。P3.3INT1：外部中断1请求信号输入端。P3.4T0：定时器/计数器0外部输入端P3.5T1：定时器/计数器1外部输入端P3.6WR：外部数据存储器写选通。P3.7RD：外部数据存储器读选通。在进行第二功能操作前，对第二功能的输出锁存器必须由程序置1。⒊信号控制线RST/VPD：RST为复位信号线输入引脚，在时钟电路工作以后，该引脚上出现两个机器周期以上的高电平，完成一次复位操作。8031单片机采用两种复位方式：一种是加电自动复位，另一种为开关复位。ALE/PROG：ALE是地址锁存允许信号。它的作用是把CPU从P0口分时送出的低8位地址锁存在一个外加的锁存器中。外部程序存储器读选通信号。当其为低电平时有效。

VPP：当EA为高电平且PC值小于0FFFH时CPU执行内部程序存储器中的程序。当EA为低电平时，CPU仅执行外部程序存储器中的程序。XTAL1：震荡器的反相放大器输入，使用外部震荡器时必须接地；XTAL2：震荡器的反相放大器输出，使用外部震荡器时，接收震荡信号；（2）片外三总线结构单片机在实际应用中，常常要扩展外部存储器、I/O口等。单片机的引脚，除了电源、复位、时钟输入以及用户I/O口外，其余的引脚都是为了实现系统扩展而设置的，这些引脚构成了三总线形式：⒈地址总线AB地址总线宽度为16位。因此，外部存储器直接寻址范围为64KB。由P0口经地址锁存器提供16位地址总线的低8位地址（A7～A0），P2口直接提供高8位地址（A15～A8）。⒉数据总线DB数据总线宽度为8位，由P0口提供。⒊控制总线CB控制总线由第二功能状态下的P3口和4根独立的控制线RST、EA、ALE和PSEN组成。其引脚图如图3－3所示：3.1.28255A可编程并行I/O口扩展芯片8255A可编程并行I/O口扩展芯片可以直接与MCS系列单片机系统总线连接，它具有三个8位的并行I/O口，具有三种工作方式，通过编程能够方便地采用无条件传送、查询传送或中断传送方式完成CPU与设备之间的信息交换。8255A的结构及引脚功能：1、8255A的结构8255A的内部结构如图3－4所示。其中包括三个8位并行数据I/O端口，二个工作方式控制电路，一个读/写控制逻辑电路和一个8位数据总线缓冲器。各部分功能介绍如下：（1）三个8位并行I/O端口A、B、CA口：具有一个8位数据输出锁存/缓冲器和一个8位数据输入锁存器。可编程为8位输入、或8位输出、或8位双向寄存器。B口：具有一个8位数据输出锁存/缓冲器和一个8位输入或输出寄存器，但不能双向输入/输出。C口：具有一个8位数据输出锁存/缓冲器和一个8位数据输入缓冲器，C口可分作两个4位口，用于输入或输出，也可作为A口和B口选通方式工作时的状态控制信号。（2）工作方式控制电路A、B两组控制电路把三个端口分成A、B两组，A组控制A口各位和C口高四位，B组控制B口各位和C口低四位。两组控制电路各有一个控制命令寄存器，用来接收由CPU写入的控制字，以决定两组端口的工作方式。也可根据控制字的要求对C口按位清“0”或置“1”。（3）读/写控制逻辑电路它接收来自CPU的地址信号及一些控制信号，控制各个口的工作状态。（4）数据总线缓冲器它是一个三态双向缓冲器，用于和系统的数据总线直接相连，以实现CPU和8255A之间信息的传送。

参考文献：

[1]王润孝，秦现生.机床数控原理与系统.西安:西北工业大学出版社,2000

[2]李华，MCS-51单片机实用接口技术.北京:北京航空航天大学出版社,1993

[3]李圣怡等，Windows环境下软硬件接口设计.长沙:国防科技大学出版社,2001

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中图分类号：G715 文献标识码：A 文章编号：1671-0568（2013）14-0027-03

江苏省徐州技师学院从2003年开始招收数控车工技师，已累计为社会培养1000多名数控车工技师。在这10年的培训教学与考核中积累了一定经验，也存在着许多问题，值得我们思考。

一、数控车工技师考核情况简介

数控车工技师每年由江苏省技能鉴定部门统一安排在3月、5月、9月和11月共考核四次。各校根据自己的实际情况向市技能鉴定指导中心申报，市技能鉴定部门审核通过后，统一上报省技能鉴定指导中心，由省技能鉴定部门从题库统一抽取试题进行考核。省技能鉴定部门派考评人员督导，市技能鉴定部门具体实施。考核共分为论文答辩、理论考核和实操考核三个环节，每个环节独立考核，单独给分，以百分制形式进行，低于60分为不及格，三个环节均达到60分，技师才为考核过关，否则不予通过。

