高端精密制造的CNC数控加工技术

对速度和位移进行检测，且把信息反馈回来以构成闭环控制的反馈装置，是由测量元件以及相应的电路组合而成的。一些在精度方面要求并不高的数控机床，因并不具备反馈装置，所以就被称作开环系统。

5、机床本体

数控机床的实体是机床本体，它是机械部分，用于完成实际的切削加工，其中涵盖了床身，还有底座，有工作台，包括床鞍，以及主轴等。

CNC加工工艺的特点

CNC数控加工工艺遵循机械加工切削规律，和普通机床加工工艺大致相同，它是将计算机控制技术用于机械加工领域的自动化加工方式，有加工效率高、精度高的特性，其加工工艺有独特之处，工序较为繁杂，工步安排细致密集。

刀具的选择，切削参数的确定，走刀工艺路线的设计等内容包含在CNC数控加工工艺中。CNC数控加工工艺是数控编程的基础，是其核心，只有工艺合理，才可编出高效率的数控程序，才可编出高质量的数控程序。衡量数控程序好坏的标准是：加工时间最少，刀具损耗最小，加工出的工件效果最佳。

数控加工工序属于工件整体加工工艺范畴，确切地讲是其中一道工序，它必须同其他前后工序彼此配合，方可最终吻合整体机器或模具的装配需求，如此方能加工出质量达标的零件。

数控加工的工序情况，大概是这样区分的，包含有粗加工这一环节，还有中粗清角加工这一环节，另外也涵盖半精加工以及精加工等诸多工步。

CNC的数控编程

数控编程，是这样一个全过程，即从零件图纸转变为获取数控加工程序。它有着主要任务，就是去计算加工走刀期间的刀位点，也就是point呢，简称为CL点。刀位点一般会被取作刀具轴线和刀具表面的交点，而在多轴加工里，还得给出刀轴矢量。

在数控机床这里，先依据工件图样要求接着按照加工工艺过程，把所用刀具以及各部件的移动量，还有速度，以及动作先后顺序，再加上主轴转速，还有主轴旋转方向，刀头夹紧，刀头松开以及冷却等操作，通过规定的数控代码形式编成程序单，之后输入到机床专用计算机里。随后，数控系统依据输入的指令展开编译，接着进行运算，再做逻辑处理后，输出各种信号以及指令，控制各部分依照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，程序的编制这件事，对于数控机床效能的发挥，影响是极大的。

必须将代表各种不同功能的指令代码，以程序的形式输入到数控机床的数控装置，数控装置会进行运算处理，之后发出脉冲信号控制数控机床各个运动部件的操作，以此完成零件的切削加工。

当下，数控程序存在着两个标准，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确立的EIA。我国所采纳的是ISO代码。

因技术有所进步，3D的数控编程通常极少用以手工编程，而是运用已商品化的CAD/CAM软件。

计算机辅助编程系统的核心是CAD/CAM，它具备数据的输入/输出功能，还能进行加工轨迹的计算，以及对加工轨迹进行编辑，可设置工艺参数，能实现加工仿真，会进行数控程序后处理，也有数据管理等功能。

现今，于我国备受用户喜爱的、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式全都异同不大，然而各有特性。

CNC数控加工零件的步骤

1、对零件图展开分析，去知晓工件的大概情形，涵盖几何形状，还有工件材料，以及工艺要求等。

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、程序校验（将程序输入机床，并进行图形模拟，验证编程的正确）

6、于工件开展加工，（良好的过程控制能够极为有效地节省时间并且提升加工质量）

7、要是对工件开展检测，合格的话就使之流入下一道工序，不合格的话呢，那就借助质量分析去寻觅产生误差的缘由以及求得纠正之道，这便是工件验收以及质量误差分析。

数控机床的发展历史

二战结束以后，制造业的生产之中，大部分所实行的是借助人工来进行操作，当工人把图纸看懂之后，以手工的方式去操作机床，进而对零件予以加工，通过这样的一种方式来生产产品，成本是比较高的，效率是比较低的，并且质量同样达不到可以保证的程度。

于20世纪40年代末期的时候，美国存在一位名为帕森斯（John）的工程师，它构思出了一种办法，此办法是在一张硬纸卡之上打孔，旨在表示需要进行加工的零件几何形状，并且利用着这一张硬卡去控制机床的动作，而在当时，这仅仅只是一种构思。

1948年，帕森斯把他的这种想法展示给美国空军，美国空军看过后，表现出极大兴趣，因为美国空军那时正在寻觅一种先进加工方法，期望解决飞机外型样板的加工难题，鉴于样板形状复杂，精度要求高，一般设备难以适配，美国空军马上委托并赞助美国麻省理工学院（MIT）开展研究，去开发这部由硬卡纸来控制的机床，终于在1952年，麻省理工学院与帕森斯公司协作，成功研制出第一台示范机，到了1960年，较为简单且经济的点位控制钻床，以及直线控制数控铣床取得较快发展，使得数控机床在制造业各部门逐渐得以推广。

