​高端（duān）精密製造的（de）CNC數控加工技（jì）術

    數控技（jì）術（shù）的應用使傳統的製造業發生了（le）質的變化，尤其是近年來（lái）．微電子技術和計算機技術的發展給數控技術帶來了新的活力。數控技術（shù）和數控裝備是各個國家工業現代化的重要基礎。

    數控機（jī）床是現代製造業的主流（liú）設備，精密（mì）加工的必備裝備，是體現（xiàn）現代機床技術水平（píng）、現代機械製造業工藝水平（píng）的重要標誌，是關係國計民生、國防尖端建設的戰略物資。因此世界上各工業發達國家（jiā）均采取重（chóng）大措施來發展自己的數控技術及其產業。

CNC數控加工

    CNC是英文Computer Numberical Control的縮（suō）寫，意思（sī）是（shì）“計算機數據控製”，簡單地說就是“數控加工”，在珠江三角洲地區，人們稱為“電腦鑼”。

    數控加工是（shì）當今機械製造中的先進加工技術，是一種具有高效率、高精度與高柔性（xìng）特點的自動化加工方法。它是將要加工工件的（de）數控程序輸入給機床，機床在這些數據的控製（zhì）下自動加工出符合人們意願的（de）工件，以製造出美妙的產品。

    數控加工技術可有效解決（jué）像模具這樣複雜、精密、小批多變的加工問題，充分適（shì）應了現代化生產（chǎn）的需要。大力發展數控加工技（jì）術已成為我國加速發展經濟、提高自（zì）主創新能力的重要（yào）途徑。目前我國數控機床使（shǐ）用越來越普遍，能熟練掌握數控機床編程，是充分發揮其（qí）功能的重要途徑。

    數控機床是典（diǎn）型的機電一體化產品，它集（jí）微電子技術、計算機技術、測量技（jì）術、傳感器技術、自動控製技術及人工智能技（jì）術等多種（zhǒng）先進技術於一體，並與機械加工工（gōng）藝緊密結合，是新一代的（de）機（jī）械製造技術裝備。

CNC數（shù）控機床（chuáng）的（de）組成

    數控機床集機床、計算機、電動機及拖動、動控製、檢測等技術為一體的自動化設備。數控機床的基本組成包括控製介質（zhì）、數（shù）控裝置（zhì）、伺服（fú）係統、反（fǎn）饋裝置（zhì）及機床本體

1、控製介質

  控製介質是儲存（cún）數控加工所需要的全部動作刀具相（xiàng）對於工件位置信息的媒介（jiè）物，它記載著（zhe）零件的加工程序，因此，控製介質就是指（zhǐ）將（jiāng）零件加工信息傳送到（dào）數控裝置去的信息載體。控製介質有多種形式，它隨（suí）著數（shù）控裝置類型的不同（tóng）而不同（tóng），常用（yòng）的有穿孔帶、穿孔卡、磁帶、磁（cí）盤等。隨著數控技術的發（fā）展，穿孔（kǒng）帶、穿孔卡趨於（yú）淘汰，而利用CAD/CAM軟件（jiàn）在計算機編程，然（rán）後通過計（jì）算機與數（shù）控係統通信，將程序和（hé）數據直接傳送給數控裝置（zhì）的方法應用越來越廣（guǎng）泛。

2、數（shù）控（kòng）裝置

  數控裝置是數控機床的核心，人們喻為“中樞係統”。現代數控機床（chuáng）都采用計算機數控裝置CNC。數（shù）控裝置包括輸入裝置及中央（yāng）處理器(CPU)和輸（shū）出裝置等構成數控裝置能完成信息的輸入（rù）、存儲、變換、插補運算以及實現各種控製（zhì）功能。

3、伺服係統

    伺服係統是接收數控裝置的指令、驅動機床執行機構運動的驅動部件。包括主軸驅（qū）動單元、進（jìn）給驅動單元、主軸電機和進給電機等。工作時，伺服係統接受數控係統的指令信息，並按照（zhào）指令信息的要求與位置、速度（dù）反（fǎn）饋信號相（xiàng）比較後，帶動機床的移動部件或執行部件動作，加工出符合圖紙要求的零件（jiàn）。

4、反饋裝置

    反饋裝置是（shì）由測量元件和（hé）相應的（de）電路組成，其作用是檢測速度和位移，並將信息反饋回來，構成閉環控製。一些（xiē）精度要求不高的數控機床，沒有反饋裝置，則稱為開環係統。

