数控技术加工和发展趋势

数控技术加工和发展趋势

[摘要]发展数控机床是当前我国机械制造业技术改造的必由之路，是未来工厂自动化的基础。数控加工是机械制造中的先进加工技术，是一种高效率、高精度与高柔性的自动化加工方法。数控加工技术可有效解决复杂、精密、小批多变零件的加工问题，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各国加速经济发展、提高综合国力的重要途径。随着数控加工的日益普及，数控加工工艺掌握的水平是制约数控手工编程与CAD/CAM集成化自动编程质量的关键因素。而正确、全面、合理的数控加工工艺是产品加工实现高精度、高质量、高效率、高效益的有效保证。

[关键词] 数控加工；技术；发展

[abstract] the development of nc machine tool is the current our country the only

way of mechanical manufacturing technical reform, is the foundation of future factory

automation. Nc machining is the mechanical manufacturing of advanced processing

technology, it is a kind of high efficiency, high precision and high flexible automation

processing method. Nc machining technology can effectively solve complex,

precision, small batch changeable parts processing problems, fully adapted to the

needs of the modern production. Vigorously develops the nc processing technology

already became the various countries’ accelerating economic development, improve

the comprehensive national strength important way. With the increasing popularity of

the nc machining, CNC machining process control level is restricted nc manual

programming and CAD/CAM integrated automatic programming quality key factors.

And accurate, comprehensive and reasonable nc machining process is the product

processing to realize high precision, high quality, high efficiency, high benefit

effective guarantee.

[key words] CNC processing; Technology; development

数控技术是本世纪中期发展起来的机床控制技术，是用数字信息对机械运动和工作过程进行控制的技术。数控装备是以数控技术为代表的新技术对传统制造产业和新兴制造业的渗透形成的机电一体化产品，即所谓的数字化装备。

数字控制（Numerical Control.简称NC），国家标准（GB 8129—87）定义为：“是用数字化信号对机床的运动及其加工过程进行控制的一种方法”。定义中的“机床” ，不仅指金属切削机床。还包括其他各类机床，如线切割机床等。

数控机床（Numerical Control Machine Tools）是技术密集度及自动化程度很高的机电一体化加工装备。简单地说就是采用了数控技术的机床，或者说是装备了数控系统的机床。国际信息处理联盟（International Federation of Information

Processing,简称IFIP）第五技术委员会对数控机床作了如下定义：数控机床是一种装有程序控制系统的机床，该系统能逻辑地处理具有特定代码和其他符号编码指令规定的程序。

数控系统（NC System）就是上述定义中所指的那种程序控制系统。它能逻辑地处理输入到系统中就有特定代码的程序，并将其译码，从而使机床运动并加工零件。

数控系统在本质上是一台计算机。在硬件方面，它经历了电子管、晶体管、小规模集成电路、微处理机到当前PC结构的五代发展；在体系结构上，经历了硬件数控（NC）、计算机数控（CNC）、到目前的PC数控（PC-NC）三个阶段。早期的数控系统由于运算速度低，功能处理需要专门硬件来完成，而当前计算机性能速度的提高，功能处理可以有更为灵活的软件方法来实现，有力的推动了数控系统的发展。在目前应用的数控系统中，还存在专用计算机和通用计算机两类结构，其中前者有生产厂家专门设计，后者则使用与PC机兼容和通用化的工业PC机（IPC）。由于PC的通用性和软件的柔性，当前数控系统正向着PC平台、软件方式及开放结构发展。

计算机数控系统（Computerized Numerical Control System）是采用通用计算机元件与结构，并配备必要的输入/输出部件构成的。采用控制软件来实现加工程序存储、译码、插补运算、辅助动作逻辑联锁以及其他复杂功能。由装有数控系统程序的专用计算机、输入输出设备、可编程序控制器(PLC)、存储器、主轴驱动及进给驱动装置等部分组成，习惯上称为CNC系统。目前通常所说的数控系统，一般均指计算机数控系统。

现代数控系统制造商均声称他们提供的NC系统是开放式CNC系统（Open

CNC System）。然而，关于开放式CNC系统并没有一个统一的定义，但可以从以下IEEE关于开放式系统（Open System）的定义获得关于开放式CNC系统的启示：一个开放式系统应保证使开发的应用软件能在不同厂商提供的不同软硬件平台上运行，且能与其他应用软件系统协调工作。

数控加工（NC Machining）是根据零件图样及工艺要求等原始条件编制零件数控加工程序，输入数控系统，控制数控机床中刀具与工件的相对运动，从而完成零件的加工。

数控程序（NC Program）或零件程序（Part Program）是输入数控系统中的、使数控机床执行一个确定的加工任务的、具有特定代码和其他符号编码的一系列指令。

