数控雕刻机初学者指南

引言

数控雕刻机是一种数控机床套件其刀具路径可通过计算机数控进行控制。它是一种计算机控制的机器，用于切割各种硬质材料，如木材、复合材料、铝、钢、塑料和泡沫。它是具有数控变体的多种工具之一。数控雕刻机在概念上与数控铣床.

数控雕刻机有多种配置，从小型家用“台式”数控雕刻机到船舶制造设施中使用的大型“龙门式”数控雕刻机。虽然配置多种多样，但大多数数控雕刻机都有一些特定部件：专用数控控制器、一个或多个主轴电机、交流逆变器和工作台。

数控雕刻机通常有三轴和五轴数控格式。

数控雕刻机由计算机运行。坐标通过单独的程序上传到机器控制器。数控雕刻机所有者通常有 2 个软件应用程序 - 一个程序用于制作设计 (CAD)，另一个程序用于将这些设计转换为机器指令程序 (CAM)。与数控铣床一样，数控雕刻机可以通过手动编程直接控制，但 CAD/CAM 为轮廓加工开辟了更广泛的可能性，加快了编程过程，在某些情况下还可以创建手动编程即使不是真正不可能，也肯定在商业上不切实际的程序。

数控雕刻机在执行相同、重复的工作时非常有用。数控雕刻机通常可产生一致且高质量的工作并提高工厂生产力。

数控雕刻机可以减少浪费、错误频率以及成品进入市场的时间。

数控雕刻机为制造过程提供了更大的灵活性。它可用于生产许多不同的物品，例如门雕、室内外装饰、木板、招牌、木框、模具、乐器、家具等。此外，数控雕刻机通过自动化修整过程使塑料的热成型更容易。数控雕刻机有助于确保零件的可重复性和足够的工厂产量。

数控

当今所知的数控技术出现于 20 世纪中叶。它可以追溯到 1952 年，当时美国空军以约翰·帕森斯和美国马萨诸塞州剑桥市麻省理工学院的名字命名。直到 1960 世纪 1972 年代初，它才应用于生产制造。真正的繁荣始于数控，大约在年，十年后，随着价格实惠的微型计算机的推出。这项迷人技术的历史和发展已在许多出版物中得到充分记录。

在制造领域，特别是在金属加工领域，数控技术已经引发了革命。即使在计算机成为每家公司和许多家庭的标准设备之前，配备数控系统的机床也在机械车间占有一席之地。微电子技术的最新发展和永不停歇的计算机发展，包括其对数控的影响，已经给整个制造业，特别是金属加工行业带来了重大变化。

数控定义

多年来，各种出版物和文章中都使用了许多描述来定义数控是什么。许多定义都具有相同的想法、相同的基本概念，只是使用不同的措辞。

所有已知的定义大多数都可以归纳为相对简单的陈述：

数控可以定义为通过向机器控制系统发送特定编码指令来操作机床。

指令是字母、数字和选定符号（例如小数点、百分号或括号符号）的组合。所有指令都按逻辑顺序和预定格式编写。加工零件所需的所有指令的集合称为 NC 程序、数控程序或零件程序。此类程序可以存储以备将来使用，并可随时重复使用以实现相同的加工结果。

数控技术

严格遵守术语，缩写 NC 和数控的含义有所不同。NC 代表原始的数控技术，而缩写数控代表较新的计算机数控技术，这是其较老的相对技术的现代衍生品。然而，在实践中，数控是首选缩写。为了阐明每个术语的正确用法，请查看 NC 和数控系统之间的主要区别。

两种系统执行相同的任务，即为了加工零件而操纵数据。在这两种情况下，控制系统的内部设计都包含处理数据的逻辑指令。相似之处到此结束。

NC 系统（与数控系统相反）使用固定逻辑功能，即内置且永久连接在控制单元内的逻辑功能。程序员或机器操作员无法更改这些功能。由于控制逻辑的固定编写，NC 控制系统可以解释零件程序，但不允许在控制之外（通常是在办公室环境中）进行任何更改。此外，NC 系统要求强制使用穿孔带来输入程序信息。

