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[关键词]五轴数控机床；误差；实时动态补偿；运动模型研究
[DOI]10.13939/ki.zgsc.2017.08.204
双转台五轴数控机床是目前进行精密、复杂工件加工的主要设备，其内部同时存在移动轴和旋转轴，一次装夹即可完成形状较为复杂的自由曲面加工作业，缩短加工周期的同时，有效避免了多次加工可能造成的误差问题，从根本上提高了工件加工质量。在多种因素的共同影响下，五轴数控机床实际工作中不可避免地存在机床误差，并且由于五轴数控机床多出两根旋转轴、内部结构更加复杂，导致其误差元素众多且更加复杂。处于工件加工质量和经济性考虑，对五轴数控机床进行误差补偿具有重要的现实意义。本文针对五轴数控机床内部轴的运动进行了细致分析，相应提出了一种误差补偿方法，具体内容如下。
1五轴数控机床结构特点分析
双转台五轴数控机床是五轴机床的一种常见形式，内部拥有两个旋转轴和三个移动轴，旋转轴均存在于工件运动链一侧，具有总体刚性高、工艺性能优良、坐标行程范围广等特点。
2五轴数控机床轴的运动分析
出于数控编程便捷性考虑，将工件坐标系作为运动分析过程中的基础坐标系，其中各运动轴和刀具的运动均表示成工件坐标系中的变量。本组方法中，五轴数控机床的误差补偿，主要通过针对运动轴输入相应的补偿值，调整工件姿态和刀具位置实现。具体坐标变化关系如图1所示。
首先建立工件坐标系、刀具坐标系以及参考坐标系，其中工件坐标系OWxWyWzW，对应刀位数据源文件；刀具坐标Otxtytzt，表示与刀具固联对应的坐标系，刀尖即为原点；参考坐标系Omxmymzm，参考坐标系表示与旋转轴C固联对应的坐标系，A、C两旋转轴的交点就是该坐标系的原点。
建立工件坐标系之后，其中任意一点对应矢量均可以用V表示，方向矢量和位置矢量可分别表示为（x，y，z）和（i，j，k）两种形式，通过下标具体区分不同的状态和位置。
3双转台五轴数控机床误差的解耦补偿分析
在机床实际工作过程中，工件加工精度是由工件和刀尖的相对位置决定的。对于工件加工的任意时刻，如掌握工件坐标系中的刀尖O1的坐标信息、参考坐标系原点O的坐标信息以及刀尖的实际方向矢量信息，即可借助坐标系关系获得五个运动轴的实际位移值。对比五个运动轴的理想位移值和实际位移值，如二者存在偏差则表示，此状态下进行加工会导致工件尺寸误差，记为Δ。而各运动轴实际位移值与理论位移值间的差值，就是具体的补偿误差，在相应的数控程序中输入方向相反、大小相同的补偿值，即可抵消误差，提高工件加工精度。
就双转台五轴数控机床而言，对其操作进行误差补偿的难点主要在于，其同时拥有两个旋转轴。在机床工作过程中，其旋转轴和移动轴同时进行运动，旋转轴的工作转动将直接影响工件在移动轴方向的实际运动情况，也就是说即使移动轴坐标与理论位置一致，在旋转轴位置调整过程中，也会对工作台位置造成影响，即在平移运动和转动运动间存在耦合，对这一情况，简单的轴补偿不发满足机床实际补偿要求，必须充分考虑到移动轴和旋转轴间的运动影响关系，优先进行解耦处理，在进行分布补偿，才能有效提高误差补偿的准确性和有效性。分步补偿的具体步骤为，先完成姿态补偿，在完成位置补偿，实际过程如图2所示。
在图2中，位置1表示工件理想位置，位置2表示工件实际位置。在实际补偿过程中，先调整转动轴对工件姿态进行调整，使其方向矢量保持与理论状态一致，即调整至位置3。受旋转轴与运动轴间的耦合影响，工件对应的位置矢量也会发生一定的变化，此时通过调整移动轴即可完成位置补偿，除原始位置误差外，还需补偿因转动轴运动导致的新误差，最终完成对工件的误差补偿。
3.1姿态补偿调整分析
姿态补偿调整是指位置2调整至位置3的过程，利用坐标系关系可表示为（ic，jc，kc）调整至（ie，je，ke），从而形成全新的刀尖矢量，记为Vc。
4仿真分析
曲面轮廓工件是双转台五轴数控机床加工的典型零件。借助UG软件构建相应的曲面轮廓工件实体造型，并在此基础上进行加工验证，记录生成的刀位数据文件信息。
实际操作过程中，工作人员在加工工件轮廓表面选取采样点10个，通过相应的数学计算，得出准确的零件尺寸误差。随后，根据本文阐述的分步误差补偿方法，建立相应的误差补偿数学模型并编制相应的补偿程序。将采样点的计算误差参数依次输入建立的模型程序，核算各采样点的位置补偿误差和姿态补偿误差，随后将补偿误差输入至原始的刀位文件，并相应生成修改完成的刀位文件，最终得到相应的零件补偿仿真模型。
仿真实践分析可得出以下两点结论：一是分步误差补偿方法可有效降低机床误差最大值，同时使残余误差分布变得更加均匀，即有效减小均方差；二是就五轴联动机床而言，对其进行误差补偿还需综合考虑不同轴的耦合关系，优先进行姿态误差补偿、随后进行位置误差补偿，以提高误差补偿准确度。
5结论
综上所述，五轴数控机床作为现阶段进行复杂工件加工的主要手段，在数控机床领域占据重要地位。受其内部结构复杂性影响，进行误差补偿具有一定的难度。本文从五轴数控机床中不同轴的运动入手，相应提出了先进行姿态误差补偿、后进行位置补偿的误差补偿方法，经仿真实践证明，具有较高的可行性和有效性。
参考文献：
[1]张宏韬.双转台五轴数控机床误差的动态实时补偿研究[D].上海：上海交通大学，2011.
[2]姜辉.五轴数控机床几何与热误差实时补偿关键技术及其试验研究[D].上海：上海交通大学，2014.
[3]张宏韬，杨建国，姜辉，等.双转台五轴数控机床误差实时补偿[J].机械工程学报，2010（21）.
关键词：数控机床；数控编程；后置处理
目前的数控机床自带有编程程序，可是有时自带的编程程序不能满足复杂的编程需求，这就要求编程人员对数控编程作后置处理并传输。
1 基于网络的数控编程需要处理的参数
要用网络的数控方式编程，先需了解数控机床编程需要处理的对象。
数控编程要应用多轴加工的方式处理对象。过去，机床会应用两轴加工的方法，即Z轴固定，X与Y轴为可变座标轴，这种加工的方式过于粗放。目前人们应用了五轴机床三轴联动加工的方式。数控编程的编程对象即为五轴。数控编程的加工原理为右手笛卡尔坐标系为标准加工；标准座标轴原点为基础，该参数不可变，其余参数可变，数控编程需用程序控制可控参数；数控编程要用程序描述的方式控制刀具行动。数控编程具体的处理对象为刀位轨迹、切削工具、加工方式这三项内容。
数控编程人员要针对作业的需要了解编程后置处理的范围，给出编程的方案、调整编程的参数、在计算机上做好编程模拟实验，待编程模拟实验的结果满足数控机床加工的需求后，方可将上传数控机床加工的程序，让数控机床以此程序为依据开展生产作业。
2 基于网络的数控编程需要应用的平台
构建网络平台――要做好数控机床的后置处理与传输，需要网络的支持。比如数控机床需要下载配套的后置配程软件或者与之相关的插件等。现代的数控机床都自带有连接网络的串行通信插口，在开展数控后置处理时，需让数控机床连上网络。
构建硬件平台――数控机床本身即为一个硬件系统，只要数控机床编程人员仔细阅读数控机床的说明书，就能掌握数控机床的硬件操作要点。比如RS-232串行口的数控机床可应用摭展卡与数联网连接。此时扩展卡可将数控机床的通信协议转换为以太网的通信协议，让数控机床可以接受互联网中的信息。如果数控机床自带有DNC智能插口，那么数控机床可以直接接受互联网的信息。
构建软件平台――要完成数控机床的后置处理工作，就需要给数控机床一个后续编程的环境。为数控机床提供网络环境与硬件环境的目的，实际上就是为了让数控机床能够下载DNC集成系统，数控编程人员需在该集成系统中完成数控编程后置处理工作。如果数控机床没有DNC集成系统，就需下载该系统；如果数控系统自带DNC集成卡，则可仅需完成DNC集成系统的升级。
3 基于网络的数控编程后置处理的方法
数控机床一般自带有简易编程的功能，只是人们应用数控机床生产复杂的机械时，可能现有的数控编程命令不能满足人们特殊的生产需求，此时人们就要应用编程后置处理的方法完善这类程序，这个过程，就要依靠数控机床的后处理器完成。数控机床的后处理器就是要把人们下达的特殊指令转达为数控机床能够理解的命令。数控机床的后处理器具有接口功能、NC程序生成功能、专家系统功能、反向仿真功能，应用后置处理器，人们可以了解下达的指令是否可以满足数控生产的需要。
当人们设置好数控编程平台以后，人们要用编程的方式完成数控机床的后置处理。过去，人们要应用G语言为数控机床编程，这种编程方式不够直观，若未受过专业编程训练的工作人员可能不能完成编程操作。现在人们设计了一套宏命令指令串，这些指令串中自带有数控操作命令，人们如果要完成数控编程的后置处理工作，只需要给将这些宏命令串组合成程序指令，就可完成编程操作。以CAXA-ME软件为例，该软件自带的宏命令串共计有35个：01――当前后置文件名POST-NAME；02――当前日期POST-DATE；03――当前时间POST-TIME；（下略）……
数控机床编程人员只需要向宏字符串下达程序操作指令，编写程序头，下达换刀指令，即可应用编程的方式完成特殊的数控操作。在这个过程中，编程人员需要通过编程的方式控制文件的长度、控置行号、控制编程的方法、数值的格式、圆弧的控制、做好文件扩展名的设置。
以编程人员要编写一个程序名为test1的文件，它的文件序号为1234为例，该程序的开始编号为100，而增量为2，刀具号为01号，主轴的转速设置为每秒1500r，该程序的后置步骤可描述为表2：
数控编程人员处理完程序以后，可传输编写的程序，该程序通过后置处理器的验证以后，若证实该程序能满足数控生产的需求，该程序即可被应用。
4 总结
数控编程人员以此方法可对数控机床的程序作后置处理与传输，应用此方法，数控编程人员可编写出较为复杂的数控生产程序。
参考文献：
[1]范兴柱，王金伟，栋，楼佩煌，叶文华，戴勇.集成制造车间生产控制的小型DNC系统技术研究[J].机械制造与自动化，2001（05）.
