數控機牀

數控機牀的操作和監控全部在這個數控單元中完成，它是數控機牀的大腦。與普通機牀相比，數控機牀有如下特點：

1、對加工對象的適應性強，適應模具等產品單件生產的特點，為模具的製造提供了合適的加工方法；

2、加工精度高，具有穩定的加工質量；

3、可進行多座標的聯動，能加工形狀複雜的零件；

4、加工零件改變時，一般只需要更改數控程序，可節省生產準備時間；

5、機牀本身的精度高、剛性大，可選擇有利的加工用量，生產率高（一般為普通機牀的3~5倍）；

6、機牀自動化程度高，可以減輕勞動強度；

7、有利於生產管理的現代化。數控機牀使用數字信息與標準代碼處理、傳遞信息，使用了計算機控制方法，為計算機輔助設計、製造及管理一體化奠定了基礎；

8、對操作人員的素質要求較高，對維修人員的技術要求更高；

9、可靠性高。

數控機牀與傳統機牀相比，具有以下一些特點。

1、具有高度柔性

在數控機牀上加工零件，主要取決於加工程序，它與普通機牀不同，不必製造，更換許多模具、夾具，不需要經常重新調整機牀。因此，數控機牀適用於所加工的零件頻繁更換的場合，亦即適合單件，小批量產品的生產及新產品的開發，從而縮短了生產準備週期，節省了大量工藝裝備的費用。

2、加工精度高

數控機牀的加工精度一般可達0.05—0.1mm，數控機牀是按數字信號形式控制的，數控裝置每輸出一脈衝信號，則機牀移動部件移動一具脈衝當量（一般為0.001mm），而且機牀進給傳動鏈的反向間隙與絲桿螺距平均誤差可由數控裝置進行曲補償，因此，數控機牀定位精度比較高。

3、加工質量穩定、可靠

加工同一批零件，在同一機牀，在相同加工條件下，使用相同刀具和加工程序，刀具的走刀軌跡完全相同，零件的一致性好，質量穩定。

4、生產率高

數控機牀可有效地減少零件的加工時間和輔助時間，數控機牀的主軸聲速和進給量的範圍大，允許機牀進行大切削量的強力切削。數控機牀正進入高速加工時代，數控機牀移動部件的快速移動和定位及高速切削加工，極大地提高了生產率。另外，與加工中心的刀庫配合使用，可實現在一台機牀上進行多道工序的連續加工，減少了半成品的工序間週轉時間，提高了生產率。

5、改善勞動條件

數控機牀加工前是經調整好後，輸入程序並啓動，機牀就能有自動連續地進行加工，直至加工結束。操作者要做的只是程序的輸入、編輯、零件裝卸、刀具準備、加工狀態的觀測、零件的檢驗等工作，勞動強度大降低，機牀操作者的勞動趨於智力型工作。另外，機牀一般是結合起來，既清潔，又安全。

6、利用生產管理現代化

數控機牀的加工，可預先精確估計加工時間，對所使用的刀具、夾具可進行規範化，現代化管理，易於實現加工信息的標準化，已與計算機輔助設計與製造（CAD/CAM）有機地結合起來，是現代化集成製造技術的基礎 ^[1]  。

數控機牀的基本組成包括加工程序載體、數控裝置、伺服驅動裝置、機牀主體和其他輔助裝置。下面分別對各組成部分的基本工作原理進行概要説明。

數控機牀工作時，不需要工人直接去操作機牀，要對數控機牀進行控制，必須編制加工程序。零件加工程序中，包括機牀上刀具和工件的相對運動軌跡、工藝參數（進給量主軸轉速等）和輔助運動等。將零件加工程序用一定的格式和代碼，存儲在一種程序載體上，如穿孔紙帶、盒式磁帶、軟磁盤等，通過數控機牀的輸入裝置，將程序信息輸入到CNC單元。

數控裝置是數控機牀的核心。現代數控裝置均採用CNC（Computer Numerical Control）形式，這種CNC裝置一般使用多個微處理器，以程序化的軟件形式實現數控功能，因此又稱軟件數控（Software NC）。CNC系統是一種位置控制系統，它是根據輸入數據插補出理想的運動軌跡，然後輸出到執行部件加工出所需要的零件。因此，數控裝置主要由輸入、處理和輸出三個基本部分構成。而所有這些工作都由計算機的系統程序進行合理地組織，使整個系統協調地進行工作。

1）輸入裝置：將數控指令輸入給數控裝置，根據程序載體的不同，相應有不同的輸入裝置。主要有鍵盤輸入、磁盤輸入、CAD/CAM系統直接通信方式輸入和連接上級計算機的DNC（直接數控）輸入，現仍有不少系統還保留有光電閲讀機的紙帶輸入形式。

（1）紙帶輸入方式。可用紙帶光電閲讀機讀入零件程序，直接控制機牀運動，也可以將紙帶內容讀入存儲器，用存儲器中儲存的零件程序控制機牀運動。

（2）MDI手動數據輸入方式。操作者可利用操作面板上的鍵盤輸入加工程序的指令，它適用於比較短的程序。

在控制裝置編輯狀態（EDIT）下，用軟件輸入加工程序，並存入控制裝置的存儲器中，這種輸入方法可重複使用程序。一般手工編程均採用這種方法。

在具有會話編程功能的數控裝置上，可按照顯示器上提示的問題，選擇不同的菜單，用人機對話的方法，輸入有關的尺寸數字，就可自動生成加工程序。

（3）採用DNC直接數控輸入方式。把零件程序保存在上級計算機中，CNC系統一邊加工一邊接收來自計算機的後續程序段。DNC方式多用於採用CAD/CAM軟件設計的複雜工件並直接生成零件程序的情況。

