CNC技術的（de）發展（zhǎn）相當迅（xùn）速，這大大提高了模具加工（gōng）的（de）生產率，其中運算速度更快捷的CPU是CNC技術發展的核心（xīn）。CPU的改進不僅僅是運算速度（dù）的提高（gāo），而且速度（dù）本身也涉及到了其它方（fāng）麵CNC技術的（de）改進。正（zhèng）因為近幾（jǐ）年CNC技（jì）術發生了如此大的變化，才值得我們（men）對當前CNC技術在模具製（zhì）造業的應用（yòng）情況作（zuò）一個（gè）綜述。
程序（xù）塊處理（lǐ）時間及其它由於CPU處理速度的（de）提高（gāo），以及CNC製造商將高速度CPU應用到高度集（jí）成化的CNC係統（tǒng）中， CNC的性能有了顯著的改善。反應更快（kuài）、更靈敏的係統實現的不（bú）僅僅是（shì）更高的程序處理速（sù）度。事實上，一個能（néng）夠以相當高的速度（dù）處理零件加工程序（xù）的係統在運行過（guò）程中也有可能象一個低速處理係統，因為即使是功能完備的CNC係統（tǒng）也存在著一些潛在的問題，這些問題有可能成為限製（zhì）加工（gōng）速度的瓶頸。
目前大多數（shù）模具廠都意識到高速加工需要的不僅僅（jǐn）是較短的加工程序（xù）處理時間。在很多方麵，這種情況和賽（sài）車的駕駛很相似。速度最快的賽車就一定能（néng）贏得比賽嗎？即使（shǐ）是一個偶爾才觀看車賽的觀眾都知道除速度以外，還有許（xǔ）多因素影響著比賽的（de）結果（guǒ）。
首先，車手對於賽（sài）道的了解程度很重要：他必須知道何處有急轉彎，以便（biàn）能恰如其分地減速，從而安全高效地通過彎道。在采用（yòng）高進給速度加工模具的過程（chéng）中，CNC中的待（dài）加工軌跡監控（kòng）技（jì）術可預先（xiān）獲（huò）取（qǔ）銳曲線出現的信息，這一功能起著同樣的作用。
同樣的，車手（shǒu）對其他車手動作以及不可確定因素的反應靈（líng）敏程度與CNC中（zhōng）的伺服反饋的次數類似（sì）。CNC中伺服反饋主（zhǔ）要包（bāo）括（kuò）位置反饋、速度反饋和電流反饋。
當車（chē）手駕車繞（rào）賽（sài）道行駛時，動作的（de）連貫性，能否熟（shú）練地刹車、加速（sù）等對車手的臨場表現有（yǒu）著非常重（chóng）要的影響。同樣地，CNC係統的鍾形加速/減速和待加工軌跡監控（kòng）功能利用緩慢加速/減速來代替（tì）突（tū）然變速，以保證機床的平穩加速。
除此以外，賽車和CNC係（xì）統還有其它相似的地方。賽車發動機的功率類似於CNC的（de）驅動裝置和電機，賽車（chē）的重量可以和機床中運動（dòng）構件的重（chóng）量相提並（bìng）論，賽車的剛（gāng）度和強度則類似於機床的強度和剛度。CNC修正特定路（lù）徑誤差的能力與車手具備的將賽車控製在車道內的能（néng）力極其相似。
另一（yī）個與目前CNC相似的情況是，那些速度不是最快的賽車往往需要技（jì）術全麵的車手。過去隻有高檔的CNC才能在高速切削的同時保證較高的加工精度。如今，中、低檔的CNC所具備的功能也有可能令人滿意地完成（chéng）工作。雖然高檔CNC具備目前所能獲得的最佳性能，但也存在著這種可能，即你所使用的（de）低檔CNC具有與（yǔ）同類產品中高檔CNC一樣的加工特性。過去，限製模具加工最高進給速度的因素（sù）是（shì）CNC，今天則是機床（chuáng）的機械結構（gòu）。在機（jī）床已處於性（xìng）能極限的情況下，更好（hǎo）的CNC也不會使（shǐ）性能再提高。