20世纪中期，随着电子技术的发展，自动信息处理、数据处理以及电子计算机的出现，给自动化技术带来了新的概念，用数字化信号对机床运动及其加工过程进行控制，推动了机床自动化的发展。
采用数字技术进行机械加工，最早是在40年代初，由美国北密支安的一个小型飞机工业承包商派尔逊斯公司（ParsonsCorporation）实现的。他们在制造飞机的框架及直升飞机的转动机翼时，利用全数字电子计算机对机翼加工路径进行数据处理，并考虑到刀具直径对加工路线的影响，使得加工精度达到±0.0381mm（±0.0015in），达到了当时的最高水平。
1952年，麻省理工学院在一台立式铣床上，装上了一套试验性的数控系统，成功地实现了同时控制三轴的运动。这台数控机床被大家称为世界上第一台数控机床。
这台机床是一台试验性机床，到了1954年11月，在派尔逊斯专利的基础上，第一台工业用的数控机床由美国本迪克斯公司（Bendix-Cooperation）正式生产出来。
在此以后，从1960年开始，其他一些工业国家，如德国、日本都陆续开发、生产及使用了数控机床。
数控机床中最初出现并获得使用的是数控铣床，因为数控机床能够解决普通机床难于胜任的、需要进行轮廓加工的曲线或曲面零件。
然而，由于当时的数控系统采用的是电子管，体积庞大，功耗高，因此除了在军事部门使用外，在其他行业没有得到推广使用。
到了1960年以后，点位控制的数控机床得到了迅速的发展。因为点位控制的数控系统比起轮廓控制的数控系统要简单得多。因此，数控铣床、冲床、坐标镗床大量发展，据统计资料表明，到1966年实际使用的约6000台数控机床中，85%是点位控制的机床。
数控机床的发展中，值得一提的是加工中心。这是一种具有自动换刀装置的数控机床，它能实现工件一次装卡而进行多工序的加工。这种产品最初是在1959年3月，由美国卡耐·;特雷克公司（Keaney&TreckerCorp.）开发出来的。这种机床在刀库中装有丝锥、钻头、铰刀、铣刀等刀具，根据穿孔带的指令自动选择刀具，并通过机械手将刀具装在主轴上，对工件进行加工。它可缩短机床上零件的装卸时间和更换刀具的时间。加工中心现在已经成为数控机床中一种非常重要的品种，不仅有立式、卧式等用于箱体零件加工的镗铣类加工中心，还有用于回转整体零件加工的车削中心、磨削中心等。
1967年，英国首先把几台数控机床连接成具有柔性的加工系统，这就是所谓的柔性制造系统（FlexibleManufacturingSystem——FMS）之后，美、欧、日等也相继进行开发及应用。1974年以后，随着微电子技术的迅速发展，微处理器直接用于数控机床，使数控的软件功能加强，发展成计算机数字控制机床（简称为CNC机床），进一步推动了数控机床的普及应用和大力发展。
80年代，国际上出现了1～4台加工中心或车削中心为主体，再配上工件自动装卸和监控检验装置的柔性制造单元（FlexibleManufacturingCell——FMC）。这种单元投资少，见效快，既可单独长时间少人看管运行，也可集成到FMS或更高级的集成制造系统中使用。
目前，FMS也从切削加工向板材冷作、焊接、装配等领域扩展，从中小批量加工向大批量加工发展。
所以机床数控技术，被认为是现代机械自动化的基础技术。
那什么是车床呢？据资料所载，所谓车床，是主要用车刀对旋转的工件进行车削加工的机床。在车床上还可用钻头、扩孔钻、铰刀、丝锥、板牙和滚花工具等进行相应的加工。车床主要用于加工轴、盘、套和其他具有回转表面的工件，是机械制造和修配工厂中使用最广的一类机床。
古代的车床是靠手拉或脚踏，通过绳索使工件旋转，并手持刀具而进行切削的。1797年，英国机械发明家莫兹利创制了用丝杠传动刀架的现代车床，并于1800年采用交换齿轮，可改变进给速度和被加工螺纹的螺距。1817年，另一位英国人罗伯茨采用了四级带轮和背轮机构来改变主轴转速。
为了提高机械化自动化程度，1845年，美国的菲奇发明转塔车床；1848年，美国又出现回轮车床；1873年，美国的斯潘塞制成一台单轴自动车床，不久他又制成三轴自动车床；20世纪初出现了由单独电机驱动的带有齿轮变速箱的车床。
第一次世界大战后，由于军火、汽车和其他机械工业的需要，各种高效自动车床和专门化车床迅速发展。为了提高小批量工件的生产率，40年代末，带液压仿形装置的车床得到推广，与此同时，多刀车床也得到发展。50年代中，发展了带穿孔卡、插销板和拨码盘等的程序控制车床。数控技术于60年代开始用于车床，70年代后得到迅速发展。
车床依用途和功能区分为多种类型。
普通车床的加工对象广，主轴转速和进给量的调整范围大，能加工工件的内外表面、端面和内外螺纹。这种车床主要由工人手工操作，生产效率低，适用于单件、小批生产和修配车间。
转塔车床和回转车床具有能装多把刀具的转塔刀架或回轮刀架，能在工件的一次装夹中由工人依次使用不同刀具完成多种工序，适用于成批生产。
自动车床能按一定程序自动完成中小型工件的多工序加工，能自动上下料，重复加工一批同样的工件，适用于大批、大量生产。
多刀半自动车床有单轴、多轴、卧式和立式之分。单轴卧式的布局形式与普通车床相似，但两组刀架分别装在主轴的前后或上下，用于加工盘、环和轴类工件，其生产率比普通车床提高3～5倍。
仿形车床能仿照样板或样件的形状尺寸，自动完成工件的加工循环，适用于形状较复杂的工件的小批和成批生产，生产率比普通车床高10～15倍。有多刀架、多轴、卡盘式、立式等类型
立式车床的主轴垂直于水平面，工件装夹在水平的回转工作台上，刀架在横粱或立柱上移动。适用于加工较大、较重、难于在普通车床上安装的工件，一般分为单柱和双柱两大类。
铲齿车床在车削的同时，刀架周期地作径向往复运动，用于铲车铣刀、滚刀等的成形齿面。通常带有铲磨附件，由单独电动机驱动的小砂轮铲磨齿面。
专门车床是用于加工某类工件的特定表面的车床，如曲轴车床、凸轮轴车床、车轮车床、车轴车床、轧辊车床和钢锭车床等。联合车床主要用于车削加工，但附加一些特殊部件和附件后，还可进行镗、铣、钻、插、磨等加工，具有“一机多能”的特点，适用于工程车、船舶或移动修理站
看机床的水平主要看金属切削机床，其他机床技术和复杂性不高，就是近几年很流行的电加工机床，也只是方法的改变，没什么复杂性和科技含量。
我国的数控磨床水平不错，每年都有大量出口，因为它简单，基本属于劳动密集型。
金属加工主要是去除材料，得到想得到的金属形状。去除材料，主要靠车和铣，车床发展为数控车床，铣床发展为加工中心。高精度多轴机床，可以让复杂零件在精度和形状上一次到位，例如，飞机上的一个复杂零件，以前由很多种工人：车工、铣工、磨床工、画线工、热处理工用好几个月干，其中还有报废的，最新的复合数控机床几天甚至几个小时就全干好了，而且精度比你设计的还高。零件精度高就意味着寿命长，可靠性好。
由普通发展到数控，一个人顶原来的十个，在精度上，更是没法说，适应性上，零件变了，换个程序就行。把人的因素也降为最低，以前在工厂，谁要时会车涡轮、蜗杆，没个10年8年的不行，要是谁掌握了，那牛得很。现在用数控设备，只要你会编程，把参数输进去就可以了，很简单，刚毕业的技校学生都会，而且批量的产品质量也有保证。
自美国在50年代末搞出世界一台数控车床后，机床制造业就进入了数控时代，中国在六十年代也搞出了第一代数控机床，但后来中国进入了什么年代，大家都知道。等80年代我们再去看世界的数控机床水平，差距就是20年了，其实奋起直追还有希望，但国营工厂不思进取，到了90年代，我们再去看世界水平，已有30年的差距了。中国改革开放前走的是苏联的路子，什么叫苏联的路子，举个例子来讲：比如，生产一根轴，苏联的方式是建一个专用生产线，用多台专用机床，好处是批量很容易上去，但一旦这根轴的参数发生了变化，这条线就报废了，生产人员也就没事做了。在1960－1980年代，国营工厂一个产品生产几十年不变样。到了1980年代后，当时搞商品经济，这些厂不能迅速适应市场，经营就困难了，到了90年代就大量破产，大量职工下岗。现代的生产也有大批量生产，但主要是单件小批量，不管是那种，只要你的设备是数控的，适应起来就快。专业机床的路子已经到头了，;西方走的路和前苏联不一样，当年的“东芝”事件，就是日本东芝卖给苏联了几台五轴联动的数控铣床，让苏联在潜艇的推进螺旋桨上的制造，上了一个档次，让美国的声纳听不到潜艇声音了，所以美国要惩处东芝公司。由此也可见，前苏联的机床制造业也落后了，他们落后，我们就更不用说了。虽然，美国搞出了世界第一台数控机床，但数控机床的发展，还是要数德国。德国本来在机械方面就是世界第一，数控机床无非就是搞机电一体化，机械方面德国已没问题，剩下的就是电子系统方面，德国的电子系统工业本来就强大，所以在上世纪六、七十年代，德国就执机床界的牛耳了。
但日本人的强项就是仿造，从上世纪70年代起，日本大量从德国引进技术，消化后大量仿造，经过努力，日本在90年代起，就超越了德国，成为世界第一大数控机床生产国，直到现在还是。他们在机床制造水平上，有一些也走在了世界前面，如在机床复合（一机多种功能）化方面，是世界第一。数控机床的核心就在数控系统方面，日本目前在系统方面也排世界第一，主要是它的发拿科公司。第一代的系统用步进电机，我们现在也能造，第二代用交流伺服电机。现在的数控系统的核心就是交流伺服电机和系统内的逻辑控制软件，交流伺服电机我们国家目前还没有谁能制造，这是一个光学、机械、电子的综合体。逻辑控制软件就是控制机床的各轴运动，而这些轴是用伺服电机驱动的，一般的系统能同时控制3轴，高级系统能控制五轴，能控5轴的，五轴以上也没问题。我们国家也由有5轴系统，但“做秀”的成份多，还没实用化。我们的工厂用的五轴和五轴以上机床，100％进口。
机床是一个国家制造业水平高低的象征，其核心就是数控系统。我们目前不要说系统，就是国内造的质量稍微好一点的数控机床，所用的高精度滚珠丝杠，轴承都是进口的，主要是买日本的，我们自产的滚珠丝杠、轴承在精度、寿命方面都有问题。目前国内的各大机床厂，数控系统100％外购，各厂家一般都买日本发那科、三菱的系统，占80％以上，也有德国西门子的系统，但比较少。德国西门子系统为什么用的少呢？早期，德国系统不太能适合我们的电网，我们的电网稳定性不够，西门子系统的电子伺服模块容易烧坏。日本就不同了，他们的系统就烧不坏。近来西门子系统改进了不少，价格方面还是略高。德国人很不重视中国，所以他们的系统汉语化最近才有，不像日本，老早就有汉语化版的。
就国产高级数控机床而言，其利润的主体是被外国人拿走了，中国只是挣了一个辛苦钱。
美国为什么没有能成为数控机床制造大国呢？这个和他们当时制定产业政策的人有关，再加上当时美国的劳动力贵，买比制造划算。机床属于投资大，见效慢，回报率底的产业，而且需要技术积累。不太附和美国情况。但后来美国发现，机床属于战略物资，没有它，飞机、大炮、坦克、军舰的制造都有问题，所以他们重新制定政策，扶植了一些机床厂，规定了一些单位只能买国产设备，就是贵也得买，这就为美国保留了一些数控机床行业。美国机床在世界上没有什么竞争力。
欧洲的机床，除德国外，瑞士的也很好，要说超高精密机床，瑞士的相当好，但价格也是天价。一般用户用不起。意大利、英国、法国属于二流，中国很少买他们的机床。西班牙为了让中国进口他们的机床，不惜贷款给中国，但买的人也很少??借钱总是要还的。
韩国、台湾的数控机床制造能力比大陆地区略强，不过水平差不多。他们也是在上世纪90年代引进日本技术发展的。韩国应该好一点，它有自己制造的、已经商业化了的数控系统，但进口到中国的机床，应我们的要求，也换成了日本系统。我们对他们的系统信不过。韩国数控机床主要有两家：大宇和现代。大宇目前在我国设有合资企业。台湾机床和我们大体一样，自己造机械部分，系统采购日本的。但他们的机床质量差，寿命短，目前在大陆影响很坏。其实他们比我们国产的要好一点。但我们自己的差，我们还能容忍，台湾的机床是用美金买来的，用的不好，那火就大了。台湾最主要的几家机床厂已打算把工厂迁往大陆，大部分都在上海。这些厂目前在国内的竞争中，也打着“国产”的旗号。