不同類型的數控機牀(13張)

2）信息處理：輸入裝置將加工信息傳給CNC單元，編譯成計算機能識別的信息，由信息處理部分按照控制程序的規定，逐步存儲並進行處理後，通過輸出單元發出位置和速度指令給伺服系統和主運動控制部分。CNC系統的輸入數據包括：零件的輪廓信息（起點、終點、直線、圓弧等）、加工速度及其他輔助加工信息（如換刀、變速、冷卻液開關等），數據處理的目的是完成插補運算前的準備工作。數據處理程序還包括刀具半徑補償、速度計算及輔助功能的處理等。

3）輸出裝置：輸出裝置與伺服機構相聯。輸出裝置根據控制器的命令接受運算器的輸出脈衝，並把它送到各座標的伺服控制系統，經過功率放大，驅動伺服系統，從而控制機牀按規定要求運動。

伺服系統是數控機牀的重要組成部分，用於實現數控機牀的進給伺服控制和主軸伺服控制。伺服系統的作用是把接受來自數控裝置的指令信息，經功率放大、整形處理後，轉換成機牀執行部件的直線位移或角位移運動。由於伺服系統是數控機牀的最後環節，其性能將直接影響數控機牀的精度和速度等技術指標，因此，對數控機牀的伺服驅動裝置，要求具有良好的快速反應性能，準確而靈敏地跟蹤數控裝置發出的數字指令信號，並能忠實地執行來自數控裝置的指令，提高系統的動態跟隨特性和靜態跟蹤精度。

伺服系統包括驅動裝置和執行機構兩大部分。驅動裝置由主軸驅動單元、進給驅動單元和主軸伺服電動機、進給伺服電動機組成。步進電動機、直流伺服電動機和交流伺服電動機是常用的驅動裝置。

測量元件將數控機牀各座標軸的實際位移值檢測出來並經反饋系統輸入到機牀的數控裝置中，數控裝置對反饋回來的實際位移值與指令值進行比較，並向伺服系統輸出達到設定值所需的位移量指令。

機牀主機是數控機牀的主體。它包括牀身、底座、立柱、橫樑、滑座、工作台、主軸箱、進給機構、刀架及自動換刀裝置等機械部件。它是在數控機牀上自動地完成各種切削加工的機械部分。與傳統的機牀相比，數控機牀主體具有如下結構特點：

1）採用具有高剛度、高抗震性及較小熱變形的機牀新結構。通常用提高結構系統的靜剛度、增加阻尼、調整結構件質量和固有頻率等方法來提高機牀主機的剛度和抗震性，使機牀主體能適應數控機牀連續自動地進行切削加工的需要。採取改善機牀結構佈局、減少發熱、控制温升及採用熱位移補償等措施，可減少熱變形對機牀主機的影響。

2）廣泛採用高性能的主軸伺服驅動和進給伺服驅動裝置，使數控機牀的傳動鏈縮短，簡化了機牀機械傳動系統的結構。

3）採用高傳動效率、高精度、無間隙的傳動裝置和運動部件，如滾珠絲槓螺母副、塑料滑動導軌、直線滾動導軌、靜壓導軌等。

輔助裝置是保證充分發揮數控機牀功能所必需的配套裝置，常用的輔助裝置包括：氣動、液壓裝置，排屑裝置，冷卻、潤滑裝置，迴轉工作台和數控分度頭，防護，照明等各種輔助裝置 ^[1]  。

數控機牀是一種裝有程序控制系統的自動化機牀，能夠根據已編好的程序，使機牀動作並加工零件。它綜合了機械、自動化、計算機、測量、微電子等最新技術，使用了多種傳感器，在數控機牀上應用的傳感器主要有光電編碼器、直線光柵、接近開關、温度傳感器、霍爾傳感器、電流傳感器、電壓傳感器、壓力傳感器、液位傳感器、旋轉變壓器、感應同步器、速度傳感器等，主要用來檢測位置、直線位移和角位移、速度、壓力、温度等。

1、數控機牀對傳感器的要求

1）可靠性高和抗干擾性強；

2）滿足精度和速度的要求；

3）使用維護方便，適合機牀運行環境；

4）成本低。

不同種類數控機牀對傳感器的要求也不盡相同，一般來説，大型機牀要求速度響應高，中型和高精度數控機牀以要求精度為主。

2、感應同步器的應用

感應同步器是利用兩個平面形繞組的互感隨位置不同而變化的原理製成的。其功能是將角度或直線位移轉變成感應電動勢的相位或幅值，可用來測量直線或轉角位移。按其結構可分為直線式和旋轉式兩種。直線式感應同步器由定尺和滑尺兩部分組成，定尺安裝在機牀牀身上，滑尺安裝於移動部件上，隨工作台一起移動；旋轉式感應同步器定子為固定的圓盤，轉子為轉動的圓盤。感應同步器具有較高的精度與分辨力、抗干擾能力強、使用壽命長、維護簡單、長距離位移測量、工藝性好、成本較低等優點。旋轉式感應同步器則被廣泛地用於機牀和儀器的轉枱以及各種迴轉伺服控制系統中。

第一台加工中心是1958年由美國卡尼-特雷克公司首先研製成功的。它在數控卧式鏜銑牀的基礎上增加了自動換刀裝置，從而實現了工件一次裝夾後即可進行銑削、鑽削、鏜削、鉸削和攻絲等多種工序的集中加工。加工中心是帶有刀庫和自動換刀裝置的一種高度自動化的多功能數控機牀。工件在加工中心上經一次裝夾後，能對兩個以上的表面完成多種工序的加工，並且有多種換刀或選刀功能，從而使生產效率大大提高。

