CNC machining technology for high-end precision manufacturing

反馈装置，是由测量元件还有相应的电路共同组建而成的，它所具备的作用是，检测速度以及位移，并且把这些信息反馈回来，以此构成能够闭环控制的系统。而一些在精度方面要求并不是很高的CNC machine tools，因为没有反馈装置，所以就被称作开环系统。

5、Machine tool body

机床本体作为数控机床的实体，是用于完成实际切削加工的机械方面部分，它涵盖了床身，包含底座，还有工作台，以及床鞍，另外还有主轴等。

CNC machiningCharacteristics of the process

CNC numerical controlProcessing会依据机械加工切削规律来执行，跟普通机床的加工工艺基本相似，它是将计算机控制技术运用到机械加工里的自动化加工方式，所以具备加工效率高、精度高等特性，其加工工艺存在独特的地方，工序相对复杂，工步安排得较为细致周全。

刀具的选择，切削参数的确定，以及走刀工艺路线的设计，等这些内容，都包括在CNC数控加工工艺之中。CNC数控加工工艺，乃是数控编程 的基础以及核心，只有工艺合理，才能够编出高效率和高质量的数控程序。衡量数控程序好坏存在标准，那就是最少的加工时间，最小的刀具损耗，以及加工出具有最佳效果的工件。

数控加工工序属于工件整体加工工艺的一部分，而且还是其中一道工序，它需要跟其他前后工序彼此配合，以此最终满足整体机器或者模具的装配要求，进而才能够加工出合格的零件。

数控加工工序，通常会分化为粗加工之时，还有中粗清角加工期间，半精加工过程之中和精加工状况之下等工步。

CNC programming for CNC

数控编程，是一个从零件图纸开始，一直到最终获得数控加工程序的完整过程，它的主要任务在于，计算加工走刀过程中的刀位点，简称为CL点，刀位点通常选取为刀具轴线与刀具表面的交点，在多轴加工之中，还需要给出刀轴矢量。

所需数字控制的机床，是依据工件图样给出的要求以及加工工艺具体过程的，把所使用的刀具以及各个部件的移动量、速度，还有动作先后关联顺序、主轴转速、主轴旋转方向、刀头夹紧动作、刀头松开动作以及冷却等系列操作，凭借规定的数控代码形式编写制成程序单，投放输入到机床专用的计算机当中的。而后，数控系统按照输入进来的这个指令切实进行编译、参与运算以及开展逻辑处理之后，输出各类不同信号以及相应指令，操控各部分依照规定的位移和具备顺序的动作，从而加工制造出各种形状不同的工件的。所以，程序的编制这件事对于数控机床效能的成功发挥影响是十分巨大超大幅度量级的`。

数控机床，需将代表各类不同功能的指令代码，以程序的形式，输入数控装置，数控装置会进行运算处理，之后发出脉冲信号，用以控制数控机床的各个运动部件的操作，通过如此这般，完成零件的切削加工。

现下，数控程序存在着两个标准，其一为国际标准化组织确立的ISO，其二是美国电子工业协会所定的EIA，就我国而言，采用的是ISO代码。

因为技术进步呀，3D的数控编程呢，通常很少会采用手工去编程，可以这么说，而是会去使用商品化的CAD/CAM那个软件。

用以辅助编程的计算机系统，其核心为CAD/CAM，此涉及多方面功能，涵盖数据的输入与输出，有关于加工轨迹的计算以及编辑，包含工艺参数的设置，具备加工仿真功能，还涉及数控程序的后处理以及数据管理等。

当下，于我国之中，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。各个软件有关数控编程的原理、图形处理方式以及加工方法，大致相同但又各自拥有特点。

Steps for CNC machining parts

1、剖析零件图，知晓工件的大概情形，比如几何形状，再了解工件的用料材质，最后把握工艺要求此类情况。

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. Programme verification (input the programme into the machine tool and carry out graphical simulation to verify the correctness of the programming)

6、好的过程控制，能很好地节约时间，能很好地提高加工质量，对工件进行加工。

7、工件验收，针对工件展开检验，若合格便流入下一道工序，若不合格，则借助质量分析去探寻致使误差出现的缘由以及相应的纠正办法 ，还要进行质量误差分析。

History of CNC machine tools

二战结束之后，制造业的生产之中，大部分是依赖人工进行操作的，工人在看懂图纸以后，通过手工去操作机床，进而加工零件，采用这样的方式来生产产品，而此方式成本高，效率低，并且质量也无法得到保证。

在20世纪40年代快要结束的时候，美国存在一位名叫帕森斯（John）的工程师，他想出了一种办法，通过在一张硬纸卡之上打孔，以此来表示所需加工的零件几何形状，借助这张硬卡去控制机床的动作，在那个时候，这仅仅只是一种想法。

1948年，帕森斯把他的这种想法向美国空军展示，美国空军瞧过后，表示出极大的兴趣，因为美国空军那时正在寻觅一种先进的加工方法，期望要解决飞机外型样板的加工问题，鉴于样板形状复杂，精度要求又高，一般的设备很难适应，美国空军马上委托并且赞助美国麻省理工学院（MIT）去进行研究，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合作，成功地研制出了第一台示范机，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获得了较快的发展，致使数控机床在制造业各部门逐渐得到推广。

