一、數(shù)控設(shè)備管理基礎(chǔ)知識

（一）數(shù)控設(shè)備常見種類簡介

設(shè)備是企業(yè)主要的生產(chǎn)工具，也是企業(yè)現(xiàn)代化水平的重要標志。設(shè)備既是發(fā)展國民經(jīng)濟的物質(zhì)技術(shù)基礎(chǔ)，又是衡量社會發(fā)展水平與物質(zhì)文明程度的重要尺度。

隨著生產(chǎn)的發(fā)展，設(shè)備現(xiàn)代化水平不斷提高，數(shù)控設(shè)備的出現(xiàn)更是進一步提高了生產(chǎn)率，降低了工人的勞動強度。

數(shù)控設(shè)備是利用數(shù)字指令來控制設(shè)備實現(xiàn)動作的。數(shù)控機床是典型的數(shù)控設(shè)備，它集機械制造、計算機、氣動、傳感檢測、液壓、技術(shù)等于一體，具有柔性，能夠進行復雜型面零件的加工，解決工藝難題；能實現(xiàn)機械加工的高速度、高精度和高度自動化，代表了機床發(fā)展的方向。

數(shù)控機床的種類很多，分類方法也很多，主要有以下一些分類方法。

1.按工藝用途分類

① 數(shù)控車床（NC Lathe）；

② 數(shù)控銑床（NC Milling Machine）；

③ 數(shù)控鉆床（NC Drilling Machine）；

④ 數(shù)控鏜床（NC Boring Machine）；

⑤ 數(shù)控齒輪加工機床（NC Gearing Holding Machine）；

⑥ 數(shù)控平面磨床（NC Surface Grinding Machine）；

⑦ 數(shù)控外圓磨床（NC External Cylindrical Grinding Machine）；

⑧ 數(shù)控輪廓磨床（NC Contour Grinding Machine）；

⑨ 數(shù)控工具磨床（NC Tool Grinding Machine）；

⑩ 數(shù)控坐標磨床（NC JigGrinding Machine）；

? 數(shù)控電火花加工機床（NC Dieseling Electric Discharge Machine）；

? 數(shù)控線切割機床（NC Wire Discharge Machine）；

? 數(shù)控激光加工機床（NC Laser Beam Machine）；

? 數(shù)控沖床（NC Punching Press）；

? 加工中心（Machine Center）；

? 數(shù)控超聲波加工機床（NC Ultrasonic Machine）；

? 其他（如三坐標測量機等）。

2.按控制的運動軌跡分類

（1）點位控制系統(tǒng)

點位控制系統(tǒng)是指數(shù)控系統(tǒng)只控制刀具或機床工作臺，從一點準確地移動到另一點，而點與點之間運動的軌跡不需要嚴格控制的系統(tǒng)。為了減少移動部件的運動與定位時間，一般先快速移動到終點附近位置，然后再低速準確移動到終點定位位置，以保證良好的定位精度。移動過程中，刀具不進行切削。使用這類控制系統(tǒng)的主要有數(shù)控坐標鏜床、數(shù)控鉆床、數(shù)控沖床等。如圖1-1所示是點位控制加工示意圖。

（2）點位直線控制系統(tǒng)

點位直線控制系統(tǒng)是指數(shù)控系統(tǒng)不僅控制刀具或工作臺從一個點準確地移動到下一個點，而且保證在兩點之間的運動軌跡是一條直線的控制系統(tǒng)。移動過程中，刀具可以進行切削。應(yīng)用這類控制系統(tǒng)的有數(shù)控車床、數(shù)控鉆床和數(shù)控銑床等。如圖1-2所示是點位直線控制切削加工示意圖。

（3）輪廓控制系統(tǒng)

