CNC machining technology for high-end precision manufacturing

反馈装置，是由测量元件以及相应的电路共同组成的，其具备的作用是，检测速度这个量，检测位移这个量，并且将相关信息反馈回来，进而构成闭环控制这种情况。一些精度要求不高的CNC machine tools，因为没有反馈装置所以被称作，开环系统。

5、Machine tool body

数控机床的实体乃是机床本体，其为完成实际切削加工的机械部分，床身属于它，底座也属于它，工作台同样属于它，床鞍也是它的部分，甚至主轴依然归属于它。

CNC machiningCharacteristics of the process

CNC数控Processing，遵循机械加工切削规律，和普通机床加工工艺大致相同。它将计算机控制技术用以机械加工，属于自动化加工，所以具备加工效率高、精度高的特点。其加工工艺有独特地方，工序比较复杂，工步安排详尽周密。

刀具的选择、切削参数的确定以及走刀工艺路线的设计等内容，都包含在CNC数控加工工艺之中。CNC数控加工工艺，是数控编程的核心及基础，唯有工艺合理了，才可以编出能够达到高效率以及高质量的数控程序。衡量数控程序优劣的标准是：拥有最少的加工时间、具备最小的刀具损耗以及能够加工出呈现最佳效果的工件。

数控加工工序属于工件整体加工工艺的一部分，而且是其中一道工序，它需与前面以及后面的其他工序彼此配合，方可最终达成整体机器或者模具的装配要求，如此一来才能够加工出合乎标准的零件。

数控加工的工序，通常会被划分成这样一些工步部分，有粗加工，还有中粗清角加工，另外包括半精加工，再就是精加工等等。

CNC programming for CNC

数控编程，是一个从零件图纸出发，一直到最终获取数控加工程序的完整过程。其主要任务在于，对加工走刀过程当中的刀位点加以计算，将这个点简称为CL点。刀位点通常选取为刀具轴线与刀具表面相交的那个点，而在多轴加工的情形下，还得给出刀轴矢量呀。

按照工件的图样要求以及加工工艺的流程，把将被使用的刀具，还有各部件移动时的量、速度，各动作先后的顺序，主轴的转速，主轴运转的方向，刀头夹紧的动作，刀头松开的动作以及冷却等各类操作，用规定的数控代码形式编写成程序单，输入到机床专门配备的计算机里面。之后，数控系统依据输入的指令开展编译、运算以及逻辑处理，以此输出各类信号和指令，控制每个部分依照规定的位移和有序的动作，从而加工出各种形状不同的工件。故而，程序的编制对于数控机床效能的发挥有着极大的影响。

各种不同功能的指令代码，要以程序的形式输入到数控机床的数控装置中，数控装置接着进行运算处理，之后发出脉冲信号，以此控制数控机床各个运动部件的操作，最终完成零件的切削加工。

当前，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的EIA。我国所采纳的是ISO代码。

随着技术有所进步，3D的数控编程常常很少采用手工去编程，而是会使用商品化的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，以及对该轨迹进行编辑，它可以设置工艺参数，能够实现加工仿真，可开展数控程序后处理，并且拥有数据管理等功能。

现如今，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。各个软件针对于数控编程的原理、图形处理方式以及加工方法均大致相同，然而又各自拥有特点。

Steps for CNC machining parts

首先，剖析零件图，接着，知晓工件的大概情形，其中涵盖几何形状方面，还包括工件材料方面，以及工艺要求等方面。

2, to determine the parts of the CNC machining process (processing content, processing route)

3. Perform the necessary numerical calculations (calculation of coordinates of base points and nodes)

4、Prepare the programme sheet (it will be different for different machine tools, comply with the user manual)

5、程序校验，把程序输入机床，接着进行图形模拟，以此验证编程是正确的。

对工件展开加工，好的过程控制能够极为有效地节约时间，并且能够显著地提升加工质量。

7、对工件开展验收工作，同时进行质量误差分析，先对工件予以检验，要是合格便流入下一道工序，要是不合格，那就借助质量分析找出致使产生误差的原因以及相应的纠正方法。

History of CNC machine tools

二战过后，制造业好些生产是依赖人工操作的，工人要看懂图纸，之后手工操作机床，再去加工零件，凭借这样的方式来生产产品，成本比较高，效率较为低，质量同样没办法得到保证。

在二十世纪四十年代末期的时候，美国存在一位名为帕森斯（John）的工程师，他构思出了一种办法，这种办法是在一张硬纸卡上面打孔，通过打孔来表示需要进行加工的零件几何形状，然后利用这一张硬卡去控制机床的动作，而在当时那个时候，这仅仅只是一种构思而已。

1948年，帕森斯告知美国空军自己的想法，美国空军听闻后，展现出极大兴趣，只因美国空军那时正寻觅先进加工方法，旨在解决飞机外型样板加工难题，鉴于样板形状极为复杂，精度要求极高，普通设备难以契合，美国空军即刻委托并赞助美国麻省理工学院（MIT）展开研究，去研发这部由硬卡纸操控的机床，最终在1952年，麻省理工学院与帕森斯公司携手，成功研制出首台示范机，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迅猛发展，促使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，发展成了极为复杂的集成加工系统，编程方式，也由手工，发展为智能化、强大的CAD/CAM集成系统。

谈到国内状况而言，数控技术于我国的发展态势是较为迟缓的，针对国内诸多车间来讲，其设备存在着相对落后的情形，人员在技术水平以及观念方面呈现出落后态势，具体表现为加工质量欠佳以及加工效率不高，并且常出现拖延交货期限的现象。

1、第一代NC系统被引入是在1951年，其控制单元主要是由各种阀门以及模拟电路所组成的，第一台数控机床诞生于1952年，它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. The second generation of NC systems was produced in 1959, and it was mainly composed of individual transistors as well as other components.

