第一章 绪论
1.1.1机床进行数控化改造的现状
目前，关于机床改造方面的报道比较多，其方法多种多样，具体表现在:
1.根据用户的需求可以选择不同的数控系统。
2.根据要求可以进行经济性数控化改造，也可以进行智能化数控机床改造。 不管哪种形式的数控改造，最基本的思路是要满足用户的基本使用需求。但目前对车床的数控化改造，主要是经济性数控化改造。在改造过程中，主要沿用系统供应商提供的外部接线要求进行控制电路设计，没有对系统进行深入的分析研究，不能结合实际应用解决当前同类机床存
在的问题，比如:现在的机床普遍采用正逻辑控制，当限位保护电路，如发生电路开路或接触不良时，不会立即报警，容易造成事故。针对目前同类数控机床使用中存在的问题，经过仔细的研究和分析系统特性，在改造机床时所有限位保护电路均采用负逻辑，如发生电路开路或接触不良时会立即报警，防止意外事故发生；设定了特殊的限位控制装置，使刀架在特定的位置不能换刀，保证了生产安全。这一技术已经申请了国家发明专利。
另外，我们知道车床加工的主要任务是承担轴类、套类、盘类等零件的加工。成本、质量、生产率和产量、交货期是衡量企业生产能力和市场竞争能力的4个要素，采用传统的非数控生产方式只有达到一定闭值的大批量的规模生产才能取得上述4个方面的统一。但在当前激烈的市场竞争环境下，以生产为中心，企业为主导的卖方市场已转向以市场需求为中心用户为主导的买方市场，产品需求呈现多样化和个性化，且产品经济寿命大大缩短，这首先将形成以多品种变批量的生产方式为主流的生产环境；其次，衡量企业竞争力的首位因素也由成本转为交货期。 为此，发展柔性结构体系的数控制造装备及制造系统是实现在快速多变的市场环境中对用户驱动的市场需求作出灵活、快速响应的关键。所谓制造装备及制造系统的柔性化是指当产品 的品种的需求发生变化时，它们仍能在满足经济性的前提下，实现及时转换生产的适应能力。同时，持续地提高经济加工精度也是适应市场竞争的另一个主要目标。
因而作为评定数控机床及系统效能的基本指标也将由传统的工作精度和切削能力改为用高效柔性和高精化的程度来衡量。高效柔性化和高精化分别反映了制造业在竞争激烈的市场环境下的两个最主要的要求，即产品生产变换的灵捷性和产品质量的持续提高。如何达到上述要求，进一步提高其生产的柔性化，达到操作的简便易行，在改造过程中利用成组技术，来把单件多品种生产转变成变品种的批量生产，设计共用化的程序存入系统，减少编程的麻烦，提高了加工效率。这一创新思路是目前市场上没有的，该技术己申请专利。同时采用无级变速方式，使其转速提高到2000r/min，实现了高速化。
1.1.2机床进行数控化改造的必要性
1．宏观看改造的必要性
宏观上看，工业发达国家的军、民机械工业，在70年代末、80年代初已开始大规模应用数控
机床。其本质是，采用信息技术对传统产业（包括军、民机械工业）进行技术改造。除在制造过程中采用数控机床、FMC、FMS外，还包括在产品开发中推行CAD、CAE、CAM、虚拟制造以及在生产管理中推行MIS（管理信息系统）、CIMS等等。以及在其生产的产品中增加信息技术，包括人工智能等的含量。由于采用信息技术对国外军、民机械工业进行深入改造（称之为信息化），最终使得他们的产品在国际军品和民品的市场上竞争力大为增强。而我们在信息技术改造传统产业方面比发达国家约落后20年。如我国机床拥有量中，数控机床的比重（数控化率）到1995年只有1.9％，而日本在1994年已达20.8％，因此每年都有大量机电产品进口。这也就从宏观上说明了机床数控化改造的必要性。
2．微观看改造的必要性
微观上看，数控机床比传统机床有以下突出的优越性，而且这些优越性均来自数控系统所包含的计算机的威力。
可以加工出传统机床加工不出来的曲线、曲面等复杂的零件。
由于计算机有高超的运算能力，可以瞬时准确地计算出每个坐标轴瞬时应该运动的运动量，因此可以复合成复杂的曲线或曲面。
可以实现加工的自动化，而且是柔性自动化，从而效率可比传统机床提高3～7倍。
由于计算机有记忆和存储能力，可以将输入的程序记住和存储下来，然后按程序规定的顺序自动去执行，从而实现自动化。数控机床只要更换一个程序，就可实现另一工件加工的自动化，从而使单件和小批生产得以自动化，故被称为实现了“柔性自动化”。
加工零件的精度高，尺寸分散度小，使装配容易，不再需要“修配”。
可实现多工序的集中，减少零件 在机床间的频繁搬运。
拥有自动报警、自动监控、自动补偿等多种自律功能，因而可实现长时间无人看管加工。
由以上五条派生的好处。如：降低了工人的劳动强度，节省了劳动力（一个人可以看管多台机床），减少了工装，缩短了新产品试制周期和生产周期，可对市场需求作出快速反应等等。
以上这些优越性是前人想象不到的，是一个极为重大的突破。此外，机床数控化还是推行FMC（柔性制造单元）、FMS（柔性制造系统）以及CIMS（计算机集成制造系统）等企业信息化改造的基础。数控技术已经成为制造业自动化的核心技术和基础技术。
1. 2数控机床与数控技术
1.2.1数控机床
1. 2. 1.1国内数控机床现状
由于机床下游行业固定资产投资连续几年快速增长，国内机电产品市场需求年均增长30％，带动了机床市场需求30％以上的增长。从2002年开始，我国就成为世界第一机床消费大国。2004年国产金属切削机床年产量达到38.94万台、数控机床产量5.19万台；2005年前三季度，我国金属切削机床和数控机床产量分别达到34.08万台和4.33万台。