輪廓控制系統(tǒng)也稱連續(xù)切削控制系統(tǒng)，是指數(shù)控系統(tǒng)能夠?qū)蓚€或兩個以上的坐標軸同時進行嚴格連續(xù)控制的系統(tǒng)。它不僅能控制移動部件從一個點淮確地移動到另一個點，而且還能控制整個加工過程每一點的速度與位移量，將零件加工成一定的輪廓形狀。應(yīng)用這類控制系統(tǒng)的有數(shù)控銑床、數(shù)控車床、數(shù)控齒輪加工機床和加工中心等。如圖1-3所示是輪廓控制數(shù)控加工示意圖。

3.按控制坐標聯(lián)動軸數(shù)分類

數(shù)控系統(tǒng)控制幾個坐標軸按一定的函數(shù)關(guān)系同時協(xié)調(diào)運動，稱為坐標聯(lián)動，按照聯(lián)動軸數(shù)可以分為以下幾種。

（1）兩軸聯(lián)動

數(shù)控機床能同時控制兩個坐標軸聯(lián)動，適于數(shù)控車床加工旋轉(zhuǎn)曲面或數(shù)控銑床銑削平面輪廓。

（2）兩軸半聯(lián)動

在兩軸的基礎(chǔ)上增加了Z軸的移動，當機床坐標系的X和Y軸固定時，Z軸可以作周期性進給。兩軸半聯(lián)動加工可以實現(xiàn)分層加工。

（3）三軸聯(lián)動

數(shù)控機床能同時控制三個坐標軸的聯(lián)動，用于一般曲面的加工。普通的型腔模具均可以用三軸加工完成。

（4）多坐標聯(lián)動

數(shù)控機床能同時控制四個以上坐標軸的聯(lián)動。多坐標數(shù)控機床的結(jié)構(gòu)復雜，精度要求高，程序編制復雜，適于加工形狀復雜的零件，如葉輪、葉片類零件。

通常，三軸機床可以實現(xiàn)二軸、二軸半、三軸加工；五軸機床也可以只用到三軸聯(lián)動加工，而其他兩軸不聯(lián)動。

4.按性能分類

（1）經(jīng)濟型數(shù)控機床

經(jīng)濟型數(shù)控機床是數(shù)控機床的一種，又稱簡易數(shù)控機床。它的主要特點是價格便宜，功能針對性強。一般情況下，普通機床改裝成簡易數(shù)控機床后可以提高工效1～4倍，同時能降低廢品率，提高產(chǎn)品質(zhì)量，又可減輕工人勞動強度。

（2）中檔型數(shù)控機床

這類數(shù)控機床的數(shù)控系統(tǒng)功能較多，但不追求過多，以實用為準，除了具有一般數(shù)控系統(tǒng)的功能以外，還具有一定的圖形顯示功能及面向用戶的宏程序功能等。采用的微型計算機系統(tǒng)一般為32位微處理器系統(tǒng)，具有RS-232通信接口；機床的進給多用交流或直流伺服驅(qū)動，一般系統(tǒng)能實現(xiàn)4軸或4軸以下聯(lián)動控制；進給分辨率為1μm，快速進給速度為10～20m/min；其輸入、輸出的控制一般可由可編程控制器來完成，從而大大增強了系統(tǒng)的可靠性和控制的靈活性。這類數(shù)控機床的品種極多，幾乎覆蓋了各種機床類別，且其價格適中。目前它總的趨勢是趨向于簡單、實用，不追求過多的功能，從而使機床的價格適當降低。

（3）高檔型數(shù)控機床

高檔型數(shù)控機床是指加工復雜形狀工件的多軸控制數(shù)控機床，且其工序集中、自動化程度高、功能強，具有高度柔性。采用的微型計算機系統(tǒng)為64位以上微處理器系統(tǒng)；機床的進給大都采用交流伺服驅(qū)動，除了具有一般數(shù)控系統(tǒng)的功能以外，應(yīng)該至少能實現(xiàn)5軸或5軸以上的聯(lián)動控制；最小進給分辨率為0.1μm，最大快速移動速度能達到100m/min或更高；具有三維動畫圖形功能和友好的圖形用戶界面，同時還具有豐富的刀具管理功能、寬調(diào)速主軸系統(tǒng)、多功能智能化監(jiān)控系統(tǒng)和面向用戶的宏程序功能，還有很強的智能診斷功能和智能工藝數(shù)據(jù)庫，能實現(xiàn)加工條件的自動設(shè)定，且能實現(xiàn)計算機的聯(lián)網(wǎng)和通信。這類系統(tǒng)的數(shù)控機床功能齊全，價格昂貴。