CNC加工的历史，已然历经了长达半个多世纪，NC数控系统，也从最早的模拟信号电路控制开始发展，进而成为极为复杂的集成加工系统，编程方式，也由手工发展，演变成智能化、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，设备存在落后状况，人员的技术水平滞后，观念也体现出短板等情况致使加工质量欠佳，加工效率不高，还常常出现交货期延误问题。

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。

2、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、实际上，在1964年的时候，第四代NC系统就已经被研制出来了，这就是我们十分熟悉的计算机数字控制系统，也就是CNC控制系统。

5、1975年，NC系统采用了具备强大功能的微处理器，此微处理器所应用的NC系统便是第五代NC系统。

6、第六代的NC系统，采用了当下现行的集成制造系统，也就是MIS，又采用了DNC，并且还采用了柔性加工系统，即FMS。

数控机床的发展趋势

1. 高速化

伴随着汽车工业的高速发展，伴随着国防工业的高速发展，伴随着航空工业的高速发展，伴随着航天工业的高速发展，以及铝合金等新材料被应用，对于数控机床加工而言，高速化的要求变得越来越高了。

a.主轴转速方面，机床所采用的是那种电主轴，也就是内装式主轴电机，其有着主轴最高转速达到/min这样的情况。

b. 分辨率处于0.01µm的状况下，最大进给率能够达到240m/min，并且可以实现针对复杂型面的精确加工。

c. 运算速度方面，微处理器快速发展，这为数控系统朝着高速、高精度方向发展给予了保障，进而开发出了 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。因为运算速度大幅提高，所以当分辨率是 0.1µm、0.01µm 时，仍旧能够获取高达 24～240m/min 的进给速度。

d. 换刀速度：当下，国外那些先进的加工中心，其刀具交换的时间，普遍来说已在差不多 1 秒钟左右啦，其中高的呢，已经达到了 0.5 秒钟。德国的一家公司，把刀库设计成了篮子的样式，是以主轴当作轴心的，刀具是在圆周那里进行布置的，它从刀到刀的换刀时间仅仅只有 0.9 秒钟。

2. 高精度化

现已不再局限于静态几何精度对数控机床精度提出要求，机床的运动精度，机床的热变形，以及对振动的监测和补偿愈发受到重视。

a. 提高CNC系统控制精度，首先采用高速插补技术，接着以微小程序段实现连续进给，以使CNC控制单位精细化，然后采用高分辨率位置检测装置，来提高位置检测精度，最后位置伺服系统采用前馈控制与非线性控制等方法。

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

c. 采取网格方式进行检查，以此来提升加工中心的运动轨迹精度，借助仿真对机床的加工精度予以预测，进而确保机床的定位精度以及重复定位精度，让其性能长时间维持稳定状态，能够于不同运行条件之下达成多种加工任务，与此同时保证零件的加工质量。

3. 功能复合化

多轴联动数控机床越来越受大企业欢迎，是因为现代机械加工要求不断提高，复合机床能在一台机床上实现或尽可能完成从毛坯至成品的多种要素加工，按结构特点可分为工艺复合型和工序复合型两类，加工中心能完成车削、铣削、钻削、滚齿、磨削、激光热处理等多种工序，可完成复杂零件的全部加工。

4. 控制智能化

沿着人工智能技术向前发展的轨迹，鉴于要达成制造业生产呈现出柔性化以及制造实现自动化这样的发展所需，数控机床的智能化程度持续处于提升的进程当中。具体是在以下几个方面有所体现：

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. 在制造进程里，有一个智能4M数控系统，它把测量这一环节，与建模这一环节，还有加工这一环节以及机器操作这一环节，也就是4M，融合于同一个系统当中。

5. 体系开放化

a. 面对未来技术敞开大门，鉴于软件与硬件的接口，皆依照被广泛认可的标准协议，能予以采用、接纳并进行兼容，针对新一代通用的软件以及硬件。

b. 我们针对用户的特殊要求来进行开放，包括更新产品，扩充功能，还要提供硬软件产品各自不同搭配的各种组合，以此满足特殊应用的要求。

c. 关于数控标准的构建，存在这样一种标准化的编程语言，它一方面能够为用户提供便利的使用条件，另一方面还能够减少与操作效率有着直接关联的劳动消耗。

6. 驱动并联化

能够达成多坐标联动数控加工，具备装配功能，也有测量多种特性，还更能够满足复杂特种零件的加工要求，而并联机床被视作是“自发明数控技术以来在机床行业里最具意义的进步”，以及“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，也需要大型且性能良好的数控机床支撑，航天事业的发展，同样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，还是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，微纳米技术也是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

能达成网络资源共享，还能够做到数控机床的远程监视与控制，以及远程诊断和维护标点符号。

9. 加工过程绿色化

近年来，机床不断出现，这些机床不用冷却液，或少用冷却液，能实现干切削、半干切削，具备节能环保的特点，绿色制造的大趋势促使各种节能环保机床加速发展。

10. 多媒体技术的应用

多媒体技术，合计算机、声像与通信技术于一身，令计算机现具备综合处置声音、文字、图像以及视频信息之本事。能达成信息处理综合化、智能化，用于实时监控系统，用于生产现场设备故障诊断，用于生产过程参数监测等，故而存有重大应用价值。