计算机数控（数控系统) 机床是一种将原材料切割成所需形状的加工工具。数控机床使用专门编写的软件来控制铣床、磨床和车床等复杂机床的运动。这些计算机辅助制造方法可以处理大量复杂而精密的数控加工任务。数控加工广泛应用于航空航天、国防和汽车工业。
在工业领域，数控机床 (CNC) 常用于切割金属和塑料部件。常见的切削工具包括铣床、车床、切割机、钻头、磨床、水刀和激光器。这些工具可以实现自动化，与数控机床配合使用。此外，数控机床还可用于处理非机床，例如焊接、组装电子设备或绕线的机器。
通过下面的内容，让我们来仔细了解一下：数控机床能做什么？
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计算机数控的历史
在过去的几十年里，CNC 技术已经从由穿孔带控制的设备发展成为可以读取 CNC 代码并创建非常精确的三维机械零件的机器。
约翰·帕森斯（John Parsons）是数控机床的发明者。他于1949年制造了第一台数控机床。这台机器的工作原理是使用一组穿孔卡片来指示机器执行操作。后来，在1952年，麻省理工学院的一组专家制造了辛辛那提米拉克龙Hydrotel，这是第一台向公众开放的数控机床。
计算机数控如何工作？
在数控系统中，机床控制单元 (MCU) 是连接到机床的微型计算机。该微型计算机为每个需要制造的部件存储并运行一个独特的计算机程序。这些程序通常使用国际标准语言 G 代码编写。编程语言 M 代码也可以与 G 代码结合用于数控加工。
G代码告诉机床如何移动和工作，而M代码则告诉程序如何从外部移动。程序还包含机床的指令和设置，例如材料进给的速度以及零件移动的位置和速度。
在流程开始时，工程师使用计算机辅助设计 (CAD) 绘制待生产零件的图纸。然后将图纸转换为 G 代码。该程序安装在微控制器上，然后在没有原材料的情况下进行试运行，以确保所有设置正确且运行良好。此步骤非常重要，因为如果速度或位置设置不正确，可能会导致机器和零件损坏。
一切准备就绪后，数控机床将启动程序并按要求完成工作。这些任务可以从头开始制造，也可以打印或切割。
数控机床的常见类型 包括但不限于：
- 数控车床： 用于车削操作
- 数控铣床： 用于切割和钻孔作业
- 数控等离子切割机： 用于使用等离子炬切割金属
- CNC路由器： 用于切割木材、塑料和金属等各种材料
- 3D打印机： 逐层构建物体的增材制造机器
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数控机床的主要功能
在工业中，数控机床最常用于以下用途：
切割
CNC 机床非常适合需要精确快速切割的项目。它能够容纳两种最先进的切割技术：电火花成型 (EDM) 和线切割机床。
在电火花加工中，热侵蚀是由两个电极相互作用引起的。一个是连接到刀具上的铜电极或石墨电极。另一个是包围工件的介电流体。令人惊奇的是，刀具和被加工的零件在加工过程中从未直接接触。 线切割工程 其原理与 EDM 相同，只是利用线电极作为精密切削工具。
钻孔
这种精密的钻孔方法使用旋转的切削刀具在固定工件上加工圆形孔。例如钻头或高速水射流。在大多数情况下，这些孔用于组装螺母和螺栓。
研磨
数控刀具 零件通常配备砂轮，以产生近乎完美的表面。这种减材磨削比任何增材制造方法都精确得多。它可以消除小至头发丝宽度十分之一的缺陷。
铣削
CNC 铣床类似于基础铣床和其他手动铣床。它们使用车床、水刀或车削刀具从固定的进料中去除材料。CNC 铣床可以沿多个轴移动，因此工人可以进行精确的水平、垂直、倾斜和 面铣 工作。由于机械师不必多次更换和重新紧固原材料，这些多角度功能加快了用木材、金属和塑料制造复杂零件的过程。
转弯
数控机床上的这一工艺类似于铣削，但原材料并非固定在工作站上，而是连接到一个快速旋转的车削机构上。然后，工人将使用配备类似刀具的车床或数控机床将小块材料切削，直到原材料达到所需的形状。
CNC 为何如此重要？
有了 CNC， 不同的机床 可以更快地打造出更光滑、更精准的产品。这一工艺无需人工加工或繁重的劳动力投入，从而节省了大量的时间和人力成本。
以下是 CNC 的一些优点：
降低成本
由于数控刀具的加工精度更高，从而降低了生产成本，使其更具成本效益。更少的材料浪费、更高的生产效率以及可扩展性，都有助于降低能耗，从而降低运行成本。此外，无需担心与工人安全相关的财务负担，这也有助于降低成本。
减少浪费
得益于模拟和迭代优化的改进，用于运行不同 数控机床的类型 在制造过程中产生的废料很少。这意味着减少材料浪费也将进一步降低加工成本。
提高工人安全
CNC 计算机无需过多的人机交互，从而确保了工人的安全，并防止事故发生。如今，大多数 CNC 机器都能够独立运行，允许人们远程控制它们进行软件更新、设计更改或其他日常维护。
减少人为错误