5.按進給伺服系統(tǒng)分類

由數(shù)控裝置發(fā)出脈沖或電壓信號，通過伺服系統(tǒng)控制機床各運動部件運動。數(shù)控機床按進給伺服系統(tǒng)控制方式可分為三種類型：開環(huán)控制系統(tǒng)、閉環(huán)控制系統(tǒng)和半閉環(huán)控制系統(tǒng)。

（1）開環(huán)控制系統(tǒng)

這種控制系統(tǒng)采用步進電機，無位置測量元件，輸入數(shù)據(jù)經(jīng)過數(shù)控系統(tǒng)運算，輸出指令脈沖控制步進電機工作，如圖1-4所示。這種控制方式對執(zhí)行機構(gòu)不檢測，無反饋控制信號，因此稱為開環(huán)控制系統(tǒng)。開環(huán)控制系統(tǒng)的設(shè)備成本低，調(diào)試方便，操作簡單，但控制精度低，工作速度受到步進電機的限制。

（2）閉環(huán)控制系統(tǒng)

這種控制系統(tǒng)絕大多數(shù)采用伺服電機，有位置測量元件和位置比較電路。如圖1-5所示，測量元件安裝在工作臺上，測出工作臺的實際位移值反饋給數(shù)控裝置，位置比較電路將測量元件反饋的工作臺實際位移值與指令的位移值相比較，用比較的誤差值控制伺服電機工作，直至到達實際位置，誤差值消除，所以稱為閉環(huán)控制。閉環(huán)控制系統(tǒng)的控制精度高，但要求機床的剛性好，對機床的加工、裝配要求高，調(diào)試較復雜，而且設(shè)備的成本高。

（3）半閉環(huán)控制系統(tǒng)

如圖1-6所示，這種控制系統(tǒng)的位置測量元件不是測量工作臺的實際位置，而是測量伺服電機的轉(zhuǎn)角，經(jīng)過推算得出工作臺位移值，反饋至位置比較電路，與指令中的位移值相比較，用比較的誤差值控制伺服電機工作。這種用推算方法間接測量工作臺位移，不能補償數(shù)控機床傳動鏈零件誤差的系統(tǒng)，稱為半閉環(huán)控制系統(tǒng)。半閉環(huán)控制系統(tǒng)的控制精度高于開環(huán)控制系統(tǒng)，調(diào)試比閉環(huán)控制系統(tǒng)容易，設(shè)備的成本介于開環(huán)與閉環(huán)控制系統(tǒng)之間。

常見的數(shù)控機床如圖1-7所示。

（二）數(shù)控設(shè)備管理的內(nèi)涵

數(shù)控設(shè)備管理是指對數(shù)控設(shè)備從選擇、評價、使用、維護修理、更新改造直至報廢處理全過程的管理工作的總稱。企業(yè)的數(shù)控設(shè)備在其使用壽命周期內(nèi)有兩種運動的形態(tài)：一是實物形態(tài)，包括數(shù)控設(shè)備的選購、進企業(yè)驗收、安裝、調(diào)試、使用、維修、改造更新等，對設(shè)備的物質(zhì)運動形態(tài)的管理稱為設(shè)備的技術(shù)管理；二是價值形態(tài)，包括設(shè)備的最初投資、維修費用支出、折舊、更新改造資金的支出等。對價值運動形態(tài)的管理稱為設(shè)備的經(jīng)濟管理。工業(yè)企業(yè)的設(shè)備管理，應(yīng)包括兩種形態(tài)的全面管理。