近来随着中国的经济发展，也引起了世界一些主要机床厂商的注意，2000年，日本最大的机床制造商“马扎克”在中国银川设立了一家数控机床合资厂，据说制造水平相当高，号称“智能化、网络化”工厂，和世界同步。今年日本另外一家大机床厂大隈公司在北京设立了一家能年产1000台数控机床的控股公司，德国的一家很有名的企业也在上海设立了工厂。
目前，国家制定了一些政策，鼓励国民使用国产数控机床，各厂家也在努力追赶。国内买机床最多的是军工企业，一个购买计划里，80％是进口，国产机床满足不了需要。今后五年内，这个趋势不会改变。不过就目前国内的需要来讲，我国的数控机床目前能满足中低档产品的订货。
美、德、日三国是当今世上在数控机床科研、设计、制造和使用上，技术最先进、经验最多的国家。因其社会条件不同，各有特点。
1.美国的数控发展史
美国政府重视机床工业，美国国防部等部门因其军事方面的需求而不断提出机床的发展方向、科研任务,并且提供充足的经费，且网罗世界人才，特别讲究“效率”和“创新”，注重基础科研。因而在机床技术上不断创新，如1952年研制出世界第一台数控机床、1958年创制出加工中心、70年代初研制成FMS、1987年首创开放式数控系统等。由於美国首先结合汽车、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。当今美国生产宇航等使用的高性能数控机床，其存在的教训是，偏重於基础科研，忽视应用技术，且在上世纪80代政府一度放松了引导，致使数控机床产量增加缓慢，于1982年被后进的日本超过，并大量进口。从90年代起，纠正过去偏向，数控机床技术上转向实用，产量又逐渐上升。
2.德国的数控发展史
德国政府一贯重视机床工业的重要战略地位，在多方面大力扶植。，於1956年研制出第一台数控机床后，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，对数控机床的共性和特性问题进行深入的研究，在质量上精益求精。德国的数控机床质量及性能良好、先进实用、货真价实，出口遍及世界。尤其是大型、重型、精密数控机床。德国特别重视数控机床主机及配套件之先进实用，其机、电、液、气、光、刀具、测量、数控系统、各种功能部件，在质量、性能上居世界前列。如西门子公司之数控系统，均为世界闻名，竞相采用。
3.日本的数控发展史
日本政府对机床工业之发展异常重视，通过规划、法规(如“机振法”、“机电法”、“机信法”等)引导发展。在重视人才及机床元部件配套上学习德国，在质量管理及数控机床技术上学习美国，甚至青出于蓝而胜于蓝。自1958年研制出第一台数控机床后，1978年产量(7,342台)超过美国(5,688台)，至今产量、出口量一直居世界首位(2001年产量46,604台，出口27,409台，占59%)。战略上先仿后创，先生产量大而广的中档数控机床，大量出口，占去世界广大市场。在上世纪80年代开始进一步加强科研，向高性能数控机床发展。日本FANUC公司战略正确，仿创结合，针对性地发展市场所需各种低中高档数控系统，在技术上领先，在产量上居世界第一。该公司现有职工3,674人，科研人员超过600人，月产能力7,000套，销售额在世界市场上占50%，在国内约占70%，对加速日本和世界数控机床的发展起了重大促进作用。
4.我国的现状
我国数控技术的发展起步于二十世纪五十年代，中国于1958年研制出第一台数控机床，发展过程大致可分为两大阶段。在1958~1979年间为第一阶段，从1979年至今为第二阶段。第一阶段中对数控机床特点、发展条件缺乏认识，在人员素质差、基础薄弱、配套件不过关的情况下，一哄而上又一哄而下，曾三起三落、终因表现欠佳，无法用于生产而停顿。主要存在的问题是盲目性大，缺乏实事求是的科学精神。在第二阶段从日、德、美、西班牙先后引进数控系统技术，从日、美、德、意、英、法、瑞士、匈、奥、韩国、台湾省共11国(地区)引进数控机床先进技术和合作、合资生产，解决了可靠性、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。通过“六五”期间引进数控技术，“七五”期间组织消化吸收“科技攻关”，我国数控技术和数控产业取得了相当大的成绩。特别是最近几年，我国数控产业发展迅速，1998～2004年国产数控机床产量和消费量的年平均增长率分别为39.3%和34.9%。尽管如此，进口机床的发展势头依然强劲，从2002年开始，中国连续三年成为世界机床消费第一大国、机床进口第一大国，2004年中国机床主机消费高达94.6亿美元，国内数控机床制造企业在中高档与大型数控机床的研究开发方面与国外的差距更加明显，70%以上的此类设备和绝大多数的功能部件均依赖进口。由此可以看出国产数控机床特别是中高档数控机床仍然缺乏市场竞争力，究其原因主要在于国产数控机床的研究开发深度不够、制造水平依然落后、服务意识与能力欠缺、数控,系统生产应用推广不力及数控人才缺乏等。我们应看清形势，充分认识国产数控机床的不足，努力发展先进技术，加大技术创新与培训服务力度，以缩短与发达国家之问的差距。
在20余年间，数控机床的设计和制造技术有较大提高，主要表现在三大方面：培训一批设计、制造、使用和维护的人才；通过合作生产先进数控机床，使设计、制造、使用水平大大提高，缩小了与世界先进技术的差距；通过利用国外先进元部件、数控系统配套，开始能自行设计及制造高速、高性能、五面或五轴联动加工的数控机床，供应国内市场的需求，但对关键技术的试验、消化、掌握及创新却较差。至今许多重要功能部件、自动化刀具、数控系统依靠国外技术支撑，不能独立发展，基本上处于从仿制走向自行开发阶段，与日本数控机床的水平差距很大。存在的主要问题包括：缺乏象日本“机电法”、“机信法”那样的指引；严重缺乏各方面专家人才和熟练技术工人；缺少深入系统的科研工作；元部件和数控系统不配套；企业和专业间缺乏合作，基本上孤军作战，虽然厂多人众，但形成不了合力。我国数控技术的发展起步于二十世纪五十年代，通过“六五”期间引进数控技术，“七五”期间组织消化吸收“科技攻关”，我国数控技术和数控产业取得了相当大的成绩。特别是最近几年，我国数控产业发展迅速，1998～2004年国产数控机床产量和消费量的年平均增长率分别为39.3%和34.9%。尽管如此，进口机床的发展势头依然强劲，从2002年开始，中国连续三年成为世界机床消费第一大国、机床进口第一大国，2004年中国机床主机消费高达94.6亿美元，国内数控机床制造企业在中高档与大型数控机床的研究开发方面与国外的差距更加明显，70%以上的此类设备和绝大多数的功能部件均依赖进口。由此可以看出国产数控机床特别是中高档数控机床仍然缺乏市场竞争力，究其原因主要在于国产数控机床的研究开发深度不够、制造水平依然落后、服务意识与能力欠缺、数控,系统生产应用推广不力及数控人才缺乏等。我们应看清形势，充分认识国产数控机床的不足，努力发展先进技术，加大技术创新与培训服务力度，以缩短与发达国家之问的差距。
2003年开始，中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。目前正在提高机械加工设备的数控化率，1999年，我们国家机械加工设备数控华率是5－8％，目前预计是15－20％之间。一、什么是数控机床车、铣、刨、磨、镗、钻、电火花、剪板、折弯、激光切割等等都是机械加工方法，所谓机械加工，就是把金属毛坯零件加工成所需要的形状，包含尺寸精度和几何精度两个方面。能完成以上功能的设备都称为机床，数控机床就是在普通机床上发展过来的，数控的意思就是数字控制。给机床装上数控系统后，机床就成了数控机床。当然，普通机床发展到数控机床不只是加装系统这么简单，例如：从铣床发展到加工中心，机床结构发生变化，最主要的是加了刀库，大幅度提高了精度。加工中心最主要的功能是铣、镗、钻的功能。我们一般所说的数控设备，主要是指数控车床和加工中心。我国目前各种门类的数控机床都能生产，水平参差不齐，有的是世界水平，有的比国外落后10－15年，但如果国家支持，追赶起来也不是什么问题，例如：去年，沈阳机床集团收购了德国西思机床公司，意义很大，如果大力消化技术，可以缩短不少差距。大连机床公司也从德国引进了不少先进技术。上海一家企业购买日本著名的机床制造商池贝。，近几年随着中国制造的崛起，欧洲不少企业倒闭或者被兼并，如马毫、斯滨纳等。日本经济不景气，有不少在80年代很出名的机床制造商倒闭，例如：新泻铁工所。二、数控设备的发展方向六个方面：智能化、网络化、高速、高精度、符合、环保。目前德国和瑞士的机床精度最高，综合起来，德国的水平最高，日本的产值最大。美国的机床业一般。中国大陆、韩国。台湾属于同一水平。但就门类、种类多少而言，我们应该能进世界前4名。三、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。目前世界最大的三家厂商是：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。国内由华中数控、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。华中数控这几年发展迅速，软件水平相当不错，但差就差在电器硬件上，故障率比较高。华中数控也有意向数控机床业进军，但机床的硬件方面不行，质量精度一般。目前国内一些大厂还没有采用华中数控的。广州机床厂的简易数控系统也不错。我们国家机床业最薄弱的环节在数控系统。
四、机床精度1、机械加工机床精度分静精度、加工精度（包括尺寸精度和几何精度）、定位精度、重复定位精度等5种。2、机床精度体系：目前我们国家内承认的大致是四种体系：德国VDI标准、日本JIS标准、国际标准ISO标准、国标GB，国标和国际标准差不多。3、看一台机床水平的高低，要看它的重复定位精度，一台机床的重复定位精度如果能达到0.005mm(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。;4、加工出高精度零件，不只要求机床精度高，还要有好的工艺方法、好的夹具、好的刀具。五、目前世界著名机床厂商在我国的投资情况1、2000年，世界最大的专业机床制造商马扎克（MAZAK）在宁夏银川投资建了名为“宁夏小巨人机床公司”的机床公司，生产数控车床、立式加工中心和车铣复合中心。机床质量不错，目前效益良好，年产600台，目前正在建2期工程，建成后可以年产1200台。2、2003年，德国著名的机床制造商德马吉在上海投资建厂，目前年组装生产数控车床和立式加工中心120台左右。3、2002年，日本著名的机床生产商大隈公司和北京第一机床厂合资建厂，年生产能力为1000台，生产数控车床、立式加工中心、卧式加工中心。4、韩国大宇在山东青岛投资建厂，目前生产能力不知。5、台湾省的著名机床制造商友嘉在浙江萧山投资建厂，年生产能力800台。5、民营企业进入机床行业情况1、浙江日发公司，2000年投产，生产数控车床、加工中心。年生产能力300台。2．2004年，浙江宁波著名的铸塑机厂商海天公司投资生产机床，主要是从日本引进技术，目前刚开始，起点比较高。3．2002年，西安北村投产，名字象日本的，其实老板是中国人，采用日本技术。生产小型仪表数控车床，水平相当不错。六、军工企业技改情况军工企业得到国家拨款开始于当年“大使馆被炸”，后来台湾上台后，大规模技改开始了，军工企业进入新一轮的技改高峰，我们很多军工企业开始停止购买普通设备。尤其是近3年来，我们的军工企业从欧洲和日本买了大批量的先进数控机床。也从国内机床厂哪里采购了大批普通数控机床，国内机床厂商为了迎接这次大技改，也引进了不少先进技术，争取军工企业的高端订单。听在军工企业的朋友讲，如果再能“顶”三年，我们的整体水平会上一个台阶。 其实，总书记掌权以来，已经把国防事业提到了和经济发展一样的高度上，他说，我们要建立和经济发展相适应的国防能力，相信再过10年，随着我国国防工业和汽车行业的发展，我们国家会诞生世界水平的机床制造商，也将会超越日本，成为世界第一机床生产大国。
