​高端（duān）精（jīng）密製造的CNC數（shù）控加工技（jì）術

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

數（shù）控機床是現代製造業的主流設備（bèi），精密加工的必備裝備，是體現現代機床技術水平、現（xiàn）代機械製造業工藝水平的（de）重要標（biāo）誌，是（shì）關係國（guó）計（jì）民（mín）生、國防尖端建（jiàn）設的戰略物資。因此世界上各工業發達國家均采取重（chóng）大措（cuò）施來（lái）發展自己的數（shù）控（kòng）技術及其產業。

CNC數控加工

CNC是英文Computer Numberical Control的縮寫，意思是“計算（suàn）機數據（jù）控製”，簡（jiǎn）單地說就是“數控加工”，在珠江三角洲地區，人們稱（chēng）為“電腦鑼”。

數控加工是當今機械製（zhì）造中的（de）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（fǎ）。它是將要加工工件（jiàn）的數控程序（xù）輸入（rù）給機床，機床在（zài）這些數據的控製下自（zì）動加工出符合人們意願的工件，以製造出美妙的（de）產品。

數控加工技術可有效（xiào）解決像（xiàng）模具（jù）這（zhè）樣複雜、精密、小批多變（biàn）的加工問題，充分適應了現代化生產的需要。大（dà）力發展（zhǎn）數控加工技（jì）術（shù）已成為我國加速發展經濟、提高自主創新能力的重要途徑。目前我國數控機床使用越來越普遍，能熟練（liàn）掌握數控機（jī）床編程，是充分發揮其功能的重要途徑。

數控機床是典型的機電一（yī）體化產品，它集微電子技術、計算機技術、測（cè）量技術、傳感（gǎn）器技術、自動控製技術及人工智能技術等多種先（xiān）進（jìn）技（jì）術於一體，並與機械加工工藝緊密（mì）結合，是新一（yī）代的機械製造（zào）技術裝備。

CNC數控機床的（de）組成

數控機床集機床（chuáng）、計算機、電動機及（jí）拖動、動控製、檢測等（děng）技（jì）術為（wéi）一體的自動化設備。數控機床的基本組成包括控製介質、數控（kòng）裝置、伺（sì）服係統、反饋裝置及機床本體，如圖

1、控製介質

控製（zhì）介質是儲存數控加工所需要的全部動作刀（dāo）具相對於工件位置信（xìn）息的媒介物，它記載著零件（jiàn）的加工（gōng）程序，因此，控（kòng）製介（jiè）質就（jiù）是指將零件加工信息傳送到數控裝置去的信（xìn）息載體。控製介質有多種形式，它隨著（zhe）數控裝置類型的不同（tóng）而不同，常用的有穿孔帶（dài）、穿孔卡、磁帶、磁盤（pán）等。隨著數控技（jì）術的發展，穿孔帶、穿孔卡趨於淘汰，而利用CAD/CAM軟件在計算機編程，然後通過計算機與數控係統通信，將程序和數（shù）據直接傳送給數控裝置的方（fāng）法應用越來越廣泛。

2、數控裝置

數控裝置是數控機床的（de）核心，人們喻為“中樞（shū）係統”。現代數控機床都采用（yòng）計算機數控裝置CNC。數控裝置包括輸入裝置及中央處理（lǐ）器(CPU)和輸出裝置等構成數控裝置能（néng）完成信息的輸入、存儲、變換、插補運算以及實現各種控製功（gōng）能。

3、伺服（fú）係統

伺服係統是接收數控裝置的指令、驅動機床（chuáng）執行機構運（yùn）動的驅動部件。包括主軸驅動單元、進（jìn）給驅動單元、主軸電機和進給電機等。工作時，伺服（fú）係統接受數控係統的指令（lìng）信息，並（bìng）按照指令信息的要求與位置、速度反饋信號相比較後，帶動（dòng）機床的（de）移動部件或（huò）執行部件動作，加工出符合圖紙要求的零件。

4、反饋裝置

反饋裝置是由測量（liàng）元件和相應的電路組成（chéng），其作用是檢測（cè）速度和位移，並將信息反饋（kuì）回來，構成閉環（huán）控製。一些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（běn）體