1.數(shù)控設(shè)備管理的形成與發(fā)展

數(shù)控設(shè)備管理是隨著工業(yè)生產(chǎn)的發(fā)展、設(shè)備現(xiàn)代化水平的不斷提高，以及管理科學和技術(shù)的發(fā)展逐步發(fā)展起來的，設(shè)備管理發(fā)展的歷史主要體現(xiàn)在設(shè)備維修方式的演變上，大致經(jīng)歷了以下3個歷史時期。

（1）事后維修階段

事后維修就是企業(yè)的機床設(shè)備發(fā)生了損壞或事故以后才進行修理，可劃分為2個階段。

① 兼修階段。在18世紀末到19世紀初，以廣泛使用蒸汽機為標志的第一次工業(yè)革命后，由于機器生產(chǎn)的發(fā)展，生產(chǎn)中開始大量使用機器設(shè)備；但工企業(yè)規(guī)模小、生產(chǎn)水平低、技術(shù)水平落后、機器結(jié)構(gòu)簡單，機器操作者可以兼做維修，不需要專門的設(shè)備維修人員。

② 專修階段。隨著工業(yè)發(fā)展和技術(shù)進步，尤其在19世紀后半期，以電力的發(fā)明和應(yīng)用為標志的第二次工業(yè)革命以后，由于內(nèi)燃機、電動機等的廣泛使用，生產(chǎn)設(shè)備的類型逐漸增多，結(jié)構(gòu)越來越復雜，設(shè)備的故障和突發(fā)的意外事故不斷增加，對生產(chǎn)的影響更為突出。這時設(shè)備維修工作顯得更加重要，由原來操作工人兼做修理工作已很不適應(yīng)，于是修理工作便從生產(chǎn)中分離出來，出現(xiàn)了專職機修人員。但是，這時實行的仍然是事后維修，也就是設(shè)備壞了才修，不壞不修。因此，設(shè)備管理是從事后維修開始的。這個時期還沒有形成科學的、系統(tǒng)的設(shè)備管理理論。

（2）預防性維修階段

預防性維修就是在機械設(shè)備發(fā)生故障之前，對易損零件或容易發(fā)生故障的部位，事先有計劃地安排維修或換件，以預防設(shè)備事故發(fā)生。這個階段，計劃預防修理理論及制度的形成和完善，可分為以下3個階段。

① 定期計劃修理方法形成階段。在該階段中，蘇聯(lián)出現(xiàn)了定期計劃檢查修理的做法和修理的組織機構(gòu)。

② 計劃預防維修制度形成階段。在第二次世界大戰(zhàn)之后到1955年，機器設(shè)備發(fā)生了變化，單機自動化已用于生產(chǎn)，出現(xiàn)了高效率、復雜的設(shè)備。蘇聯(lián)先后制訂出計劃預防維修制度。

③ 統(tǒng)一計劃預防維修制度階段。隨著自動化程度不斷提高，人們開始注意到了維修的經(jīng)濟效果，制訂了一些規(guī)章制度和定額，計劃預防維修制度日趨完善。

（3）設(shè)備綜合管理階段

設(shè)備的綜合管理，是對設(shè)備實行全面管理的一種重要方式。它是在設(shè)備維修的基礎(chǔ)上，為了提高設(shè)備管理的技術(shù)、經(jīng)濟和社會效益，針對使用現(xiàn)代化設(shè)備所帶來的一系列新問題，繼承了設(shè)備工程以及設(shè)備綜合工程學的成果，吸取了現(xiàn)代管理理論（包括系統(tǒng)論、控制論、信息論），尤其是經(jīng)營理論、決策理論，綜合了現(xiàn)代科學技術(shù)的新成就（主要是故障物理學、可靠性工程、維修性工程等），而逐步發(fā)展起來的一種新型的設(shè)備管理體系。

