高端精密制造的CNC数控加工技术

测量元件以及相应的电路共同组成了反馈装置，其具备检测速度与位移的功能，还能够把信息反馈回来，进而构建成闭环控制。存在一些精度要求并非很高的数控机床，它们没有反馈装置，如此便被称作开环系统。

5、机床本体

在众多机床之中，数控机床里存在着机床本体这一实体部分，它是专门用于完成实际切削加工的机械部分，其中涵盖了床身，还有底座，以及工作台，另外有床鞍，甚至还包括了主轴等部件 。

CNC加工工艺的特点

CNC数控加工工艺，同样遵循机械加工切削规律，跟普通机床的加工工艺，大体上是相同的 。只因它属于将计算机控制技术，运用到机械加工里的一种自动化加工 ，所以具备加工效率高、精度高这些特点 ，而且其加工工艺存在独特的地方 ，工序相对较为复杂 ，工步安排得较为详尽周密 。

CNC 数控加工工艺涵盖刀具的挑选，切削参数的明确，走刀工艺路线的谋划等方面。CNC 数控加工工艺是数控编程的根基与关键所在，唯有工艺恰当，方可编出具备高成效与高质量的数控程序。衡量数控程序优劣的准则是：用时最少，刀具损耗最小，且加工出效果最佳的工件。

工件整体加工工艺包含数控加工工序，它属于其中一部分，甚至可算作一道工序，它需跟其他前后工序彼此相互配合，以便最终能够满足整体机器或者模具的装配要求，如此方可加工出合格的零件。

数控加工的工序，通常会被划分成粗加工这一工步，还有中粗清角加工这一工步，以及半精加工这一工步，另外还有精加工这一工步等等 。

CNC的数控编程

数控编程涵盖了从零件图纸起始，直至获取数控加工程序的整个过程，其主要任务在于计算加工走刀期间的刀位点，也就是point简称为CL点的内容，刀位点通常选取为刀具轴线跟刀具表面的交点，在多轴加工当中还需要给出刀轴矢量。

用来加工各种不同形状工件的数控机床，是依据工件图样给出的要求以及加工工艺过程，将所用刀具与各部件的移动量、速度以及动作先后来看有何顺序、主轴转速、主轴旋转方向、刀头夹紧、刀头松开以及冷却等一系列操作，以规定的数控代码形式编成程序单，输入到机床专用计算机里。接着，数控系统按照输入的指令展开编译、运算以及逻辑处理之后，输出各种信号和指令，控制各部分依靠规定的位移以及有顺序的动作，从而加工出各种不同形状的工件。所以，程序的编制对于数控机床效能的发挥影响极大。

数控机床要把代表各类不同功能的指令代码，以程序的形式输入到数控装置，数控装置会进行运算处理，之后发出脉冲信号，以此来控制数控机床各个运动部件的操作，进而完成零件的切削加工。

当下，就数控程序方面而言，存在着两个标准，其一为国际标准化组织所制定的ISO，其二是美国电子工业协会所设立的EIA。而我国所采用的是ISO代码。

随着科学技术向前发展，数字化三维的数控程序编制通常极少运用人工手动编程方式，而是选用商业化的计算机辅助设计与制造软件。

CAD/CAM乃是计算机辅助编程系统的核心所在，其具备数据的输入与输出功能，拥有加工轨迹的计算以及编辑功能，设有工艺参数设置功能，存有加工仿真功能，具备数控程序后处理功能，还有数据管理功能等 。

当下，于我国深受用户所喜爱的、具备强大数控编程功能的软件存在着、UG、、、CAXA等等。各个软件针对数控编程的原理、图形处理方式以及加工方法均大致相同，然而又各自有着特点。

CNC数控加工零件的步骤

先是分析零件图之处，进而去了解工件的大致情况，其中涵盖几何形状方面，还有工件材料方面，以及工艺要求等方面 。

2、确定零件的数控加工工艺（加工的内容，加工的路线）

3、进行必要的数值计算（基点、节点的坐标计算）

4、编写程序单（不同机床会有所不同，遵守使用手册）

5、把程序输入机床，接着进行图形模拟，以此来验证编程是正确的，这便是程序校验 。

6、对工件展开加工操作，（好的过程控制能够极为有效地节约时间，并且能够显著提高加工质量） 。

7、对工件开展检验，若合格便流入下一道工序，若不合格则借助质量误差分析来找出导致误差的缘由以及进行纠正的办法，此为工件验收工序 。

数控机床的发展历史

二战过后，制造业的生产大多是借助人工进行操作，工人在看懂图纸之后，通过手工操作机床，进而加工零件，采用如此这般的方式来生产产品，成本高昂，效率很低，而且质量同样无法得到保障，。