機床本體是數控機床的實體，是完成實際切削加工的機械（xiè）部（bù）分，它包（bāo）括床身、底座、工作台、床鞍、主軸等。

CNC加工工藝（yì）的特（tè）點

CNC數控加（jiā）工工藝也遵（zūn）守機械加（jiā）工切削規律，與普通機（jī）床的（de）加工工藝（yì）大體相同。由於它（tā）是把計算機（jī）控製技術應用（yòng）於機械加（jiā）工之中的一種自動化加工，因而具有加工效率高、精度高等特點，加工工藝有其獨特（tè）之處，工序較為複雜，工步安排較為詳盡周密（mì）。

CNC數控加工工藝包（bāo）括刀具的選擇、切削（xuē）參數的（de）確定及走刀工藝路線的設計等內（nèi）容。CNC數控加工工（gōng）藝是數控編程的基礎及核心，隻有工藝合理，才能編出高效率和高質量的數控程序。衡（héng）量數控程序好壞的標準是：最少的加工時間、最小的刀具損（sǔn）耗及加工出最佳效果的工件。

數控加工工序是工件整（zhěng）體加工工藝（yì）的一部分，甚至是一道工（gōng）序（xù）。它要（yào）與其他前後工序相互（hù）配合，才能最終滿足整（zhěng）體機器或（huò）模具的裝配要求，這樣才能加工（gōng）出（chū）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工步。

CNC的數控編程

數控（kòng）編程是從（cóng）零（líng）件圖紙到獲得數控加工程序的全（quán）過程。它的主（zhǔ）要任務是計算加工走刀中的刀位點（cutter locations point簡稱（chēng）CL點）。刀位點一般取為刀具軸線與（yǔ）刀具表（biǎo）麵的交點，多軸加（jiā）工（gōng）中還要給出刀軸矢量。

數（shù）控機床是根據工件圖樣要求及加工工藝過程，將（jiāng）所用（yòng）刀（dāo）具及各部件的移（yí）動量（liàng）、速（sù）度和動作先後順序、主軸轉速、主軸旋轉方向、刀頭夾緊、刀頭鬆開及冷卻等操作，以規（guī）定的數（shù）控代碼形式編成程序單，輸（shū）入到機床專用計（jì）算機中。然後，數控（kòng）係統根據輸入的指令進行編譯（yì）、運算和邏輯（jí）處理後，輸出各種信號和指令，控製各部分根據規定的位移和有順（shùn）序的（de）動作，加工出各種不同形狀的工（gōng）件。因此，程序的編製對於數控機床效能（néng）的發揮影響極（jí）大。

數控（kòng）機床必須把代表各種不同功（gōng）能的指（zhǐ）令代碼以程序的形式輸入數控裝置，由數控（kòng）裝置進行運（yùn）算（suàn）處理，然（rán）後發出脈衝（chōng）信號來控製數控機床的各個運動部件的操作（zuò），從而完成零件的切削加工。

目前數控程序有兩個標準：國際（jì）標準化組織的ISO和美國電子工業協（xié）會的EIA。我國采用（yòng）ISO代碼。

隨著技術的進步，3D的（de）數控編程一般（bān）很少采用手工編程，而使用商品（pǐn）化的CAD/CAM軟件。

CAD/CAM是計算（suàn）機輔助編程係統（tǒng）的核心，主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（zhì）、加工（gōng）仿（fǎng）真、數控程序後處理（lǐ）和數（shù）據（jù）管理等。

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

CNC數（shù）控加工零件的步驟

1、分析零件（jiàn）圖，了（le）解工件的大致情況（幾何形狀，工（gōng）件材料，工藝要求等）

2、確（què）定零（líng）件的數控加工工藝（yì）（加工的內容，加工的路線）

3、進行必要的數值計算（基點、節點的（de）坐標計算）

4、編寫程序單（不同機床（chuáng）會有所不同，遵守使用（yòng）手冊）

5、程序校驗（將程序（xù）輸入機床，並進行圖形模擬，驗證編程的正確（què））

6、對工件進行（háng）加工（好的過程控製能（néng）很好（hǎo）的節約（yuē）時（shí）間和提高（gāo）加工質量）

7、工件驗收和質量誤差分析（對工件進行檢驗，合（hé）格流入下一道。不合格則通過質量分析找出（chū）產生誤差原因和糾正（zhèng）方法）。

數控機床的發展曆史

二戰後，製造業的生產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（chǎn）品，成本高，效率低（dī），質量也（yě）得不到保（bǎo）證。