由于数控机床的增长速度明显快于普通金属切削机床，数控机床在金属加工机床总量中的比重逐年上升，我国机床的数控化率逐年提高。2001年，机床数控化率为9.68％，2004年上升为13.32％，2005年前三季度机床数控化率保持在12.72％的水平。
另外，我国机床出口增长较快。2001年我国出口金属加工机床4.55万台，金额2.90亿美元；2004年出口6.19万台，价值5.40亿美元。2005年前三季度，出口分别达到4.86万台和5.69亿美元，同比增长10.6％、54.8％。过去几年我国机床出口数量和金额年均增速分别达到9.74％、24.74％。
我国出口额增幅较大的数控机床有数控车床、数控磨床、数控特种加工机床、数控剪板机、数控成形折弯机、数控压铸机等，普通机床有钻床、锯床、插床、拉床、组合机床、液压压力机、木工机床等。
但值得注意的是高档数控机床仍大量进口。从2001年开始，我国就成为世界上最大的机床进口国。最近几年我国用于机床进口的外汇高速增长，进口用汇是出口收汇的近10倍。2004年我国进口金属加工机床12.78万台，价值59.16亿美元，同比分别增长2.7％和43.3％；2005年前三季度，进口量达8.75万台，价值49.29亿美元。
1.2.1.2国内数控机床的特点
1.新产品开发有了很大突破，技术含量高的产品占据主导地位
例如:全长33公里的上海磁悬浮快速列车线，是“十五”期间国家重点建设项目，其中组成列车线的2550根轨道梁是整个工程的最关键部分，对加工轨道梁的精度提出了相当高的要求。沈阳机床集团机床股份有限公司中捷友谊厂以工期6个月、标的6200万元在磁悬浮轨道专用数控机床项目公开招标中折桂，并一次性验收合格的8台数控膛铣床组成的轨道梁生产线一次试车成功，确保了轨道梁的加工精度和速度。
2.数控机床产量大幅度增长，数控化率显著提高
2001年国内数控金切机床产量已达1. 8万台，比2000年增长28. 5%，金切机床行业产值数控化率从2000年的17. 4%提高到2001年的22. 7%。
3.数控机床发展的关键配套产品有了突破
近年来通过政府的支持，数控机床配套生产得到了快速发展。如北京航天机床数控系统集团公司建立了具有自主知识产权的新一代开放式数控系统平台;烟台第二机床附件厂开发了为数控机床配套的多种动力卡盘和过滤排屑装置;济南第二机床集团公司的数控龙门铿铣床、数控落地锉铣床及数控锻压设备等30多个系列100多个品种的数控配套产品。
1. 2. 1. 3国内控机床的发展趋势
1、数控机床推广应用逐步加深
据分析，2005年我国机床的数控化率为9. 5%～10. 36%，到2010年将达到16. 50%～19. 27%。
2、数控金切机床的构成比逐渐趋于合理
数控机床工序集中的加工特点，将使具有复合功能的高效数控机床的需求增长，这将导致数控机床拥有量和市场消费量中各类数控机床的构成比不同于传统的机床构成比。
3、数控机床的应用由单机向单元(系统)方向发展
目前欧、美、日等国应用DNC己很普遍，柔性制造单元己占数控机床销售量的30%上而我国FMC, FMS和FML的拥有量不足50套，相当于日本80年代的水平，占数控机床消费额不到5%。
4、出口前景良好
1998年及前几年我国机床工具的出口额徘徊在5亿美元左右，2000年上升到7. 85亿美元，随着东南亚经济复苏和我国出口多极化市场的形成和巩固，以及我国加入WTO，今后几年我国机床出口将实现平稳、持续增长。2005年出口创汇达到12亿美元。
1. 2. 1. 4国外数控机床的特点
一是利用二进制数学方式输入， 加工过程可任意编程，主轴及进给速度可按加工工艺需要变化，且能实现多坐标联动，易加工杂曲面。对于加工对象具有“易变、多变、善变”的特点．换批调整方便可实现杂件多品种中小批柔性生产，适应社会对产品多样化的需求。但价格较昂贵，需要正确分析其使用的经济合理性。
二是利用硬件与软件相结合。能实现信息反馈补偿、自动和减速等功能，可进一步提高机床的加工精度、效率和自动化程度。
三是以电子控制为主的机电一体化机床充分发挥了微电子和计算机技术特有的优点，易于实现信息化、智能化、网络化， 可较容易地组成各种先进制造系统， 如F M S、F T L、F A， 甚至将来的CIMS，能最大限度地提高工业生产率、劳动生产率。
1. 2. 1. 5国际对中国机械工业的冲击
外资对我国机械工业的结构冲击主要表现在以下几点：
1、部分行业发展主导权有可能受到冲击
在以下行业将表现得更为突出：一是在国内处于市场成长期、外方掌握专有技术并处于垄断地位的技术密集型行业，如燃气轮机、直流输电关键设备、半喂入式水稻联合收割机、机电一体化的汽车发动机附配件等；二是单靠有限市场难以发挥企业生产能力、迫切需要全球市场支撑的行业，如高压开关、大型变压器、高档科学仪器、高档数控系统、智能化工业控制系统等；三是国内外制造成本相差较大、外方享有明显的品牌优势、在华设厂可以在世界市场获取丰厚利润的劳动密集型或易于流通的装配型产品行业，如照相机、复印机、部分工业和民用仪表、高品质低压电器等。
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