参考文献：
1.《机床与液压》20041No171995-2005TsinghuaTongfang OpticalDiscCo¸,Ltd¸Allrightsreserved
4.《机床数控系统的发展趋势》黄勇陈子辰浙江大学
5.《中国机械工程》
6.《数控机床及应用》作者：李佳
7.《机械设计与制造工程》2001年第30卷第1期
8《机电新产品导报》2005年第12期
9.《瞭望》2007年第37期
关键词：软PLC 数控机床 功能开发
中图分类号：TG659 文献标识码：A 文章编号：1007-9416（2013）04-0043-01
文章运用PLC达成数控机床当中除了高速插补的运动轨迹的控制通过数控的核心程序进行完成以外的全面的功能控制，明显的体现在它的功能在控制上有着极高的灵活度：在允许的范围之内的数控轴配置，控制信号变动以及辅助信号控制等等，只需要采取更改PLC的编程，便能使具体的配置马上生效，这样也让同样的数控系统能够较为灵活的运用到不是相同配置的具体数控机床之上，并且能够让掌握一般PLC编程的用户同样能够开展功能的维护以及设计、开发等相关工作。
1 数控机床中PLC系统的具体结构
PLC能够独立的通过I/O的接口和数控系统进行连结，同样能够通过总线和数控CPU进行连结成嵌入式的PLC，亦或是和数控系统共同使用CPU形成软PLC，共同使用I/O的接口和内存，针对数控机床的相关功能做出控制。
PLC和CNC相互共同使用CPU，两者之间彼此信号的传送在CNC装置的内部进行，而PLC和机床电气的控制信号具体的传送可以通过CNC接口实现。所以，这个PLC的部分被当成CNC的基本功能进行统一的设计与制造，在结构上非常的紧凑；PLC的控制程序一旦经过编制，然后传送进CNC的装置内，就可以实现数控系统对于机床在功能信号上的控制。
2 基于功能控制的PLC的具体设计
2.1 设计的具体方案
这套设计中下列的一些数控机床的基本功能：
（1）数控机床在进行轴数控制的灵活配置的功能；
（2）一旦发生突发的情况：超程、过载、掉电以及碰撞等一些处理急停的功能；
（3）机床的操作面板进行控制的功能；
（4）主轴具体的起动、转向、停止以及进给轴控制的功能；
（5）冷却液进行起动以及停止的控制功能；
（6）进行自动的控制功能。
另外，还可按照数控机床对于控制的要求，增设或是削减有关的功能。运用较为结构化的编程对每个功能PLC的子程序进行编制，使PLC的主程序进行调用，达成系统功能的扩展。
2.2 PLC程序的具体设计
在PLC程序具体的设计思路中，全面的介绍了怎样使用每个功能的子程序以及PLC程序具体的设计方法，另外，一旦机床的配置产生了变化，可以第一时间构建起有关的控制程序。
（1）关于主程序的设计。数控机床在通电之后便开始主程序的执行。第一步将系统初始化，然后将每个的部位实施第一次中心的操作，接着系统会进入到监控的状态，进行机床的操作面板上控制信号的处理，如果是自动加工的指令便进入数控核心的NCK程序，调用相关的轴使能的控制程序，同时起动冷却，完成自动的加工。在进行加工的时候如果产生了硬限位的保护等这类突发的状况，则需要调用急停的程序终止系统的工作。
运用PLC编程，能够让程序的设计很大程度上得到简化。这里面运用了模块化程序的设计，每个功能的模块都要由主程序进行调用，功能模块可以按照数控机床具体的需求进行不断的扩展以及灵活的配置，让控制功能具备良好的柔性以及可靠性。
（2）关于轴使能控制的子程序。进行各轴脉冲使能以及控制的使能信号的控制，监控各轴具体的参考点的开关信号及按照主轴的命令对主轴使能的信号进行控制，同时依据位置的调节器实际生效状态触发垂直轴的电机抱闸，避免由于垂直轴的自重导致下落。
以防进给轴的超程以及做到零点定位的精准，每一个进给轴都配备两个硬限位的开关以及一个参考点的开关，并且每一个轴都拥有脉冲的使能以及控制的使能等信号，所以要使用的开关量的信号非常多。
（3）关于子程序的初始化。初始化的程序在机床进行通电之后第一个PLC的循环就被主程序所调用。按照机床具体配置的参数进行数控核心接口信号的设定。针对伺服电机的观点的编码器实行格雷码的初始化，这样能够明确机床控制的目标具体的方式选择以及轴选择等。初始化的程序可以使PLC系统进入到初始化的工作状态。
3 程序的具体调试
（1）设置机床的类型。先将机床的参数设置成0，屏上显示机床是通用的机床，能够控制五轴的驱动；其次，将机床的参数设置成1，则屏上显示机床是车床的配置，能够实现三轴驱动车床系统实际的应用；然后，将机床的参数设置成2，则屏上显示机床是铣床的配置，能够实现五轴驱动铣床系统的实际应用。
（2）设置机床的轴数。针对以上铣床的配置，能够了解到是四个进给轴与一个主轴，适用四坐标的数控铣床的具体控制。现在将机床的参数设置成是0，这样就去掉了A轴，屏上显示为机床的配置是X、Y、Z轴以及一个主轴，经过这种设置以后，这个系统则能够适用实际的配置是三个直线的进给轴与一个主轴这种三坐标的铣床具体的功能控制。
（3）各个进给轴具体的使能控制。可以针对各个进给轴进行运动的控制以及方向的判断；监控的参考点的开关信号，不管运动轴以什么样的速度回到参考点，而在参考点的周围都可以变回成给定的回零的速度并且准确的定位。
（4）主轴控制的调试。对主轴具体的使能信号进行控制，能够手动或自动的控制主轴的具体运行，完成正转和反转以及定位。
（5）辅助功能的调试。可以手动以及程序自动的调用并且控制冷却与系统具体的使能信号，完成起动以及停止的操作。
4 结语
事实表明，运用软PLC开发数控机床具体的功能控制非常具有可行性以及合理性，功能比较完善、灵活通用、可靠性非常高以及操作便捷等优点，有着很高的使用价值。
参考文献
[1]黄延延，林跃，于海斌.软PLC技术研究及实现[J].计算机工程，2004，30（1）.
关键词：数控技术，汽车制造，应用
DOI：10.16640/ki.37-1222/t.2016.03.021
1 数控机床的特点
数字控制（Computerized Numerical Control）简称数控。是用数字化的代码对加工对象的工作过程实现自动控制的一种方法。数控机床的操作和监控全部在数控单元中完成，它是数控机床的大脑。与普通机床相比，数控机床有如下特点：
（1）自动化程度高，劳动强度低。
（2）加工精度高，产品一致性好。
（3）多轴联动，能够实现复杂工件的加工。
（4）机械传动链短，结构简单，生产效率高。
2 数控技术在汽车制造中的应用
（1）数控技术在汽车零部件生产中的应用。近几年来，经济发展速度加快，汽车加工工业也得到一个很好的发展空间，并保持良好的发展势头，因而汽车零部件的加工制造技术也随之快速发展，数字技术的出现可以有效地使原本发展平缓的汽车零部件生产技术得到更快速的发展。数控机床于最近几年来在汽车零部件制造工艺上得到了大力推广，使用数控机床生产出来的汽车零部件的品质在原有的基础上又提升了一个档次，同时还提高了加工生产的效率。极大的满足现今竞争比较激烈的机械制造行业的市场要求，还能够有效地降低生产成本，以此可以实现一次投入，长期收益的良好生产目标。传统的汽车加工工业主要讲究规模化与效益化，然而随着数控技术的出现及其在汽车加工制造业上得到广泛应用，使这一传统规律被打破，从而实现了多品类、小批量、小规模、高效率的生产目标。另外在数控技术中，虚拟现实控制技术、柔性制造系统、计算机辅助制造技术也都在汽车制造工艺中得到了广泛的应用。
发动机作为汽车的心脏，精度要求非常之高，而且加工工艺复杂。气缸体是发动机的最大零件，也是其他零部件的主要支撑体。气缸体需要先铸造，再用数控加工中心铣“三孔四面”，然后还要使用数控镗床进行精镗缸筒。活塞也是先行铸造，再用数控加工，最后精磨。连杆则是先锻造，再用数控加工。曲轴对动平衡要求非常高，凸轮轴的凸轮型线精度要求很高，必须使用数控机床加工。发动机上最复杂的气缸盖就更要使用多种数控机床加工了。发动机的油底壳采是冲压而成，貌似和数控机床毫无关系，但是其冲压模具却是用数控机床加工出来的。
变速箱是汽车中重要的传动机构，内装很多的轴类零件和装在其上的齿轮。现在汽车加工工业中，变速箱中所有的轴和齿轮都数控机床加工制造的。现在加工齿轮常采用插齿、剃齿、滚齿等工艺加工，数控机床在齿轮加工中有很大的优势，加工精度高，生产效率高。轴类零件在初步加工后，还要铣键槽，拉花键等，为了提高配合精度，都要使用数控机床。变速箱壳体铸造完成后，还要在数控加工中心上铣端面、钻轴孔，保证各轴间的间距。
驱动桥也是重要的传动机构。驱动桥中的主减速器两个准双曲面齿轮则必须由数控机床加工。差速器中的锥齿轮也要在数控机床上加工。桥壳在铸造后还有铣削端面及钻孔，端面上的几个螺栓孔则由由专用机床一次加工完成。
在汽车中还有很多难加工的零部件，它们用普通机床是无法加工的，只能用到数控机床加工。比如大批量汽车发动机，变速箱，底盘主要零部件则需要五轴的数控加工中心加工。
在众多机床中，车床以其结构简单，价格低廉，却可以用于各种轴类、盘类零件的生产，得以在机械零部件的生产加工中得到了广泛应用，尤其是数控车床，精度高、稳定性强、故障率低，在汽车工业中颇受用户的青睐，在汽车制造业中得到应用广泛，处于主导地位。数控车床在汽车制造业中可以用来加工轴类、盘类零件，如凸轮轴、曲轴、飞轮、轮毂、制动盘、一轴、二轴、齿轮、齿套，而轴类零件和盘类零件在整个汽车的零部件中，是占主导地位的。
（2）数控技术在汽车整车生产中的应用。汽车整车生产中有四条线，即冲压、焊接、涂装和总装线，无处不用到数控机床。在自动化生产线中应用最多的则是数控技术控制的机械手和传输装置，使工人装配更精准、方便、快捷。随着数控技术的发展，也出现了一些不需要人工控制的全自动化生产线，最典型、应用最广泛的就是自动化车身前板生产线，完全由机器控制，不需人工干预，增加了生产效率而且减少了对人体的伤害。还有自动焊接机器人，焊接质量高，焊接速度快，是人工焊接的百倍以上。
3 数控技术在汽车工业中的发展前景
从整个汽车行业来看，数控技术在多品类加工、中小批量生产中，有很明显的优势，因此在汽车制造行业中，有着尤为重要的地位。它不仅能加工各种机械构件，还能完成汽车钣金、底盘焊接、轴的锻造、整车装配、电火花、激光等特种加工。在加工中将给中加工能力很强的设备如数控立式/卧式铣削加工中心，万能车削加工中心等用于柔性制造系统（FMS）中，很大程度地提高了其加工能力和柔性性能。数控技术日渐成为制造业发展的必然趋势，以数控机床构成的柔性制造系统（FMS）和计算机集成制造系统（CIMS）占据成为机械加工业的重要地位。
4 结论
汽车加工业由传统的规模化、单一化生产方式向多样化、中小批量的加工生产方式过渡，以企业为主导的生产方式逐步向以消费者为主导的生产方式转变，数控技术以及以其为主导的柔性制造系统（FMS）是适应这种过渡期转变的较好的生产制造方式。汽车生产中的数控技术以及以其为主导的柔性制造方式在具有产品制造优越性的同时，也有利于将企业中相对独立的产品设计、生产制造等过程相互结合起来，发展数控技术以及以其为主导的柔性制造系统（FMS），可以使汽车生产企业受益匪浅，不断提高其的综合实力和市场竞争力。
参考文献：
[1]冉振旺.数控技术在机械加工中的应用与发展前景分析[J].科技资讯，2011（26）.