在20世紀40年代（dài）末期，美國有一位（wèi）工（gōng）程師帕森斯（John Parsons）構思了一種方法，在一張硬紙卡上打孔來表示需要加工的零件幾何形狀，利用著一張硬卡來控製機床的動作，在當（dāng）時，這隻是一種構（gòu）思。

1948年，帕森斯向美（měi）國空軍展示了他的這種想法，美（měi）國空軍看後，表示極大的興趣，因為（wéi）美國空軍（jun1）正（zhèng）在尋找一種先進的加工（gōng）方法（fǎ），希望解決飛機外型（xíng）樣板的加工問題，由於樣板形狀複雜，精度要求高，一般的設備難以適應，美國空軍（jun1）立即委托及讚助美國（guó）麻省理工學院（MIT）進行研究，開發這部硬卡紙來控製（zhì）的機床，終於在1952年，麻省理工（gōng）學院和帕森（sēn）斯公司合作，成功的研製出了第一（yī）台示範機（jī），到了1960年較（jiào）為簡（jiǎn）單和經濟的點位控製（zhì）鑽床，和直線控製數控銑床得到了較快的發展使數控（kòng）機床在製造業各（gè）部門逐步獲得推廣。

CNC加工的曆史已經經曆了長達半個多世紀，NC數控係統也由最早的模擬信號電路（lù）控製發展為極其複雜的集成加（jiā）工係統，編（biān）程方式也有手（shǒu）工發展成為智能化、強大的（de）CAD/CAM集成係統。

就我國而言，數控（kòng）技（jì）術的發展是比較緩（huǎn）慢的，對於國內的大多（duō）數車（chē）間來說（shuō）。設備比（bǐ）較落後，人員的（de）技（jì）術水平和觀念落後表現為加工質量和加工效率低（dī）下，經常拖延交貨期。

1、第一代（dài）NC係統（tǒng）是在1951年引入的，其控製單元主（zhǔ）要有各（gè）種閥門和模擬電（diàn）路組（zǔ）成的，1952年第一台數控機床（chuáng）誕（dàn）生，已經從（cóng）銑床或車（chē）床發展到加工中心，成為（wéi）現代製造業的關鍵設備。

2、第二代NC係統於1959年產生的（de），其主要有單個的晶體管和其他部件組成。

3、1965年引入了第三代NC係統，其（qí）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係統采用了強大的微處理器（qì），這就是第五代NC係統。

6、第六（liù）代NC係統采用了現行（háng）的（de）集成製造（zào）係統（MIS）+DNC+柔性加（jiā）工係統（FMS）

數控機（jī）床（chuáng）的發展趨勢

1.高速化

隨著汽車、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速化要求越來越高。

a.主軸（zhóu）轉（zhuǎn）速：機（jī）床（chuáng）采用電主軸(內裝式主軸（zhóu）電機)，主軸最高轉速達200000r/min；  

b.進給率：在分（fèn）辨率為0.01μm時，最大進給率達到240m/min且可（kě）獲得複雜型的精確加工；  

c.運算速度：微處理器的迅速發展為數控係統向高速、高精度方向發展提供了保障，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、上千兆赫。由於運算速（sù）度的極大提高（gāo），使得當分辨率為0.1μm、0.01μm時仍（réng）能獲得高達（dá）24～240m/min的進給速度；  

d.換刀速度：目前國外先進加工中心的刀具交換時間普遍已在1s左右，高的已達0.5s。德國Chiron公（gōng）司將刀庫（kù）設計成籃子樣式，以（yǐ）主（zhǔ）軸為（wéi）軸心，刀具在圓周布置，其刀到刀的換刀時間僅0.9s。