加工中心按其加工工序分為鏜銑和車削兩大類，按控制軸數可分為三軸、四軸和五軸加工中心。

延長元器件的壽命和零部件的磨損週期，預防各種故障，提高數控機牀的平均無故障工作時間和使用壽命。

1、數控機牀的使用環境：對於數控機牀最好使其置於有恆温的環境和遠離震動較大的設備（如衝牀）和有電磁干擾的設備；

2、電源要求；

3、數控機牀應有操作規程：進行定期的維護、保養，出現故障注意記錄保護現場等；

4、數控機牀不宜長期封存，長期會導致儲存系統故障，數據的丟失；

5、注意培訓和配備操作人員、維修人員及編程人員。

1、嚴格遵守操作規程和日常維護制度。

2、防止灰塵進入數控裝置內：漂浮的灰塵和金屬粉末容易引起元器件間絕緣電阻下降，從而出現故障甚至損壞元器件。

3、定時清掃數控櫃的散熱通風系統。

4、經常監視數控系統的電網電壓：電網電壓範圍在額定值的85%～110%。

5、定期更換存儲器用電池。

6、數控系統長期不用時的維護：經常給數控系統通電或使數控機牀運行温機程序。

7、備用電路板的維護機械部件的維護。

1、刀庫及換刀機械手的維護

1）用手動方式往刀庫上裝刀時，要保證裝到位，檢查刀座上的鎖緊是否可靠；

2）嚴禁把超重、超長的刀具裝入刀庫，防止機械手換刀時掉刀或刀具與工件、夾具等發生碰撞；

3）採用順序選刀方式須注意刀具放置在刀庫上的順序是否正確。其他選刀方式也要注意所換刀具號是否與所需刀具一致，防止換錯刀具導致事故發生；

4）注意保持刀具刀柄和刀套的清潔；

5）經常檢查刀庫的回零位置是否正確，檢查機牀主軸回換刀點位置是否到位，並及時調整，否則不能完成換刀動作；

6）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。

2、滾珠絲槓副的維護

1）定期檢查、調整絲槓螺母副的軸向間隙，保證反向傳動精度和軸向剛度；

2）定期檢查絲槓支撐與牀身的連接是否鬆動以及支撐軸承是否損壞。如有以上問題要及時緊固鬆動部位，更換支撐軸承；

3）採用潤滑脂的滾珠絲槓，每半年清洗一次絲槓上的舊油脂，更換新油脂。用潤滑油潤滑的滾珠絲槓，每天機牀工作前加油一次；

4）注意避免硬質灰塵或切屑進入絲槓防護罩和工作過程中碰擊防護罩，防護裝置一有損壞要及時更換。

3、主傳動鏈的維護

1）定期調整主軸驅動帶的鬆緊程度；

2）防止各種雜質進入油箱。每年更換一次潤滑油；

3）保持主軸與刀柄連接部位的清潔。需及時調整液壓缸和活塞的位移量；

4）要及時調整配重。

4、液壓系統維護

1）定期過濾或更換油液；

2）控制液壓系統中油液的温度；

3）防止液壓系統泄漏；

4）定期檢查清洗油箱和管路；

5）執行日常點檢查制度。

5、氣動系統維護

1）清除壓縮空氣的雜質和水分；

2）檢查系統中油霧器的供油量；

3）保持系統的密封性；

4）注意調節工作壓力；

5）清洗或更換氣動元件、濾芯。

在數控機牀中，大部分的故障都有資料可查，但也有一些故障，提供的報警信息較含糊甚至根本無報警，或者出現的週期較長，無規律，不定期，給查找分析帶來了很多困難。對這類機牀故障，需要對具體情況分析，進行耐心的查找，而且檢查時特別需要機械、電氣、液壓等方面的綜合知識，不然就很難快速、正確地找到故障的真正原因。

加工精度異常故障：系統參數發生變化或改動、機械故障、機牀電氣參數未優化電機運行異常、機牀位置環異常或控制邏輯不妥，是生產中數控機牀加工精度異常故障的常見原因，找出相關故障點並進行處理，機牀均可恢復正常。生產中經常會遇到數控機牀加工精度異常的故障。此類故障隱蔽性強、診斷難度大。

導致此類故障的原因主要有5個方面：

1、機牀進給單位被改動或變化；

2、機牀各軸的零點偏置（NULLOFFSET）異常；

3、軸向的反向間隙（BACKLASH）異常；

4、電機運行狀態異常，即電氣及控制部分故障；

5、機械故障，如絲桿、軸承、軸聯器等部件。

此外，加工程序的編制、刀具的選擇及人為因素，也可能導致加工精度異常。

機械故障導致的加工精度異常，主要應對以下幾方面逐一進行檢查。

1、檢查機牀精度異常時正運行的加工程序段，特別是刀具長度補償、加工座標系（G54～G59）的校對及計算。

2、在點動方式下，反覆運動Z軸，經過視、觸、聽對其運動狀態診斷，發現Z向運動聲音異常，特別是快速點動，噪聲更加明顯。由此判斷，機械方面可能存在隱患 ^[1]  。

1、初始化復位法：一般情況下，由於瞬時故障引起的系統報警，可用硬件復位或開關係統電源依次來清除故障，若系統工作存貯區由於掉電，拔插線路板或電池欠壓造成混亂，則必須對系統進行初始化清除，清除前應注意作好數據拷貝記錄，若初始化後故障仍無法排除，則進行硬件診斷。

2、參數更改，程序更正法：系統參數是確定系統功能的依據，參數設定錯誤就可能造成系統的故障或某功能無效。有時由於用户程序錯誤亦可造成故障停機，對此可以採用系統的塊搜索功能進行檢查，改正所有錯誤，以確保其正常運行。