CNC係統（tǒng）的內在特性
以下是（shì）目前（qián）模具加工過程中（zhōng）的一（yī）些基本的CNC特性：
1. 曲線曲麵的非均勻有理B樣條(NURBS)插補
該項技術采用沿曲線插補的方式，而不是采用一係列（liè）短直線來擬合曲線。這一技術的應用已（yǐ）經相當普遍。許多模具行業目前使用的CAM軟件都提供了一個選項，即生成NURBS插（chā）補格式的零件程序。同時，功能強大的（de）CNC還提供（gòng）了五軸插補功能以及與此相（xiàng）關的特性。這些性能提（tí）高了表麵精加工的質量，改善了電機運行的平穩度，提高了切削速（sù）度，並使零件（jiàn）加工程序更小。
2. 更小的指令單位
大多數的（de）CNC係統向機床主軸傳遞運動和定位指令的單位不小於1微米。在充分（fèn）利用CPU處理能（néng）力提高這一優勢後，一些CNC係統的最小指令單位甚至可達到1納米(0.000001mm)。在指令單位縮小1000倍後，可獲得更（gèng）高的（de）加工精度，可使電機運行得（dé）更平穩。電機運行的平穩使得一些機床（chuáng）能夠在床（chuáng）身（shēn）振動不加大（dà）的前提下，以更高的加速度運行。
3. 鍾形曲線加速/減速（sù）
也稱作為S曲線加速/減速，或爬行控製。與使用直線加速方式相比，這種方式可使機床獲（huò）得更好的加速效果。與其它加速（sù）方式相比，也包括直（zhí）線方（fāng）式和指數方式，采用鍾形曲線方式可（kě）獲（huò）得更小的定位誤差。
4. 待加工軌（guǐ）跡（jì）監控
這一（yī）技術已被廣泛使用，該技術具有眾多性能差異，使其（qí）在低檔控製係統中的工作方式與高檔控製係（xì）統中的工作方式（shì）得以區別開來。總的來講， CNC就是通（tōng）過加工軌跡（jì）監控來實現對（duì）程序的預處理，以此來確保能獲（huò）得更優異的加速/減（jiǎn）速控製。根據不同的（de）CNC的性能，待（dài）加工（gōng）軌跡監（jiān）控所（suǒ）需的程序塊數量從兩個到上百個不等，這主要取決於零件（jiàn）程序的最（zuì）短（duǎn）加（jiā）工時間和加速/減速的時間常數（shù）。一般而言，要想滿（mǎn）足加工要（yào）求，至少需要十五個待（dài）加（jiā）工軌跡監控程序塊。
5. 數字伺服控（kòng）製
數字伺服（fú）係統的發展如此迅速，以至（zhì）於大多數機床製（zhì）造（zào）商都選擇該係統作為機床（chuáng）的伺服（fú）控製係統。使用該係統後，CNC能（néng）夠更及時地控製伺服係統，而且CNC對機床的控製也變得（dé）更精（jīng）確。
數字伺服係統的作（zuò）用如下（xià）：
1) 將提高電流環路的采樣速度，再加上電流環（huán）控（kòng）製的改善，從（cóng）而降低電機溫升。這樣，不僅可以（yǐ）延長電機的壽命，還可以減少傳（chuán）遞到滾珠（zhū）絲杠的熱量，從而提高絲杠的精度。除此之（zhī）外，采樣速（sù）度的加快還可以提高速度回路的增益（yì），這些都有助於提高機（jī）床的整體性能（néng）。
