提案

NC（數(shù)控）

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

數(shù)控技術(shù)

數(shù)控技術(shù)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(shù)。

數(shù)控系統(tǒng)

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

CNC系統(tǒng)（計(jì)算機(jī)數(shù)控系統(tǒng)）

CNC（Computer Numerical Control）系統(tǒng)是指以計(jì)算機(jī)為核心的數(shù)控系統(tǒng)。

數(shù)控機(jī)床

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

NC 定義

數(shù)控是機(jī)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(jī)床進(jìn)行通信。

數(shù)控定義

數(shù)控是計(jì)算機(jī)數(shù)控的簡稱，是現(xiàn)代制造過程中使用 CAD/CAM 軟件控制機(jī)床完成自動化加工的自動化技術(shù)。配備數(shù)控的新型機(jī)床使工業(yè)能夠持續(xù)生產(chǎn)出幾年前難以想象的零件精度。如果程序準(zhǔn)備正確，計(jì)算機(jī)編程正確，則可以多次重復(fù)生產(chǎn)相同的零件，精度相同?？刂茩C(jī)床的操作 G 代碼命令可以自動執(zhí)行，速度快、精度高、效率高、可重復(fù)性好。

數(shù)控加工是一個計(jì)算機(jī)化的制造過程，機(jī)器連接到計(jì)算機(jī)，計(jì)算機(jī)會告訴它移動到哪里。首先，操作員應(yīng)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(jī)器將遵循的刀具路徑。

工業(yè)領(lǐng)域?qū)?shù)控機(jī)床的使用日益頻繁，因此需要具備相關(guān)知識和能力的人員，這些人員可以指導(dǎo)機(jī)床生產(chǎn)出具有所需形狀和精度的零件?？紤]到這一點(diǎn)，作者編寫了這本教科書，旨在揭開數(shù)控機(jī)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(dá)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(shí)際示例來指導(dǎo)用戶。

元件

數(shù)控技術(shù)由床身框架、系統(tǒng)、周邊技術(shù)3部分組成。

機(jī)架組件主要由床身、立柱、導(dǎo)軌、工作臺等基礎(chǔ)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(shè)備、計(jì)算機(jī)數(shù)控裝置、可編程邏輯控制器（PLC）、主軸伺服驅(qū)動裝置、進(jìn)給伺服驅(qū)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(shù)主要包括工具技術(shù)（工具系統(tǒng)）、編程技術(shù)、管理技術(shù)。

術(shù)語庫

數(shù)控：計(jì)算機(jī)數(shù)控。

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

CAD：計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)。

CAM：計(jì)算機(jī)輔助制造。

格：主軸的最小移動量或進(jìn)給量。在連續(xù)或步進(jìn)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(biāo)準(zhǔn)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。“凹槽”刀具路徑切割工件表面；“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(jìn)電機(jī)：直流電機(jī)通過接收特定序列的信號或“脈沖”以離散步驟移動，從而實(shí)現(xiàn)非常精確的定位和速度控制。

主軸轉(zhuǎn)速：切削刀具的轉(zhuǎn)速（RPM）。

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

減法：鉆頭去除材料以形成形狀。（與添加方法相反。）

進(jìn)給速度：切削刀具穿過工件的速度。

原點(diǎn)位置（機(jī)器零點(diǎn)）：由物理限位開關(guān)確定的機(jī)器指定零點(diǎn)。（它不識別加工工件時的實(shí)際工作原點(diǎn)。）

爬坡切割：刀具隨進(jìn)給方向旋轉(zhuǎn)。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(diǎn) (工作零點(diǎn))：用戶指定的工件零點(diǎn)，頭部將從此點(diǎn)開始執(zhí)行所有切割。X、Y 和 Z 軸均設(shè)置為零。

LCD：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(shè)備。

功能

高精度

數(shù)控機(jī)床是機(jī)電一體化高度集成的產(chǎn)品，由精密機(jī)械和自動控制系統(tǒng)組成，具有較高的定位精度和重復(fù)定位精度，傳動系統(tǒng)和結(jié)構(gòu)具有較高的剛性和穩(wěn)定性，以減少誤差。因此，數(shù)控機(jī)床具有較高的加工精度，特別是同一批零件制造的一致性好，產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定，合格率高，這是普通機(jī)床無法比擬的。