现代数控系统（而不是旧式 NC 系统）使用内部微处理器（即计算机）。该计算机包含内存寄存器，用于存储各种能够操纵逻辑功能的例程。这意味着零件程序员或机器操作员可以更改控制程序本身（在机器上），并立即获得结果。这种灵活性是数控系统的最大优势，也可能是该技术在现代制造业中得到广泛应用的关键因素。数控程序和逻辑功能作为软件指令存储在特殊的计算机芯片上。而不是由控制逻辑功能的硬件连接（如电线）使用。与 NC 系统相比，数控系统与术语“软连线”同义。

在描述与数控技术相关的特定主题时，通常使用术语 NC 或数控。请记住，NC 在日常用语中也可以表示数控，但数控绝不能指代此处以 NC 缩写描述的订购技术。字母“C”代表计算机化，不适用于硬接线系统。当今制造的所有控制系统均采用数控设计。诸如 C&C 或 C'n'C 之类的缩写是不正确的，并且会给使用它们的任何人带来不良影响。

术语

绝对零度

这是指所有轴位于传感器可以物理检测到的点时的位置。执行归零命令后通常会到达绝对零位。

轴

物体围绕其平移或旋转的固定参考线。

滚珠丝杠

滚珠丝杠是一种将旋转运动转换为线性运动的机械装置。它由在精密螺纹丝杠中运转的循环滚珠轴承螺母组成。

CAD

计算机辅助设计（CAD）是使用各种基于计算机的工具来协助工程师、建筑师和其他设计专业人员进行设计活动。

CAM

计算机辅助制造 (CAM) 是使用各种基于计算机的软件工具来协助工程师和数控机械师制造或制作产品组件的原型。

数控

数控的缩写代表计算机数控，具体指读取 G 代码指令并驱动机床的计算机“控制器”。

控制器

控制系统是管理、命令、指导或调节其他设备或系统行为的设备或一组设备。

开口

这是刀具最低部分与机床工作台表面之间的距离。最大距离是指从工作台到刀具可以达到的最高点的距离。

钻头库

这些钻头也称为多钻头，是通常以 32 毫米为增量间隔排列的钻头组。

进给速度

或者切削速度是切削刀具与其操作的零件表面之间的速度差。

夹具偏移

该值代表给定夹具的参考零点。它对应于绝对零点和夹具零点之间所有轴的距离。

G代码

G 代码是控制 NC 和数控机床的编程语言的通用名称。

首页

这是编程的参考点，也称为 0,0,0，表示为绝对机器零点或夹具偏移零点。

线性和圆形插值是一种从一组离散的已知数据点构建新数据点的方法。换句话说，这是程序在仅知道中心点和半径的情况下计算整圆的切割路径的方式。

机器首页

这是机器上所有轴的默认位置。执行归位命令时，所有驱动器都会朝其默认位置移动，直到到达指示它们停止的开关或传感器。

嵌套

它指的是从板材高效地制造零件的过程。嵌套软件使用复杂的算法来确定如何布置零件以最大限度地利用可用库存。

抵销

它指的是来自 CAM 软件测量的中心线距离。

搭载工具

这是指安装在主轴旁边的气动工具。

后处理器

对数据进行最终处理的软件，例如格式化数据以供显示、打印或加工。

计划零

这是程序中指定的参考点 0,0。在大多数情况下，它与机器零点不同。

齿条和小齿轮

齿条和小齿轮是一对将旋转运动转换为线性运动的齿轮。

主轴

主轴是装有工具夹持装置的高频电机。

废板

它也被称为牺牲板，它是用作被切割材料的基础的材料。它可以由许多不同的材料制成，其中中密度纤维板和刨花板是最常见的。

刀具加载

这是指的是工具切割材料时施加的压力。

工具速度

它也被称为主轴转速，这是机器主轴的旋转频率，以每分钟转数（RPM）为单位。

工装

令人惊讶的是，工具通常是数控设备中最不为人所了解的方面。鉴于它是对切割质量和切割速度影响最大的因素，操作员应该花更多时间来探索这一主题。

切削工具通常有 3 种不同的材质：高速钢、硬质合金和金刚石。

高速钢 (HSS)

高速钢是这三种材料中最锋利的，也是最便宜的，然而它的磨损也最快，所以只能用于非研磨性材料。它需要经常更换和磨砺，因此它主要用于操作员需要在内部切割定制轮廓以完成特殊工作的情况。

