提案

NC（數控）

NC是利用數字信號自動控制對象（如機床運動和工作過程）的技術，簡稱數控。

數控技術

數控技術是指用數字、文字和符號來編制程序執行一定的工作過程的自動控制技術。

數控系統

數控系統是指實現數控技術功能的軟件和硬件模塊的有機集成體系，是數控技術的載體。

數控系統（計算機數控系統）

數控系統是指以計算機為核心的數控系統。

數控機

數控機床是指采用計算機數控技術控制加工過程的機床，或裝有計算機數控系統的機床。

NC 定義

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

數控定義

數控是計算機數字控制 (Computer Numerical Control) 的簡稱，是現代制造過程中利用 CAD/CAM 軟件控制機床完成自動化加工的一項自動化技術。配備數控系統的新型機床使工業界能夠穩定地生產出幾年前難以想象的高精度零件。只要程序編寫得當，計算機編程正確，同一個零件可以重復生產多次，且精度始終如一。控制機床的 G 代碼指令能夠自動執行，速度快、精度高、效率高、重復性好。

數控加工是一種計算機化的制造過程，機床連接到計算機，計算機會告訴它移動到哪里。首先，操作員應該創建刀具路徑，操作員使用軟件程序繪制形狀并創建機床將遵循的刀具路徑。

隨著工業領域數控機床應用的日益廣泛，對精通并能夠編寫程序的人員的需求也日益增長，這些程序可以指導機床生產出符合要求形狀和精度的零件。為此，作者編寫了這本教材，旨在揭開數控的神秘面紗——將其邏輯順序清晰地表達出來，并用通俗易懂的語言進行闡述。本書以合乎邏輯的分步流程講解了程序編寫過程，并配有實際示例來指導用戶。

元件

數控技術由床身、系統、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。

數控系統由輸入/輸出設備、計算機數控裝置、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，其中裝置是數控系統的核心。

外圍技術主要包括工具技術（工具系統）、編程技術、管理技術。

術語庫

數控：計算機數控。

G代碼：一種通用數控 (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。在連續或步進模式下切換按鈕時，主軸自動移動到下一個網格位置。

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。“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）。

常規切割：刀具逆著進給方向旋轉。產生的顫動很小，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行所有切割。X、Y 和 Z 軸均設置為零。

LCD：液晶顯示屏（用于控制器）。

U盤：插入USB接口的外部數據存儲設備。

功能

高精度

數控機床是由精密機械和自動控制系統組成的高度集成的機電一體化產品，具有較高的定位精度和重復定位精度，傳動系統和結構具有較高的剛性和穩定性，可以減少誤差。因此，數控機床具有較高的加工精度，特別是同批次零件制造的一致性好，產品質量穩定，合格率高，這是普通機床無法比擬的。

高效能

數控機床可以采用更大的切削用量，有效節省加工時間。數控機床還具備自動變速、自動換刀等自動化操作功能，大大縮短了輔助時間，而且一旦形成穩定的加工工藝，無需進行工序間的檢驗和測量。因此，數控加工的生產率比普通機床高3-4倍，甚至更高。

高適應性

數控機床根據加工零件的程序進行自動加工，當加工對象發生變化時，只要改變程序即可，無須使用母模、樣板等專用工藝設備，有利于縮短生產準備周期，促進產品更新換代。

高機械加工性

有些由復雜曲線、曲面構成的機械零件，用常規工藝和手工操作很難甚至不可能加工完成，而采用多坐標軸聯動的數控機床則可以輕松實現。

經濟價值高

數控加工中心大多采用工序集中，一機多用，在一次裝夾的情況下，即可加工大部分零件，可以替代多臺普通機床，不僅可以減少裝夾誤差，節省工序間運輸、測量、裝夾的輔助時間，而且可以減少機床種類，節省空間，帶來更高的經濟效益。

贊成＆反對

優點

安全

數控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的運行情況，但無需靠近銑刀或主軸。操作員也無需接觸冷卻液。根據材料的不同，某些液體可能對人體皮膚有害。

節省勞動力成本

如今，傳統機床需要持續關注。這意味著每個工人只能操作一臺機床。數控時代到來后，情況發生了巨大變化。大多數零件每次安裝加工至少需要30分鐘。但數控機床可以自行切削零件，無需任何操作。刀具自動移動，操作員只需檢查程序或設置中的錯誤即可。即便如此，數控操作員也發現他們擁有了大量的空閑時間。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。這意味著可以節省人力。

最小設定誤差

傳統機床依賴于操作員對測量工具的熟練掌握，優秀的工人才能確保零件的高精度裝配。許多數控系統使用專門的坐標測量測頭。它通常作為工具安裝在主軸上，用測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。

卓越的機器狀態監控

操作員必須識別加工故障和切削刀具，而他的決策可能并非最佳。現代數控加工中心配備了各種傳感器。您可以在加工工件時監控扭矩、溫度、刀具壽命和其他因素。基于這些信息，您可以實時優化工藝。例如，您會發現溫度過高。較高的溫度意味著刀具磨損、金屬性能不佳等。您可以降低進給或增加冷卻液壓力來解決這個問題。盡管許多人認為機械加工是當今最廣泛的制造方法。每個行業都會在一定程度上使用機械加工。

穩定的精度

有什么比經過驗證的計算機程序更穩定呢？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

傳統加工不可避免地會涉及一些測試零件。工人必須熟悉這項技術，在加工第一個零件和測試新技術時，他肯定會遺漏一些東西。數控系統可以避免測試運行。它們采用可視化系統，使操作員能夠實際看到所有刀具通過后的狀態。

