提案

NC（數(shù)控）

NC是利用數(shù)字信號自動控制對象（如機床運動和工作過程）的技術，簡稱數(shù)控。

數(shù)控技術

數(shù)控技術是指用數(shù)字、文字和符號來編制程序執(zhí)行一定的工作過程的自動控制技術。

數(shù)控系統(tǒng)

數(shù)控系統(tǒng)是指實現(xiàn)數(shù)控技術功能的軟件和硬件模塊的有機集成體系，是數(shù)控技術的載體。

CNC系統(tǒng)（計算機數(shù)控系統(tǒng)）

CNC（計算機數(shù)控）系統(tǒng)是指以計算機為核心的數(shù)控系統(tǒng)。

數(shù)控機床

數(shù)控機床是指采用計算機數(shù)字控制技術控制加工過程的機床，或裝有計算機數(shù)字控制系統(tǒng)的機床。

NC 定義

數(shù)控是機床 NC 的全稱。數(shù)控 (NC) 使操作員能夠通過數(shù)字和符號與機床進行通信。

數(shù)控定義

CNC是計算機數(shù)控的簡稱，它是一種利用CAD/CAM軟件自動控制機床完成自動化加工的技術，應用于現(xiàn)代制造工藝中。配備CNC的新型機床使工業(yè)能夠持續(xù)生產(chǎn)出精度在幾年前難以想象的零件。只要程序編寫得當，計算機編程正確，同一個零件就可以以相同的精度重復加工任意次數(shù)?？刂茩C床的G代碼指令能夠以極高的速度、精度、效率和重復性自動執(zhí)行。

數(shù)控加工是一個計算機化的制造過程，機器連接到計算機，計算機會告訴它移動到哪里。首先，操作員應該創(chuàng)建刀具路徑，操作員使用軟件程序繪制形狀并創(chuàng)建機器將遵循的刀具路徑。

工業(yè)領域對數(shù)控機床的使用日益頻繁，因此需要具備相關知識和能力的人員，這些人員可以指導機床生產(chǎn)出具有所需形狀和精度的零件。考慮到這一點，作者編寫了這本教科書，旨在揭開數(shù)控機床的神秘面紗 - 將其按邏輯順序排列，并用每個人都能理解的簡單語言表達出來。本書以合乎邏輯的分步程序解釋了程序的編寫過程，并提供了實際示例來指導用戶。

元件

數(shù)控技術由床身框架、系統(tǒng)、周邊技術3部分組成。

機架組件主要由床身、立柱、導軌、工作臺等基礎件及刀架、刀庫等配套部件組成。

數(shù)控系統(tǒng)由輸入/輸出設備、計算機數(shù)控裝置、可編程邏輯控制器（PLC）、主軸伺服驅動裝置、進給伺服驅動裝置、測量裝置等組成，其中裝置是數(shù)控系統(tǒng)的核心。

