数控加工：数控机床的定义和类型

什么是数控加工？

CNC代表计算机数字控制。 CNC 加工是一种计算机化制造过程，其中预编程的计算机软件决定工厂工具和机械的运动。

该过程可用于控制一系列复杂的机械，从磨床和车床到铣床和 CNC 路由器。使用CNC加工，只需一组提示即可完成三维切割任务。

CNC 加工控制一系列复杂的机械，例如磨床、车床和车床，所有这些机械都用于切割、成型和创建不同的零件和原型。日复一日，CNC 机械师结合机械设计、技术图纸、数学和计算机编程技能等要素，生产各种金属和塑料零件。

CNC 操作员可以将一块金属制成关键的飞机或汽车零件。

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什么是数控机床？

如上所述，CNC 机器是按照控制器上编程的方式切割或移动材料的机床。切割类型可以从等离子切割到激光切割、铣削、铣削和车床。 CNC 机器甚至可以在装配线上拾取和移动物品。

CNC机器是自动化机器，由执行预编程控制命令序列的计算机操作。 CNC 机器本质上与“老式”设备相反，后者由手轮或杠杆手动控制，或仅由凸轮机械自动化。

今天的现代 CNC 机器使用 CNC 加工语言（称为 G 代码）来理解和运行，该语言告诉他们生产的精确测量值，例如进给率、速度、位置和协调。

今天的 CNC 系统的设计和机械部件是高度自动化的 - 不像你过去想象的旧的、危险的工厂机器。零件的机械尺寸通过计算机辅助设计（CAD）软件定义，然后通过计算机辅助制造（CAM）软件转化为制造指令。

数控机床是如何工作的？

CNC 机器通常具有 CAD 软件程序的一个版本。 CAD 程序或计算机辅助设计是一种软件，可让您绘制您想要切割的东西。绘图是 2D 或 3D，完成后会创建一个代码供 CNC 机器读取。

CNC 机器通过沿轴的坐标工作。基本机器沿一轴或两轴移动，但高级机器和创建 3D 项目的机器将沿三轴移动。机床的工具在移动时遵循数千个坐标、切割和成型。

在数控机床开始其第一项任务之前，会进行试运行。这次试运行被称为切割空气，非常重要，因为任何错误都可能导致机器或零件损坏。

数控机床编程

在 CNC 制造中，机器通过数控操作，其中指定软件程序来控制对象。 CNC 加工背后的语言也称为 G 代码，用于控制相应机器的各种行为，例如速度、进给率和协调。

基本上，CNC 加工可以对机床功能的速度和位置进行预编程，并通过软件以重复、可预测的循环运行它们，所有这些都几乎不需要人工操作员的参与。在 CNC 加工过程中，构思 2D 或 3D CAD 图纸，然后将其转换为计算机代码供 CNC 系统执行。程序输入后，操作人员进行试运行，确保编码不出错。

由于这些能力，该工艺已在制造业的各个角落采用，CNC 制造在金属和塑料生产领域尤为重要。详细了解所使用的加工系统类型以及 CNC 机床编程如何使 CNC 制造完全自动化：

开/闭环加工系统

在 CNC 制造过程中，位置控制是通过开环或闭环系统确定的。对于前者，信号在 CNC 控制器和电机之间单向运行。使用闭环系统，控制器能够接收反馈，这使得纠错成为可能。因此，闭环系统可以纠正速度和位置的不规则性。

在 CNC 加工中，运动通常指向 X 轴和 Y 轴。反过来，该工具通过步进或伺服电机定位和引导，这些电机复制由 G 代码确定的精确运动。如果力和速度最小，则可以通过开环控制运行该过程。对于其他一切，闭环控制是确保工业应用（例如金属制品）所需的速度、一致性和准确性所必需的。

在 CNC 加工中，运动通常沿 X 轴和 Y 轴方向进行

CNC加工是全自动的

在当今的 CNC 协议中，通过预编程软件生产零件大多是自动化的。给定零件的尺寸通过计算机辅助设计 (CAD) 软件设置到位，然后通过计算机辅助制造 (CAM) 软件转换为实际成品。

任何给定的工件都可能需要各种机床，例如钻头和刀具。为了满足这些需求，当今的许多机器将多种不同的功能组合到一个单元中。

或者，一个安装可能由多台机器和一组机械手组成，它们将零件从一个应用程序转移到另一个应用程序，但一切都由同一个程序控制。无论设置如何，CNC 工艺都可以实现零件生产的一致性，即使不是不可能，手动复制也是很困难的。