3、調節，最佳化調整法：調節是一種最簡單易行的辦法。通過對電位計的調節，修正系統故障。如某廠維修中，其系統顯示器畫面混亂，經調節後正常。如在某廠，其主軸在啓動和制動時發生皮帶打滑，原因是其主軸負載轉矩大，而驅動裝置的斜升時間設定過小，經調節後正常。

最佳化調整是系統地對伺服驅動系統與被拖動的機械系統實現最佳匹配的綜合調節方法，其辦法很簡單，用一台多線記錄儀或具有存貯功能的雙蹤示波器，分別觀察指令和速度反饋或電流反饋的響應關係。通過調節速度調節器的比例係數和積分時間，來使伺服系統達到即有較高的動態響應特性，而又不振盪的最佳工作狀態。在現場沒有示波器或記錄儀的情況下，根據經驗，即調節使電機起振，然後向反向慢慢調節，直到消除震盪即可。

4、備件替換法：用好的備件替換診斷出壞的線路板，並做相應的初始化啓動，使機牀迅速投入正常運轉，然後將壞板修理或返修，這是最常用的排故辦法。

5、改善電源質量法：一般採用穩壓電源，來改善電源波動。對於高頻干擾可以採用電容濾波法，通過這些預防性措施來減少電源板的故障。

6、維修信息跟蹤法：一些大的製造公司根據實際工作中由於設計缺陷造成的偶然故障，不斷修改和完善系統軟件或硬件。這些修改以維修信息的形式不斷提供給維修人員。以此做為故障排除的依據，可正確徹底地排除故障。

數控機牀電氣故障診斷有故障檢測、故障判斷及隔離和故障定位三個階段。第一階段的故障檢測就是對數控機牀進行測試，判斷是否存在故障；第二階段是判定故障性質，並分離出故障的部件或模塊；第三階段是將故障定位到可以更換的模塊或印製線路板，以縮短修理時間。為了及時發現系統出現的故障，快速確定故障所在部位並能及時排除，要求故障診斷應儘可能少且簡便，故障診斷所需的時間應儘可能短。為此，可以採用以下的診斷方法：

1、直觀法

利用感覺器官，注意發生故障時的各種現象，如故障時有無火花、亮光產生，有無異常響聲、何處異常發熱及有無焦煳味等。仔細觀察可能發生故障的每塊印製線路板的表面狀況，有無燒燬和損傷痕跡，以進一步縮小檢查範圍，這是一種最基本、最常用的方法。

2、CNC系統的自診斷功能

依靠CNC系統快速處理數據的能力，對出錯部位進行多路、快速的信號採集和處理，然後由診斷程序進行邏輯分析判斷，以確定系統是否存在故障，及時對故障進行定位。現代CNC系統自診斷功能可以分為以下兩類：

1）開機自診斷開機自診斷是指從每次通電開始至進入正常的運行準備狀態為止，系統內部的診斷程序自動執行對CPU、存儲器、總線、I/O單元等模塊、印製線路板、CRT 單元、光電閲讀機及軟盤驅動器等設備運行前的功能測試，確認系統的主要硬件是否可以正常工作。

2）故障信息提示當機牀運行中發生故障時，在CRT顯示器上會顯示編號和內容。根據提示，查閲有關維修手冊，確認引起故障的原因及排除方法。一般來説，數控機牀診斷功能提示的故障信息越豐富，越能給故障診斷帶來方便。但要注意的是，有些故障根據故障內容提示和查閲手冊可直接確認故障原因；而有些故障的真正原因與故障內容提示不相符，或一個故障顯示有多個故障原因，這就要求維修人員必須找出它們之間的內在聯繫，間接地確認故障原因。

3、數據和狀態檢查

CNC系統的自診斷不但能在CRT顯示器上顯示故障報警信息，而且能以多頁的“診斷地址”和“診斷數據”的形式提供機牀參數和狀態信息，常見的數據和狀態檢查有參數檢查和接口檢查兩種。

1）參數檢查數控機牀的機牀數據是經過一系列試驗和調整而獲得的重要參數，是機牀正常運行的保證。這些數據包括增益、加速度、輪廓監控允差、反向間隙補償值和絲槓螺距補償值等。當受到外部干擾時，會使數據丟失或發生混亂，機牀不能正常工作。

2）接口檢查CNC系統與機牀之間的輸入/輸出接口信號包括CNC系統與PLC、PLC與機牀之間接口輸入/輸出信號。數控系統的輸入/輸出接口診斷能將所有開關量信號的狀態顯示在CRT顯示器上，用“1”或“0”表示信號的有無，利用狀態顯示可以檢查CNC系統是否已將信號輸出到機牀側，機牀側的開關量等信號是否已輸入到CNC系統，從而可將故障定位在機牀側或是在CNC系統。

4、報警指示燈顯示故障

現代數控機牀的CNC系統內部，除了上述的自診斷功能和狀態顯示等“軟件”報警外，還有許多“硬件”報警指示燈，它們分佈在電源、伺服驅動和輸入/輸出等裝置上，根據這些報警燈的指示可判斷故障的原因。

5、備板置換法

利用備用的電路板來替換有故障疑點的模板，是一種快速而簡便的判斷故障原因的方法，常用於CNC系統的功能模塊，如CRT模塊、存儲器模塊等。需要注意的是，備板置換前，應檢查有關電路，以免由於短路而造成好板損壞，同時，還應檢查試驗板上的選擇開關和跨接線是否與原模板一致，有些模板還要注意模板上電位器的調整。置換存儲器板後，應根據系統的要求，對存儲器進行初始化操作，否則系統仍不能正常工作。