在20世纪40年代末尾时期，美国存在一位身为工程师的帕森斯（John ），他构思出了一种办法，此办法为在一张硬纸卡之上打孔，以此来表示需要进行加工的零件几何形状，随后利用这一张硬卡去控制机床的动作，在那时，这仅仅只是一种构思而已。

1948年，帕森斯将他的这种想法向美国空军展呈，美国空军观瞻之后，流露了极大的兴致，只因美国空军那时正在寻觅一种先进的加工办法，冀望能攻克飞机外型样板的加工难题，鉴于样板形状繁杂，精度要求颇高，寻常的设备难以适配，美国空军旋即托付并资助美国麻省理工学院（MIT）予以研究，去研发这部由硬卡纸操控的机床，终于在1952年，麻省理工学院与帕森斯公司携手，成功地研造出台第一台示范机，到了1960年，较为简易且经济的点位控制钻床，以及直线控制数控铣床得以较快发展，促使数控机床在制造业各部门渐次得以推广 。

CNC加工的历程，已然历经了长达半个多世纪的光阴，NC数控系统，从最初由模拟信号电路进行控制，发展成了极为复杂的集成加工系统，编程方式，则从手工方式，发展演变成了智能化且强大的CAD/CAM集成系统。

在我国，数控技术的发展相对迟缓，对于国内多数车间来讲，设备较为陈旧，人员技术水平欠佳且观念滞后展现为加工质量差以及加工效率低，时常延迟交货期 。

1、第一代NC系统于1951年被引入，其控制单元主要由各种阀门以及模拟电路构成，1952年第一台数控机床问世，已从铣床或者车床发展至加工中心，成为现代制造业的关键设备。

第二代NC系统是在1959年产生的，它主要是由单个的晶体管以及其他部件所组成的。

3、1965年引入了第三代NC系统，其首次采用集成电路板。

4、事实上，于1964年就现已研发出了第四代NC系统，也就是我们极为熟知的计算机数字控制系统（CNC控制系统）。

5、在1975年的时候啊，NC系统采用了具备强大功能的微处理器，而这所形成的就是第五代的NC系统哒。

6号，第六代的NC系统，采用，现行的集成制造系统，也就是MIS，加上DNC，再加上柔性加工系统，即FMS 。

数控机床的发展趋势

1. 高速化

随着汽车工业高速发展，随着国防工业高速发展，随着航空工业高速发展，随着航天工业高速发展，以及铝合金等新材料得到应用，对于数控机床加工，高速化的要求变得越来越高。

a. 主轴所能达到的转速情况是，机床上运用了那种电式的、将主轴电机装入内部的主轴形式，其主轴能够达到的最高转速是每分钟多少次 ；。

b. 进给率，于分辨率为0.01µm的情况下，最大进给率能达到240m/min，并且能够获取复杂型的精确加工。

c. 运算速度：微处理器快速发展，为数控系统朝着高速、高精度方向发展给予了保障，开发出了CPU发展到32位以及64位的数控系统，其频率提升到几百兆赫、上千兆赫。只因运算速度极大提高，才致使当分辨率为0.1µm、0.01µm时，依旧能够获得高达24～240m/min的进给速度；。

d. 换刀速度：当下国外先进加工中心里，刀具交换所花时间普遍已处在 1s 左右这个范围，其中较高水平的已能达到 0.5s 。德国公司把刀库设计成篮子那样的样式，以主轴作为轴心，刀具在圆周方向进行布置，它从一把刀换到另一把刀的换刀时间仅仅是 0.9s 。