外圍技術主要包括工具技術（工具系統(tǒng)）、編程技術、管理技術。

術語庫

數(shù)控：計算機數(shù)控。

G代碼：一種通用數(shù)控 (NC) 機床語言，用于指定機器將移動到的軸點。

CAD：計算機輔助設計。

CAM：計算機輔助制造。

格：主軸的最小移動量或進給量。在連續(xù)或步進模式下切換按鈕時，主軸自動移動到下一個網(wǎng)格位置。

血小板（HPGL）： 用于打印基于矢量的線條圖的標準語言，受 CAD 文件支持。

刀具路徑：用戶定義的編碼路線，刀具將遵循該路線加工工件?！鞍疾邸钡毒呗窂角懈罟ぜ砻?；“輪廓”或“輪廓”刀具路徑完全切割以分離工件形狀。

下臺：切削刀具沿 Z 軸切入材料的距離。

跨過：切削刀具與未切削材料在 X 軸或 Y 軸上的最大距離。

步進電機：直流電機通過接收特定序列的信號或“脈沖”以離散步驟移動，從而實現(xiàn)非常精確的定位和速度控制。

主軸轉速：切削刀具的轉速（RPM）。

常規(guī)切割：刀具逆著進給方向旋轉。產(chǎn)生的顫動很小，但在某些木材上會導致撕裂。

減法：鉆頭去除材料以形成形狀。（與添加方法相反。）

進給速度：切削刀具穿過工件的速度。

原點位置（機器零點）：由物理限位開關確定的機器指定零點。（它不識別加工工件時的實際工作原點。）

爬坡切割：刀具隨進給方向旋轉。順向切削可防止撕裂，但使用直槽鉆頭時會產(chǎn)生顫動痕跡；使用螺旋槽鉆頭可減少顫動。

工作原點 (工作零點)：用戶指定的工件零點，頭部將從此點開始執(zhí)行所有切割。X、Y 和 Z 軸均設置為零。

液晶顯示：液晶顯示屏（用于控制器）。

U盤：插入USB接口的外部數(shù)據(jù)存儲設備。

產(chǎn)品特性

高精度

數(shù)控機床是高度集成的機電一體化產(chǎn)品，由精密機械和自動控制系統(tǒng)組成。它們具有極高的定位精度和重復定位精度。傳動系統(tǒng)和結構剛性強、穩(wěn)定性高，從而減少了誤差。因此，數(shù)控機床具有更高的加工精度，尤其是在同一批次零件加工中，零件的一致性更高，產(chǎn)品質量更穩(wěn)定，合格率更高，這是普通機床無法比擬的。

高效能

數(shù)控機床能夠進行更大幅度的切削，有效節(jié)省加工時間。它們還具備自動變速、自動換刀等自動化操作功能，大大縮短了輔助時間。一旦形成穩(wěn)定的加工流程，就無需進行工序間的檢驗和測量。因此，數(shù)控加工的生產(chǎn)效率比普通機床高出3-4倍，甚至更高。

高適應性

數(shù)控機床根據(jù)加工零件的程序進行自動加工。當加工對象發(fā)生變化時，只需修改程序，無需使用母模、模板等專用加工設備。這有助于縮短生產(chǎn)準備周期，促進產(chǎn)品更新?lián)Q代。

高機械加工性

一些由復雜曲線和曲面構成的機械零件，用傳統(tǒng)技術和手工操作很難加工甚至無法完成，而使用多坐標軸聯(lián)動的數(shù)控機床卻可以輕松實現(xiàn)。

經(jīng)濟價值高

數(shù)控加工中心大多采用工序集中化設計，一臺機器即可完成多種加工任務。一次裝夾即可加工大部分零件，可替代多臺普通機床。這不僅可以減少裝夾誤差，節(jié)省工序間運輸、測量和裝夾等輔助時間，還可以減少機床種類，節(jié)省空間，帶來更高的經(jīng)濟效益。

贊成＆反對

優(yōu)點

安全

CNC 機床的操作員通過特殊的防護結構安全地與所有鋒利部件隔離。他仍然可以通過玻璃看到機床上的情況，但他不需要靠近銑床或主軸。操作員也不必接觸冷卻液。根據(jù)材料的不同，某些液體可能對人體皮膚有害。

節(jié)省勞動力成本

如今，傳統(tǒng)機床需要時刻關注。這意味著每個工人只能操作一臺機床。當數(shù)控時代到來時，情況發(fā)生了巨大變化。大多數(shù)零件每次安裝至少需要 30 分鐘才能加工完成。但計算機數(shù)控機床通過自己切割零件來完成。無需觸摸任何東西。工具自動移動，操作員只需檢查程序或設置中的錯誤。話雖如此，CNC 操作員發(fā)現(xiàn)他們有很多空閑時間。這些時間可以用來操作其他機床。因此，一個操作員可以操作多臺機床。這意味著您可以節(jié)省人力。