数控编程（NC Program）是指生成用数控机床进行零件加工的数控程序的过程。

数控加工技术是20世纪40年代后期为适应加工复杂外形零件而发展起来的一种自动化加工技术，其研究源于飞机制造业。近十年来，能有效解决复杂、精密、小批多变零件加工问题的数控加工技术得到了迅速发展和广泛应用，是制造技术发生了根本性的变化。努力发展数控加工技术，并向更高层次的自动化、柔性化、敏捷化、网络化和数字化制造方向推进，是当前机械制造业发展的方向。

所谓数控加工就使用数控机床加工零件的方法。数控加工是伴随数控机床的产生、发展而逐步完善起来的一种应用技术，它是人们长期从事数控加工实践的经验总结。一般来说，数控加工主要包括以下几个方面内容：确定零件上需要数控加工的表面；对零件图纸进行数控加工的工艺分析；数控加工的工艺设计；编制加工程序；输入加工程序；对加工程序进行校验和修改；运行加工程序对零件进行加工。

数控机床的种类很多，但是任何一种数控机床都主要由数控系统、伺服系统和机械系统组成。

机床基础件或称机床大件，通常是指机身（或底座）、立柱、横梁、滑座和工作台等，它是整台机床的基础和框架。机床的其他零部件，或者固定在基础件上，或者工作是在它的导轨上运动。其他机械结构组成则按机床的功能需要选用。如一般的数控机床除基础件以外，还有主轴部件、进给系统以及液压、润滑、冷却等辅助装置，这是数控机床机械系统的基本构成。

加工中心则还应具有ATC，有的还有双工位APC等。柔性制造单元除ATC外还带有工位数较多的APC,有的甚至还配有用于上下料的工业机器人。数控机床还可根据自动化程度、可靠性要求和特殊功能需要，选用各种类型的刀具破损监控、机床与工件精度检测，补偿装置和附件等。

在数控机床上加工零件时，要事先根据零件加工图样的要求确定零件加工的工艺过程、工艺参数和刀具数据，再按编程手册的有关规定编写零件数控加工程序，然后通过MDI方式或DNC方式将数控加工程序送到数控系统，在数控系统控制软件的支持下，经过处理与计算后，发出相应的指令，通过伺服系统使机床按预定的轨迹运动，从而进行零件的切削加工。

数控系统除了计算机以外，其外围设备主要包括键盘、CRT、操作面板、机床接口等。键盘主要用于输入操作命令及编辑、修改程序，亦可以输入零件加工程序。CRT供显示及监控用。操作面板可供操作员改变操作方式、输入数据、起停加工等。机床接口是计算机和机床之间联系的桥梁，包括伺服驱动接口及DNC输入/输出接口。

数控技术的应用不但给传统制造业带来了革命性的变化，使制造业成为工业化的象征，而且随着数控技术的不断发展和应用领域的扩大，他对国计民生的一些重要行业（IT、汽车、轻工、医疗等）的发展起着越来越重要的作用，因为这些行业所需装备的数字化已是现代发展的大趋势。

从我国基本国情的角度出发，以国家的战略需求和国民经济的市场需求为导向，以提高我国制造装备业综合竞争能力和产业化水平为目标，用系统的方法，选择能够主导21世纪初期我国制造装备业发展升级的关键技术以及支持产业化发展的支撑技术、配套技术作为研究开发的内容，实现制造装备业的跨跃式发展。

强调市场需求为导向，即以数控终端产品为主，以整机（如量大面广的数控车床、铣床、高速高精高性能数控机床、典型数字化机械、重点行业关键设备等）带动数控产业的发展。重点解决数控系统和相关功能部件（数字化伺服系统与电机、高速电主轴系统和新型装备的附件等）的可靠性和生产规模问题。没有规模就不会有高可靠性的产品；没有规模就不会有价格低廉而富有竞争力的产品；当然，没有规模中国的数控装备最终难以有出头之日。

在高精尖装备研发方面，要强调产、学、研以及最终用户的紧密结合，以“做得出、用得上、卖得掉”为目标，按国家意志实施攻关，以解决国家之急需。在竞争前数控技术方面，强调创新，强调研究开发具有自主知识产权的技术和产品，为我国数控产业、装备制造业乃至整个制造业的可持续发展奠定基础。

参考文献

[1]蔡兰，王霄.数控加工工艺学.化学工业出版社，2005.

[2]林琦.数控设备与编程.中国轻工业出版社，2006.

[3]罗学科，张英超.数控机床编程与操作实训.化学工业出版社，2001.

[4]梁训，王宣等.机床技术发展的新动向.世界制造技术与装备市场