NC与CNC

NC与CNC

NC是用数字代码形式的信息(程序指令)，控制刀具按给定的工作程序、运动速度和轨迹进行自动加工的机床，简称NC机床。NC机床具有广泛的适应性，加工对象改变时只需要改变输入的程序指令；加工性能比一般自动机床高，可以精确加工复杂型面，因而适合于加工中小批量、改型频繁、精度要求高、形状又较复杂的工件，并能获得良好的经济效果。

随着CNC技术的发展，采用CNC系统的机床品种日益增多，有车床、铣床、镗床、钻床、磨床、齿轮加工机床和电火花加工机床等。此外还有能自动换刀、一次装卡进行多工序加工的加工中心、车削中心等。

1948年，美国帕森斯公司接受美国空军委托，研制飞机螺 旋桨叶片轮廓样板的加工设备。由于样板形状复杂多样，精度要求高，一般加工设备难以适应，于是提出计算机控制机床的设想。1949年，该公司在美国麻省理 工学院伺服机构研究室的协助下，开始CNC机床研究，并于1952年试制成功第一台由大型立式仿形铣床改装而成的三坐标NC铣床，不久即开始正式生产。 当 时的CNC装置采用电子管元件，体积庞大，价格昂贵，只在航空工业等少数有特殊需要的部门用来加工复杂型面零件；1959年，制成了晶体管元件和印刷电路 板，使CNC装置进入了第二代，体积缩小，成本有所下降；1960年以后，较为简单和经济的点位控制CNC钻床，和直线控制CNC铣床得到较快发展，使NC机床 在机械制造业各部门逐步获得推广。 1

965年，出现了第三代的集成电路NC装置，不仅体积小，功率消耗少，且可靠性提高，

价格进一步下降，促 进了NC机床品种和产量的发展。60年代末，先后出现了由一台计算机直接控制多台机床的直接NC系统(简称DNC)，又称群控系统；采用小型计算机控制的计算机CNC系统(简称CNC),使CNC装置进入了以小型计算机化为特征的第四代。

1974年，研制成功使用微处理器和半导体存贮器的微型计算机NC装置(简称MNC)，这是第五代CNC系统。第五代与第三代相比，CNC装置的功能扩大了一倍，而体积则缩小为原来的1/20，价格降低了3/4，可靠性也得到极大的提高。

80年代初，随着计算机软、硬件技术的发展，出现了能进行人机对话式自动编制程序的CNC装置；CNC装置愈趋小型化，可以直接安装在机床上；CNC机床的自动化程度进一步提高，具有自动监控刀具破损和自动检测工件等功能。

CNC机床主要由CNC装置、伺服机构和机床主体组成。输入CNC装置的程序指令记录在信息载体上，由程序读入装置接收，或由CNC装置的键盘直接手动输入。

CNC装置包括程序读入装置和由电子线路组成的输入部分、运算部分、控制部分和输出部分等。CNC装置按所能实现的控制功能分为点位控制、直线控制、连续轨迹控制三类。 点位控制是只控制刀具或工作台从一点移至另一点的准确定位，然后进行定点加工，而点与点之间的路径不需控制。采用这类控制的有CNC钻床、CNC镗床和CNC坐标镗床等。 直线控制是除控制直线轨迹的起点和终点的准确定位外，还要控制在这两点之间以指定的进给速度进行直线切削。采用这类控制的有平面铣削用的CNC铣床，以及阶梯轴车削和磨削用的CNC车床和CNC磨床等。

连 续轨迹控制(或称轮廓控制)能够连续控制两个或两个以上坐标方向的联合运动。为了使刀具按规定的轨迹加工工件的曲线轮廓，CNC装置具有插补运算的功能，使 刀具的运动轨迹以最小的误差逼近规定的轮廓曲线，并协调各坐标方向的运动速度，以便在切削过程中始终保持规定的进给速度。采用这类控制的有能加工曲面用的 CNC铣床、CNC车床、CNC磨床和加工中心等。

伺服机构分为开环、半闭环和闭环三种类型。开环伺服机构是由步进电机驱动线路，和步进电机组成。每一脉冲信号使步进电机转动一定的角度，通过滚珠丝杠推动工作台移动一定的距离。这种伺服机构比较简单，工作稳定，容易掌握使用，但精度和速度的提高受到限制。

半 闭环伺服机构是由比较线路、伺服放大线路、伺服马达、速度检测器和位置检测器组成。位置检测器装在丝杠或伺服马达的端部，利用丝杠的回转角度间接测出工作 台的位置。常用的伺服马达有宽调速直流电动机、宽调速交流电动机和电液伺服马达。位置检测器有旋转变压器、光电式脉冲发生器和圆光栅等。这种伺服机构所能 达到的精度、速度和动态特性优于开环伺服机构，为大多数中小型CNC机床所采用。

闭环伺服机构的工作原理和组成与半闭环伺服机构相同，只是位置 检测器安装在工作台上，可直接测出工作台的实际位置，故反馈精度高于半闭环控制，但掌握调试的难度较大，常用于高精度和大型CNC机床。闭环伺服机构所用伺 服马达与半闭环相同，位置检测器则用长光栅、长感应同步器或长磁栅。

为了保证机床具有很大的工艺适应性能和连续稳定工作的能力，CNC机床结构 设计的特点是具有足够的刚度、精度、抗振性、热稳定性和精度保持性。进给系统的机械传动链采用滚珠丝杠、静压丝杠和无间隙齿轮副等，以尽量减小反向间隙。 机床采用塑料减摩导轨、滚动导轨或静压导轨，以提高运动的平稳性并使低速运动时不出现爬行现象。

由于采用了宽调速的进给伺服电动机和宽调速的 主轴电动机，可以不用或少用齿轮传动和

齿轮变速，这就简化了机床的传动机构。机床布局便于排屑和工件装卸，部分CNC机床带有自动排屑器和自动工件交换装 置。大部分CNC机床采用具有微处理器的可编程序控制器，以代替强电柜中大量的继电器，提高了机床强电控制的可靠性和灵活性。

随着微电子技术、计算机技术和软件技术的迅速发展，CNC机床的控制系统日益趋向于小型化和多功能化，具备完善的自诊断功能；可靠性也大大提高；CNC系统本身将普遍实现自动编程。

未来CNC机床的类型将更加多样化，多工序集中加工的CNC机床品种越来越多；激光加工等技术将应用在切削加工机床上，从而扩大多工序集中的工艺范围；CNC机床的自动化程度更加提高，并具有多种监控功能，从而形成一个柔性制造单元，更加便于纳入高度自动化的柔性制造系统中。

本文来源：https://www.bwwdw.com/article/3nrx.html