2. 高精度化

现阶段，对于数控机床精度的要求，已不再仅仅限定于静态的几何精度，机床的运动精度，还有热变形，以及针对振动的监测与补偿，均愈发受到重视。

采取高速插补的手段，以此借助微小程序段达成不间断的进给状态，让CNC控制单位走向精细化，运用高分辨率位置检测装置，提升位置检测的精准程度，位置伺服系统采用运用前馈控制以及选用非线性控制这样的各种办法，并以此来提高CNC系统的控制精度，这是a所涉及的做法 。

b. 运用误差补偿技术，运用反向间隙补偿技术，运用丝杆螺距误差补偿技术，运用刀具误差补偿等技术，针对设备的热变形误差予以综合补偿，针对设备的空间误差予以综合补偿 。

c. 运用一种方式检查并提升加工中心的运动轨迹精度，这种方式就是采用网格，怎么个提升呢，通过仿真去预告机床的加工精度，借此确保机床的定位精度以及重复定位精度，让它有这样的特性，其性能在长时间里保持稳定，能够于不同运行状况之下达成多种加工任务，并且保证零件的加工质量 。

3. 功能复合化

那个被称作复合机床的东西，其含义是指在一台机床上达成或者尽可能去完成从毛坯到成品的多种方面的加工，依据其本身的结构特点可以划分成工艺复合型以及工序复合型这两类。加工中心能够完成车削、铣削、钻削这种类型的工作，还有滚齿、磨削、激光热处理等多种工序，能够完成复杂零件的全部加工。随着现代机械加工要求持续不断地提高，大量的多轴联动数控机床越发受到各个大企业的欢迎。

4. 控制智能化

跟着人工智能技术的进展，为了契合制造业生产柔性化、制造自动化的进展所需，数控机床的智能水准在持续提升。具体展现在以下几个方面：

a.  加工过程自适应控制技术；

b. 加工参数的智能优化与选择；

c. 智能故障自诊断与自修复技术；

d. 智能故障回放和故障仿真技术；

e. 智能化交流伺服驱动装置；

f. 智能4M数控系统：于制造进程里，把测量这一环节、建模这一环节、加工这一环节、机器操作这一环节 ，也就是4M，整合于一个系统当中 。

5. 体系开放化

a. 朝着未来的技术敞开：鉴于软件与硬件的接口均依照被广泛认可的标准协议，能够接纳、汲取以及兼容新一代普遍适用的软件和硬件。

首先，针对用户的各样特殊要求展开一系列对应的开放响应：其一，对产品予以更新；其二，将功能进行扩充；其三，提供硬软件产品的各类组合，以此来满足特殊应用所提出的要求 。

c. 数控标准得以建立：存在标准化的编程语言，它一方面便利了被用户使用，另一方面又减少了与操作效率直接相关联的劳动消耗。

6. 驱动并联化

多坐标联动之数控加工、装配以及测量等多种功能它能够实现，复杂特种零件的加工它更可满足，并联机床被视作“自发明数控技术以来于机床行业里最具意义的进步”，也被看成是“21世纪新一代数控加工设备”。

7.  极端化(大型化和微型化)

国防事业的发展，需要大型且性能良好的数控机床支撑，航空事业的发展，需要大型且性能良好的数控机床支撑，航天事业的发展，需要大型且性能良好的数控机床支撑，能源等基础产业装备的大型化，需要大型且性能良好的数控机床支撑。而超精密加工技术是21世纪的战略技术，需发展能适应微小型尺寸和微纳米加工精度的新型制造工艺和装备，微纳米技术是21世纪的战略技术，需发展能适应微小型尺寸和微纳米加工精度的新型制造工艺和装备。

8.  信息交互网络化

既能达成网络资源的共享情形，又能够达成数控机床的远程监视状况，还能够达成其远程控制情况，同时能达成远程诊断情形以及维护状况 。

9. 加工过程绿色化

近年来，机床持续出现，这些机床不用冷却液，或者少用冷却液，能够实现干切削、半干切削，具备节能环保的特点，而绿色制造的大趋势促使各种节能环机床加速发展。

10. 多媒体技术的应用

将计算机、声像以及通信技术融合为一体的多媒体技术，让计算机具备综合处理声音、文字、图像与视频信息的能力，能够达成信息处理的综合化与智能化，应用于实时监控系统、生产现场设备的故障诊断以及生产过程参数监测等方面，所以有着重大的应用价值。