最小設定誤差

傳統(tǒng)機床依賴于操作人員對測量工具的熟練掌握，優(yōu)秀的工人可以確保零件的高精度裝配。許多數(shù)控系統(tǒng)使用專門的坐標測量探頭。它通常作為工具安裝在主軸上，用探頭接觸固定部件以確定其位置。然后，確定坐標系的零點，以最大限度地減少設置誤差。

卓越的機器狀態(tài)監(jiān)控

操作員必須識別加工故障和切削刀具，他的決定可能不是最佳的。現(xiàn)代數(shù)控加工中心配備了不同的傳感器。您可以在加工工件時監(jiān)控扭矩、溫度、刀具壽命和其他因素?；谶@些信息，您可以實時優(yōu)化流程。例如，您發(fā)現(xiàn)溫度過高。較高的溫度意味著刀具磨損、金屬性能差等。您可以減少進給或增加冷卻液壓力來解決這個問題。盡管許多人這么說，但機械加工是當今最廣泛的制造方法。每個行業(yè)都在一定程度上使用機械加工。

穩(wěn)定的精度

有什么比經(jīng)過驗證的計算機程序更穩(wěn)定呢？儀器的運動始終相同，因為其精度僅取決于步進電機的精度。

減少測試運行

傳統(tǒng)加工不可避免地會有一些測試零件。工人必須習慣這項技術，在加工第一個零件和測試新技術時，他肯定會錯過一些東西。數(shù)控系統(tǒng)有辦法避免試運行。它們采用可視化系統(tǒng)，讓操作員在所有工具通過后真正看到庫存。

輕松加工復雜曲面

采用傳統(tǒng)機械加工方式幾乎不可能高精度地制造復雜曲面，這需要大量的體力勞動。而CAM系統(tǒng)可以自動生成任何曲面的刀具路徑，您無需付出任何努力。這正是現(xiàn)代數(shù)控加工技術的最大優(yōu)勢之一。

減少材料浪費

CNC 程序運用算法優(yōu)化零件結構，結合自動排料軟件，去除多余材料，實現(xiàn)輕量化設計，最大限度地減少材料浪費。

更高的靈活性

傳統(tǒng)方法是銑床加工凹槽或平面，車床加工圓柱和錐度，鉆床加工孔。數(shù)控加工可以將上述所有加工方式組合到一臺機床中。由于刀具軌跡可以編程，因此您可以在任何機器上復制任何運動。因此，我們有可以制造圓柱形零件的銑削中心和可以銑削凹槽的車床。所有這些都減少了零件的設置。

缺點

? 機器操作員和維護人員需要具備豐富的知識和技能。

? 開辦一家數(shù)控加工企業(yè)需要較高的初始投資成本。

? 機器故障導致的停機會嚴重影響生產(chǎn)效率。

應用方案

從世界范圍內數(shù)控技術與裝備應用情況來看，其主要應用領域如下：

制造業(yè)

機械制造業(yè)是最早應用數(shù)控技術的行業(yè)，擔負著為國民經(jīng)濟各行業(yè)提供先進裝備的重任。主要應用有現(xiàn)代軍事裝備所需的五軸立式加工中心、五軸加工中心、大型五軸龍門銑、汽車工業(yè)的發(fā)動機、變速箱、曲軸柔性生產(chǎn)線、高速加工中心的開發(fā)與制造，以及焊接、裝配、涂裝機器人、板材激光焊接機和激光切割機，航空、船舶、發(fā)電工業(yè)加工螺旋槳、發(fā)動機、發(fā)電機、渦輪葉片零件的高速五坐標加工中心，重型車銑復合加工中心等。

信息產(chǎn)業(yè)

在信息產(chǎn)業(yè)中，從計算機到網(wǎng)絡、移動通訊、遙測、遙控等設備，都需要采用基于超精密技術和納米技術的制造設備，如用于芯片制造的引線鍵合機、晶圓光刻機等，這些設備的控制需要采用計算機數(shù)控技術。