2.我國機電設(shè)備管理的發(fā)展與形式

由于中國長期處于封建社會，舊中國工業(yè)落后，設(shè)備管理工作很差，基本上是壞了就修，修好了再用，沒有儲備的備品配件，沒有設(shè)備檔案和操作規(guī)程等技術(shù)文件。新中國成立后，在設(shè)備管理方面，基本上是學習蘇聯(lián)的工業(yè)管理體系，照抄、照搬了不少規(guī)章制度，也引進了總機械師、總動力師的組織編制，這在當時對加強管理起了一定推動作用，使管理工作從無到有，逐步建立了起來；但是由于設(shè)備本身和技術(shù)水平比較落后，不考慮國情生搬硬套式的管理帶來了一些弊病和負面影響。總地來說，在這個階段還是為中國的工業(yè)管理打下了一定的基礎(chǔ)。

從20世紀50年代末期至60年代中期，中國的設(shè)備管理工作，進入一個自主探索和改進階段。其特點是：權(quán)力下放，解決權(quán)力過分集中的弊病，比如修訂了“大修理管理辦法”，簡化了“設(shè)備事故管理辦法”，改進了“計劃預修制度”和“備品配件管理制度”，采取了較為適合各企業(yè)具體情況的檢修體制，實行包機制、巡回檢查制和設(shè)備評級活動等，使設(shè)備管理制度比較適合我國具體情況。

改革開放以后，通過企業(yè)整頓，建立、健全了各級責任制，建立并充實了各級管理機構(gòu)，充實完善了部分基礎(chǔ)資料；隨著改革開放的深入，中國的設(shè)備管理也進入了一個新的發(fā)展階段，國外的“設(shè)備綜合工程學”、“全員維修”、“后勤工程學”和“計劃預修制度”的新發(fā)展，給以啟發(fā)和促進作用，加速了中國設(shè)備管理科學的發(fā)展。

我國企業(yè)內(nèi)設(shè)備管理形式主要有兩種。一種是在企業(yè)長（或經(jīng)理）的統(tǒng)一領(lǐng)導下，企業(yè)設(shè)備系統(tǒng)與生產(chǎn)系統(tǒng)并列，分別由兩位副企業(yè)長（或副經(jīng)理）領(lǐng)導各自系統(tǒng)的工作。有些企業(yè)內(nèi)部成立了幾大中心或多個公司，技術(shù)裝備中心（或設(shè)備工程公司）是其中之一，承擔對設(shè)備的綜合管理。在經(jīng)濟體制改革過程中，隨著各類承包責任制的推行，技術(shù)裝備中心（設(shè)備工程公司）一般都逐步發(fā)展成為相對獨立、自主經(jīng)營、自負盈虧的經(jīng)濟實體。

另一種是基層設(shè)備管理組織形式，我國大多數(shù)企業(yè)在推行設(shè)備綜合管理過程中，繼承了我國“群眾參加管理”的優(yōu)良傳統(tǒng)，參照日本TPM（全員生產(chǎn)維護）的經(jīng)驗，在基層建立了生產(chǎn)操作工人參加的PM小組。

隨著企業(yè)內(nèi)部承包制的發(fā)展，在企業(yè)基層班組中出現(xiàn)了多種設(shè)備管理形式。其重要的特點是打破了兩種傳統(tǒng)分工：一是生產(chǎn)操作工人與設(shè)備維修工人的分工；二是檢修工人機械、電氣的分工，有些企業(yè)成立了包機組，把與設(shè)備運行直接有關(guān)的工人組成一個整體，成為企業(yè)生產(chǎn)設(shè)備管理的基層組織和內(nèi)部相對獨立核算的基本單位，并且每個操作工在設(shè)備使用過程中同時做好設(shè)備的維護和保養(yǎng)工作，減少故障發(fā)生率，延長設(shè)備使用壽命。