6、交換法

在數控機牀中，常有功能相同的模塊或單元，將相同模塊或單元互相交換，觀察故障轉移的情況，就能快速確定故障的部位。這種方法常用於伺服進給驅動裝置的故障檢查，也可用於CNC系統內相同模塊的互換。

7、敲擊法

CNC系統由各種電路板組成，每塊電路板上會有很多焊點，任何虛焊或接觸不良都可能出現故障。用絕緣物輕輕敲打有故障疑點的電路板、接插件或電器元件時，若故障出現，則故障很可能就在敲擊的部位。

8、測量比較法

為檢測方便，模塊或單元上設有檢測端子，利用萬用表、示波器等儀器儀表，通過這些端子檢測到的電平或波形，將正常值與故障時的值相比較，可以分析出故障的原因及故障的所在位置。由於數控機牀具有綜合性和複雜性的特點，引起故障的因素是多方面的。上述故障診斷方法有時要幾種同時應用，對故障進行綜合分析，快速診斷出故障的部位，從而排除故障。同時，有些故障現象是電氣方面的，但引起的原因是機械方面的；反之，也可能故障現象是機械方面的，但引起的原因是電氣方面的；或者二者兼而有之。因此，對它的故障診斷往往不能單純地歸因於電氣方面或機械方面，而必須加以綜合，全方位地進行考慮。

一般分兩個階段進行驗收。

1．預驗收

目的是為了檢查、驗證機牀能否滿足用户的加工質量及生產率，檢查供應商提供的資料、備件。供應商只有在機牀通過正常運行試切並經檢驗生產合格加工件後，才能進行預驗收。

2．最終驗收

根據驗收標準，測定合格證上所提供的各項技術指標，驗收工作分以下幾步：

（1）開箱檢驗；

（2）外觀檢查；

（3）機牀性能及數控功能的驗收；

（4）數控機牀精度的驗收（包括位置精度和工作精度）。

在驗收機牀幾何精度時，在機牀精調後一次完成，不允許調整一項檢測一項。位置精度檢驗要依據相應的精度驗收標準進行。機牀的工作精度是一項綜合精度，它不僅反映機牀的幾何精度和位置精度，同時還包括試件的材料、環境温度、刀具性能以及切削條件等各種因素造成的誤差。

在驗收數控機牀時，加強對以上幾方面的檢驗對設備管理工作非常有益，並可減少不必要損失。

數控機牀是由美國發明家約翰·帕森斯20世紀發明的。隨着電子信息技術的發展，世界機牀業已進入了以數字化製造技術為核心的機電一體化時代，其中數控機牀就是代表產品之一。數控機牀是製造業的加工母機和國民經濟的重要基礎。它為國民經濟各個部門提供裝備和手段，具有無限放大的經濟與社會效應。歐、美、日等工業化國家已先後完成了數控機牀產業化進程，而中國從20世紀80年代開始起步，仍處於發展階段。

美國政府重視機牀工業，美國國防部等部門因其軍事方面的需求而不斷提出機牀的發展方向、科研任務，並且提供充足的經費，且網羅世界人才，特別講究“效率”和“創新”，注重基礎科研。因而在機牀技術上不斷創新，如1952年研製出世界第一台數控機牀、1958年創制出加工中心、70年代初研製成FMS、1987年首創開放式數控系統等。由於美國首先結合汽車、軸承生產需求，充分發展了大量大批生產自動化所需的自動線，而且電子、計算機技術在世界上領先，因此其數控機牀的主機設計、製造及數控系統基礎紮實，且一貫重視科研和創新，故其高性能數控機牀技術在世界也一直領先。當今美國生產宇航等使用的高性能數控機牀，其存在的教訓是，偏重於基礎科研，忽視應用技術，且在20世紀80代政府一度放鬆了引導，致使數控機牀產量增加緩慢，於1982年被後進的日本超過，並大量進口。從20世紀90年代起，糾正過去偏向，數控機牀技術上轉向實用，產量又逐漸上升。

德國政府一貫重視機牀工業的重要戰略地位，在多方面大力扶植。於1956年研製出第一台數控機牀後，德國特別注重科學試驗，理論與實際相結合，基礎科研與應用技術科研並重。企業與大學科研部門緊密合作，對數控機牀的共性和特性問題進行深入的研究，在質量上精益求精。德國的數控機牀質量及性能良好、先進實用、貨真價實，出口遍及世界。尤其是大型、重型、精密數控機牀。德國特別重視數控機牀主機及配套件之先進實用，其機、電、液、氣、光、刀具、測量、數控系統、各種功能部件，在質量、性能上居世界前列。

日本政府對機牀工業之發展異常重視，通過規劃、法規（如“機振法”、“機電法”、“機信法”等）引導發展。在重視人才及機牀元部件配套上學習德國，在質量管理及數控機牀技術上學習美國，甚至青出於藍而勝於藍。自1958年研製出第一台數控機牀後，1978年產量超過美國，產量、出口量一直居世界首位。戰略上先仿後創，先生產量大而廣的中檔數控機牀，大量出口，佔去世界廣大市場。在20世紀80年開始進一步加強科研，向高性能數控機牀發展。

作為現代工業基石的機牀產業，是工業經濟發展過程中無論如何都不能繞過一個關鍵性問題，中國機牀產業由於先天不足，一直在中高端機牀項目發展上落於國外主流水準，正處於一個追趕的過程當中。

中國數控機牀仍然較為落後。中國數控機牀市場巨大，與國外產品相比，中國的差距主要是機牀的高速高效化和精密化上，中國正處於工業化中期，即從解決短缺為主的開放逐步向建設經濟強國轉變，從脱貧向致富轉變，煤炭、汽車、鋼鐵、房地產、建材、機械、電子、化工等一批以重工業為基礎的高增長行業發展勢頭強勁，構成了對機牀市場尤其是數控機牀的巨大需求。