人们认为数控机床能够提供更高的精度、复杂性、速度、自由度和可重复性。这是因为它可以防止人们在制造过程中犯错。最终，这意味着在制造产品时会减少错误。
沿轮廓切割
使用 CNC 数控机床，您可以进行轮廓加工等操作。这让您可以铣削出带有曲线的形状，就像 3D 打印和设计一样。这也为零件加工开辟了更多选择和可能性。
更快的 MCU 代码
一些 CNC 机床可以内置 CAD 软件和计算机辅助制造软件。这可以加快 MCU 的编写速度。编程速度的提高也意味着加工流程的缩短，从而提高零件加工的效率。
提高运营智能
添加企业资源规划软件和相关程序（例如企业资产管理软件）可以简化运营和商业智能任务。这将有助于提高工厂性能和维护效率，从而提高工厂的成本效益。
无瓶颈
CNC 使事情变得更好，因为它们使用了更多的自动化设备，从而降低了吞吐量和制造瓶颈。
尽管 CNC 机床具有许多优点，但它们也有一些缺点。CNC 机床价格更昂贵，需要更多维护，并且需要公司聘请熟练的 CNC 程序员。
CNC的重要应用领域
数控机床在医疗卫生、航空航天、军事和国防等诸多重要领域发挥着重要作用。这些领域的公司需要尽可能精密的零件，因为零件损坏可能危及生命。数控刀具能够提供这种精度。
以下是使用数控机械的常见行业。
航天
CNC 技术使制造飞机每个部件（包括外壳和内部组件）所需的精度变得更加容易。当 CNC加工飞机部件由于它们通常对任务至关重要，因此需要尽可能精确和准确。此外，计算机辅助加工通常是满足平面度、圆度和圆柱度严格标准的唯一方法。公差小至0.00004英寸也很常见。
航空航天数控加工 可以使用多种不同的材料。这些材料包括铝、不锈钢、黄铜、镍、青铜、陶瓷、塑料、镁、钛以及诸如因科镍合金之类的高性能金属。
以下是使用 CNC 机器制造零件的一些示例：
- 起落架部件
- 钛合金罩壳
- 翼型
- 衬套
- 定子组件
- 歧管
- 镁合金变速箱外壳
- 电连接器
医疗设备
为了满足患者的需求， 医疗领域严重依赖数控机床 生产精密、优质、定制化的产品。在新冠疫情期间，口罩和呼吸器的需求激增，这增加了对数控机床的依赖。此外，医护人员也经常使用一次性医疗器械来预防传染病。因此，医疗领域利用数控机床更快地生产更多医疗用品就显得尤为重要。
以下是一些可以在 CNC 机床上制造的常见产品：
- 磁共振成像机
- 植入物
- 矫形器
- 监控设备电子外壳
- 研究设备
- 屏蔽外壳
- 由耐高温塑料制成的部件
- 医疗器械
- 定制无菌包装
- 食品药品监督管理局批准的产品
汽车
汽车行业是数控加工最重要的行业之一。从创建用于研发的原型到制造大量零件，汽车行业的方方面面都需要利用数控加工进行改进。
此外，数控铣床和车床可用于制造各种不同的零件，从大型发动机缸体部件到小型齿轮和面板。仅就内燃机而言，就需要多台数控刀具。这些刀具可用于将大块金属加工成发动机车身面板，以及制造气缸、活塞和其他用于组装发动机缸体气缸部件的零件。
以下是一些可以用 CNC 机床加工的零件：
- 变速箱
- 发动机零件
- 车轴
- 阀门
- 仪表板面板
- 气缸体
- 气量表
电子产品
CNC 切割既精确又灵活，是电子行业生产部件的有效方法。因此，CNC 刀具可以加工各种聚合物和金属，包括导电和非导电材料。
使用 CNC 制造电脑零件速度更快，因为无需预制模具。设计也可以在极少指导的情况下反复修改和尝试。据报道，苹果公司拥有 10,000 台 CNC 机床，并已使用 CNC 机床生产了大量笔记本电脑。
CNC机床可以生产以下产品：
- 消费电子产品
- 半导体
- 散热器
- 印刷电路板
- 电绝缘
- 放大器外壳
- 射频干扰屏蔽
天然气和石油
数控机床用于设计钻机和工厂使用的大型机器，以确保它们完美配合。如果零件配合不当，气缸可能无法充气，活塞可能无法释放足够的压力，阀门也可能泄漏。因此，石油公司使用 CNC加工零件 以确保零件完美契合。
以下是使用 CNC 机床制造的一些示例：
- 钻头
- 杆
- 活塞
- 阀门
- 液压元件
- 阀门系统
海洋
船舶工业高度依赖数控机床，因为船舶需要非常精密的部件才能保持漂浮和正常运转。船舶需要各种类型的齿轮，例如水下传感器和传动齿轮。因此，船舶工业在制造船舶和其他船舶设备时必须使用数控精度。
以下是 CNC 机床制造的一些常见零件：
- 螺旋桨
- 绝缘外壳
- 发动机部件
- 原型模具
- 肋骨
- 毒刺
结束语
总而言之，数控机床是一项技术奇迹，它彻底改变了制造业和机械加工的面貌。它能够基于数字化设计，精准高效地执行复杂任务，彻底改变了从航空航天到木工等各个行业。
这些由计算机编程控制的机器，实现了前所未有的精度和可重复性。随着技术的不断进步，数控机床的功能有望进一步扩展，为各行各业复杂高效的生产开辟新的可能。
从本质上讲，数控机床不仅仅是一种工具。它们是现代制造业的基石，能够简化流程并推动精密工程领域的发展。