5、機床本體

    機床本體是數控機床的實體，是完成實際切削（xuē）加工的機械部分，它（tā）包括床身、底座、工作台、床鞍、主軸（zhóu）等。

CNC加工工藝的特（tè）點

    CNC數控加工工藝也（yě）遵守機械加工切削規律，與普通機床的加（jiā）工工藝大體相同。由於它是把計算機控（kòng）製技術應用（yòng）於機械加工之中的一種自動化加工（gōng），因而具有加工（gōng）效率高、精度高等特點（diǎn），加工工藝有其獨特之處，工序較為複雜，工步安排較為詳盡周密。

    CNC數（shù）控加工工藝包括（kuò）刀具的選擇（zé）、切（qiē）削參數的確定及走刀工藝路線的設計等內（nèi）容。CNC數控加工工藝是數控編程的基礎及核心，隻（zhī）有工藝合理，才能編出高效率和高質量的數控程序（xù）。衡量（liàng）數控程序好壞的標準是：最少的加工時間、最小的刀具損耗及加工出最佳效果的工件。

    數控加工工序是工件整體加工工藝的一部分，甚至是一道（dào）工序。它要與其他前後工序相互配（pèi）合，才能最終滿足整（zhěng）體機器或模具的（de）裝配要求，這樣才能加工出合格的零件。

    數控加工工序一般分為粗加工、中粗清角加工、半精加工及精加工等（děng）工（gōng）步。

CNC的數控（kòng）編（biān）程

  數控編程是從零件圖紙（zhǐ）到獲得數控加工程序的全過程。它的主要任務是計算加工走刀中的刀位點（cutter locations point簡稱CL點）。刀位點一（yī）般取為刀具軸線與刀具表麵的交點，多（duō）軸加工中（zhōng）還要給出刀軸矢（shǐ）量。

    數控機床是根（gēn）據工件圖樣要求及加工工藝過程，將所用刀具及各（gè）部件的移動量、速度和動作先後順序、主軸轉（zhuǎn）速、主軸旋轉方向、刀頭夾緊、刀頭鬆開及冷（lěng）卻等操作，以規定的數控代碼形式編成程序單，輸入到機床專用計算機中。然後，數控係統根據輸入的指（zhǐ）令進行編譯、運算和邏輯處理後，輸出各種信（xìn）號和指令，控製各部分根據規定的位移和有順（shùn）序的動作，加工出各種不同形狀的工件。因（yīn）此，程序的編製對於數控機（jī）床效能的發揮影響極（jí）大（dà）。

    數控機床必須把代表各種不同功能（néng）的指令代碼以程序的形式輸入（rù）數控裝置，由數控裝置進行運算處理（lǐ），然後發出脈衝信號來控製數控機床的各個運（yùn）動部件的操作，從而完成零（líng）件的切削加工。

  目前數控程序有兩個標準：國（guó）際標準化組織的ISO和（hé）美國電子工業（yè）協（xié）會的EIA。我國采用ISO代碼。

  隨著（zhe）技術的進步，3D的數控編程一般很少采用（yòng）手工編程，而使用商品化（huà）的CAD/CAM軟件。

    CAD/CAM是計算（suàn）機輔助編程係統的核心，主（zhǔ）要功能有數據的輸入/輸出、加工軌跡的計算及編輯、工藝參數設置、加工仿真、數控程序後處理和數據管理等。

  目前，在我國深受用戶喜歡（huān）的、數控編程功能強大的軟件有Mastercam、UG、Cimatron、PowerMILL、CAXA等。各軟件對於數控編程的原理、圖形處理方（fāng）法及加工方法都大同小異，但各有特（tè）點。

CNC數控加工零件的步（bù）驟

    1、分析零件圖，了解工件的大致情況（幾何形狀，工件材料，工藝要求等）

    2、確（què）定零件的數控加工工（gōng）藝（加工的內（nèi）容，加工的路線）

    3、進行必要的數值計算（基點、節點的坐標計算）

    4、編寫程序單（不同機床會有所不同，遵守使用（yòng）手冊）

    5、程序校驗（將程（chéng）序輸（shū）入機床，並（bìng）進行圖形模擬（nǐ），驗證編程的正確）

    6、對工件進行加（jiā）工（好的過程（chéng）控製能很好的節約時間和提高加工質量）

    7、工件驗收和質量誤差分析（對工件進（jìn）行檢驗，合格流入下一道。不合格則通過質量分（fèn）析找出產生誤差原因（yīn）和糾正方法）。

數控機床（chuáng）的發展曆史

    二戰後，製造業（yè）的生產（chǎn）大部分是依靠人工操作，工人看懂圖紙後，手工操作機床，加工零件，用這種方式生產產品，成本高，效率低，質量也得不到保證。

  在20世紀（jì）40年代末期，美國有（yǒu）一位工程（chéng）師帕森斯（John Parsons）構思了一種方法，在一張硬紙卡上打孔（kǒng）來表示需要加工的零（líng）件幾何（hé）形狀，利用著一張硬卡來控（kòng）製機床的動作，在當時，這（zhè）隻是一種構（gòu）思。