2.高精度化

數（shù）控機床精度的（de）要求現在已經不局限於（yú）靜態的（de）幾何精度（dù），機床的運動精度（dù）、熱變形（xíng）以（yǐ）及對振（zhèn）動的監測和補償越來越獲得重視。

a.提高CNC係統控（kòng）製精度：采用高速插補技術，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 高位置檢測精度，位置伺服係統采用前饋控製（zhì）與 非線性控製等方法；

b.采用誤（wù）差補償技術（shù）：采用反向（xiàng）間（jiān）隙補償（cháng）、絲杆螺距誤差補償和刀具誤差補償等技術，對設備的熱（rè）變（biàn）形誤差和空間誤差進行綜合補償。

c.采（cǎi）用網格解碼器檢查和提高加（jiā）工中心的運動（dòng）軌跡（jì）精度:通（tōng）過仿真預測（cè）機床的（de）加工精度，以保（bǎo）證（zhèng）機床（chuáng）的定位精度和重複定位精度，使其性（xìng）能長期穩定，能夠在不（bú）同運行條件（jiàn）下完成多種加工（gōng）任（rèn）務，並保證零件（jiàn）的加工質量。

3.功能複合化

複合機床（chuáng）的含義是指在一台機床上實現或（huò）盡可能完成從毛坯至（zhì）成品的多種要素加工。根（gēn）據其結構特點可分為工藝（yì）複合型和工序複合型兩類（lèi）。加工中（zhōng）心能（néng）夠完成車削、銑削、鑽削、滾齒、磨（mó）削、激光熱處理等多種工序（xù），可完成複雜零件的全部加工。隨著現代（dài）機械加工要求的不斷提高，大量的多軸（zhóu）聯動數控機床越來越受到各大企業的歡（huān）迎。

4.控製智（zhì）能化

隨著人工智能技術的發展，為了滿足製（zhì）造業生產柔（róu）性化（huà）、製造自動化的發展需求，數控機床的智能化（huà）程（chéng）度（dù）在不（bú）斷（duàn）提高（gāo）。具體體現在以下幾個方麵（miàn）：

a.  加工過程自適應控製技術；  

b.加工參數的智能（néng）優（yōu）化與選擇；  

c.智能（néng）故障自診斷與自修（xiū）複技術；

d.智能（néng）故障回放和（hé）故障仿真技術（shù）；

e.智能化交流伺服驅動裝置；  

f.智能4M數控係統：在製造（zào）過程中， 將測量 、建模、加工、機器操作四者(即（jí）4M)融合在一個係統中 。

5.體係開放化

a.向未來技術開放：由於軟硬件接口都（dōu）遵循公認的標準協議（yì），可（kě）采納、吸收和兼容新一（yī）代通用軟硬件。  

b.向用戶特殊要求開放：更新（xīn）產品、擴充功能、提供硬軟件產品的各種組合以滿足特殊應用要求；  

c.數控標準的建立：標（biāo）準化的編程語（yǔ）言，既方便用戶 使用，又降低了和操（cāo）作效率直接有關（guān）的勞動消耗。

6.驅（qū）動並聯（lián）化

可實現多坐標聯動數控加工、裝配和測量多種功能，更能（néng）滿足複雜特種零件的加（jiā）工，並聯機床被認為是（shì）“自發明數控技術以來在機床行業中最有意義的進（jìn）步”和（hé）“21世紀（jì）新一代數控加工設備”。

7.  極端化(大型化和（hé）微（wēi）型化)

國防、航空、航天事業的發展和能源等基礎產業（yè）裝備的大型化需（xū）要大型且性能良好的數控機床（chuáng）的支撐。而超精（jīng）密加工技術（shù）和微納米技術是21世紀的戰略（luè）技 術，需發展能（néng）適應微（wēi）小型（xíng）尺寸和微納（nà）米加工精（jīng）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享，又能實現數控機床的遠程（chéng）監視、控製、遠程診斷、維（wéi）護。

9.加工過程綠色化

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

10.多媒（méi）體技術的（de）應用

多媒體技術集計（jì）算機、聲像和通信技（jì）術於（yú）一（yī）體，使計算機具有綜合處（chù）理聲音、文字、圖像和視頻信息的能（néng）力。可以做（zuò）到（dào）信息處理綜合化、智能化，應用於實時監控係統和生產現場設（shè）備的（de）故障診斷、生產（chǎn）過程參數監測等，因此有著（zhe）重大的應用價值。

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