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，其发挥的作用在于，检测速度，检测位移，并且将相关信息反馈回来，进而构成闭环控制。有一些精度要求并非很高的CNC machine tools，没有反馈装置，这种情况则被称为开环系统。

5、Machine tool body

机床本体作为数控机床的实体存在，是承担实际切削加工作业的机械部分，其涵盖了床身，有底座，设有工作台，包含床鞍，还包括主轴等。

CNC machiningCharacteristics of the process

它遵守机械加工切削规律，这种规律普通机床Processing也大体遵循，它是把计算机控制技术应用于机械加工的自动化加工，所以有加工效率高、精度高的特点，它的加工工艺有独特之处，工序较为复杂，工步安排得详尽周密。

要进行CNC数控加工工艺，得涉及刀具的选择，还有切削参数的确定，以及走刀工艺路线的设计等方面内容。CNC数控加工工艺可是数控编程的基础，并且还是核心所在，只有工艺合理了，才能够编出具备高效率以及高质量的数控程序。衡量数控程序好坏具有标准，那就是最少的加工时间，最小的刀具损耗，以及加工出有着最佳效果的工件。

数控加工工序属于工件整体加工工艺范畴，而且还是其中一道工序，此工序需跟其他前后工序彼此配合，进而才可最终契合整体机器或模具的装配要求，只有如此，方能加工出达标的零件。

数控加工工序，通常会被划分成这样一些工步，有粗加工，还有中粗清角加工，另外包括半精加工，以及精加工等。

CNC programming for CNC

数控编程成为从零件图纸再到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时的刀位点，刀位点简称为CL点，刀位点通常选取为刀具轴线跟刀具表面的交点，在多轴加工里还需要给出刀轴矢量。

数控机床要依据工件图样要求以及加工工艺过程，把所用的刀具，还有各部件的移动量、速度，动作先后顺序，主轴转速，主轴旋转方向，刀头夹紧、松开，以及冷却等操作，按照规定的数控代码形式编成程序单，再输入到机床专用计算机里。接着，数控系统在根据输入的指令进行编译、运算以及逻辑处理后，输出各种信号和指令，控制各部分依照规定的位移和有顺序的动作，从而加工出各种不同形状的工件。故而，程序的编制对数控机床效能的发挥影响非常大。

代表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，数控装置会对其进行运算处理，之后发出脉冲信号，凭借该信号来控制数控机床那些运动部件的操作，最终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的EIA。其中，我国所采用的是ISO代码。

由于技术前行，3D的数控编程通常鲜少施用手工编程，而是运用商品化的CAD/CAM软件。

计算机辅助编程系统核心是 CAD/CAM，其主要功能包含数据的输入与输出，还有加工轨迹的计算以及编辑，再者是工艺参数设置，亦有加工仿真，另外是数控程序后处理，以及数据管理等等。

当下，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、UG、、、CAXA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皆大致相同，不过各有特性。

Steps for CNC machining parts

1、剖析零件图，知晓工件的大概状况，涉及的方面有几何形状，还有工件材料，以及工艺要求等。

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（将程序输入机床，并进行图形模拟，验证编程的正确）

6、针对工件开展加工操作，（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、对工件开展检验，若合格便流入下一道工序，若不合格，就要借助质量分析去找出致使误差产生的原因以及相应的纠正方法，此为工件验收以及质量误差分析。

History of CNC machine tools

二次世界大战结束之后，制造业开展的生产之中，占据大部分比例的是借助人工来进行操作，当工人将图纸看懂以后，以手工的形式去操作机床，进而对零件予以加工，采用这样的方式来生产产品，成本处于较高的状态，效率是比较低的，并且质量同样无法获得保证。

20世纪40年代末期时，美国有位叫帕森斯（John）的工程师，他构思出一种方法，此方法是在一张硬纸卡上打孔，通过打孔来表示需要加工的零件几何形状，然后利用这张硬卡片去控制机床的动作，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现给美国空军，美国空军看过之后，表现出极大兴趣，因为美国空军那时正寻觅一种先进加工方法，期望解决飞机外型样板加工问题，鉴于样板形状复杂，精度要求又高，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协作，成功研制出第一台示范机，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，致使数控机床于制造业各部门逐渐获得推广。

历经半个多世纪之久，CNC加工拥有了其自身的历史，NC数控系统从最初由模拟信号电路进行控制，逐渐发展成极为复杂的集成加工系统，编程方式也从手工编程，演变成智能化且强大的CAD/CAM集成系统。

对于我国来讲，数控技术的发展相对迟缓，针对国内多数车间而言，设备较为陈旧，人员的技术水准以及观念滞后展现为加工质量欠佳且加工效率不高，时常延迟交货期限。

1、于1951年被引入的第一代NC系统，其控制单元由各种阀门以及模拟电路构成，1952年诞生了第一台数控机床，它已然从铣床或者车床发展至加工中心，进而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构成。