CNC加工的历史，已历经那个持续极为漫长时间幅度达长达半个多部又一个世纪的发展进程，NC数控系统，从最初之时凭借模拟信号电路予以控制的状态，演进成那种结构及其复杂程度超乎想象的集成加工系统，编程方式，从依靠手工运用相关方式的阶段，发展成具备智能化特性、功能强大无比的CAD/CAM集成系统。

对我国来讲，数控技术的发展相对迟缓，就国内多数车间而言，设备较为落后，人员的技术水平欠佳且观念滞后，呈现出加工质量欠佳以及加工效率不高的状况，时常延迟交货期。

1、第一代的NC系统，是于1951年被引入的，其控制单元，主要是由各种阀门以及模拟电路所组成的，在1952年的时候，第一台数控机床诞生了，它已经从铣床或者车床发展到了加工中心，成为了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. The third generation of NC systems was introduced in 1965, which used integrated circuit boards for the first time.

4、事实上，1964年时，第四代NC系统已然被研制出来，此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、1975年，NC系统采用了具备强大功能的微处理器，而此系统便是第五代NC系统。

6、第六代NC系统采取了在运行的集成制造系统（MIS），加上DNC，再加上柔性加工系统（FMS）。

Trends in CNC machine tools

1. High-speed

伴随汽车工业高速发展，伴随国防工业高速发展，伴随航空工业高速发展，伴随航天等工业高速发展，并且随着铝合金等新材料得到应用，针对数控机床加工，其高速化要求变得越来越高。

a.机床所采用的电主轴，也就是内装式主轴电机，其主轴具备最高转速，达到了每一分钟，为/min ，这就是主轴转速的相关情况。

b. 进给率，于分辨率设定为0.01µm的情况下，其最大进给率能够达到240m/min，并且借此可获取复杂型的精确加工！

c. 运算速度方面，微处理器迅猛发展，给数控系统朝着高速、高精度方向发展予以了保障，进而开发出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，仍能够获取高达24～240m/min的进给速度。

d. 刀具更换速度方面，当下国外先进的加工中心里、刀具进行交换所需的时间，普遍来讲已处在大约1秒的范围之内，较高水平的则已经达到了0.5秒。德国的公司把刀库设计成篮子的样式，把主轴当作轴心，刀具在圆周方向进行布置，其从一把刀更换到另一把刀的时间仅仅只有0.9秒。

2. High precision

如今，对于数控机床精度的要求，已不再仅仅局限于静态的几何精度，机床的运动精度受到了更多重视，热变形也愈发获得关注，对振动的监测以及补偿同样越来越被看重。

a. 为提高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，还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与非线性控制等方法。

b. 透过采用特定技术，也就是反向间隙补偿技术 ，还有丝杆螺距误差补偿技术以及刀具误差补偿技术等多项技术，针对设备所产生的热变形误差以及空间误差，实施综合补偿。

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，确保机床的定位精度以及重复定位精度，让其性能实现长期稳定，使其能够在不同的运行条件之下完成多种加工任务，进而保证零件的加工质量。

3. Functional complexity

机床的含义为，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，此即复合机床。根据其结构特点来划分，可分为工艺复合型与工序复合型这两类。加工中心能够完成车削，铣削，钻削，滚齿，磨削，激光热处理等多种工序，进而可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来愈受各大企业欢迎。

4. Intelligent control

鉴于人工智能技术持续发展，因应制造业生产柔性化以及制造自动化的发展所需，数控机床的智能化程度正持续提升，具体呈现于以下多个方面：

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. 在制造进程当中，会把测量这一环节，以及建模这一环节，还有加工这一环节，以及机器操作这一环节，也就是 将测量 、建模、加工、机器操作四者(即4M)，融合于一个系统之内。

5. Openness of the system

a. 迎向未来技术敞开大门，鉴于软件硬件接口均依照被广泛认可的标准协议，能够予以采纳，进而吸收，并且实现兼容新一代通用软件与硬件。

b. 面向用户特别提出的要求予以开放，进行产品更新，实现功能扩充，给出硬软件产品的各类组合用以满足特殊应用所需。

c. 数控标准得以建立，存在标准化的编程语言，它对用户使用而言颇为便利，并且还使与操作效率直接相关的劳动消耗得以降低。

6. Parallelisation of drives

能够达成多坐标联动数控加工，还具备装配以及测量等多种功能，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，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大型化，需要大型且性能良好的数控机床支撑。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. Networking of information interactions

不但能够达成网络资源的共享，还能够达成数控机床的远程监视，并且能够达成远程控制，以及此外还能够达成远程诊断，另外还能够达成维护。

9. Greening of processes

近两年，那种不用冷却液，或者少用冷却液，进而实现干切削、半干切削，且具备节能环保特性的机床，持续不断地呈现出来，绿色制造的这种大趋势，致使各类节能环保机床加快了发展速度。

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、图像还有视频信息的能力，能达成信息处理的综合化与智能化，可应用于实时监控系统，以及生产现场设备的故障诊断、生产过程参数监测等方面，所以有着重大的应用价值。