1.论文答辩。论文答辩环节是技师考核的第一关，也是至关重要的一关，此关不及格，后面两关不予考核，取消考试资格。论文答辩小组一般有三名评委组成。学生陈述论文后，评委针对学生的论文对进行提问，问题既有论文内的内容，也有拓展知识。

2.理论考核。理论考核时间为90分钟，满分100分，60分及格。题型有填空题、选择题、判断题、简答题、论述题及编程题等几部分组成。内容包括公差、制图、材料、软件、工艺、机床、夹具、编程和刀具等专业内容，知识面较广。

3.实操考核。实操考核环节由机械加工工艺规程编制、数控车床编程、数控车床加工、零件自检和数控车床精度检测等五个模块组成。总分100分，60分及格，每个模块权重不同，但都要达到60%才为及格。

（1）加工工艺规程编制模块。要求学生根据加工图纸，按照工序独立编制零件加工工艺规程，内容包括刀具、切削用量、工装和量具的选择等。时间为30分钟，分数占10%。

（2）数控车床编程模块。要求学生根据图纸在计算机上独立绘制二维图形，自动生成加工程序，并进行仿真加工。时间为90分钟，分数占20%。

（3）数控车床加工。要求学生根据备料通知要求，把加工程序拷贝或传输到机床上进行独立加工，最终完成图纸要求的配合件。时间为240分钟，分数占50%。

（4）零件自检模块。要求学生根据零件自检表规定的内容，对自己加工的零件尺寸、形位公差和表面粗糙度等进行客观检测。考评教师根据学生检测结果与实际结果之间的差值进行评分。时间包括在数控车床加工的240分钟内，成绩占10%。

（5）数控车床精度检测模块。要求学生按照数控车床精度检测模块规定的内容进行实际检测，并作记录。考评教师根据学生检测方法和检测结果进行评分。时间为30分钟，成绩占10%。

二、数控车工技师考核存在的问题

1.论文撰写方面。技工院校的生源质量相对不高，学生大都是未升入高中或大学的落榜生。他们文化基础知识薄弱，进入技工院校的目的就是想学一门技术，找份合适的工作；他们往往不重视文化知识的进一步学习，而只重视技能训练。文化课的教学学时较短，论文写作水平大多只停留在初高中的层次上，甚至更低。所以，要让这部分学生经过三至四年专业知识学习后再写出像样的论文，难度确实很大。不要说文学功底不牢，遣词造句不行，就是专业素材都很成问题。他们一是没有实际工作经验，只是在校内按教师要求进行零件的加工，二是不重视工艺的分析、经验的积累，三是没有技术革新的能力。他们的论文要么是书本内容的复制，要么是网上现成论文的下载，要么是教师编制工艺的抄写，根本没有创新。能够写出自己感想或体会的文章已实属不易，所以一次通过率往往不高。

2.理论考核方面。数控车工技师理论考核牵涉的知识面非常广泛，几乎涵盖了在校学习的所有专业知识。这些知识点分散在10多门课程中，零散且不系统，又没有复纲，全靠教师的经验和学生平时的知识积累。往往经过几个月的紧张忙碌后，成绩还不是很理想，极大地挫伤了学生申报技师考核的积极性。

3.实操考核方面。虽然学生平时很重视实训操作的训练，但由于实操考核环节模块较多，考前一周才能看到实操考核的备料通知单，只能凭教师的经验和学生的基础进行考核。如果平时没有扎实的基本功和识图、编程、工艺分析等方面的综合能力，在有限的时间内通过实操项目的考核难度确实很大，而且每个模块均要达到所占分数的60%以上，否则不能过关，所以总体过关率也不是很高。

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0前言

机械结构虚拟优化设计是以计算机建模和仿真技术为基础，集计算机图形学、虚拟现实技术、机械动力学、有限元分析、优化设计等技术为一体，由多学科知识组成的综合系统技术，是机械结构动力学设计技术在计算机环境中数字化、图像化的映射。本文分析了机械产品虚拟动态优化设计的一般过程，以数控车床关键部件一尾架为例，建立了三维可视化的有限元CAE模型，通过对模型进行结构分析，实现该部件结构的动态优化。