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

4、事实上，于1964年时，就已然研制达成了第四代NC系统，也就是我们极为熟知的计算机数字控制系统，即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，而此即为第五代NC系统。

6、第六代NC系统采用了现行的集成制造系统，也就是MIS，还采用了DNC，并且采用了柔性加工系统，即FMS。

Trends in CNC machine tools

1. High-speed

伴随汽车工业的高速发展，国防工业的高速发展，航空工业的高速发展，航天工业的高速发展，以及铝合金等新材料被应用，对于数控机床加工的高速化要求越发高了。

a.主轴转速可这样描述，机床所采用的是电主轴，也就是那种内装式的主轴电机，其主轴能够达到的最高转速为每分钟多少转。

b. 进刀速率方面，当分辨率处于0.01微米的情况下，最大进刀速率能够达到每分钟240米，并且能够达成复杂类型的精准加工。

c. 运算速度方面，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，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，依旧能够得到高达24～240m/min的进给速度。

d. 国外先进加工中心，刀具交换时间情况，目前普遍在1s左右，高的已达0.5s。德国公司，刀库设计样式，是篮子样式，以主轴为轴心，刀具圆周布置，还有其刀到刀的换刀时间，仅0.9s。

2. High precision

当前，对于数控机床精度的寻求，不是仅仅限定于静态的几何精度了，机床的运动精度，还有热变形，以及针对振动的监测与补偿，愈发受到看重。

a. 提高CNC系统控制精度，采用高速插补技术，通过微小程序段达成连续进给，促使CNC控制单位精细化，运用高分辨率位置检测装置，提升位置检测精度，位置伺服系统采用前馈控制以及非线性控制等方法。

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

c. 采用网格进行检查，以此提高加工中心的运动轨迹精度，借助仿真来预测机床的加工精度，进而保证机床的定位精度以及重复定位精度，让其性能能够长期保持稳定，在此基础上能够在不同的运行条件之下完成多种加工任务，并且保证零件的加工质量。

3. Functional complexity

复合机床的意思是，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要素加工。它依据其结构特点，能分成工艺复合型和工序复合型这两类。加工中心可以完成车削、铣削、钻削、滚齿、磨削、激光热处理等诸多工序，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提高，大量的多轴联动数控机床愈发受到各大企业的喜爱。

4. Intelligent control

依照人工智能技术的演化进程，鉴于要契合制造业生产柔性化以及制造自 动化的发展需要，数控机床于智能化的程度方面持续在提升，具体展现在如下几个层面：

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. smart manufacturing过程里，存在一种数控系统，它能把测量这一环节与建模环节、加工环节、机器操作环节，也就是4M所涵盖的这四者，整合于同一个系统里头。

5. Openness of the system

a. 趋向未来技术敞开，鉴于软件硬件接口皆依照公认的标准协议，能够采纳，能够吸收，还能够兼容新一代通用软件硬件。

b. 为用户的特别需求予以开放，实现产品更新，达成功能扩充，提供硬软件产品的各类组合用以契合特殊的应用需求。

c. 关于数控标准的构建，存在着标准化的编程语言，这种语言在方便用户进行运用的同时，还使得和操作效率直接相关联的劳动消耗得以降低。

6. Parallelisation of drives

实现多坐标联动数控加工，可进行装配，还具备测量多种功能，更能够达到复杂特种零件加工的要求，并联机床被视作“自发明数控技术以来在机床行业里头最涵盖意义的进展表现为”以及“21世纪新一代应用起来的数控加工设备”。

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，同样需要大型且性能良好的数控机床支撑，航天事业的发展，也需要大型且性能良好的数控机床支撑，诸如能源等基础产业装备的大型化，亦是需要大型且性能良好的数控机床支撑。并且，超精密加工技术是21世纪的战略技术，微纳米技术更是21世纪的战略技术，所以需发展能适应微小型尺寸的新型制造工艺和装备，需发展能适应微纳米加工精度的新型制造工艺和装备。

8. Networking of information interactions

不但能够达成网络资源的共享，而且还能够达成数控机床的远程监视，以及远程控制，还有远程诊断，以及维护。

9. Greening of processes

近些年来，那些不用冷却液或者少用冷却液、达成干切削以及半干切削且具备节能环保特性的机床，持续不断地出现，绿色制造的这种大趋势，促使各类节能环保机床加快发展。

10. Application of multimedia technologies

多媒体技术，将计算机、声像以及通信技术融合在一起，让计算机具备综合处理声音、文字、图像以及视频信息的能力，它能够达成信息处理的综合化、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。