整体硬质合金

硬质合金刀具有不同的形式：硬质合金刀头、硬质合金刀片和整体硬质合金刀具。请记住，并非所有的硬质合金都是相同的，因为这些刀具制造商的晶体结构差异很大。因此，这些刀具对热量、振动、冲击和切削负荷的反应不同。通常，低成本的通用硬质合金刀具的磨损和碎裂速度比高价位的名牌刀具更快。

碳化硅晶体嵌入钴粘合剂中形成刀具。当刀具受热时，钴粘合剂失去保持碳化物晶体的能力，刀具变钝。同时，缺失碳化物留下的空洞会被切割材料中的污染物填满，从而加剧钝化过程。

金刚石工具

近几年来，这类工具的价格有所下降。其出色的耐磨性使其成为切割高压层压板或中密度纤维板等材料的理想选择。有人声称它的使用寿命比硬质合金高出 100 倍。如果金刚石尖头工具碰到嵌入的钉子或硬结，则容易碎裂或破裂。一些制造商使用金刚石工具对磨料进行粗切割，然后在精加工工作中改用硬质合金或插入式工具。

刀具几何形状

柄

刀柄是刀具上被刀架夹持的部分。它是刀具上没有加工痕迹的部分。刀柄必须保持无污染、无氧化和无划痕。

切割直径

这是工具将产生的切口的直径或宽度。

切割长度

这是刀具的有效切削深度或刀具能够切入材料的深度。

长笛

这是工具的一部分，用于将切割的材料钻出。刀具上的槽数对于确定切屑负荷很重要。

刀具轮廓

这一类别的工具有很多种。主要考虑的是上切螺旋和下切螺旋、压缩螺旋、

粗铣刀、精铣刀、低螺旋和直铣刀。所有这些刀具均由一至四个刃口组合而成。

上切螺旋将导致切屑从切口向上飞出。这在进行盲切或垂直向下钻孔时非常有用。然而，这种刀具几何形状会促进提升并倾向于撕裂被切割材料的顶部边缘。

下切螺旋刀具将把切屑向下推入切口，这往往会改善零件的保持力，但在某些情况下会导致堵塞和过热。这种刀具还会撕裂被切割材料的底部边缘。

上切和下切螺旋刀具均带有粗加工、断屑槽或精加工刃口。

压缩螺旋是上切槽和下切槽的组合。

压缩工具将碎片从边缘推向材料的中心，用于切割双面层压板或当边缘撕裂成为问题时使用。

当切割较软的材料（例如塑料和泡沫）时，焊接和切屑排出至关重要，因此使用低螺旋或高螺旋螺旋钻头。

芯片负载

延长刀具寿命的最重要因素是消散刀具吸收的热量。最快的方法是切割更多的材料，而不是放慢速度。切屑比灰尘更能从刀具中吸收热量。此外，刀具与材料的摩擦也会产生摩擦，从而产生热量。

在延长刀具寿命的过程中要考虑的另一个因素是保持刀具、夹头和刀架清洁，无沉积物或腐蚀，从而减少由刀具不平衡引起的振动。

刀具每个齿去除的材料厚度称为切屑负荷。

切屑负荷计算公式如下：

切屑负荷 = 进给率 / RPM / 刃数

当切屑负荷增加时，刀具寿命会增加，同时缩短循环时间。此外，各种切屑负荷都将实现良好的边缘光洁度。最好参考刀具制造商的切屑负荷图表来找到最佳使用数值。建议的切屑负荷通常在 0.003" 到 0.03" 或 0.07 mm 到 0.7 mm 之间。

配件

标签打印

这是一种在行业中越来越流行的选择，特别是因为数控机器越来越融入整个业务模式。控制器可以连接到销售或调度软件，零件加工完成后会打印零件标签。一些供应商使用标签来识别剩余材料，以便将来轻松检索。

光学读取器

它们也可以称为条形码扫描器，可以集成到控制器中，这样只需扫描工作计划表上的条形码即可调用程序。此选项通过自动执行程序加载过程节省了宝贵的时间。

探头

这些测量设备形式多样，功能各异。有些探头仅测量表面 h8，以确保在 h8 敏感应用中正确对准。其他探头可以自动扫描三维物体的表面以供日后复制。

刀具长度传感器

刀具长度传感器的作用类似于探针，可测量刀具末端与工作空间表面之间的距离，并将该数字输入到控制器的刀具参数中。这一小小附加功能可使操作员免于每次更换刀具时所需的冗长过程。