3.數(shù)控設(shè)備管理的內(nèi)容

設(shè)備管理的內(nèi)容，主要有設(shè)備物質(zhì)運動形態(tài)和設(shè)備價值運動形態(tài)的管理。企業(yè)設(shè)備物質(zhì)運動形態(tài)的管理是指設(shè)備的選型、購置、安裝、調(diào)試、驗收、使用、維護、修理、更新、改造、直到報廢，對企業(yè)的自制設(shè)備還包括設(shè)備的調(diào)研、設(shè)計、制造等全過程的管理。不管是自制還是外購設(shè)備，企業(yè)有責任把設(shè)備“后半生”管理的信息反饋給設(shè)計制造部門；同時，制造部門也應(yīng)及時向使用部門提供各種改進資料，做到對設(shè)備實現(xiàn)從無到有到應(yīng)用于生產(chǎn)的“一生”管理。企業(yè)設(shè)備價值運動形態(tài)的管理是指從設(shè)備的投資決策、自制費、維護費、修理費、折舊費、占用稅、更新改造資金的籌措到支出，實行企業(yè)設(shè)備的經(jīng)濟管理，使其設(shè)備“一生”總費用最經(jīng)濟。前者一般叫做設(shè)備的技術(shù)管理，由設(shè)備主管部門承擔；后者叫做設(shè)備的經(jīng)濟管理，由財務(wù)部門承擔。將這兩種形態(tài)的管理結(jié)合起來，貫穿設(shè)備管理的全過程，即設(shè)備綜合管理。設(shè)備綜合管理有如下幾方面內(nèi)容。

（1）設(shè)備的合理購置

設(shè)備的購置主要依據(jù)技術(shù)上先進、經(jīng)濟上合理、生產(chǎn)上可行的原則，一般應(yīng)從下面幾個方面進行考慮并合理購置。

① 設(shè)備的效率，如功效、行程、速度等；

② 精度、性能的保持性、零件的耐用性、安全可靠性；

③ 可維修性；

④ 耐用性；

⑤ 節(jié)能性；

⑥ 環(huán)保性；

⑦ 成套性；

⑧ 靈活性。

（2）設(shè)備的正確使用與維護

若將安裝調(diào)試好的機器設(shè)備投入到生產(chǎn)使用中，能被合理使用，可大大減少設(shè)備的磨損和故障，保持良好的工作性能和應(yīng)有的精度。嚴格執(zhí)行有關(guān)規(guī)章制度，防止超負荷、拼設(shè)備現(xiàn)象發(fā)生，使全員參加設(shè)備管理工作。

設(shè)備在使用過程中，會有松動、干摩擦、異常響聲、疲勞等，應(yīng)及時檢查處理，防止設(shè)備過早磨損，確保在使用時設(shè)備每臺都完好，處在良好的技術(shù)狀態(tài)。

（3）設(shè)備的檢查與修理

設(shè)備的檢查是對機器設(shè)備的運行情況、工作精度、磨損程度進行檢查和校驗。通過修理和更換磨損、腐蝕的零部件，使設(shè)備的效能得到恢復。只有通過檢查，才能確定采用什么樣的維修方式，并能及時消除隱患。

（4）設(shè)備的更新改造

應(yīng)做到有計劃、有重點地對現(xiàn)有設(shè)備進行技術(shù)改造和更新。包括設(shè)備更新規(guī)劃與方案的編制、籌措更新改造資金、選購和評價新設(shè)備、合理處理老設(shè)備等。

（5）設(shè)備的安全經(jīng)濟運行

要使設(shè)備安全經(jīng)濟運行，就必須嚴格執(zhí)行運行規(guī)程，加強巡回檢查，防止并杜絕設(shè)備的“跑、冒、滴、漏”，做好節(jié)能工作。對于壓力容器、壓力管道與防爆設(shè)備，應(yīng)嚴格按照國家頒發(fā)的有關(guān)規(guī)定進行使用，定期檢測與維修。水、氣、電、蒸汽的生產(chǎn)與使用，應(yīng)制訂各類消耗定額，嚴格進行經(jīng)濟核算。

（6）生產(chǎn)組織方面

合理組織生產(chǎn)，按設(shè)備的操作規(guī)程進行操作，禁止違規(guī)操作，以防設(shè)備的損壞和安全事故的發(fā)生。