中國機牀行業加速轉型面臨四大制約因素。中國的數控機牀技術最多隻能做到五軸聯動，並且據有關人士説這個五軸還是作秀成份居多，五軸以上幾乎就是全部進口，並且在多點聯動的技術上也和國外技術水準存在非常大的差距。

國內市場國際化競爭加劇：由於中低檔數控機牀市場萎縮和生產能力過剩，加之國外產品低價湧入，市場競爭將進一步加劇。而高檔產品由於長期以來一直依賴進口，國內產品更加面臨着國際化競爭的嚴峻挑戰。

以技術領先的策略正在向以客户為中心的策略轉變：經濟危機往往會催生大規模的產業升級和企業轉型，機牀工具行業實現製造業服務化，核心在於要以客户為中心，積極提供客户需要的個性化服務。因此，從簡單的賣產品轉向提供整體解決方案、從以技術為中心向以客户為中心轉變成為當今的趨勢。

中國的產品與中國市場需求反差較大，產品結構亟待快速調整：中國機牀行業雖然保持多年持續快速發展，但是產業和產品結構不合理的現象依然存在，整個行業大而不強，高檔產品還大量依賴進口。國產機牀的國內市場佔有率雖然已經有一定的提高，但是高檔數控機牀、核心功能部件在國內市場佔有率還很低，全行業替代進口的潛力非常巨大。

企業技術創新模式有待完善：由於中國機牀企業的地位、工業化水平和品牌影響力在逐步提升，要成為工業強國，其技術的獲得再也不能依賴別人。過去，中國走了一條從模仿到引進的道路，從現在開始必須走自主創新的道路。企業技術遇到新的封鎖，建立自主、新型、戰略性的產學研創新模式是支撐產品結構調整技術來源的惟一途徑。

中國數控機牀行業將延續結構調整的勢頭，不斷以新產品、新亮點佔領更大市場。數控切割機牀按切割方式可分為火焰切割和等離子切割兩大類。隨着下游行業需求的不斷提高，對數控機牀配件提出了更大的需求和更高的要求。

東北地區發展不快，其他地方的發展也比較緩慢。三是調結構促轉型取得成效。專家認為面對金融危機，廣大企業應不斷調整結構、提高質量、增加品種及推動產業升級，再加上企業加強管理，降低費用，所以企業效益明顯好轉。數控切割機牀裝飾性發展趨勢可見一斑，數控切割機牀更多的是強調在機械性能、操作簡便、價格經濟、加工精度穩定等方面。金屬材料加工日益要求普及和批量化，數控切割機牀除了要滿足上述功能性外，還要具有多切割方式的適用性。

國內數控機牀企業為了提高自身實力，更快地拓展國際市場，將採取多種手段加快和國外企業的融合以提高產品質量、提高競爭力。在繼續開拓美國、日本等國家市場的同時，在東南亞、中東、俄羅斯、歐洲、非洲等也全面開花。據瞭解，當前金屬切割數控機牀行業運行具有以下幾個特點：一是外銷企業困難較大。從規模以上企業來看，以內銷為主的品牌企業發展勢頭較好。沒有品牌的中小企業發展比較困難。二是各地區發展不夠均衡，浙江、山東、河北、北京以及四川發展比較快，廣東的民營企業發展也較快。

數控切割機牀行業多數企業都是依靠降低產品售價來獲得市場，造成的後果是產品價格低、附加值低、利潤低，企業沒有足夠的資金持續發展。隨着產業的發展和競爭的升級，提高產品技術含量，擁有自主的專利、設計，注重品牌的打造和營銷才是企業長期發展的最佳選擇。

中國機牀行業在過去幾年實現了持續超高速的發展，一直到2011年上半年，需求仍很旺盛，但是從下半年開始，需求增勢明顯趨緩，新增訂單劇烈下滑，經濟效益狀況逐漸趨於嚴峻，利潤率持續下降。

在“十二五”期間，國家實施積極的財政政策和穩健的貨幣政策，隨着科技進步、產品升級以及國家重點工程、地方投資項目的不斷推進，國民經濟各行業對機牀工具產品的需求水平將進一步提高，國防現代化對高水平機牀的需求將更為迫切，市場需求將向更高層次發展，新一輪的市場競爭也將更加激烈。

由於行業景氣度低迷，下游製造型企業對機牀需求下降，所以我國機牀行業一直處於低迷狀態，升級轉型成為行業的關鍵詞，經濟型數控機牀則成為振興裝備製造業的重點之一。

我國的鑄造機牀產業取得了一定的成績，但是其發展仍然面臨着許多制約性問題，技術創新一直是國內鑄造機牀行業的硬傷。與國外的鑄造機牀產業相比，我國的鑄造機牀產業在製造工藝水平上明顯落後，這使得其在核心運行部件的技術水平和運行速度、產品精度保持性以及機牀的可靠性上有着明顯的不足。

我國鑄造機牀企業缺乏自主創新和基礎理論研究的意識與能力，這就制約了我國鑄造機牀技術的發展，要改變這種現狀，就要深入研究用户行業產品工藝的特點和要求，結合工藝特點開發出高水平加工設備，同時，還要注重基礎理論工作的研究，這樣才能讓我國鑄造機牀產業在不久的將來有更好的發展。國家出台的一系列政策，大力建設新興企業，高新技術企業，抓住了這一時機，企業內部出台了“調整與振興”、“自主創新”等一系列政策，升級企業機牀技術，嚴格保證產品質量，為加快鑄造機牀行業的發展提供了良好的環境跟市場。