1机械结构虚拟动态优化设计过程

机械产品虚拟动态设计的一般过程是:先建立满足工作性能要求的产品初始CAD模型(初步设计图样)，然后对产品结构进行动力学建模和动态特性分析，再根据工程实际情况，给出结构动态特性的要求或预定的动态设计目标，按结构动力学“逆问题”方法直接求解设计参数，或按结构“正问题”分析法，进行结构改进设计，直到满足预期性能设计要求，从而获得一个具有良好静、动态特性的产品设计方案，如图1所示。结构动态设计的主要内容包括:

(1)建立一个切合实际的结构动力学模型;

(2)选择有效的动态优化设计方法。

2机械结构建模分析及优化实例

以数控车床关键部件尾架为例进行研究。数控车床动态设计是在“正问题”处理方法的基础上进行的，数控车床共有零、部件800多个，其中对整机结构性能影响大的零、部件主要有以下几个:床身、主轴箱、尾架等。为使整机具有良好的动态性能，必须对关键部件进行优化。为此，应先建立数控车床主要部件的几何模型和满足其动力学特征的有限元模型，进行动态分析，根据动态分析的结果对原部件结构设计的薄弱环节进行动力学修改和结构分析优化，最终得到一个具有良好静、动态特性的产品设计方案。

数控车床的尾架安置在床身的尾架导轨上，并可沿此导轨调整其纵向位置。尾架套筒的锥孔装有后顶尖，用以支撑工件。由于尾架顶尖与主轴箱卡盘的同轴度直接影响着车床加工零件的精度，因此，尾架的结构是否合理对保证车床加工高精度很重要。

如图2为尾架系统的有限元模型，考虑到实际情况，将尾架导轨与两导轨座作为一体处理，尾架体与导轨之间以互为接触单元为主，每个导轨座均布4个全约束点，系统共有单元7 049个。得到尾架系统前三阶振型如图3(a)，3(b)，3(c)所示。表1列出了尾架系统计算频率及振型特性。

由分析可知，该尾架系统刚度很弱，相当于简支梁，是整机结构中非常薄弱的部分。综合新车床的布局，考虑铸造工艺性，尾架的导轨直接与床身一体，优化后的尾架由上下2部分组成，如图4所示，其有限元模型如图5所示。

建立改进尾架的有限元模型，系统共有2 210个体单元，对尾架上下2部分祸合12个节点，前三阶固有振型如表2所示。

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1.数控车床维护保养工作的基本条件

数控车床的身价从几十万元到上千万元，一般都是企业中关键产品、关键工序的关键设备，一旦故障停机，其影响和损失往往很大。但是，人们对这样的设备往往更多地是看重其效能，而不仅对合理地使用不够重视，更对其保养及维修工作关注太少，日常忽视对保养与维修工作条件的创造和投入，故障出现临时抱佛脚的现象很是普遍。因此，为了充分发挥数控车床的效益，我们一定要重视日常维护工作，创造出良好的维修条件。

1.1人员条件

数控车床电气维修工作的快速性、优质性关键取决于电气维修人员的素质条件。

首先要有高度的责任心和良好的职业道德；知识面要广，要学习并基本掌握有关数控车床的各学科知识，如计算机技术、模拟与数字电路技术、自动控制与拖动理论、控制技术、加工工艺以及机械传动技术，当然还包括基本数控知识；应经过良好的技术培训，数控技术基础理论的学习，尤其是针对具体数控车床的技术培训，首先是参加相关的培训班和车床安装现场的实际培训，然后向有经验的操作、维修人员学习，而更重要且更长时间的是自学；勇于实践，要积极投入数控车床的维修与操作的工作中去，在不断的实践中提高分析能力和动手能力；掌握科学的方法，要做好维修工作光有热情是不够的，还必须在长期的学习和实践中总结提高，从中提炼出分析问题、解决问题的科学的方法；学习并掌握各种电气维修中常用的仪器、仪表和工具。

1.2物质条件

准备好通用的和专用的数控车床电气备件；常备电器元件应做到采购渠道快速畅通；必要的维修工具、仪器仪表等，最好配有笔记本电脑并装有必要的维修软件；要有完整的数控车床技术图样和资料；数控车床使用、维修技术资料档案。

1.3关于预防性维护

预防性维护的目的是为了降低故障率，其工作内容主要包括下列几方面的工作：

要分配专门的操作人员、工艺人员和维修人员，所有人员都要不断地努力提高自己的业务技术水平；建档针对每台车床的具体性能和加工对象制定操作规章，建立工作与维修档案，要经常检查、总结、改进；建立日常维护保养计划，保养内容包括坐标轴传动系统的、磨损情况，主轴等，油、水、气路，各项温度控制，平衡系统，冷却系统，传动带的松紧，继电器、接触器触头清洁，各插头、接线端是否松动，电气柜通风状况等等，及各功能部件和元件的保养周期。