激光投影仪

这些设备首次出现在家具行业的数控皮革切割机中。安装在数控工作台上方的激光投影仪投射即将切割的部件的图像。这大大简化了将坯料定位在工作台上的过程，从而避免了缺陷和其他问题。

乙烯基切刀

乙烯基刀附件在标牌行业中很常见。这是一种可以连接到主轴或侧面的刀具，带有一个可自由旋转的刀，刀的压力可以通过旋钮调节。该附件允许用户将数控雕刻机变成绘图仪，以制作用于喷砂的乙烯基面罩或用于卡车和标牌的乙烯基字母和徽标。

冷却液分配器

冷风枪或切削液喷雾器与木工铣刀一起使用，用于切割铝或其他有色金属。这些附件在切削工具附近喷射冷风或切削液雾，以确保切削工具在工作时保持冷却。

雕刻机

雕刻机安装在主轴上，由一个浮动头组成，浮动头上装有一把直径较小的雕刻刀，雕刻刀的转速在 20,000 到 40,000 RPM 之间。浮动头确保即使材料厚度发生变化，雕刻深度也将保持不变。这种选择在标牌制作行业最为常见，尽管奖杯制造商、琴师和木制品店也将其用于镶嵌细工。

旋转轴

沿 x 轴或 y 轴设置的旋转轴可将雕刻机变成数控车床。其中一些旋转轴只是旋转主轴，而另一些则是可转位的，这意味着它们可用于雕刻复杂的零件。

浮动刀头

浮动刀头将使刀具与被切割材料的顶面保持特定的 h8 距离。当在零件的顶面上切割特征时，这一点很重要，因为零件的顶面可能不是平整的。一个例子是在餐桌顶部切割 V 形槽。

等离子切割机

等离子切割机是一些机器的附加装置，允许用户切割不同厚度的金属板零件。

聚合工具

聚合工具可以完成直切割机无法完成的许多操作。

传统和数控加工

数控加工优于传统方法的原因是什么？它真的有优势吗？主要优势在哪里？如果将数控和传统加工工艺进行比较，就会发现一种加工零件的通用方法：

1. 获取并研究图纸

2.选择最合适的加工方法

3. 确定设置方法（工件保持）

4. 选择切削刀具

5. 确定速度和进给

6. 加工零件

两种加工方式的基本方法相同。主要区别在于输入各种数据的方式。手动进给速度为 10 英寸/分钟 (10 in/min)

或数控应用，但应用方法不同。冷却液也一样——可以通过转动旋钮、按下开关或编写特殊代码来激活冷却液。所有这些动作都会导致冷却液从喷嘴中喷出。在这两种加工中，用户都需要具备一定的知识。毕竟，金属加工，特别是金属切割，主要是一种技能，但在很大程度上，它也是一门艺术，也是许多人的职业。计算机数控的应用也是如此。与任何技能、艺术或职业一样，掌握它的每一个细节是成功的必要条件。成为数控机械师或数控程序员需要的不仅仅是技术知识。工作经验、直觉以及有时被称为“直觉”的东西是任何技能的必要补充。

在传统加工中，机器操作员用一只手或两只手设置机器并移动每个切削刀具，以生产所需的零件。手动机床的设计提供了许多有助于加工零件过程的功能，例如杠杆、手柄、齿轮和刻度盘等。操作员对批次中的每个零件重复相同的身体动作。但是，在这种情况下，“相同”一词实际上意味着“相似”而不是“相同”。人类无法始终完全相同地重复每个过程 - 这是机器的工作。人们不可能一直以相同的性能水平工作，而无需休息。我们每个人都有好的时候和坏的时候。当将这些时刻的结果应用于加工零件时，很难预测。每批零件中都会存在一些差异和不一致。零件并不总是完全相同。保持尺寸公差和表面光洁度质量是传统加工中最典型的问题。个别机械师可能有他们的同事。这些因素和其他因素的结合造成了大量不一致性。

数控加工消除了大多数不一致性。它不需要与机械加工相同的物理参与。在数字上

受控加工不需要任何杠杆、刻度盘或手柄，至少与传统加工不同。零件程序一旦得到验证，就可以多次使用，始终返回一致的结果。这并不意味着没有限制因素。切削刀具确实会磨损，一批材料毛坯与另一批材料毛坯不相同，设置可能会有所不同，等等。在必要时，应考虑并补偿这些因素。