機牀工具行業作為國家基礎性和戰略性產業，在“十二五”規劃中，已明確將自主創新戰略作為最主要的一個組成部分，着重強調了要以技術創新工程來支撐和引領行業發展。我國機牀工具行業的發展必須立足於自主創新，通過自主研發原始創新、引進技術消化吸收再創新、集成現有技術創新等方式，實現關鍵技術突破和產業升級。構建和完善以企業為主體、以市場為導向、產學研用相結合的技術創新體系；堅持加大研發費用投入；加強關鍵技術、共性技術的研究，力爭在基礎和共性技術攻關上有所突破，提高產品開發技術水平。

高速、精密、複合、智能和綠色是數控機牀技術發展的總趨勢，在實用化和產業化等方面取得可喜成績。主要表現在：

1、機牀複合技術進一步擴展隨着數控機牀技術進步，複合加工技術日趨成熟，包括銑-車複合、車銑複合、車-鏜-鑽-齒輪加工等複合，車磨複合，成形複合加工、特種複合加工等，複合加工的精度和效率大大提高。“一台機牀就是一個加工廠”、“一次裝卡，完全加工”等理念正在被更多人接受，複合加工機牀發展正呈現多樣化的態勢。

2、數控機牀的智能化技術有新的突破，在數控系統的性能上得到了較多體現。如：自動調整干涉防碰撞功能、斷電後工件自動退出安全區斷電保護功能、加工零件檢測和自動補償學習功能、高精度加工零件智能化參數選用功能、加工過程自動消除機牀震動等功能進入了實用化階段，智能化提升了機牀的功能和品質。

3、機器人使柔性化組合效率更高機器人與主機的柔性化組合得到廣泛應用，使得柔性線更加靈活、功能進一步擴展、柔性線進一步縮短、效率更高。機器人與加工中心、車銑複合機牀、磨牀、齒輪加工機牀、工具磨牀、電加工機牀、鋸牀、衝壓機牀、激光加工機牀、水切割機牀等組成多種形式的柔性單元和柔性生產線已經開始應用。

4、精密加工技術有了新進展數控金切機牀的加工精度已從原來的絲級（0.01mm）提升到微米級（0.001mm），有些品種已達到0.05μm左右。超精密數控機牀的微細切削和磨削加工，精度可穩定達到0.05μm左右，形狀精度可達0.01μm左右。採用光、電、化學等能源的特種加工精度可達到納米級（0.001μm）。通過機牀結構設計優化、機牀零部件的超精加工和精密裝配、採用高精度的全閉環控制及温度、振動等動態誤差補償技術，提高機牀加工的幾何精度，降低形位誤差、表面粗糙度等，從而進入亞微米、納米級超精加工時代。

5、功能部件性能不斷提高功能部件不斷向高速度、高精度、大功率和智能化方向發展，並取得成熟的應用。全數字交流伺服電機和驅動裝置，高技術含量的電主軸、力矩電機、直線電機，高性能的直線滾動組件，高精度主軸單元等功能部件推廣應用，極大的提高數控機牀的技術水平。

國內數控機牀的需求日益增長，數控機牀的發展推動了數控機牀功能部件的創新升級。我國高檔數控機牀關鍵功能部件工業還不能滿足國內需要，國內數控功能部件產業主要存在以下問題。

1、適應性和滿足度遠達不到市場需求

從當前我國數控機牀的發展趨勢來看，國產功能部件的適應性和滿足度遠遠達不到市場的需求。主要表現在：

1）我國功能部件的產品水平和國外有一定差距。我國生產的功能部件多數以勞動密集型為主，技術含量低，難以適應國產數控機牀的發展速度和技術要求，特別是高檔數控機牀。

2）我國功能部件開發能力較弱，新產品開發速度慢，多數功能部件需要與國外合作開發、合作生產、合資經營，甚至只能組裝。雖然這兩年形勢有顯著變化，但高技術、最新型的功能部件，我國尚在研製過程中，市場佔有率前景依然不容樂觀。

2、我國數控功能部件生產企業的規模小

據統計我國固定資產達到1000萬元以上的功能部件生產企業有70多家，佔全部生產企業的10%以下。我國的功能部件生產企業的“出身”有4種：一是從研究院所、大專院校以技術支撐發展而來的企業，可稱為“院所型”。這些企業的特點是：有一定技術基礎和人才基礎，有多項技術的發展潛力，但生產手段較弱，難以在短時間內形成產業規模，在成本、營銷、服務等方面也存在一些差距；二是從主機廠逐步“獨立”、“分離”出來的以生產某種功能部件為主發展起來的企業，可稱之為“主廠型”。這些企業在生產能力、工藝水平和使用經驗上都可以適應市場需求，在一定程度上可以形成規模，但由於其與原主機廠有着千絲萬縷的聯繫，在競爭中往往讓用户產生疑慮，影響其市場開拓，同時，其開發能力也有一定的侷限性，所以難以形成著名品牌；三是在江浙一帶大量湧現出的民營企業，可稱之為“民企型”。這些企業主要以勞動密集型、單一品種為主，如護鏈罩、拖板、噴油管、排屑器、照明設備等。由於競爭激烈，其質量和價格都能滿足中低檔數控機牀的市場需要。雖然這些品種的高檔產品尚不能製造，還需依賴進口，但在很大程度上，適應了我國數控機牀發展的總體需求；還有一部分外商合資企業或獨資企業生產部分較高水平的功能部件，但批量較小，且沒有獨立的技術開發能力，難以成為功能部件的主體和主流。

3、核心零部件大量依靠進口

中國數控機牀行業的發展令人矚目，2008年中國數控機牀工具工業完成工業總產值34723億元，產品銷售產值3348.3億元，同比分別增長27.5%和26.0%。2002~2008年中國是世界機牀第一消費國和第一進口國。但行業迅速發展的背後，一個不能忽視的事實是，我國關鍵零部件生產依然受制於人，出現了利潤不高、產品缺乏核心競爭力的局面。