[2]刘思默.机械数控的技术应用实施与探讨[J].数字技术与应用，2011（12）.
随着国民经济快速的发展，汽车、船舶、工程机械、航空航天等行业将为我国机床行业提供巨大的需求。预计到2015年，我国数控机床所需的数控系统需求将达到40万台套以上（不包含进口机床所配套数控系统），其中中高档占比预计在60％左右，数控系统市场需求将超过92亿元。
《高档数控机床与基础制造装备》国家科技重大专项要求，到2020年，我国将实现高档数控机床主要品种立足于国内：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80％实现国产化；国产中、高档数控机床用的国产数控系统市场占有率达到60％以上：高档数控系统市场占有率将从现在的1％提高到20％。
正是基于这些需求，中国机床工具工业协会副理事长、数控系统分会理事长陈吉红表示，数控系统行业“十二五”努力的方向是：抓住行业发展的重要战略机遇，以发展数控机床为主导、主机为龙头、完善配套为基础，重点突破数控系统和功能部件薄弱环节，加快高档数控机床产业化。依托科技重大专项，坚持科技进步和自主创新。加强创新人才队伍建设，提升企业核心竞争力，推动我国由机床工具生产大国向强国转变。
数控系统的三种发展模式
长期以来，我国数控系统与数控机床的发展呈现“两张皮”的现象比较突出。两者没有形成互相支持、互相促进和共同进步的局面，也没有形成开发与应用产业联盟和利益共同体的战略合作关系，这不仅制约我国数控机床产业的发展和市场竞争力，更制约了我国数控系统行业的发展。
陈吉红介绍说，目前，国际上发展数控系统产业有三种模式，每种模式各有优劣。
西门子模式：系统厂专业生产各种规格的数控系统，提供各种标准型的功能模块，为全世界的主机厂提供批量配套。这种模式的优点是：主机厂和系统厂发挥各自的优势，有利于形成专业化、规模化生产。缺点是：系统厂和主机厂主要是买卖关系，双方结合不够紧密主机厂为了保护自己的知识产权，不太愿意将这些特色技术提供给系统厂。
哈斯模式：主机厂独立开发数控系统，并与其自产的数控机床配套销售。这种模式的优点是：主机销售带动系统推广；其缺点是：主机厂独有品牌的数控系统很难被其他主机厂选用。
马扎克模式：主机厂在系统厂提供开发平台上，研发自主品牌的数控系统，并与所自产的数控机床配套销售。这一模式既避免了“西门子模式”和“哈斯模式”可能出现的缺点，又发扬了其自身的优点。这使得主机厂所需要的特殊控制要求、加工工艺和使用特色要求可方便地融入到数控系统中：主机厂用较少的投入，形成了自己的特色技术、知识产权和数控系统产品；主机厂自主品牌的数控系统的推广，还可以进一步强化主机厂的机床品牌，增加用户对主机厂的忠诚度；降低主机厂采购数控系统的成本同时带动数控系统产业的发展。
“根据多年经验分析，马扎克模式是主机厂发展数控系统产业最适合的模式，数控系统厂和机床厂以资产为纽带，建立战略合作关系，实现主机厂、系统厂、用户多方共赢。”陈吉红举例说，“十一五”期间，华中数控积极与大连机床、北一机床、武重集团、南通机床等重点机床企业建立战略合作关系，大大促进了中高档国产数控机床和数控系统发展。如华中数控与大连机床以资产为纽带，建立战略合作伙伴关系，在华中数控系统开放式平台的基础上，大连机床集成了用户工艺，开发特色功能和界面，研制了“大连数控”品牌的数控系统。这使得大连机床的整机性价比得到提高，用户得到了实惠，也改变了大连机床以往中、高档机床全部配置国外系统的状况。
为与主机全面配套奠定基础
“十一五”期间，国家启动实施《高档数控及基础制造装备》国家科技重大专项，国产数控系统技术水平和可靠性都取得了显著提升。陈吉红说，数控系统的研制与开发在关键技术方面取得了明显突破，已在国产机床上得到应用，为与主机全面配套奠定了基础。
例如，“十一五”期间，华中数控研制的五轴联动高档数控系统填补国内空白，打破国外封锁，300台五轴系统在军工等重点行业使用。基于“高档数控装置”、“国产CPU”、“全数字驱动及电机”三个重大专项课题研制而成的华中HNC-8型总线式高档数控系统，采用开放式软硬件体系结构及总线技术。目前，华中8型数控系统已与10类44台重大专项高档数控机床配套应用，主要技术指标已与国外高档数控系统相当。
广州数控研制的全数字高档数控系统具有高速程序预处理、多通道多轴联动控制、多通道及复合加工控制、等功能，系统基于工业以太网，具有自主知识产权的高速实时串行总线协议GSK—Link，支持EtherCAT，NCUC-Bus、GSK—Link三种协议的高速实时串行总线。
沈阳高精数控研制的高档数控系统系统，为基于多处理器，支持8通道、8轴联动、64轴控制，最小控制分辨率1纳米，具有7200段／秒、2000段前瞻的高速处理功能，可与5轴联动高速加工中心等数控机床配套应用。
大连光洋数控研制的总线数控系统，强大的多通道控制能力；优秀的五轴加工能力，支持多种五轴机床结构，支持斜面加工、定向退刀，支持3维刀具半径补偿；高速高精度控制。配合伺服驱动，可适配0.75～110KW交流同步伺服电机、交流异步主轴电机、力矩电机、直线电机；基于新一代光纤现场总线。
技术与市场差距
“十一五”期间，国产高档数控系统技术有了突破，但和国外高档数控系统相比，差距依然较大，陈吉红认为一方面是技术方面的差距。首先，产品在功能上存在差距：功能还不够完善，在实际应用中验证还不全面，在高速、高精、多通道控制、双轴同步控制等技术上不足；第二，产品的系列化不足：产品品种不齐、规格不足、成套性差、机电接口不一，影响配套。第三，产品的应用验证不够：产品生产完成后验证考核数量、时间不够，可靠性测试结果不能令人信服；第四，产业尚未起步：由以上等原因，导致产品的市场占有率偏低，用户认可度不高。
另一方面，是市场方面的差距。据工信部的《机床工具行业“十二五”发展规划》显示，“十一五”期间，数控系统发展滞后已成为制约行业发展的瓶颈。国产中档数控系统国内市场占有率只有35％，而高档数控系统95％以上依靠进口。
因此，为解决与国外高档数控系统的差距，需要通过在数控系统的关键共性技术、应用技术上取得突破，以此带动国产中高档数控系统的生产。陈吉红建议说，首先，以利益为纽带，整合国内的技术和人力资源，集中国家的财力支持建立国产数控系统软件、硬件和共性技术研发平台。建立技术研发管理机制，建立软件开发的质量管理体系（CMM）。
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课程总成绩
=
形成性考核×50%
+
终结性考试×50%
形考任务1
一、单项选择题（每小题3分，共66分）
题目1
数控机床指的是（
），对机床的加工过程进行自动控制的一类机床。
选择一项：
a.
装备了PLC的机床
b.
装备了APC的机床
c.
装备了ATC的机床
d.
装备了
NC或CNC
系统的机床
题目2
（
）属于数控机床的机床本体。
选择一项：
a.
光栅尺
b.
伺服电机
c.
自动换刀装置
d.
床身
题目3
（
）属于数控机床的反馈装置。
选择一项：
a.
液压控制系统
b.
自动换刀装置
c.
伺服电机
d.
光栅
题目4
（
）属于数控机床的辅助装置。
选择一项：
a.
床身
b.
装置
c.
伺服电机
d.
立柱
题目5
（
）属于数控机床的伺服系统。
选择一项：
a.
自动换刀装置
b.
数控装置
c.
伺服电机
d.
进给机构
题目6
（
）是机床实现自动加工的核心。
选择一项：
a.
伺服系统
b.
机床本体
c.
反馈装置
d.
数控系统
题目7
按照工艺用途分类，数控铣床属于（
）数控机床。
选择一项：
a.
金属切削类
b.
金属成形类
c.
特种加工类
d.
其他类型
题目8
按照运动轨迹控制分类，加工中心属于（
）。
选择一项：
a.
点位控制
b.
轮廓控制
c.
直线控制
d.
远程控制
题目9
欲加工一条与X轴成60°的直线轮廓，应采用（
）数控机床。
选择一项：
a.
点位控制
b.
以上答案都不对
c.
直线控制
d.
轮廓控制
题目10
全闭环控制数控机床比开环及半闭环控制数控机床（
）。
选择一项：
a.
稳定性好
b.
精度高
c.
精度低
d.
故障率低
题目11
（
）数控机床只有控制信息的前向通道，没有检测装置，不具有反馈环节。结构简单、调试方便、容易维修、成本较低，但其控制精度不高。
选择一项：
a.
开环控制
b.
轮廓控制
c.
半闭环控制
d.
全闭环控制
题目12
数控机床使用反馈装置的作用是为了（
）。
选择一项：
a.
提高机床的灵活性
b.
提高机床的定位精度、加工精度
c.
提高机床的安全性
d.
提高机床的使用寿命
题目13
（
）数控机床的反馈装置安装在数控机床终端移动部件上，其加工精度高，移动速度快，但调试和维修比较复杂，成本高。
选择一项：
a.
半闭环控制
b.
全闭环控制
c.
开环控制
d.
点位控制
题目14
数控机床全闭环进给伺服系统与半闭环进给伺服系统的主要区别在于（
）。
选择一项：
a.
伺服控制单元
b.
位置控制器
c.
反馈单元的安装位置
d.
数控系统性能优劣
题目15
数控机床按运动轨迹控制分为点位控制数控机床、直线控制数控机床和（
）数控机床。
选择一项：
a.
轮廓控制
b.
金属切削类
c.
金属成形类
d.
远程控制
题目16
数控机床解决了在普通机床加工中存在的一系列缺点和不足，为（
）的精密复杂零件提供了自动化加工手段。
选择一项：
a.
单件、小批量生产
b.
大批量生产
c.
超大批量生产
d.
中批量生产
题目17
数控机床解决了在普通机床加工中存在的一系列缺点和不足，它的特点有加工精度高、（
）、自动化程度高、劳动强度低、生产效率高等。
选择一项：
a.
适合生产批量大的零件
b.
对加工对象的适应性强
c.
适合生产装夹困难或完全靠找正定位来保证加工精度的零件
d.