3. The third generation of NC systems was introduced in 1965, which used integrated circuit boards for the first time.

实际上，在1964年的时候，第四代NC系统被研制出来了，这第四代NC系统，就是我们极为熟悉的计算机数字控制系统了，也就是CNC控制系统。

5、在1975年的时候，NC系统采用了具备强大功能的微处理器，而这也就是被称作第五代的NC系统。

第六代 NC 系统，采用了现行的集成制造系统，也就是 MIS。同时加了 DNC，还采用了柔性加工系统，即 FMS。

Trends in CNC machine tools

1. High-speed

汽车工业高速发展，国防工业高速发展，航空工业高速发展，航天工业高速发展，铝合金等新材料得以应用，在此情况下，对于数控机床加工的高速化要求越发高了。

a. 主轴转速方面：机床运用电主轴，也就是以内装式的主轴电机作为主轴的动力来源，主轴能够达到的最高转速为每分钟多少转，具体数值为/min。

b. 进给率呈现如下情况，在分辨率是0.01µm这个条件下，最大进给率能够达到240m/min，并且还能够获得复杂型的精确加工，是这样的情况。

c. 运算速度：微处理器快速发展，为数控系统朝着高速、高精度方向发展提供了保障，据此开发出了CPU已发展到32位亦或64位的数控系统，其频率提升到几百兆赫乃至上千兆赫。因运算速度大幅提高，所以当分辨率是0.1µm、0.01µm时，依然能够获取高达24至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时间通常已处在 1s 左右了有的高到 0.5s 德国公司把如同篮子样式这种情况下是将刀库设计成如此而以主轴作为这种轴心接着在圆周有刀具进行布置最终其刀到刀所要经过的换刀时间仅仅才 0.9s。

2. High precision

如今，对于数控机床精度的要求，已不再局限于静态的几何精度，机床的运动精度，受到了越来越多的重视，热变形，也愈发受到关注，对振动的监测和补偿，同样越来越被看重。

提高CNC系统控制精度，采用高速插补技术，通过这种技术以微小程序段达成连续进给，达到使CNC控制单位精细化的目的，并且采用高分辨率位置检测装置，以此提高位置检测精度，位置伺服系统运用前馈控制以及非线性控制等方法。

把反向间隙补偿、丝杆螺距误差补偿以及刀具误差补偿等技术采用起来，通过这些技术，针对设备的热变形误差和空间误差，进行综合补偿，这就是采用误差补偿技术。

c. 运用网格进行检查，进而提高加工中心的运动轨迹精度 ，借助仿真对机床的加工精度做预测 ，确保机床的定位精度，以及重复定位精度 ，让其性能长时间保持稳定 ，能够于不同运行条件下达成多种加工任务 ，并且保证零件的加工质量。

3. Functional complexity

在一台机床上实现多种要素加工，或者尽可能完成从毛坯至成品的加工，这就是复合机床的含义。它根据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，还可完成复杂零件的全部加工。随着现代机械加工要求不断提高，大量的多轴联动数控机床越来越受各大企业欢迎。

4. Intelligent control

随人工智能技术发展，为满足制造业生产柔性化需求，为满足制造自动化发展需求，数控机床智能化程度持续提高。具体体现于如下几个方面：

a. Process adaptive control technology;

b. Intelligent optimisation and selection of machining parameters;

c. Intelligent fault self-diagnosis and self-repair technology;

d. Intelligent fault playback and fault simulation techniques;

e. Intelligent AC servo drives;

f. 智能4M数控系统：在制造的进程当中，把测量这一环节，以及建模的步骤，还有加工的过程，和机器操作的行为，这四者也就是4M，融合于一个系统之内。

5. Openness of the system

因为软硬件接口均依照被公认的标准协议，所以能够采纳并吸收以及兼容新一代通用软硬件，这是向未来技术开放的体现。

b. 针对用户特殊要求而开放，具体包括更新产品，包括扩充功能，以及提供硬软件产品的各种组合，以此来满足特殊应用要求。

数控标准的建立，有标准化的编程语言，它方便用户去使用，还降低了和操作效率直接关联的劳动消耗。

6. Parallelisation of drives

能够达成多坐标联动数控加工功能，还具备装配功能，也拥有测量功能，并且更能够满足复杂特种零件的加工需求，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”，同时也被看作是 “21世纪新一代数控加工设备”。

7. Polarisation (miniaturisation and miniaturisation)

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，需要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，也需要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. Networking of information interactions

那能够达成网络资源的共同分享，还能达成数控机床在远距离的情况下进行监视、实行控制、开展远程诊断以及实施维护。

9. Greening of processes

近年来，出现了不断不用或少用冷却液、实现干切削、半干切削节能环保的机床，绿色制造的大趋势，让各种节能环保机床加速往前发展。

10. Application of multimedia technologies

让计算机具备综合处理声音、文字、图像及视频信息能力的多媒体技术，是将计算机、声像以及通信技术融合为一体的技术，它能够实现这些信息处理的综合化与智能化，可应用于实时监控系统，还能用于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。