4、缺乏高技術含量威脅產業安全

我國機牀出口連年保持增長的喜人態勢，不過“量增價減”的尷尬直接反映出我們的技術水平。大量核心技術的缺乏和關鍵零部件的依賴直接影響到我國的機牀產業安全。因此，我們需要強化預警工作意識，凝聚行業智慧和力量，維護產業安全。

數控機牀硬質台金可轉位式面銑刀主要用於銑削平面。粗銑時，銑刀直徑選小一些，因為粗銑時切削力大，選小直徑銑刀可減小切削力矩。數控機牀精銑時，銑刀直徑選大一些，最好能包容待加工面的整個寬度，以提高加T精度和效率。機牀加工餘量大且不均勻時，刀具直徑應選小一些，否則，會因掛刀刀痕過深而影響工件的加丁質量。

高速鋼立銑刀多用於加工凸台和凹槽，一般不用來加工毛坯表面，因為毛坯表面的硬化層和夾砂會加快刀具磨損。

加工毛坯表面或粗加工孔時，可選鑲硬質合金的立銑刀或玉米銑刀進行強力切削。

加工平面工件周邊輪廓時，常採用立銑刀C。

為了提高槽寬的加精度，減少換刀次數，加工時可採用直徑比槽寬7的銑刀，先銑槽的中間部分，然後利用刀具半徑補償功能銑削槽的兩邊。

加工立體曲面或變斜角輪廓外形時，常採用球頭銑刀、環形銑刀、鼓形銑刀、錐形銑刀、盤形銑刀等。

當加工餘量較小，且表面粗糙度要求較高時，可選用鑲立方氮化硼刀片或鑲陶瓷刀片的面銑刀，以便能進行機牀高速切削 ^[1]  。

眾所周知，高速加工技術發展迅速，而推動這種發展趨勢的正是數控機牀，如何合理利用好數控機牀的各項性能和維護好機牀的精度，就顯得至關重要。

電源是維持系統正常工作的能源支持部分，它失效或故障的直接結果是造成系統的停機或毀壞整個系統。另外，數控系統部分運行數據，設定數據以及加工程序等一般存貯在RAM存貯器內，系統斷電後，靠電源的後備蓄電池或鋰電池來保持。因而，停機時間比較長，拔插電源或存貯器都可能造成數據丟失，使系統不能運行。

同時，由於數控設備使用的是三相交流380V電源，所以安全性也是數控設備安裝前期工作中重要的一環，基於以上的原因，對數控設備使用的電源有以下的要求：

1、電網電壓波動應該控制在+10%～－15%之間，而我國電源波動較大，質量差，還隱藏有如高頻脈衝這一類的干擾，加上人為的因素（如突然拉閘斷電等）。電高峯期間，例如白天上班或下班前的一個小時左右以及晚上，往往超差較多，甚至達到±20%。使機牀報警而無法進行正常工作，並對機牀電源系統造成損壞。甚至導致有關參數數據的丟失等。這種現象，在CNC加工中心或車削中心等機牀設備上都曾發生過，而且出現頻率較高，應引起重視。

建議在CNC機牀較集中的車間配置具有自動補償調節功能的交流穩壓供電系統；單台CNC機牀可單獨配置交流穩壓器來解決。

2、建議把機械電氣設備連接到單一電源上。如果需要用其他電源供電給電氣設備的某些部分（如電子電路、電磁離合器），這些電源宜儘可能取自組成為機械電氣設備一部分的器件（如變壓器、換能器等）。對大型複雜機械包括許多以協同方式一起工作的且佔用較大空間的機械，可能需要一個以上的引入電源，這要由場地電源的配置來定。

除非機械電氣設備採用插頭/插座直接連接電源處，否則建議電源線直接連到電源切斷開關的電源端子上。如果這樣做不到，則應為電源線設置獨立的接線座。

電源切斷開關的手柄應容易接近，應安裝在易於操作位置以上0.6～1.9m間。上限值建議為1.7m。這樣可以在發生緊急情況下迅速斷電，減少損失和人員傷亡。

3、數控設備對於壓縮空氣供給系統的要求數控機牀一般都使用了不少氣動元件，所以廠房內應接入清潔的、乾燥的壓縮空氣供給系統網絡。其流量和壓力應符合要求。壓縮空氣機要安裝在遠離數控機牀的地方。根據廠房內的佈置情況、用氣量大小，應考慮給壓縮空氣供給系統網絡安裝冷凍空氣於煤機、空氣過濾器、儲氣罐、安全閥等設備。

4、數控設備對於工作環境的要求精密數控設備一般有恆温環境的要求，只有在恆温條件下，才能確保機牀精度和加工度。一般普通型數控機牀對室温沒有具體要求，但大量實踐表明，當室温過高時數控系統的故障率大大增加。

潮濕的環境會降低數控機牀的可靠性，尤其在酸氣較大的潮濕環境下，會使印製線路板和接插件鏽蝕，機牀電氣故障也會增加。因此中國南方的一些用户，在夏季和雨季時應對數控機牀環境有去濕的措施。

1）工作環境温度應在0～35℃之間，避免陽光對數控機牀直接照射，室內應配有良好的燈光照明設備。

2）為了提高加工零件的精度，減小機牀的熱變形，如有條件，可將數控機牀安裝在相對密閉的、加裝空調設備的廠房內。

3）工作環境相對濕度應小於75%。數控機牀應安裝在遠離液體飛濺的場所，並防止廠房滴漏。

4）遠離過多粉塵和有腐蝕性氣體的環境 ^[1]  。