2) 由於許（xǔ）多新的（de）CNC使用高速序列與伺服（fú）回（huí）路相連，因此通過通訊鏈路，CNC可獲得更多的電機和驅動裝置的工作信息。這可提高機床（chuáng）的維護性能。
3) 連續的（de）位置反饋允許在高速進給的情（qíng）況下進行高精度的加工。CNC運（yùn）算速度的加快使得位置反饋的速率成為製約機床運行速度的瓶頸。在傳統的反饋方式中，隨著CNC和電子設備的外部編碼（mǎ）器的（de）采樣速度的變化，反饋速度受到信號類型的製約。采用串行反饋，這一問題將得到很好的解決。即（jí）使機床以很高的速度運行，也可達到精密的反饋精度。
6. 直線電機
近幾（jǐ）年來，直線電機的工作性能和歡迎度有了顯著的提高，所以很多加工中心采用了這一裝置。至今，Fanuc公司至少已經（jīng）安裝了1000台直線電機。GE Fanuc的一（yī）些先進技術（shù）使得機床上的直線電機的（de）最大輸出（chū）力為15,500N，最大加速度（dù）為30g。另一些先進技術的應用使機床的尺寸得以減小，重（chóng）量得以減輕，冷卻效率大為提高。所有這些技術（shù）上的進步使直線（xiàn）電機在與（yǔ）旋轉電機相（xiàng）比時，優勢更（gèng）強：更高的加/減（jiǎn）速率；更準確的定位控製，更高的剛度；更高的可靠性；內部的動態製動。
外部附加特性：開放式CNC係統
采用開放式 CNC係統的機床發展非常迅速。目前（qián）可供選擇的通訊係統的通訊速度都較高，因而出現多種類（lèi）型的開放式CNC結（jié）構。絕大多數的開放式係統將標準的PC機的開放性與（yǔ）傳統CNC的功能相結合（hé）。這樣做最大（dà）的好處在於：即使機床的硬件（jiàn）已經過時，開放式的CNC仍（réng）然（rán）允許其性能隨現有（yǒu）技術和加工要求改變。借助於其它軟件，還可以向開（kāi）放式CNC中添加其它功能。這些性（xìng）能可以是與模具加工密切相（xiàng）關的，也可以是與模具加工關係不大的。通常情況下，模具車間使用的開放式CNC係統具有（yǒu）以下這些常用的（de）功能選擇：
價格低廉的網絡通訊；
以太網；
自適應控製功能；
可供連接條形碼閱讀器、刀具序列號閱讀器和（hé）/或托盤序列號（hào）係統的接口（kǒu）；
保存和編輯大量零件程序的功能；
存儲程序控製信息的采（cǎi）集；
文件處理功能；
CAD/CAM技術的集成和車間規劃；
通用的操作界麵。
最後一點極為重要。因為模具加工對操作簡單（dān）的CNC 的需求越來越大。在這個概念中，最重要（yào）就是不同的CNC具有相同（tóng）的操（cāo）作（zuò）界麵。就一般情況而言，不同機床的操作人員必須分開培訓，因為不同類型（xíng）的機床，以及（jí）不同製造商生產的機床使用的CNC界麵都不相（xiàng）同。開放式（shì）CNC係統為整個車間使用同一個CNC控製界麵創造了機會。
現在，機床的所有者即使不懂C語言，也可以為CNC操作設計自己的界麵了。此外，開放式（shì）係（xì）統的控製器允許（xǔ）根據個（gè）人的需要，設定不同的（de）機器運轉方式。這樣操作者、編程人員和維（wéi）修（xiū）者可（kě）按（àn）自己的要求進行設置。在使用時，屏幕上隻出現他們（men）需要（yào）的特定信息。采（cǎi）用這樣的（de）方式可減少不（bú）必要的頁麵顯示，有助於簡化CNC操作（zuò）。
五軸加工