高效率

數(shù)控機(jī)床可采用較大的切削量，有效地節(jié)省了加工時間。還具有自動變速、自動換刀等自動操作功能，大大縮短了輔助時間，而且一旦形成穩(wěn)定的加工工序，就無須進(jìn)行工序間的檢查和測量。因此，數(shù)控加工的生產(chǎn)率比普通機(jī)床高3-4倍，甚至更多。

高適應(yīng)性

數(shù)控機(jī)床根據(jù)加工零件的程序進(jìn)行自動加工，當(dāng)加工對象改變時，只要改變程序即可，無須使用母模、樣板等專用工藝設(shè)備，有利于縮短生產(chǎn)準(zhǔn)備周期，促進(jìn)產(chǎn)品更新?lián)Q代。

高機(jī)械加工性

有些由復(fù)雜曲線、曲面構(gòu)成的機(jī)械零件，用常規(guī)工藝和手工操作很難加工甚至無法完成，而利用多坐標(biāo)軸聯(lián)動的數(shù)控機(jī)床可以輕松實(shí)現(xiàn)。

經(jīng)濟(jì)價值高

數(shù)控加工中心多采用工序集中，一機(jī)多用，在一次裝夾的情況下，即可加工出零件的大部分零件，可替代多臺普通機(jī)床，這樣不僅可以減少裝夾誤差，節(jié)省工序間運(yùn)輸、測量、裝夾等輔助時間，而且可以減少機(jī)床種類，節(jié)省空間，帶來更高的經(jīng)濟(jì)效益。

贊成＆反對

優(yōu)點(diǎn)

安全

數(shù)控機(jī)床的操作員通過特殊的防護(hù)結(jié)構(gòu)安全地與所有鋒利部件隔離。他仍然可以通過玻璃看到機(jī)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(jī)床需要時刻關(guān)注。這意味著每個工人只能操作一臺機(jī)床。當(dāng)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(jì)算機(jī)數(shù)控機(jī)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(shè)置中的錯誤。話雖如此，數(shù)控操作員發(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(jī)床。因此，一個操作員可以操作多臺機(jī)床。這意味著您可以節(jié)省人力。

最小設(shè)定誤差

傳統(tǒng)機(jī)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(biāo)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(biāo)系的零點(diǎn)，以最大限度地減少設(shè)置誤差。

卓越的機(jī)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?，F(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(shí)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(jìn)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(jī)械加工是當(dāng)今最廣泛的制造方法。每個行業(yè)都在一定程度上使用機(jī)械加工。

穩(wěn)定的精度

有什么比經(jīng)過驗(yàn)證的計(jì)算機(jī)程序更穩(wěn)定呢？儀器的運(yùn)動始終相同，因?yàn)槠渚葍H取決于步進(jìn)電機(jī)的精度。

減少測試運(yùn)行

傳統(tǒng)加工不可避免地會有一些測試零件。工人必須習(xí)慣這項(xiàng)技術(shù)，在加工第一個零件和測試新技術(shù)時，他肯定會錯過一些東西。數(shù)控系統(tǒng)有辦法避免試運(yùn)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(fù)雜曲面

用傳統(tǒng)加工幾乎不可能制造出高精度的復(fù)雜表面。這需要大量的體力勞動。CAM 系統(tǒng)可以自動為任何表面形成刀具路徑。您無需付出任何努力。這是現(xiàn)代數(shù)控加工技術(shù)的最大優(yōu)勢之一。

減少材料浪費(fèi)

數(shù)控程序運(yùn)用算法優(yōu)化零件結(jié)構(gòu)，結(jié)合自動排料軟件，去除多余材料，實(shí)現(xiàn)輕量化設(shè)計(jì)，最大限度地減少材料浪費(fèi)。

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(jī)床中。由于刀具軌跡可以編程，因此您可以在任何機(jī)器上復(fù)制任何運(yùn)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(shè)置。

缺點(diǎn)