醫(yī)療器械行業(yè)

在醫(yī)療行業(yè)，很多現(xiàn)代醫(yī)學診療設備都采用了數(shù)控技術，如CT診斷儀、全身治療機以及基于視覺引導的微創(chuàng)手術機器人等，口腔醫(yī)學中的正畸、牙體修復等都需要數(shù)控技術。

軍事裝備

現(xiàn)代許多軍事裝備都采用了伺服運動控制技術，如火炮的自動瞄準控制、雷達的跟蹤控制、導彈的自動跟蹤控制等。

其他行業(yè)

在輕工業(yè)中，有印刷機械、紡織機械、包裝機械和木工機械等采用多軸伺服控制；在建材工業(yè)中，有用于石材加工的數(shù)控水刀切割機、用于玻璃加工的數(shù)控玻璃雕刻機、用于席夢思加工的數(shù)控縫紉機和用于服裝加工的數(shù)控繡花機；在藝術行業(yè)中，越來越多的工藝品和藝術品將采用高性能五軸數(shù)控機床生產(chǎn)。

數(shù)控技術的應用不僅給傳統(tǒng)制造業(yè)帶來了革命性的變化，使制造業(yè)成為工業(yè)化的象征，而且隨著數(shù)控技術的不斷發(fā)展和應用領域的擴大，在國計民生（如IT、汽車）、輕工、醫(yī)療等行業(yè)發(fā)揮著越來越重要的作用，因為這些行業(yè)所需設備的數(shù)字化已經(jīng)成為現(xiàn)代制造業(yè)的一大趨勢。

趨勢

高速/高精度

高速、精密是機床發(fā)展的永恒目標。隨著科學技術的飛速發(fā)展，機電產(chǎn)品更新?lián)Q代的速度加快，對零件加工的精度和表面質量的要求也越來越高。為了適應這一復雜多變的市場需求，目前的機床正向高速切削、干切削、準干切削方向發(fā)展，加工精度不斷提高。另外，直線電機、電主軸、陶瓷球軸承、高速滾珠絲杠及螺母、直線導軌等功能部件的應用也為機床的高速、精密發(fā)展創(chuàng)造了條件。數(shù)控機床采用電主軸，省去了皮帶、帶輪、齒輪等環(huán)節(jié)，大大降低了主傳動的轉動慣量，提高了主軸的動態(tài)響應速度和工作精度，徹底解決了主軸高速運轉時的振動和噪聲問題。采用電主軸結構可使主軸轉速達到10000r/min以上。直線電機驅動速度高，加減速特性好，具有優(yōu)良的響應特性和跟隨精度。采用直線電機作為伺服驅動，省去了滾珠絲杠的中間傳動環(huán)節(jié)，消除了傳動間隙（包括反向間隙），運動慣性小，系統(tǒng)剛性好，可在高速下精確定位，從而大大提高了伺服精度。直線滾動導軌副由于其各向零間隙，滾動摩擦很小，磨損小，發(fā)熱量可以忽略不計，具有非常好的熱穩(wěn)定性，提高了整個過程的定位精度和重復定位精度。通過直線電機和直線滾動導軌副的應用，機床的快速移動速度可由原來的10-20m/min提高到 60-80米/分鐘，甚至高達 120m/分鐘。

高可靠性

可靠性是數(shù)控機床質量的關鍵指標，機床能否發(fā)揮其高性能、高精度、高效率，并獲得良好的效益，關鍵取決于其可靠性。

采用CAD進行數(shù)控機床設計，采用模塊化進行結構設計

隨著計算機應用的普及和軟件技術的發(fā)展，CAD技術得到了廣泛的發(fā)展。CAD不僅能代替手工繁瑣的繪圖工作，更重要的是可以進行大型整機的設計方案選擇和靜動態(tài)特性分析、計算、預測和優(yōu)化設計，并能對整機各工作部件進行動態(tài)仿真。在模塊化的基礎上，在設計階段就可以看到產(chǎn)品的三維幾何模型和逼真的色彩。使用CAD還可以大大提高工作效率，提高設計的一次性成功率，從而縮短試制周期，降低設計成本，提高市場競爭力。機床部件模塊化設計，不僅可以減少重復勞動，而且可以快速響應市場，縮短產(chǎn)品開發(fā)設計周期。