数控机床的种类

以下是数控机床的类型 ：

• 数控铣床
• CNC 路由器
• 数控等离子切割机
• 数控车床
• 数控激光切割机
• 数控电火花机
• 数控水刀切割机
• 数控磨床
• 数控钻孔机

在接下来的部分中，我将概述每种类型的 CNC 机床。

1.数控铣床

作为最常见的数控机床类型之一，数控铣床使用计算机控制来切割各种材料。铣床可以根据数字和字母翻译特定程序，以不同方式移动主轴。

数控铣床的特点是能够在保持材料工件/块静止的同时旋转切削刀具。您可以加工各种形状，包括端面铣削特征和周边铣削特征。在 CNC 铣床上制造的部件通常为方形或矩形，具有多种特征。

许多轧机使用称为 G 代码的东西，如前所述，它是大多数 CNC 机床认可的标准化编程语言。将工件插入铣床后，计算机接管控制。计算机代码引导和指导主轴和工具的每一个动作和动作，以高精度切割工件并将其转换为设计的定制零件。

数控铣床可以具有多种功能，例如面铣、方肩铣、攻丝、钻孔和车削。大多数 CNC 铣床提供三到六轴配置。与其他工具相比，CNC 铣床非常大，而且可能非常昂贵。一般来说，CNC铣床用于加工硬金属，CNC路由器用于加工较软的材料。

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2.数控路由器

CNC路由器是一种与CNC铣床非常相似的机器，但通常用于加工较软的材料，并且与CNC铣床相比通常精度较低。 CNC路由器比CNC铣床便宜​​得多。这种数控机床可以帮助切割钢、木材、铝、复合材料、塑料和泡沫。

CNC 路由器的特点是能够使用计算机数控来引导主轴和机床路径，以将木材、钢、复合材料、铝、泡沫和塑料等材料切割和成型为所需的设计和形状。 CNC 路由器通过比其他机器更短的时间生产不同的物品来减少浪费并提高生产力。

CNC路由器一般由机械底座、主轴、步进电机、步进驱动器、控制器和电源组成。 CNC 路由器减少浪费，提高生产力和准确性，并更快地生产产品。

大多数路由器可以在所有三个维度上加工给定的材料，非常适合小型项目以及创建原型模型和复杂设计。您还可以找到三轴、四轴、五轴和六轴路由器。

一台高质量的 CNC 路由器可以不到 2,000 美元购买，而即使是入门级 CNC 铣床也要花费超过 10,000 美元。

大多数 CNC 路由器机器能够在所有三个维度上加工工件，并且擅长创建小型项目和原型制作简单和复杂的设计。与 CNC 铣床一样，CNC 路由器可用于从三轴到六轴的各种轴。

3.数控等离子切割机

数控等离子切割机与数控铣床的功能相同，都是切割材料。然而，数控等离子切割机使用等离子炬切割材料，而铣床使用立铣刀或连接在主轴上的铣刀。

数控等离子切割机的主要要求是等离子切割时，要切割的材料或工件必须是导电的。 CNC等离子切割机也用于切割材料。然而，他们使用由计算机控制的强大的等离子（电子电离气体）火炬来执行此过程。

在功能上类似于用于焊接的手持式气动焊枪（最高 10,000 华氏度），等离子焊枪的最高温度可达 50,000 华氏度。等离子炬熔化通过工件以在材料中形成切口。每当使用 CNC 等离子切割时，要切割的材料必须是导电的。典型的材料有钢、不锈钢、铝、黄铜和铜。

精密 CNC 加工在车间环境中提供了广泛的组件生产和精加工能力。根据部署环境、所需材料、交货时间、数量、预算和所需功能，通常有一种最佳方法来实现预期结果。

主要用于造船、汽车制造、化工制造、工业用钢建筑工地等重工业。因此，在数控等离子切割中，工件通常又大又重。一台入门级等离子切割数控机床的成本约为 5000 美元，而最昂贵的机床则要花费数十万美元。

4.数控车床

车床是一种数控机床，设计用于在工件旋转时对其进行切割。数控车床可以使用多种刀具快速进行精确切割。与手动车床相比，这些 CNC 机床在精度方面非常有效。它们的轴数通常比 CNC 铣床少，因此更小、更紧凑。

CNC车床具有类似于CNC铣床的控制，可以读取G代码以及其他专有编程语言。

数控车床和车床以其在加工过程中旋转（车削）材料的能力而著称。这些机器的切削工具与旋转的棒料一起以直线运动进给；去除周边的材料，直到达到所需的直径（和特征）。

CNC 车床和车床可以在零件上创建内部和外部特征：钻孔、孔、拉刀、铰孔、槽、螺纹、锥度和攻丝。轴、螺栓和螺钉是在数控车床上制造的一些部件。

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5.数控激光切割机

这些类型的机器类似于 CNC 等离子机器，唯一的区别是激光主要用于切割并且非常适合切割金属、塑料或硬木。根据材料的密度和强度，可以调整激光的强度。

CNC 激光机有一个带有高度聚焦激光束的尖头路由器，用于精确切割、切割或雕刻材料。激光加热材料并将其熔化或蒸发，从而在材料中形成切口。通常情况下，材料为片材，激光束在材料上来回移动以进行精确切割。