? 機(jī)器操作員和維護(hù)人員需要具備豐富的知識和技能。

? 啟動數(shù)控加工業(yè)務(wù)需要較高的初始投資成本。

? 機(jī)器故障導(dǎo)致的停機(jī)會嚴(yán)重影響生產(chǎn)效率。

應(yīng)用

從世界范圍內(nèi)數(shù)控技術(shù)與裝備應(yīng)用情況來看，其主要應(yīng)用領(lǐng)域如下：

制造業(yè)

機(jī)械制造業(yè)是最早應(yīng)用數(shù)控技術(shù)的行業(yè)，擔(dān)負(fù)著為國民經(jīng)濟(jì)各行業(yè)提供先進(jìn)裝備的重任。主要應(yīng)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(jī)、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(jī)器人、板材激光焊接機(jī)和激光切割機(jī)，航空、船舶、發(fā)電工業(yè)加工螺旋槳、發(fā)動機(jī)、發(fā)電機(jī)、渦輪葉片零件的高速五坐標(biāo)加工中心，重型車銑復(fù)合加工中心等。

信息產(chǎn)業(yè)

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

醫(yī)療器械行業(yè)

在醫(yī)療行業(yè)，很多現(xiàn)代醫(yī)學(xué)診療設(shè)備都采用了數(shù)控技術(shù)，如CT診斷儀、全身治療機(jī)以及基于視覺引導(dǎo)的微創(chuàng)手術(shù)機(jī)器人等，口腔醫(yī)學(xué)中的正畸、牙體修復(fù)等都需要數(shù)控技術(shù)。

軍事裝備

現(xiàn)代許多軍事裝備都采用了伺服運(yùn)動控制技術(shù)，如火炮的自動瞄準(zhǔn)控制、雷達(dá)的跟蹤控制、導(dǎo)彈的自動跟蹤控制等。

其他行業(yè)

在輕工業(yè)中，有印刷機(jī)械、紡織機(jī)械、包裝機(jī)械和木工機(jī)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(jī)、用于玻璃加工的數(shù)控玻璃雕刻機(jī)、用于席夢思加工的數(shù)控縫紉機(jī)和用于服裝加工的數(shù)控繡花機(jī)；在藝術(shù)行業(yè)中，越來越多的工藝品和藝術(shù)品將采用高性能五軸數(shù)控機(jī)床生產(chǎn)。

數(shù)控技術(shù)的應(yīng)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(shù)的不斷發(fā)展和應(yīng)用領(lǐng)域的擴(kuò)大，在國計(jì)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?yàn)檫@些行業(yè)所需設(shè)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(jī)床發(fā)展的永恒目標(biāo)。隨著科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展，機(jī)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(zhì)量的要求也越來越高。為了適應(yīng)這一復(fù)雜多變的市場需求，目前的機(jī)床正向高速切削、干切削、準(zhǔn)干切削方向發(fā)展，加工精度不斷提高。另外，直線電機(jī)、電主軸、陶瓷球軸承、高速滾珠絲杠及螺母、直線導(dǎo)軌等功能部件的應(yīng)用也為機(jī)床的高速、精密發(fā)展創(chuàng)造了條件。數(shù)控機(jī)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(zhuǎn)動慣量，提高了主軸的動態(tài)響應(yīng)速度和工作精度，徹底解決了主軸高速運(yùn)轉(zhuǎn)時的振動和噪聲問題。采用電主軸結(jié)構(gòu)可使主軸轉(zhuǎn)速達(dá)到10000r/min以上。直線電機(jī)驅(qū)動速度高，加減速特性好，具有優(yōu)良的響應(yīng)特性和跟隨精度。采用直線電機(jī)作為伺服驅(qū)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(yùn)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(dǎo)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(jì)，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(fù)定位精度。通過直線電機(jī)和直線滾動導(dǎo)軌副的應(yīng)用，機(jī)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(dá) 120m/分鐘。

高可靠性

可靠性是數(shù)控機(jī)床質(zhì)量的關(guān)鍵指標(biāo)，機(jī)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(guān)鍵取決于其可靠性。

采用CAD進(jìn)行數(shù)控機(jī)床設(shè)計(jì)，采用模塊化進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