2.数控车床维护保养工作内容

数控车床具有集机、电、液为一体的自动化机床，经各部分的执行功能最后共同完成机械执行机构的移动、转动、夹紧、松开、变速和换刀等各种动作，可见做好数控车床的日常维护保养将直接影响机床性能。数控车床日常维护主要包括机床本体、主轴部件、滚珠丝杠螺母副、导轨副、电气控制系统、数控系统等维护。

2.1外观保养

每天做好机床清扫卫生，清扫铁屑，擦干净导轨部位的冷却液。下班时所有的加工面抹上机油，防止生锈；每天注意检查导轨、机床防护罩是否齐全有效；每天检查机床内外有无磕、碰、拉伤现象；定期清除各部件切屑、油垢，做到无死角，保持内外清洁，无锈蚀。

2.2主轴的维护

在数控车床中，主轴是最关键的部件，对机床的加工精度起着决定性作用。它的回转精度影响到工件的加工精度，功率大小和回转速度影响到加工效率。主轴部件机械结构的维护主要包括主轴支撑、传动、等。

定期检查主轴支撑轴承：轴承预紧力不够，或预紧螺钉松动，游隙过大，会使主轴产生轴向窜动，应及时调整；轴承拉毛或损坏应及时更换；定期检查主轴恒温油箱，及时清洗过滤器，更换油等，保证主轴有良好的；定期检查齿轮，若有严重损坏，或齿轮啮合间隙过大，应及时更换齿轮和调整啮合间隙；定期检查主轴驱动皮带，应及时调整皮带松紧程度或更换皮带。

2.3滚珠丝杠螺母副的维护

滚珠丝杠传动由于其有传动效率高、精度高、运动平稳、寿命长以及可预紧消隙等优点，因此在数控车床使用广泛。其日常维护保养包括以下几个方面：

定期检查滚珠丝杠螺母副的轴向间隙：一般情况下可以用控制系统自动补偿来消除间隙；当间隙过大，可以通过调整滚珠丝杠螺母副来保证，数控车床滚珠丝杠螺母副多数采用双螺母结构，可以通过双螺母预紧消除间隙；定期检查丝杠防护罩：以防止尘埃和磨粒黏结在丝杠表面，影响丝杠使用寿命和精度，发现丝杠防护罩破损应及时维修和更换；定期检查滚珠丝杠螺母副的：滚珠丝杠螺母副剂可以分为脂和油两种。脂每半年更换一次，清洗丝杠上的旧脂，涂上新的脂；用油的滚轴丝杠螺母副，可在每次机床工作前加油一次。

2.4导轨副的维护

导轨副是数控车床的重要的执行部件，常见的有滑动导轨和滚动导轨。导轨副的维护一般是不定期，主要内容包括：

检查各轴导轨上镶条、压紧滚轮，保证导轨面之间有合理间隙。根据机床说明书调整松紧状态，间隙调整方法有压板间隙调整间隙、镶条调整间隙和压板镶条调整间隙等；注意导轨副的：导轨面上进行后，可以降低摩擦，减少磨损，并且可以防止导轨生锈。根据导轨状况及时调整导轨油量，保证油压力，保证导轨良好；经常检查导轨防护罩：以防止切屑、磨粒或冷却液散落在导轨面上引起的磨损、擦伤和锈蚀。发现防护罩破损应及时维修和更换。

2.5电气控制系统的日常维护

数控车床电气控制系统是机床的关键部分，主要包括伺服与检测装置、PLC、电源和电气部件等，其日常维护包括以下几个方面：

（1）定期检查电气部件，检查各插头、插座、电缆、各继电器触点是否出现接触不良，短路故障；检查各印制电路板是否干净；检查主电源变压器、各电机绝缘电路是否在1MΩ以上。平时尽量少开电气柜门，保持电气柜内清洁。

（2）伺服电动机的维护。

应用于进给驱动的伺服电动机多采用交流永磁同步电动机，其特点是磁极是转子，定子的电枢绕组与三相交流电枢绕组一样，但它有三相逆变器供电，通过转子位置检测其产生的信号去控制定子绕组的开关器件，使其有序轮流导通，实现换流作用，从而使转子连续不断地旋转。转子位置检测器与转子同轴安装，用于转子的位置检测，检测装置一般为霍尔开关或具有相位检测的光电脉冲编码器。

【参考文献】