    1948年，帕森斯向美國空軍展（zhǎn）示了他的（de）這種想法，美國空軍看後，表示極大的興趣，因為美國空軍正在尋找一（yī）種先進的加工方（fāng）法，希望解決飛機外型樣板的加工（gōng）問題（tí），由於樣（yàng）板形狀複雜，精（jīng）度要求（qiú）高，一般的設備難以適應，美國空軍立即委（wěi）托及讚助美國麻省理工學院（MIT）進（jìn）行研究，開發這部硬卡紙來控製的機床，終於在1952年，麻省理工學院和帕森斯公司合作，成功的研製出了第一台示範機，到了1960年（nián）較為簡單和（hé）經濟的點位（wèi）控製鑽床，和直線控製數控銑床得到了較快的發展使數控機床在製造業各（gè）部門逐步獲（huò）得推廣。

    CNC加工的曆史已經經曆了（le）長達半個多世紀，NC數（shù）控係統也由最早的模擬信號電路控製發展為極其複雜（zá）的集成加工係統，編程方式也有手工發展成為智能化、強大的CAD/CAM集（jí）成係統。

    就我國而（ér）言（yán），數控技術的發（fā）展是比較緩慢的，對於國內的大多數車間來說。設備比較落後，人員的技（jì）術水平（píng）和觀念落後表現為加工質量和加工效率（lǜ）低下，經常拖（tuō）延交貨期。

    1、第一代NC係統（tǒng）是在1951年引入（rù）的，其（qí）控製單元主要有各種閥（fá）門和（hé）模擬電路組成的，1952年第一台數控機床誕生，已（yǐ）經從銑床或車床發展到加工中心，成為現代製造業的（de）關鍵設備。

    2、第（dì）二代NC係統於1959年（nián）產生的，其主要有單個的晶體管和其他部件組成。

    3、1965年（nián）引入了第三代NC係統，其首次采用集成電路板。

    4、實際上，在1964年已經研製出來了第四代NC係統，即我們（men）非常熟悉的計算機數字控製係統（CNC控製係統）。

    5、1975年，NC係統采（cǎi）用了強大的微（wēi）處理器，這（zhè）就是第五代NC係統。

    6、第六代NC係統采用了現行的集成製造係（xì）統（MIS）+DNC+柔性加工係統（FMS）

數控機床的（de）發展趨（qū）勢（shì）

1. 高速化

隨（suí）著汽車、國防、航空、航天等工業的高速發展以及鋁合金等新材料的應用，對數控機床加工的高（gāo）速化要求越來越高。

a.主（zhǔ）軸轉速：機床采用電主軸（zhóu）(內裝式主軸電機（jī）)，主軸（zhóu）最（zuì）高轉速達200000r/min；  

b. 進給率：在分辨率為0.01µm時，最大（dà）進給率達（dá）到240m/min且可獲得複雜型的精確加工；  

c. 運算速度：微處理器的迅（xùn）速發展（zhǎn）為數控係統向高速、高精度方向發（fā）展提供了（le）保障，開發出CPU已發展到32位以及64位的數控係統，頻率提高到幾百兆赫、上千（qiān）兆赫。由於運算速度的極大提高，使得當分辨（biàn）率為0.1µm、0.01µm時仍能獲得（dé）高達24～240m/min的進（jìn）給速度；  

d. 換刀速度：目前國外先進加工中心（xīn）的刀具（jù）交換時間普遍（biàn）已在1s左（zuǒ）右，高的已達0.5s。德（dé）國Chiron公（gōng）司將（jiāng）刀庫設計成籃子樣式，以主（zhǔ）軸為軸心，刀具在圓周布置（zhì），其（qí）刀到刀的換刀時間僅0.9s。