与车床、车削中心、铣刀等传统切削机床相比，该工艺可以产生更广泛的设计，并且通常可以产生不需要额外精加工工艺的切口和/或边缘。

CNC 激光雕刻机通常用于零件标记加工部件。例如，很难将徽标和公司名称合并到 CNC 车削或 CNC 加工零件中。但是，也可以在加工完成后对部件进行激光雕刻。

6.数控电火花机

CNC 放电加工机 (EDM) 使用高度受控的电火花将材料加工成所需的形状。它也可以称为火花腐蚀、模具沉没、火花腐蚀或烧线。

一个组件被放置在电极丝下方，机器被编程为从产生强烈热量（高达 21,000 华氏度）的电线中发出放电。材料被液体熔化或冲走，形成所需的形状或特性。

在这个过程中，材料通过两个电极之间的一系列重复放电从特定工件上去除。这些电极由介电流体隔开，介电流体通常带有电势。在这台机器中，材料被放置在两个电极之间，然后机器计算查看每个电极需要产生多少放电。

EDM 最常用于在组件或工件中创建精确的微孔、槽、锥形或角度特征以及各种其他更复杂的特征。它通常用于很难加工成所需形状或特性的非常坚硬的金属。典型的齿轮就是一个很好的例子。

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7.数控水刀切割机

CNC水刀切割机，顾名思义，就是利用高压水射流切割材料。

通常，当要加工的材料对温度敏感并且可能在高温下熔化（例如塑料和铝）时，会选择 CNC 水射流切割。虽然这些机器可以只用水进行切割，但通常会在水中添加额外的研磨材料，如石榴石（一种矿物）或氧化铝，以提高切割效率。

数控水刀切割机的成本高于类似规格的等离子切割机。但与类似规格的 CNC 激光切割机相比，它的成本更低。 CNC 水刀切割机的一个缺点是它通常比 CNC 等离子切割机和 CNC 激光切割机慢。

8.数控磨床

数控磨床使用研磨工具来平滑和完成加工产品。磨床通常用于对精度要求极高的应用，例如发动机零件的加工。

通常，首先使用 CNC 铣床或车床将产品制成粗糙表面，然后移至 CNC 磨床进行最终精加工。数控磨床有多种类型，例如平面磨床、辊磨床和外圆磨床等。

用于磨削的磨料种类也很多，例如电镀或陶瓷 CBN、金刚石砂轮、氧化铝和陶瓷混合砂轮等。

9.数控钻床

数控钻床通常用于大批量生产。然而，钻床通常有一个多功能加工中心，偶尔混杂，有时扭曲。 CNC钻孔最大的下沉时间是换刀，因此为了速度，必须减少孔径的变化。

钻孔速度最快的机器尺寸包括转塔中的多个主轴，其中预先安装了不同直径的钻头用于钻孔。这种数控机床可以进行铰孔、锪孔和攻丝。

这些是当今使用的最常见的数控机床类型。机器的选择取决于工作类型、所需工作预算的准确性以及完成工作的可用时间。

CNC加工操作的类型

简而言之，CNC加工是一种金属制造方法，其中书面代码控制制造过程中的机械。代码决定了从切割头和零件的运动到主轴速度、RPM 等的一切。CNC 加工服务使用减材制造方法。

所以，我们现在知道数控机床是如何工作的。但并非所有这些机器都用于CNC加工。

稍后我们将仔细研究所有不同类型的 CNC 机床。但在传统意义上，CNC加工只是指这些自动化过程中的一小部分。即铣、车、磨、铣、钻等。

1.数控铣床

这是一种刀具旋转的操作。当铣刀与工件接触时，它会从工件上去除切屑。

铣削操作包括：

• 立铣
• 倒角铣削
• 面铣
• 钻孔、镗孔、攻丝等

这是一种非常通用的制造方法，具有很高的精度和公差。铣削适用于多种材料，而且速度非常快。制造各种复杂零件的能力是一项巨大的资产。

缺点是浪费大，需要多种工具，设备成本高。

2.数控钻孔

钻孔是一种利用多点钻头在工件上形成圆柱孔的加工工艺。

在 CNC 钻孔中，CNC 机床通常以垂直于工件表面平面的方式进给旋转钻头，从而形成直径与钻孔过程中使用的钻头直径相匹配的垂直方向的孔。

然而，也可以使用特殊的机器配置和工件夹具来执行角钻孔操作。钻孔工艺的操作能力包括反钻、锪孔、铰孔和攻丝。

3.数控车削

虽然两者通常只被称为CNC加工，但车削和铣削有显着差异。车削与铣削几乎相反。这意味着工件而不是刀具旋转。

例如，CNC 车削通常用于制造轴。将工具靠在旋转的工件上，以切断金属零件，即切屑或切屑。合适的限值和调整系统可以实现高精度。

可以在圆柱体的外侧或内侧进行车削。后一种操作称为无聊。