隨著計(jì)算機(jī)應(yīng)用的普及和軟件技術(shù)的發(fā)展，CAD技術(shù)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(jìn)行大型整機(jī)的設(shè)計(jì)方案選擇和靜動態(tài)特性分析、計(jì)算、預(yù)測和優(yōu)化設(shè)計(jì)，并能對整機(jī)各工作部件進(jìn)行動態(tài)仿真。在模塊化的基礎(chǔ)上，在設(shè)計(jì)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(shè)計(jì)的一次性成功率，從而縮短試制周期，降低設(shè)計(jì)成本，提高市場競爭力。機(jī)床部件模塊化設(shè)計(jì)，不僅可以減少重復(fù)勞動，而且可以快速響應(yīng)市場，縮短產(chǎn)品開發(fā)設(shè)計(jì)周期。

功能性復(fù)合

功能復(fù)合化的目的是為了進(jìn)一步提高機(jī)床的生產(chǎn)效率，盡量減少非加工輔助時間。通過功能的復(fù)合化，可以擴(kuò)大機(jī)床的使用范圍，提高效率，實(shí)現(xiàn)一機(jī)多用、一機(jī)多能，即一臺數(shù)控機(jī)床既可以實(shí)現(xiàn)車削功能，又可以實(shí)現(xiàn)銑削加工。在機(jī)床上還可以進(jìn)行磨削加工。電腦數(shù)控車銑復(fù)合中心將X、Z軸、C、Y軸同時工作，通過C軸和Y軸可以實(shí)現(xiàn)平面銑削和偏置孔、槽的加工。機(jī)床還配備了強(qiáng)大的刀架和副主軸，副主軸采用內(nèi)置電主軸結(jié)構(gòu)，通過數(shù)控系統(tǒng)直接實(shí)現(xiàn)主、副主軸轉(zhuǎn)速同步，機(jī)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(luò)化、柔性化、集成化

21世紀(jì)的數(shù)控裝備將是具有一定智能化的系統(tǒng)。智能化的內(nèi)容包括數(shù)控系統(tǒng)的各個方面：為了追求加工效率和加工質(zhì)量方面的智能化，如加工過程的自適應(yīng)控制，工藝參數(shù)的自動生成；為了改善驅(qū)動性能，在連接方面采用智能化，如前饋控制、電機(jī)參數(shù)的自適應(yīng)運(yùn)行、負(fù)載的自動辨識、模型自動選擇、自整定等；簡化編程、簡化操作方面的智能化，如智能自動編程、智能接口、智能診斷、智能監(jiān)控等方面，以方便系統(tǒng)的診斷和維護(hù)。網(wǎng)絡(luò)化數(shù)控裝備是近年來機(jī)床發(fā)展的熱點(diǎn)。數(shù)控裝備的網(wǎng)絡(luò)化將極大地滿足生產(chǎn)線、制造系統(tǒng)、制造企業(yè)對信息集成的需求，也是實(shí)現(xiàn)新型制造模式，如敏捷制造、虛擬企業(yè)、全球制造等的基本單元。數(shù)控機(jī)床向柔性自動化系統(tǒng)的發(fā)展趨勢是：由點(diǎn)（單機(jī)、加工中心和復(fù)合加工中心）、線（FMC、FMS、FTL、FML）向面（車間獨(dú)立制造島、FA）、體（CIMS、分布式網(wǎng)絡(luò)集成制造系統(tǒng)）發(fā)展，另一方面注重實(shí)用性和經(jīng)濟(jì)性方向。柔性自動化技術(shù)是制造業(yè)適應(yīng)動態(tài)市場需求、快速更新產(chǎn)品的主要手段，其重點(diǎn)以提高系統(tǒng)的可靠性和實(shí)用性為前提，以易于聯(lián)網(wǎng)和集成為目標(biāo)，注重加強(qiáng)單元技術(shù)的開發(fā)和改進(jìn)。數(shù)控單機(jī)向高精度、高速度、高柔性方向發(fā)展，數(shù)控機(jī)床及其組成的柔性制造系統(tǒng)能方便地與CAD、CAM、CAPP、MTS等系統(tǒng)連接，向信息集成方向發(fā)展，網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)向開放性、集成化、智能化方向發(fā)展。

結(jié)語

簡而言之，從小型作坊到大型制造工廠，數(shù)控技術(shù)在我們的工作和日常生活中無處不在。數(shù)控機(jī)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(jī)床趨之若鶩。數(shù)控機(jī)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。