功能性復合

功能復合化的目的是為了進一步提高機床的生產(chǎn)效率，盡量減少非加工輔助時間。通過功能的復合化，可以擴大機床的使用范圍，提高效率，實現(xiàn)一機多用、一機多能，即一臺數(shù)控機床既可以實現(xiàn)車削功能，又可以實現(xiàn)銑削加工。在機床上還可以進行磨削加工。電腦數(shù)控車銑復合中心將X、Z軸、C、Y軸同時工作，通過C軸和Y軸可以實現(xiàn)平面銑削和偏置孔、槽的加工。機床還配備了強大的刀架和副主軸，副主軸采用內置電主軸結構，通過數(shù)控系統(tǒng)直接實現(xiàn)主、副主軸轉速同步，機床工件一次裝夾即可完成全部加工，大大提高了效率。

智能化、網(wǎng)絡化、柔性化、集成化

21世紀的數(shù)控設備將是一個具備一定智能化的系統(tǒng)。智能化的內容涵蓋數(shù)控系統(tǒng)的各個方面：為了追求加工效率和加工質量的智能化，例如加工過程的自適應控制，能夠自動生成工藝參數(shù)；為了提升驅動性能并應用智能化技術，例如前饋控制、電機參數(shù)自適應運行、負載自動識別、模型自動選擇、自適應整定等；簡化編程、簡化操作的智能化，例如智能自動編程、智能接口、智能診斷、智能監(jiān)控等，以方便系統(tǒng)的診斷和維護。近年來，聯(lián)網(wǎng)數(shù)控設備是機床發(fā)展的熱點。數(shù)控設備的聯(lián)網(wǎng)將極大地滿足生產(chǎn)線、制造系統(tǒng)和制造企業(yè)的信息集成需求，也是實現(xiàn)敏捷制造、虛擬企業(yè)、全球化制造等新型制造模式的基本單元。計算機數(shù)控機床向柔性自動化系統(tǒng)的發(fā)展趨勢是：從點（單機、加工中心和復合加工中心）、線（FMC、FMS、FTL、FML）到面（車間獨立制造島、FA）、體（CIMS、分布式網(wǎng)絡集成制造系統(tǒng)），另一方面則更加注重應用性和經(jīng)濟性。柔性自動化技術是制造業(yè)適應動態(tài)市場需求和快速更新產(chǎn)品的主要手段。其重點在于提高系統(tǒng)的可靠性和實用性，以實現(xiàn)便捷的聯(lián)網(wǎng)和集成，并注重加強單元技術的研發(fā)和改進。單機數(shù)控機床正朝著高精度、高速度和高靈活性的方向發(fā)展。數(shù)控機床及其組成柔性制造系統(tǒng)可以輕松與CAD、CAM、CAPP和MTS等軟件連接，并朝著信息集成的方向發(fā)展。網(wǎng)絡系統(tǒng)則朝著開放性、集成性和智能化的方向發(fā)展。

結語

簡而言之，從小型作坊到大型制造工廠，數(shù)控技術在我們的工作和日常生活中無處不在。數(shù)控機床功能多樣，從雕刻切割個性化木制工藝品到車削銑削精密金屬零件，無所不能。從DIY愛好者到工業(yè)制造商，每個人都對數(shù)控機床趨之若鶩。數(shù)控機床不僅能提高生產(chǎn)力，還能節(jié)省人工和材料成本，是創(chuàng)業(yè)或升級老舊生產(chǎn)線的理想合作伙伴。