輕松加工復雜曲面

傳統加工幾乎不可能實現高精度的復雜曲面加工，這需要大量的體力勞動。CAM系統可以自動生成任何曲面的刀具路徑，無需您付出任何努力。這是現代數控加工技術的最大優勢之一。

減少材料浪費

數控程序利用算法優化零件結構，結合自動排樣軟件，去除多余材料，實現輕量化設計，最大程度減少材料浪費。

更高的靈活性

傳統方法是用銑床加工凹槽或平面，用車床加工圓柱和錐度，用鉆床加工孔。數控加工可以將上述所有功能集成到一臺機床上。由于刀具軌跡可以編程，因此可以在任何機床上復制任何運動。因此，我們有可以加工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裝夾工作。

缺點

? 機器操作員和維護人員需要具備豐富的知識和技能。

? 開展數控加工業務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效率。

應用

從世界數控技術與裝備應用情況來看，其主要應用領域如下：

制造業

機械制造業是最早應用數控技術的行業，擔負著為國民經濟各行業提供先進裝備的重任。主要應用有現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、汽車工業的發動機、變速箱、曲軸柔性生產線、高速加工中心的開發與制造，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、發電工業加工螺旋槳、發動機、發電機、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。

信息產業

在信息產業中，從計算機到網絡、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控技術。

醫療器械行業

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

軍事裝備

現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

在輕工業領域，印刷機械、紡織機械、包裝機械和木工機械等都采用了多軸伺服控制。在建材行業，有用于石材加工的數控水刀切割機、用于玻璃加工的數控玻璃雕刻機、用于席夢思加工的數控縫紉機以及用于服裝加工的數控繡花機。在藝術行業，越來越多的工藝品和藝術品將采用高性能五軸數控機床進行生產。

數控技術的應用不僅給傳統制造業帶來了革命性的變化，使制造業成為工業化的象征，而且隨著數控技術的不斷發展和應用領域的擴大，在國計民生（如IT、汽車）、輕工、醫療等行業發揮著越來越重要的作用，因為這些行業所需設備的數字化已經成為現代制造業的一大趨勢。

趨勢

高速/高精度

高速、精密是機床發展的永恒目標。隨著科學技術的飛速發展，機電產品更新換代的速度加快，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、精密發展創造了條件。數控機床采用電主軸，省去了皮帶、帶輪、齒輪等環節，大大降低了主傳動的轉動慣量，提高了主軸的動態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節，消除了傳動間隙（包括反向間隙），運動慣性小，系統剛性好，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，發熱量可以忽略不計，具有非常好的熱穩定性，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

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

數控機械設計采用CAD，結構設計采用模塊化

隨著計算機應用的普及和軟件技術的發展，CAD技術得到了廣泛的發展。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特性分析、計算、預測和優化設計，并能對整機各工作部件進行動態仿真。在模塊化的基礎上，在設計階段就可以看到產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，縮短產品開發設計周期。

功能性復合

功能復合的目的是為了進一步提高機床的生產效率，最大限度地減少非加工輔助時間。通過功能復合，可以擴大機床的使用范圍，提高效率，實現一機多用、一機多能，即一臺數控機床既可以實現車削功能，又可以實現銑削加工，還可以在機床上進行磨削加工。數控車銑復合加工中心可同時進行X、Z軸、C、Y軸的加工，通過C軸和Y軸可以實現平面銑削以及偏置孔、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，可通過數控系統直接實現主、副主軸的轉速同步。機床工件一次裝夾即可完成所有加工，大大提高了效率。

智能化、網絡化、柔性化、集成化

21世紀的數控裝備將是具有一定智能化的系統。智能化的內容涵蓋了數控系統的各個方面：為了追求加工效率和加工質量方面的智能化，如加工過程的自適應控制，工藝參數的自動生成；為了提高驅動性能，采用聯動智能，如前饋控制、電機參數自適應運算、負載自動辨識、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、智能監控等方面，以方便系統的診斷和維護。網絡化數控裝備是近年來機床發展的熱點。數控裝備的網絡化將極大地滿足生產線、制造系統和制造企業對信息集成的需求，也是實現敏捷制造、虛擬企業、全球制造等新型制造模式的基本單元。數控機床向柔性自動化系統的發展趨勢是：由點（單機、加工中心和復合加工中心）、線（FMC、FMS、FTL、FML）向面（車間獨立制造島，FA）、體（CIMS、分布式網絡化集成制造系統）發展，另一方面注重實用性和經濟性方向發展。柔性自動化技術是制造業適應動態市場需求、快速更新產品的主要手段，其重點以提高系統的可靠性和實用性為前提，以易于聯網和集成為目標，并注重加強單元技術的開發和改進。數控單機正朝著高精度、高速度、高柔性的方向發展。數控機床及其組成的柔性制造系統可以方便地與CAD、CAM、CAPP和MTS等系統連接，并向信息集成方向發展。網絡系統正朝著開放性、集成化和智能化的方向發展。

結語

簡而言之，數控技術在我們的工作和日常生活中無處不在，從小型作坊到大型制造工廠，無所不能。數控機床能夠完成各種任務，從雕刻切割個性化木制工藝品到車削銑削精密金屬零件。從DIY愛好者到工業制造商，每個人都對數控機床充滿需求。數控機床能夠提高生產力，同時節省人工和材料成本，使其成為創業或升級老舊生產線的理想合作伙伴。