2. 高精度化

數控機床精度的要求現在已經不局限於靜態的幾何精（jīng）度，機床的運動精（jīng）度、熱變形以（yǐ）及對振（zhèn）動的（de）監測和補償越來越獲（huò）得重視。

a. 提高CNC係統控製精度：采用高速插（chā）補技術，以（yǐ）微小程序段實現連續進給，使CNC控製單位精細化，並采用高分辨率位置檢測裝置，提 高位置（zhì）檢測精（jīng）度，位置伺服係統采用（yòng）前饋控製（zhì）與 非線性（xìng）控製等方（fāng）法；

b. 采（cǎi）用誤差補償技（jì）術：采用反向間（jiān）隙補（bǔ）償、絲（sī）杆螺距誤差補償和刀具誤差補償等技術，對設備（bèi）的熱（rè）變形誤差（chà）和空間（jiān）誤差（chà）進行綜合補償。

c. 采用網格解碼器檢查和提高（gāo）加工中（zhōng）心的運動軌跡（jì）精度: 通過仿真預測機床的加工精度，以保證機床的定位精度和重複定位精度，使其性能長期穩定，能夠在不同運行條件下完成多種（zhǒng）加（jiā）工（gōng）任務，並保證零件的加工質量。

3. 功能複合化

複（fù）合機床的含義是指在一台（tái）機床上實現或盡可能完成從毛（máo）坯至成品的多種要素加工。根據其結構特點可（kě）分為工藝複合型和工序複合型兩類。 加工中心能夠完成 車削、銑削、鑽削、滾齒、磨削、激光熱處理等多種工序，可完成複雜（zá）零（líng）件的全部加工。隨著（zhe）現代機械加工要求的不斷（duàn）提高，大量的多軸聯動數控機床越來越受到各 大企（qǐ）業的歡迎。  

4. 控製智能化（huà）

隨著人工智能（néng）技術的發展，為了滿（mǎn）足製造業生產柔性化、製造自動化的發展需求，數（shù）控機床的智能化程（chéng）度在不斷提高。具體體現在以下幾個方麵：

a.  加工過程自（zì）適應控製（zhì）技術；  

b. 加工參數的智能優化與選（xuǎn）擇（zé）；  

c. 智能（néng）故障（zhàng）自診斷與自（zì）修（xiū）複技術；

d. 智能故障回放和故障（zhàng）仿真技術；

e. 智能化交（jiāo）流伺服驅動裝置；  

 f. 智能4M數控係統：在（zài）製造過（guò）程中， 將（jiāng）測量 、建模、加工、機器操作四者（zhě）(即4M)融合在一個係統中 。

5. 體（tǐ）係開放化（huà）

a. 向未來（lái）技術（shù）開放：由於（yú）軟硬件接口都遵循公認的標準協議，可采納、吸收和兼容新一代通用軟硬件。  

b. 向用戶特殊要求開放（fàng）：更新產品、擴充功（gōng）能（néng）、提供硬軟件產品（pǐn）的各種組合以滿足特（tè）殊應用要求；  

c. 數控標準的建立：標準化的編程語言（yán），既方便用戶 使用，又降低了和操作效率（lǜ）直接有（yǒu）關的勞動消耗。

6. 驅動並聯化

可實現多坐標聯（lián）動數控加工、裝配（pèi）和測量多種功能，更能滿足（zú）複雜特種零（líng）件的加工（gōng），並聯機床被認（rèn）為是（shì）“自發明數控技術以來在機床行業中最有意（yì）義的進步”和“21世紀新一代數控加工設備”。

7.  極端化(大型化和微型化 )

國防、航空、航天事業的（de）發展和能源等基礎產業裝備的大型化需要（yào）大型（xíng）且性（xìng）能良好的（de）數控機床的支撐。而超精密加工技術（shù）和微納米技術是21世紀的戰略技 術，需發展能適應微小型（xíng）尺寸和微納米（mǐ）加工精度的新型製造工（gōng）藝和裝備。

8.  信息交互網絡化

既可以實現網絡資源共（gòng）享，又能實現（xiàn）數控機（jī）床的遠程監視、控製、遠程診斷、維護。

9. 加工過程綠（lǜ）色化（huà）

 近年來不用或少（shǎo）用冷卻液（yè）、實（shí）現幹（gàn）切削、半幹切削節能環保的機床不斷出現， 綠色製造的大趨勢使各種節能環保機床加速發展（zhǎn）。

10. 多媒（méi）體技術的應用

多媒體技術集計算（suàn）機、聲像和通信技術於一體，使計算機具有綜合處理（lǐ）聲音、文字、圖像和（hé）視頻信（xìn）息的能（néng）力。可以做到信息處理綜合化、智能化，應（yīng）用於實時監控 係統和生產現場設備的故障診（zhěn）斷、生產過程參數監測等，因此有著重大的（de）應用價值。

目前，數控機床的發展日新月異，高速化、高精度化、複合化、智能化、開放（fàng）化、並聯驅動化、網絡化、極端化、綠色化已成為數控機床發展的趨勢和方向。