在製造複雜模具的過程中，五軸加（jiā）工的應用（yòng）變得越來越廣。使用五軸加工，可（kě）以減少加工一個零件所需的工裝或/和機床的數量，加工過程所需的（de）設備（bèi）數量將被（bèi）減至最低，與（yǔ）此同時也降低了總的加工時間。CNC的功能越來越強，這使（shǐ）得CNC製造商能夠提供更多的五軸（zhóu）特性。
從前隻有（yǒu）高檔CNC才具備的功能，如今也被用在中（zhōng）檔產品上。對（duì）於那些從（cóng）未使用過五軸加工技術的廠家而言，這些特（tè）性的應用（yòng）使得五軸加工變得更簡（jiǎn）單。將目前的CNC技術用於五軸加工，使得（dé）五軸加工具備以下優勢：
減少專用工具的需求；
允許在完成零件程序後再設定刀具的偏置；
支持通用程序的設計，這樣經過後處理的程序可以在不同機床之間互（hù）換使用；
提高精加（jiā）工的質量；
可用於不同結構的機床，這樣就不必在（zài）程序（xù）中說明是主（zhǔ）軸還是工件在（zài）繞中心點轉動。因為這將由CNC 的參數來（lái）解決。
我們可以用球形銑刀（dāo）的補償的例子來說明為何五軸特別適用於模具加工。在零件和刀具繞中樞軸旋轉時，為了（le）準確地補償球形銑刀的偏置，CNC必須能夠（gòu）在X、Y、Z三個方向動態地調整刀具的補償量（liàng）。保（bǎo）證（zhèng）刀具切觸點的連續，有利於提高精加工（gōng）的質量。
此外，五軸CNC的用途還表現在：與繞（rào）主軸旋轉刀具相關的特性（xìng），與繞主軸旋轉零件相關的特性（xìng），以及允許操作者采用手動方式改變刀具（jù）矢（shǐ）量的特性。
當采用刀具的中軸線作為回轉軸線時，原來（lái）Z軸方向的刀具長度偏置將被（bèi）分成X、Y、Z三個方（fāng）向的分量。另外，原來X、Y軸方向的工具（jù）直徑偏置也被分為X、Y、Z軸三個方向的分量。由於（yú）在切（qiē）削工程（chéng）中（zhōng），刀具可以沿旋轉軸方向做進給運動，所有這些偏置必須動態更新，以便說明連續（xù）變化的刀具的方位。
CNC另一項被稱為“刀具中心點編程”的（de）特性（xìng），允（yǔn）許編（biān）程人員定義刀具（jù）的路徑和（hé）中心點速度，CNC通過旋轉軸和直線軸方向的命令來保證刀具按照程序運（yùn）動。這一特性使得刀具的中心點不再隨刀具的變化而變化，這也意味（wèi）著：在五軸加（jiā）工中可以象三軸加工一樣直接輸入刀具的（de）偏置，還可以通過再一次後置程序來說明（míng）刀具長度（dù）的改（gǎi）變。這種通過使主軸旋轉來實現轉軸的運動特性簡化了（le）刀具的編程後置處理。
利用同樣的功（gōng）能，使工件繞中樞（shū）軸旋，機床也可以獲得旋轉（zhuǎn）運（yùn）動（dòng）。新研製的CNC能夠通過動態地（dì）調整固定偏置和旋轉坐標軸來配（pèi）合零件的運動。當（dāng）操作人員采用手動方式來實（shí）現機床的慢速（sù）進給時，CNC係統同樣起著重要的作用。新研（yán）製的（de）CNC係統同樣（yàng）允許軸沿著刀具向量的（de）方向緩慢進給，在沒有刀尖位置變化（huà）的前提下，還允許改變刀尖向量的方向（xiàng）(參看上麵的插圖)。
這些特性使得操作人員（yuán）在使用五軸加工機（jī）床的過程中，能夠（gòu）很容易地使（shǐ）用目前在模具業廣泛使用的3+2編程法。然而，隨著新（xīn）的五軸加工功能的逐漸（jiàn）發展和這種功能逐浙被（bèi）接受，真正的五軸模具加工機床可能會更普遍。
