高端精密制造的CNC数控加工技术

数控技术的应用使传统的制造业发生了质的变化，尤其是近年来．微电子技术和计算机技术的发展给数控技术带来了新的活力。数控技术和数控装备是各个国家工业现代化的重要基础。

数控机床是现代制造业的主流设备，精密加工的必备装备，是体现现代机床技术水平、现代机械制造业工艺水平的重要标志，是关系国计民生、国防尖端建设的战略物资。因此世界上各工业发达国家均采取重大措施来发展自己的数控技术及其产业。

CNC 数控加工

CNC 是英文 Computer Numberical Control 的缩写，意思是“计算机数据控制”，简单地说就是“数控加工”，在珠江三角洲地区，人们称为“电脑锣”。

数控加工是当今机械制造中的先进加工技术，是一种具有高效率、高精度与高柔性特点的自动化加工方法。它是将要加工工件的数控程序输入给机床，机床在这些数据的控制下自动加工出符合人们意愿的工件，以制造出美妙的产品。

数控加工技术可有效解决像模具这样复杂、精密、小批多变的加工问题，充分适应了现代化生产的需要。大力发展数控加工技术已成为我国加速发展经济、提高自主创新能力的重要途径。目前我国数控机床使用越来越普遍，能熟练掌握数控机床编程，是充分发挥其功能的重要途径。

数控机床是典型的机电一体化产品，它集微电子技术、计算机技术、测量技术、传感器技术、自动控制技术及人工智能技术等多种先进技术于一体，并与机械加工工艺紧密结合，是新一代的机械制造技术装备。

CNC 数控机床的组成

数控机床集机床、计算机、电动机及拖动、动控制、检测等技术为一体的自动化设备。数控机床的基本组成包括控制介质、数控装置、伺服系统、反馈装置及机床本体，如图

1、控制介质

控制介质是储存数控加工所需要的全部动作刀具相对于工件位置信息的媒介物，它记载着零件的加工程序，因此，控制介质就是指将零件加工信息传送到数控装置去的信息载体。控制介质有多种形式，它随着数控装置类型的不同而不同，常用的有穿孔带、穿孔卡、磁带、磁盘等。随着数控技术的发展，穿孔带、穿孔卡趋于淘汰，而利用 CAD/CAM 软件在计算机编程，然后通过计算机与数控系统通信，将程序和数据直接传送给数控装置的方法应用越来越广泛。

2、数控装置

数控装置是数控机床的核心，人们喻为“中枢系统”。现代数控机床都采用计算机数控装置 CNC。数控装置包括输入装置及中央处理器(CPU)和输出装置等构成数控装置能完成信息的输入、存储、变换、插补运算以及实现各种控制功能。

3、伺服系统

伺服系统是接收数控装置的指令、驱动机床执行机构运动的驱动部件。包括主轴驱动单元、进给驱动单元、主轴电机和进给电机等。工作时，伺服系统接受数控系统的指令信息，并按照指令信息的要求与位置、速度反馈信号相比较后，带动机床的移动部件或执行部件动作，加工出符合图纸要求的零件。

4、反馈装置

反馈装置是由测量元件和相应的电路组成，其作用是检测速度和位移，并将信息反馈回来，构成闭环控制。一些精度要求不高的数控机床，没有反馈装置，则称为开环系统。

5、机床本体

机床本体是数控机床的实体，是完成实际切削加工的机械部分，它包括床身、底座、工作台、床鞍、主轴等。

CNC 加工工艺的特点

CNC 数控加工工艺也遵守机械加工切削规律，与普通机床的加工工艺大体相同。由于它是把计算机控制技术应用于机械加工之中的一种自动化加工，因而具有加工效率高、精度高等特点，加工工艺有其独特之处，工序较为复杂，工步安排较为详尽周密。

CNC 数控加工工艺包括刀具的选择、切削参数的确定及走刀工艺路线的设计等内容。CNC 数控加工工艺是数控编程的基础及核心，只有工艺合理，才能编出高效率和高质量的数控程序。衡量数控程序好坏的标准是：最少的加工时间、最小的刀具损耗及加工出最佳效果的工件。

数控加工工序是工件整体加工工艺的一部分，甚至是一道工序。它要与其他前后工序相互配合，才能最终满足整体机器或模具的装配要求，这样才能加工出合格的零件。

数控加工工序一般分为粗加工、中粗清角加工、半精加工及精加工等工步。

CNC 的数控编程

数控编程是从零件图纸到获得数控加工程序的全过程。它的主要任务是计算加工走刀中的刀位点（cutter location point 简称 CL 点）。刀位点一般取为刀具轴线与刀具表面的交点，多轴加工中还要给出刀轴矢量。

数控机床是根据工件图样要求及加工工艺过程，将所用刀具及各部件的移动量、速度和动作先后顺序、主轴转速、主轴旋转方向、刀头夹紧、刀头松开及冷却等操作，以规定的数控代码形式编成程序单，输入到机床专用计算机中。然后，数控系统根据输入的指令进行编译、运算和逻辑处理后，输出各种信号和指令，控制各部分根据规定的位移和有顺序的动作，加工出各种不同形状的工件。因此，程序的编制对于数控机床效能的发挥影响极大。

数控机床必须把代表各种不同功能的指令代码以程序的形式输入数控装置，由数控装置进行运算处理，然后发出脉冲信号来控制数控机床的各个运动部件的操作，从而完成零件的切削加工。

目前数控程序有两个标准：国际标准化组织的 ISO 和美国电子工业协会的 EIA。我国采用 ISO 代码。

随着技术的进步，3D 的数控编程一般很少采用手工编程，而使用商品化的 CAD/CAM 软件。

CAD/CAM 是计算机辅助编程系统的核心，主要功能有数据的输入 / 输出、加工轨迹的计算及编辑、工艺参数设置、加工仿真、数控程序后处理和数据管理等。

目前，在我国深受用户喜欢的、数控编程功能强大的软件有 Mastercam、UG、Cimatron、PowerMILL、CAXA 等。各软件对于数控编程的原理、图形处理方法及加工方法都大同小异，但各有特点。

CNC 数控加工零件的步骤

1、分析零件图，了解工件的大致情况（几何形状，工件材料，工艺要求等）

2、确定零件的数控加工工艺（加工的内容，加工的路线）

3、进行必要的数值计算（基点、节点的坐标计算）

4、编写程序单（不同机床会有所不同，遵守使用手册）

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、对工件进行加工（好的过程控制能很好的节约时间和提高加工质量）

7、工件验收和质量误差分析（对工件进行检验，合格流入下一道。不合格则通过质量分析找出产生误差原因和纠正方法）。