数控技术的出现并不意味着所有手动机器的瞬间甚至长期消亡。有时传统的加工方法比计算机化方法更可取。例如，简单的一次性工作在手动机器上可能比在数控机器上更有效地完成。某些类型的加工工作将受益于手动或半自动加工，而不是数控加工。数控机床并非旨在取代每台手动机器，而只是对它们进行补充。

在许多情况下，决定是否在数控机器上进行某些加工取决于所需零件的数量，而不是其他因素。虽然批量加工的零件数量始终是重要标准，但它绝不是唯一因素。

还应考虑零件的复杂性、公差、所需的表面光洁度质量等。通常，单个复杂零件将从数控加工中受益，而五十个相对简单的零件则不会。

请记住，数控从未单独加工过任何零件。数控只是一种过程或方法，可使机床以高效、准确和一致的方式使用。

数控优势

数控的主要优点有哪些？

重要的是要知道哪些加工领域会从中受益，哪些领域更适合用传统方式完成。认为一台 2 马力的数控铣床将胜过目前在功率高出二十倍的手动铣床上完成的工作，这是荒谬的。同样不合理的是期望切削速度和进给率比传统机器有大幅提高。如果加工和工具条件相同，两种情况下的切削时间将非常接近。

数控用户可以且应该期待改进的一些主要领域：

1. 减少设置时间

2. 缩短交货时间

3. 准确性和重复性

4. 复杂形状的轮廓

5. 简化工具和工件夹持

6. 一致的切割时间

7. 总体生产效率提高

每个领域都只提供潜在的改进。单个用户将体验到不同程度的实际改进，具体取决于现场生产的产品、使用的数控机器、设置方法、夹具的复杂性、切削刀具的质量、管理理念和工程设计、劳动力的经验水平、个人态度等。

减少设置时间

在许多情况下，数控机床的设置时间可以减少，有时可以大大减少。重要的是要意识到设置是手动操作，很大程度上取决于数控操作员的表现、夹具类型和机加车间的一般做法。设置时间效率不高，但却是必要的——它是经营业务的间接成本的一部分。将设置时间保持在最低限度应该是任何机加车间主管、程序员和操作员的主要考虑因素之一。

由于数控机器的设计，设置时间不应成为主要问题。模块化夹具、标准工具、固定定位器、自动换刀、托盘和其他先进功能使设置时间比传统机器的同类设置更高效。如果对现代制造业有充分的了解，生产力可以显著提高。

为了评估设置时间的成本，一次设置下加工的零件数量也很重要。如果一次设置中加工大量零件，则每个零件的设置成本可能非常低。将几个不同的操作分组到一个设置中也可以实现非常类似的减少。即使设置时间较长，与设置几台传统机器所需的时间相比，这也是合理的。

缩短交货时间

一旦编写并验证了零件程序，它就可以在将来再次使用，即使是在很短的时间内。虽然第一次运行的准备时间通常较长，但任何后续运行的准备时间几乎为零。即使零件设计的工程变更需要修改程序，通常也可以快速完成，从而缩短准备时间。

设计和制造传统机器的几种特殊夹具所需的较长的准备时间，通常可以通过准备零件程序和使用简化的夹具来减少。

准确性和重复性

现代数控机器的高精确度和可重复性一直是许多用户的主要优势。无论零件程序是存储在磁盘、计算机内存中，还是存储在磁带上（原始方法），它始终保持不变。任何程序都可以随意更改，但一旦经过验证，通常就不再需要更改。给定的程序可以根据需要重复使用多次，而不会丢失其中包含的任何数据。确实，程序必须遵循诸如刀具磨损和工作温度等可变因素，必须安全存储，但通常几乎不需要数控程序员或操作员的干预，数控机器的高精确度和可重复性使得能够一次又一次地一致地生产出高质量的零件。

复杂形状的轮廓

数控车床和加工中心能够加工各种形状的轮廓。许多数控用户购买机器只是为了能够处理复杂的零件。飞机和汽车行业的数控应用就是很好的例子。对于任何 3 维刀具路径生成来说，使用某种形式的计算机编程几乎是必需的。