适合生产必须用特定的工艺装备协调加工的零件
题目18
世界上第一台数控机床是在（
）国研制成功的。
选择一项：
a.
英国
b.
德国
c.
日本
d.
美国
题目19
并联机床是突破传统机床结构的最新一代的数控机床，（
）不是并联机床的优点。
选择一项：
a.
控制简单
b.
机械结构比同等功能的传统机床简单
c.
便于制造，有利于降低制造成本
d.
以上答案都不对
题目20
在国内外近年来生产的高速数控机床中，越来越多地采用图1所示（
）。从而把机床主传动链的长度缩短为零，实现了机床的“零传动”。
选择一项：
a.
电主轴
b.
伺服电机
c.
电滚珠丝杠
d.
全数字交流伺服系统
题目21
在采用全数字伺服系统的基础上，采用图2所示（
）直接驱动机床工作台实现“零传动”伺服进给方式。
选择一项：
a.
步进电机
b.
交流伺服电机
c.
直线电机
d.
异步电机
题目22
（
）不是数控机床机械结构的主要特点。
选择一项：
a.
抗振性差
b.
高效化装置、高人性化操作
c.
高的灵敏度
d.
良好的热稳定性
二、判断题（每小题2分共34分）
题目23
数控机床是采用数字控制技术对机床的加工过程进行自动控制的一类机床。
选择一项：
对
错
题目24
计算机数控系统是由计算机承担数控中的命令发生器和控制器的数控系统。
选择一项：
对
错
题目25
伺服系统是数控机床的机械结构实体，是用于完成各种切割加工的机械部分。
选择一项：
对
错
题目26
反馈装置是数控系统和机床本体之间的电传动联系环节。
选择一项：
对
错
题目27
开环控制系统一般适用于经济型数控机床和旧机床数控化改造。
选择一项：
对
错
题目28
闭环控制数控机床常采用步进电机为驱动装置的。
选择一项：
对
错
题目29
采用开环控制系统数控机床的精度高于采用闭环系统的数控机床。
选择一项：
对
错
题目30
通常一台数控机床的联动轴数一般会大于或等于可控轴数。
选择一项：
对
错
题目31
可控轴数是指机床数控装置能够控制的坐标数目，即数控机床有几个运动方向采用了数字控制。
选择一项：
对
错
题目32
联动轴数是指机床数控装置控制各坐标轴协调动作的坐标轴数目。
选择一项：
对
错
题目33
当改变加工零件时，在数控机床上只要改变加工程序，就可继续加工新零件。
选择一项：
对
错
题目34
数控机床是为了解决单件、小批量、精度高、形状复杂的零件加工的自动化要求而产生的。
选择一项：
对
错
题目35
数控机床的使用提高生产效率，经济效益明显，有利于生产管理的现代化。
选择一项：
对
错
题目36
数控机床正在不断采用最新技术成就，朝着高速化、高精度化、多功能化、智能化、系统化与高可靠性等方向发展。
选择一项：
对
错
题目37
数字伺服系统指的是伺服系统中的控制信息用数字量来处理。
选择一项：
对
错
题目38
机械动、静摩擦的非线性不会导致数控机床爬行。
选择一项：
对
错
题目39
电滚珠丝杆是伺服电动机与滚珠丝杆的集成，采用电滚珠丝杆可以大大简化数控机床的结构。
选择一项：
对
错
形考任务2
一、单项选择题（每小题2分，共64分）
题目1
经济型数控车床常采用（
），它的优点是加工工艺性好，其刀架水平放置，有利于提高刀架的运动精度，但这种结构床身下部空间小，排屑困难。
选择一项：
a.
水平床身斜滑板
b.
水平床身
c.
立式床身
d.
倾斜床身
题目2
车削中心是以（
）为基本体，并在其础上进一步增加动力铣、钻、镗，以及副主轴的功能，以实现多工序复合加工的机床。
选择一项：
a.
全功能型数控车床
b.
镗铣加工中心
c.
数控铣床
d.
经济型数控车床
题目3
采用经济型数控系统的机床不具有的特点是（
）。
选择一项：
a.
只配备必要的数控系统
b.
CPU可采用单片机
c.
采用步进电机伺服系统
d.
必须采用闭环控制系统
题目4
一般采用开环控制的经济型数控机床没有（
）。
选择一项：
a.
反馈装置
b.
操作面板
c.
数控系统
d.
伺服电机
题目5
加工中心按照功能特征分类，可分为
（
）、钻削和复合加工中心。
选择一项：
a.
刀库+主轴换刀
b.
三轴
c.
卧式
d.
镗铣
题目6
立式加工中心是指主轴轴线与工作台（
）设置的加工中心，主要适用于加工板类、盘类、模具及小型壳体类复杂零件。
选择一项：
a.
平行
b.
倾斜
c.
以上都不是
d.
垂直
题目7
卧式加工中心是指主轴轴线与工作台（
）设置的加工中心,主要适用于加工箱体类零件。
选择一项：
a.
平行
b.
以上都不是
c.
垂直
d.
倾斜
题目8
（
）集中了金属切削设备的优势，具备多种工艺手段。有自动换刀装置，能实现工件一次装卡后完成铣、镗、钻、铰、锪、攻螺纹等多道工序或全部工序的加工。
选择一项：
a.
数控铣床
b.
加工中心
c.
数控车床
d.
数控线切割机床
题目9
加工中心最突出的特征是是设置有（
）。
选择一项：
a.
自动交换工作台
b.
自动换刀装置
c.
自动排屑装置
d.
主轴准停装置
题目10
加工中心集中了金属切削设备的优势，具备多种工艺手段，能实现工件一次装卡后的铣、镗、钻、铰、锪攻螺纹等综合加工。加工中心最大的特点是有（
）。
选择一项：
a.
自动换刀装置
b.
自动交换工作台
c.
主轴准停装置
d.
自动排屑装置
题目11
图1所示数控车床采用（
）结构，这种布局结构具有机床外形美观，占地面积小，易于排屑和冷却液的排流，便于操作者操作和观察，易于安装上下料机械手，实现全面自动化等特点。
选择一项：
a.
水平床身
b.
立式床身
c.
倾斜床身
d.
水平床身斜滑板
题目12
数控车床采用（
），加工工艺性好，其刀架水平放置，有利于提高刀架的运动精度，但这种结构床身下部空间小，排屑困难。
选择一项：
a.
水平床身斜滑板
b.
倾斜床身
c.
水平床身
d.
立式床身
题目13
以多面孔系加工为主，工序集中且复杂的箱体类零件，一般选用（
）进行加工。
选择一项：
a.
卧式加工中心
b.
数控车床
c.
车削中心
d.
立式加工中心
题目14
对箱体类，异形类，型腔模具工件，如果加工余量小（精加工），而且以单面孔系加工为主，工序集中的，一般选用（
）进行加工。
选择一项：
a.
数控车床
b.
卧式加工中心
c.
车削中心
d.
立式加工中心
题目15
图3所示加工中心，按主轴在加工时的空间位置进行分类，属于（
）。
选择一项：
a.
车削中心
b.
立式加工中心
c.
以上都不是
d.
卧式加工中心
题目16
在数控铣床的运动分配与部件布局中，一般需要对工件的多个侧面进行加工，则主轴应布局成（
）。
选择一项：
a.
卧式
b.
以上答案都不对
c.
倾斜式
d.
立式
题目17
数控电火花线切割机床加工的特点有（
）。
选择一项：
a.
金属材料的硬度和韧性不影响加工速度
b.
不需要脉冲电源
c.
不能加工精细细小，形状复杂的工件
d.
可以加工盲孔类和阶梯型面类零件
题目18
电火花加工的原理是基于工具和工件(正、负电极)之间脉冲性火花放电时的电蚀现象来蚀除多余的金属，以达到对零件的尺寸、形状及表面质量预定的加工要求。电火花加工最大的局限性是（
）。
选择一项：
a.
加工过程中没有宏观切削力
b.
只能用于加工金属等导电材料“
c.
电火花加工属不接触加工
d.
易于实现加工过程自动化
题目19
常用数控电火花加工机床的加工局限性（
）。
选择一项：
a.
易于实现加工过程自动化
b.
只能用于加工金属等导电材料
c.
加工过程中没有宏观切削力
d.
电火花加工属不接触加工
题目20
通常数控电火花加工机床可以加工（
）。
选择一项：
a.
陶瓷
b.
导电材料
c.
塑料
d.
非导电材料
题目21
数控电火花线切割机床属于（
）。
选择一项：
a.
成型加工
b.
放电加工
c.
以上都不是
d.
切削加工
题目22
（
）是数控机床实现自动加工的核心，是整个数控机床的灵魂所在。
选择一项：
a.
输入输出装置
b.
机床本体
c.
伺服装置
d.
数控系统
题目23
数控系统中的CNC的中文含义是（
）。
选择一项：
a.
计算机数字控制
b.
计算机控制
c.
工程自动化
d.
硬件数控
题目24
CNC是由（
）承担数控中的命令发生器和控制器的数控系统。
选择一项：
a.
晶体管电路
b.
电子管元件
c.
计算机
d.
可编程控制器
题目25
（
）是数控机床操作人员与数控系统进行信息交换的窗口。
选择一项：
a.
人机界面
b.
数字控制
c.
伺服控制器
d.
可编程逻辑控制器
题目26
数控系统中的PLC是（
）。
选择一项：
a.
可编程控制器
b.
伺服控制器
c.
数字控制
d.
人机界面
题目27
（
）的作用是用来完成数控机床的逻辑控制。
选择一项：
a.
数控装置
b.
人机界面
c.
伺服控制器
d.
可编程控制器
题目28
数控机床的插补功能，由（
）来完成。
选择一项：
a.
伺服控制器
b.
伺服电机
c.
人机界面
d.
数字控制
题目29
下列功能中，（
）是数控系统目前一般所不具备的。
选择一项：
a.
进给功能
b.
控制功能
c.
插补功能
d.
刀具刃磨功能
题目30
（
）不是数控系统的特点。
选择一项：
a.
较强的环境适应性
b.
高可靠性
c.
具有灵活性
d.
不具有通用性
题目31
（
）是数控机床的核心关键部件，特别是对于高档数控机床，它是决定机床装备的性能、功能、可靠性和成本的关键因素。
选择一项：
a.
自动换刀装置
b.
床身
c.
伺服电机
d.
数控系统
题目32
数控车床的机床本体与普通车床相比，在结构上差别最大的部件是（
）。
选择一项：
a.
床身
b.
刀架
c.
主轴箱
d.
进给传动系统
形考任务3
一、单项选择题（每小题2分，共64分）
题目1
经济型数控车床常采用（
），它的优点是加工工艺性好，其刀架水平放置，有利于提高刀架的运动精度，但这种结构床身下部空间小，排屑困难。
选择一项：
a.
水平床身斜滑板
b.
水平床身
c.
立式床身
d.
倾斜床身
题目2
车削中心是以（
）为基本体，并在其础上进一步增加动力铣、钻、镗，以及副主轴的功能，以实现多工序复合加工的机床。
选择一项：
a.
全功能型数控车床
b.
镗铣加工中心
c.
数控铣床
d.
经济型数控车床
题目3
采用经济型数控系统的机床不具有的特点是（
）。
选择一项：
a.
只配备必要的数控系统
b.
CPU可采用单片机
c.
采用步进电机伺服系统
d.
必须采用闭环控制系统
题目4
一般采用开环控制的经济型数控机床没有（
）。
选择一项：
a.
反馈装置
b.
操作面板
c.
数控系统
d.
伺服电机
题目5
加工中心按照功能特征分类，可分为
（
）、钻削和复合加工中心。
选择一项：
a.
刀库+主轴换刀
b.
三轴
c.
卧式
d.
镗铣
题目6
立式加工中心是指主轴轴线与工作台（
）设置的加工中心，主要适用于加工板类、盘类、模具及小型壳体类复杂零件。
选择一项：
a.
平行
b.
倾斜
c.
以上都不是
d.
垂直
题目7
卧式加工中心是指主轴轴线与工作台（
）设置的加工中心,主要适用于加工箱体类零件。
选择一项：
a.
平行
b.
以上都不是
c.
垂直
d.
倾斜
题目8
（
）集中了金属切削设备的优势，具备多种工艺手段。有自动换刀装置，能实现工件一次装卡后完成铣、镗、钻、铰、锪、攻螺纹等多道工序或全部工序的加工。
选择一项：
a.
数控铣床
b.
加工中心
c.
数控车床
d.
数控线切割机床
题目9
加工中心最突出的特征是是设置有（
）。
选择一项：
a.
自动交换工作台
b.
自动换刀装置
c.
自动排屑装置
d.
主轴准停装置
题目10
加工中心集中了金属切削设备的优势，具备多种工艺手段，能实现工件一次装卡后的铣、镗、钻、铰、锪攻螺纹等综合加工。加工中心最大的特点是有（
）。
选择一项：
a.
自动换刀装置
b.
自动交换工作台
c.
主轴准停装置
d.
自动排屑装置
题目11
图1所示数控车床采用（
）结构，这种布局结构具有机床外形美观，占地面积小，易于排屑和冷却液的排流，便于操作者操作和观察，易于安装上下料机械手，实现全面自动化等特点。
图1
选择一项：
a.
水平床身
b.
立式床身
c.
倾斜床身
d.
水平床身斜滑板
题目12
数控车床采用（
），加工工艺性好，其刀架水平放置，有利于提高刀架的运动精度，但这种结构床身下部空间小，排屑困难。
图2
选择一项：
a.
水平床身斜滑板
b.
倾斜床身
c.
水平床身
d.
立式床身
题目13
以多面孔系加工为主，工序集中且复杂的箱体类零件，一般选用（
）进行加工。
选择一项：
a.
卧式加工中心
b.
数控车床
c.
车削中心
d.
立式加工中心
题目14
对箱体类，异形类，型腔模具工件，如果加工余量小（精加工），而且以单面孔系加工为主，工序集中的，一般选用（
）进行加工。
选择一项：
a.
数控车床
b.
卧式加工中心
c.
车削中心
d.
立式加工中心
题目15
图3所示加工中心，按主轴在加工时的空间位置进行分类，属于（
）。
选择一项：
a.
车削中心
b.
立式加工中心
c.
以上都不是
d.
卧式加工中心
题目16
在数控铣床的运动分配与部件布局中，一般需要对工件的多个侧面进行加工，则主轴应布局成（
）。
选择一项：
a.
卧式
b.
以上答案都不对
c.
倾斜式
d.
立式
题目17
数控电火花线切割机床加工的特点有（
）。
选择一项：
a.
金属材料的硬度和韧性不影响加工速度
b.
不需要脉冲电源
c.
不能加工精细细小，形状复杂的工件
d.
可以加工盲孔类和阶梯型面类零件
题目18
电火花加工的原理是基于工具和工件(正、负电极)之间脉冲性火花放电时的电蚀现象来蚀除多余的金属，以达到对零件的尺寸、形状及表面质量预定的加工要求。电火花加工最大的局限性是（
）。
选择一项：
a.
加工过程中没有宏观切削力
b.
只能用于加工金属等导电材料“
c.
电火花加工属不接触加工
d.
易于实现加工过程自动化
题目19
常用数控电火花加工机床的加工局限性（
）。
选择一项：
a.
易于实现加工过程自动化
b.
只能用于加工金属等导电材料
c.
加工过程中没有宏观切削力
d.
电火花加工属不接触加工
题目20
通常数控电火花加工机床可以加工（
）。
选择一项：
a.
陶瓷
b.
导电材料
c.
塑料
d.
非导电材料
题目21
数控电火花线切割机床属于（
）。
选择一项：
a.
成型加工
b.
放电加工
c.
以上都不是
d.
切削加工
题目22
（
）是数控机床实现自动加工的核心，是整个数控机床的灵魂所在。
选择一项：
a.
输入输出装置
b.
机床本体
c.
伺服装置
d.
数控系统
题目23
数控系统中的CNC的中文含义是（
）。
选择一项：
a.
计算机数字控制
b.
计算机控制
c.
工程自动化
d.
硬件数控
题目24
CNC是由（
）承担数控中的命令发生器和控制器的数控系统。
选择一项：
a.
晶体管电路
b.
电子管元件
c.
计算机
d.
可编程控制器
题目25
（
）是数控机床操作人员与数控系统进行信息交换的窗口。
选择一项：
a.
人机界面
b.
数字控制
c.
伺服控制器
d.
可编程逻辑控制器
题目26
数控系统中的PLC是（
）。
选择一项：
a.
可编程控制器
b.
伺服控制器
c.
数字控制
d.
人机界面
题目27
（
）的作用是用来完成数控机床的逻辑控制。
选择一项：
a.
数控装置
b.
人机界面
c.
伺服控制器
d.
可编程控制器
题目28
数控机床的插补功能，由（
）来完成。
选择一项：
a.
伺服控制器
b.
伺服电机
c.
人机界面
d.
数字控制
题目29
下列功能中，（
）是数控系统目前一般所不具备的。
选择一项：
a.
进给功能
b.
控制功能
c.
插补功能
d.
刀具刃磨功能
题目30
（
）不是数控系统的特点。
选择一项：
a.
较强的环境适应性
b.
高可靠性
c.
具有灵活性
d.
不具有通用性
题目31
（
）是数控机床的核心关键部件，特别是对于高档数控机床，它是决定机床装备的性能、功能、可靠性和成本的关键因素。
选择一项：
a.
自动换刀装置
b.
床身
c.
伺服电机
d.
数控系统
题目32
数控车床的机床本体与普通车床相比，在结构上差别最大的部件是（
）。
选择一项：
a.
床身
b.
刀架
c.
主轴箱
d.
进给传动系统
形考任务4
一、单项选择题（每小题4分，共64分）
题目1
（
）检验又称静态精度检验，是综合反映机床关键零部件经组装后的综合几何形状误差。
选择一项：
a.
几何精度
b.
切削精度
c.
以上都不对
d.
定位精度
题目2
数控机床精度检验中，（
）的检验是表明所测量的机床各运动部位在数控装置控制下，运动所能达到的精度。
选择一项：
a.
以上答案都不对
b.
定位精度
c.
切削精度
d.
几何精度
题目3
下列（
）检验属于定位精度检验。
选择一项：
a.
主轴轴向及径向跳动
b.
X、Y、Z坐标轴的相互垂直度
c.
主轴在Z轴方向移动的直线度
d.
直线运动轴机械原点的返回精度
题目4
对加工中心的（
）检验，属于定位精度检验。
选择一项：
a.
圆弧铣削精度
b.
回转轴原点的返回精度
c.
工作台面的平行度
d.
X、Y、Z坐标轴的相互垂直度
题目5
数控机床几何精度检查时首先应该进行（
）。
选择一项：
a.
连续切削试验
b.
安装水平的检查与调整
c.
连续空运行试验
d.
数控系统功能试验
题目6
对数控铣床的（
）检验，属于切削精度检验。
选择一项：
a.
直线运动重复定位精度
b.
回转轴原点的返回精度
c.
斜线铣削精度
d.
X、Y、Z坐标轴的相互垂直度
题目7
图1所示（
），可用于数控机床的直线运动定位精度检验。
选择一项：
a.
球杆仪
b.
激光干涉仪
c.
三坐标测量机
d.
精密水平仪
题目8
图2所示（
）的工作原理是将其两端分别安装在机床的主轴与工作台上(或者安装在车床的主轴与刀塔上)，测量两轴插补运动形成的圆形轨迹，并将这一轨迹与标准圆形轨迹进行比较，从而评价机床产生误差的种类和幅值。
选择一项：
a.
精密水平仪
b.
三坐标测量机
c.
球杆仪
d.
激光干涉仪
题目9
将被测物体置于图3所示（
）的测量空间，可获得被测物体上各测点的坐标位置，根据这些点的空间坐标值，经计算可求出被测的几何尺寸、形状和位置。
选择一项：
a.
球杆仪
b.
三坐标测量机
c.
激光干涉仪
d.
精密水平仪
题目10
数控机床的使用条件有明确的要求，与数控机床的基本使用条件不符的是（
）。
选择一项：
a.
地基牢靠，有隔震措施
b.
保证一定的环境温度和湿度
c.
无需保护接地
d.
稳定的供电电源，有抗干扰措施
题目11
在数控生产技术管理中，除对操作、刀具、维修人员的管理外，还应加强对（
）的管理。
选择一项：
a.
编程人员
b.
采购人员
c.
后勤人员
d.
职能部门
题目12
按报警号分类，数控系统的报警可分为（
）和用户报警两大类。
选择一项：
a.
系统故障
b.
可恢复性故障
c.
可重复故障
d.
机械故障
题目13
数控机床的故障按故障内容分类，可分为（
）和电气故障两大类。
(
选择一项：
a.
随机性故障
b.
机械故障
c.
可恢复性故障
d.
系统故障
题目14
数控机床的故障按故障特征分类，可分为（
）和有报警故障两大类。
选择一项：
a.
可恢复性故障
b.
随机性故障
c.
无报警故障
d.
机械故障
题目15
数控机床的故障按故障现象分类，可分为（
）和随机性故障两大类。
选择一项：
a.
可恢复性故障
b.
可重复故障
c.
机械故障
d.
系统故障
题目16
数控机床的故障按故障性质分类，可分为（
）和不可恢复性故障两大类。
选择一项：
a.
机械故障
b.
随机性故障
c.
系统故障
d.
可恢复性故障
二、判断题（每小题2分共36分）
题目17
数控机床的定位精度是表明所测量的机床各运动部位在数控装置控制下，运动所能达到的精度。
选择一项：
对
错
题目18
数控机床的几何精度是表明所测量的机床各运动部位在数控装置控制下，运动所能达到的精度。
选择一项：
对
错
题目19
数控机床的切削精度检验是对机床的几何精度和定位精度在切削加工条件下的一项综合检查。
选择一项：
对
错
题目20
三坐标测量机作为一种检测仪器，对零件和部件的尺寸、形状及相互位置进行检测。
选择一项：
对
错
题目21
球杆仪利用机床的两轴联动做圆弧插补，通过分析圆弧的半径变化和弧线的轨迹特征来判断机床的误差元素。
选择一项：
对
错
题目22
激光干涉仪利用机床的两轴联动做圆弧插补，通过分析圆弧的半径变化和弧线的轨迹特征来判断机床的误差元素。
选择一项：
对
错
题目23
平均排除故障时间是从出现故障直到故障排除恢复正常为止的平均时间。
选择一项：
对
错
题目24
伺服电机与丝杠的联轴节松动导致伺服电机与滚珠丝杠之间出现滑动，使得零件报废属于电气故障。
选择一项：
对
错
题目25
数控机床的故障按故障内容分类，可分为可重复性故障和电气故障。
选择一项：
对
错
题目26
数控机床能否充分发挥作用，起到应有的经济效益，是与生产管理、技术水平、人员配套、基础元部件的及时供应等有密切关系的。
选择一项：
对
错
题目27
数控设备的选用只需要考虑其加工精度就可以了。
选择一项：
对
错
题目28
用数控机床加工时，切削速度越高加工成本越低。
选择一项：
对
错
题目29
数控机床使用时需要进行保护接地。
选择一项：
对
错
题目30
数控机床的基础使用条件必须保证稳定的供电电源，有抗干扰措施。
选择一项：
对
错
题目31
数控机床工作地允许的海拔高度为1000m，当超过这个指标后，不仅伺服驱动系统的输出功率下降，而且影响加工的效果。
选择一项：
对
错
题目32
数控机床工作的环境温度是没有限制条件的。
选择一项：
对
错
题目33
加工中心能在一次装夹后实现多表面、多特征、多工位的连续、高效、高精度加工，即工序集中。
选择一项：
对
错
题目34
五面加工中心具有立式和卧式加工中心的功能，通过回转工作台的旋转和主轴头的旋转，能在工件一次装夹后，完成除安装面以外的所有五个面的加工。
选择一项：
关键词：顺时针圆弧；逆时针圆弧；圆弧插补指令
中图分类号：G712 文献标识码：A 文章编号：1672-5727（2012）10-0131-04
学生在学习数控机床编程技术时，对顺时针圆弧插补指令G02和逆时针圆弧插补指令G03很难理解，因而难以正确使用，更难灵活运用。多数教材对该内容叙述简单、分散。另外，部分教师的教学不够详细、深入，给学生正确理解并运用顺时针圆弧插补和逆时针圆弧插补指令造成了困难。怎样才能使学生正确理解并运用顺时针和逆时针圆弧插补指令于数控编程中，笔者在教学实践中对此作了探究。
正确理解和掌握数控编程基础知识
数控编程基础知识包括数控机床和工件的坐标系，尺寸字G、M、F、S、T功能等。
弄清数控机床坐标系的定义和规定 数控机床采用三维直角坐标系即右手笛卡尔坐标系。基本坐标轴为OX轴、OY轴、OZ轴（简称X轴、Y轴、Z轴），三坐标轴正交，其交点O就是坐标系原点，+X、+Y、+Z的方向如图1所示。
认清坐标轴正方向和右手各手指的关系 伸出右手，五指在同一掌平面，使拇指与食指等其余指垂直，再令中指和掌平面垂直，拇指的指向即是+X的方向，食指的指向即是+Y的方向，中指的指向即是+Z的方向。这就是右手笛卡尔坐标系，如图2所示。
遵守数控机床坐标系的各坐标轴正方向的规定 数控机床各坐标轴正方向，依右手笛卡尔直角坐标系，顺大拇指的指向对应为X轴的正方向，沿食指的指向对应为Y轴的正方向，中指的指向对应为Z轴的正方向。
知道圆周进给运动正方向和各坐标轴正方向的规定 围绕X、Y、Z轴旋转的圆周进给坐标轴分别用A、B、C表示，圆周进给运动正方向和各坐标轴正方向的关系如图3所示。
明白右手螺旋定则的内容 伸出右手，五指在同一掌平面，先使拇指与其余指垂直，后把其余指自然弯曲成圆形，如图4所示。
弄清圆周进给运动正方向和各坐标轴正方向的关系 （1）右手握OX轴，拇指指向+X方向，食指和中指等的指向是圆周进给运动的+A方向。（2）右手握OY轴，拇指指向+Y方向，食指和中指等的指向是圆周进给运动的+B方向。（3）右手握OZ轴，拇指指向+Z方向，食指和中指等的指向是圆周进给运动的+C方向。
牢记数控机床的运动正方向的规定 无论数控机床是工件静止、刀具运动，还是工件运动、刀具静止，为便于数控编程，都规定：数控机床的运动，是刀具相对于静止的工件做进给切削的运动。Z轴作为平行于机床主轴的坐标轴，正方向为刀具远离工件的方向。X轴平行于装夹平面且垂直于机床主轴，取水平方向，刀具远离主轴方向为正方向。Y轴的正方向根据右手笛卡尔定律确定。旋转运动+A、+B、+C的方向，根据X、Y、Z轴正方向，按右手螺旋定则来确定。（1）对车床而言，Z轴与车床主轴轴线重合，沿着Z轴正方向移动将增大工件和刀具间的距离。X轴垂直于Z轴并平行于工件的装夹面，刀具沿X轴正方向移动将增大工件和刀具间的距离。Y轴、X轴和Z轴遵守右手笛卡儿坐标系。图5是前置刀架数控车床从上往下看的坐标系投影平面图。其+Y的方向是垂直平面向里，用圆内十字交叉表示；若+Y的方向是垂直平面向外，则用圆内小圆黑点表示，编程用这个坐标系。（2）对铣床而言，Z轴与主轴轴线重合，沿着Z轴正方向移动将增大工件和刀具间的距离，即刀具远离工件的方向为+Z方向。X轴垂直于Z轴，平行于工件的装夹面，如果为单立柱式铣床，面对装有刀具的主轴向立柱方向看，其左方为+X方向。Y轴与X轴和Z轴遵守右手笛卡尔坐标系，如图6所示。图7是立式铣床从上往下看的坐标系投影平面图，编程用这个坐标系。
区分加工圆弧时的
方向是顺时针还是逆时针
加工平面 是由任意两坐标轴构成的平面或投影平面。数控机床上加工平面为观察者迎着第三坐标轴的正方向所看到的平面。
加工方向判别方法 在加工平面内，根据其加工工件刀具运动时的移动方向是顺时针还是逆时针来区分。当观察者迎着第三坐标轴的正方向看加工平面，发现加工工件时，刀具是作顺时针回转移动，就是顺时针方向；反之，发现加工工件时，刀具是作逆时针回转移动，就是逆时针方向。
判断应用顺时针和逆时
针圆弧插补指令的方法
应用顺时针圆弧插补指令G02还是应用逆时针圆弧插补指令G03的判断方法是：在加工时，观察者迎着第三坐标轴的正方向看加工平面，刀具是作顺时针回转移动，就是顺时针圆弧插补，就使用G02指令；反之，若加工工件时，刀具是作逆时针回转移动，就是逆时针圆弧插补，就使用G03指令。
如加工图8所示的圆弧，圆弧的起点在刀尖处，终点在图上箭头尖端，用G02还是G03指令？这是由X和Z轴组成的XZ平面，Y轴正方向是垂直平面向里，就要迎着Y轴的正方向看这个平面，即从里往外看XZ平面的圆弧回转的方向是顺时针还是逆时针。显然，加工图8所示圆弧，刀具是顺时针回转，应该用G02顺时针圆弧插补指令。
关键词：中职；数控机床；培训；教学方法
中图分类号：G712；G718.3 文献标志码：A 文章编号：1008-3561（2017）05-0048-01
随着科学技术水平的不断提高，各种先进制造技术得到日益广泛的应用，生产企业需要大量善于进行技术创新的应用型人才，其中，数控机床操作技术工更是目前迫切需要的“灰领”人才。在这样的背景下，数控培训方兴未艾，许多职校跨出校门接受社会培训。因而如何尽快、有效地提高数控培训学员的知识水平与操作技能是一个重要课题。
一、形象比喻，通俗易懂
由于大多数学员是初次接触数控机床，且文化程度较低，对一些基础知识与概念的理解有困难，这时可以举一些通俗易懂的例子来进行教学。例如，数控机床的基本M成及工作原理可以以人作比喻：控制介质相当于语言、数控装置相当于大脑、伺服系统相当于神经系统和肌肉、检测装置相当于感觉器官、机床本体相当于人体骨架。比如在做队列操时，人听到“立正”口令时，将语音信号变换后传递给大脑，这个“立正”命令必须是人能听懂并明白其含义的，否则无法做出反应。大脑接受了“立正”命令信息后，马上记忆起该命令的动作要求，即人站直、腿并拢、手放好，并通过感觉器官检查动作是否准确到位、符合要求，然后发出动作指令。这个指令是很微弱的脑电波信号，不足以刺激肌肉运动，通过神经系统放大并传递后刺激相应部位的肌肉舒展或收缩，牵引骨骼运动，这才最终完成了“立正”动作。如果听不懂命令、不知道命令的含义、大脑不能正常思维或神经系统有障碍、肌肉拉伤或萎缩、骨骼有损伤，那么人就不可能做出正确的动作。同样，如果程序有误、数控装置有问题、伺服系统有故障、机床本体部件损坏，那么机床就无法正常运转，也就不能加工出合格的零件。有时程序出错，甚至会造成严重事故。这样一来就把基本概念讲清楚了，学员也容易理解。其他如开环、闭环、半闭环控制方式、可控轴与联动轴等都可以用类似的方法讲解。
二、分析透彻，搞清概念
有些简单却重要的概念往往不被重视，包括专业人员，但又很容易出差错，这些问题必须讲清讲透，否则学员一知半解，掌握不了要领，导致在实际操作时出现失误。例如，数控车床坐标系的问题，数控车床同样采用人人皆知的右手笛卡儿直角坐标系，简单易懂，但问题是如何在所用机床的实际坐标系上判别圆弧的顺逆时针走向。多数学校的工业训练中心和社会培训机构因经费原因，一般采用经济型数控机床进行培训，而企业则多采用中高档数控机床进行生产。经济型数控车床的刀架位置与中高档数控车床不同，X轴及Y轴的正向正好相反。判断圆弧的顺逆时针走向应对着Y轴正向看过去，而经济型数控车床的Y轴正向向下，判别朝向和视线方向相反，因此看起来是顺时针其实是逆时针。这个基本概念很简单，但也容易出错，甚至在某些数控机床的操作说明书上也出现这类错误。其他如数控指令的用法，尤其是循环指令的功能与刀路、坐标及刀具参数的设置等问题也必须要讲清楚、准确到位。
三、工艺是重点，编程是基础
初学者往往很重视编程，把精力都花在这上面，而忽视了加工工艺。其实，数控机床是按照人所编的数控程序进行自动加工的，程序里面包含了工艺因素，反映了编程者的工艺思路，所以说，程序编得好不好，完全取决于工艺排得好不好。因此，除了编程方法还需要介绍数控机床有别于普通机床的特点与要求，重点讲解工艺分析、切削参数、刀具选择、走刀路线等工艺性问题。数控培训也可尝试创新教学，在学员初步掌握基本编程及操作技能后，让他们按照自己的兴趣设计一个零件并进行加工，从中可以发现许多工艺问题，尤其是刀具选择和刀路安排，此时教师再指出错误并给予指导，使学员印象深刻更易于接受，效果比教师单向讲解要好得多。
四、掌握要领，运用技巧
接受培训的学员有些是普通机床的操作工，有一定的切削加工经验。有些则刚取得初级证书，工作经验很少，在习惯上往往还按照普通机床的操作过程来编制数控程序，这就需要在培训中反复强调数控机床的工艺特点，指导学员逐渐接受、掌握数控机床有别于普通机床的一些工艺处理方法。对培训中出现的典型问题和特别容易出错的地方，可召集学员进行现场讨论，让大家相互汲取教训，这样做学员们既印象深刻，又能共同提高。培训使用的经济型数控机床，采用的是开环系统和步进电动机，在运行过程中极易失步且无法补偿，故而精度较低、误差较大，在操作中应加以注意。编程时仍按图纸规定的尺寸作为坐标参数，但在对刀设置坐标时要留出一些余量，或修改调整刀补参数，加工结束后按实际测得的零件尺寸重新设置坐标或修改刀补参数，再运行精加工程序予以修正，这样就能加工出合格的零件。
五、结束语
数控机床操作工为紧缺工种，社会需求量大，政策扶持力度大，考工不受年限，取得某级别资格后，可马上申报高一级资格鉴定。因此，在培训中要加强学员的素质教育，抓好基本技能的训练，给学员打好扎实的基础，使他们能够尽快达到工作要求，提高专业技能。
参考文献：
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