无需额外花费制作模型进行描模，即可制造复杂形状（如模具）。只需按下按钮、模板、木制模型和其他制模工具，即可实现镜像零件。

简化工具和工件夹持

使用专门为数控应用设计的标准工具，无法消除传统机器周围的工作台和抽屉中堆积的标准和自制工具。多阶梯工具（如导向钻、阶梯钻、组合工具、沉头钻等）被几个单独的标准工具取代。这些工具通常比特殊和非标准工具更便宜，也更容易更换。削减成本的措施迫使许多工具供应商保持低价甚至不存在。标准的现成工具通常比非标准工具更容易获得。

数控机床的夹具和工件固定只有一个主要目的 - 将零件牢固地固定在同一批次内所有零件的相同位置。为数控工作设计的夹具通常不需要夹具、导向孔和其他孔定位辅助工具。

提高切削时间和生产率

数控机床上的切削时间通常称为循环时间，并且始终保持一致。与传统加工不同，传统加工中操作员的技能、经验和个人疲劳度会发生变化，而数控加工则由计算机控制。少量的手动工作仅限于设置和装载和卸载零件。对于大批量生产，非生产时间的高成本分散在许多零件上，因此不那么重要。一致的切削时间的主要好处是用于重复性作业，其中可以非常准确地进行生产调度和将工作分配到各个机床。

公司经常购买数控机器的主要原因是纯粹的经济效益——这是一项重大投资。此外，拥有竞争优势始终是每个工厂经理的首要考虑。数控技术提供了实现制造生产率显著提高和制造零件整体质量的绝佳手段。与任何手段一样，必须明智而熟练地使用它。当越来越多的公司使用数控技术时，仅仅拥有数控机器已不再能提供额外的优势。那些懂得有效使用技术并加以实践以在全球经济中保持竞争力的公司才能取得进步。

为了实现大幅提高生产率的目标，用户必须了解数控技术所基于的基本原理。这些原理有多种形式，例如，了解电子电路、复杂梯形图、计算机逻辑、计量学、机器设计、机器原理和实践等等。负责人必须学习和掌握每一项。本手册的重点是与数控编程直接相关的主题，以及了解最常见的数控机床、加工中心和车床（有时也称为车削中心）。零件质量考虑对每个程序员和机床操作员来说都应该非常重要，这一目标也反映在手册方法以及众多示例中。

数控机床的类型

不同类型的数控机床种类繁多。随着技术的发展，它们的数量正在迅速增加。不可能确定所有的应用；它们会列出一个很长的清单。以下是数控机床可以归类为以下类别的简要列表：

1. 铣床和加工中心

2. 车床和车削中心

3. 钻孔机

4. 镗铣床和刨床

5. 电火花加工机床

6.冲床和剪床

7.火焰切割机

8。雕刻机

9. 水射流和激光轮廓仪

10.外圆磨床

11. 焊接机

12.弯管机、绕线机、旋压机等。

数控加工中心和车床在工业设备数量中占主导地位。这两组设备几乎平分市场。某些行业可能根据其需求对某一组机器有更高的需求。必须记住，车床有很多种，加工中心也有很多种。但是，立式机床的编程过程与卧式机床或简单的数控铣床的编程过程类似。即使在不同的机床组之间，也存在大量的通用应用，编程过程通常相同。例如，用立铣刀铣削的轮廓与用线切割的轮廓有很多共同之处。

铣床和加工中心

铣床的标准轴数为 3 个，即 X、Y 和 Z 轴。铣削系统上设置的部分是所有切削刀具旋转，它可以上下移动（或进出），但它并不物理地跟随刀具路径。

数控铣床（有时称为数控铣床）通常是小型、简单的机器，没有换刀器或其他自动功能。它们的额定功率通常很低。在工业中，它们用于工具室工作、维护目的或小部件生产。与数控钻头不同，它们通常设计用于轮廓加工。

数控加工中心比钻头和铣床更受欢迎，效率更高，主要是因为它们的灵活性。用户从数控加工中心获得的主要好处是能够分组

可以将多种不同的操作整合到一个设置中。例如，可以将钻孔、镗孔、锪孔、攻丝、锪孔和轮廓铣削整合到一个数控程序中。此外，通过使用托盘自动更换刀具以最大限度地减少空闲时间、索引到零件的另一侧、使用附加轴的旋转运动以及许多其他功能，可以增强灵活性，数控加工中心可以配备特殊软件来控制速度和进给、切削刀具的寿命、自动在线测量和偏移调整以及其他提高生产效率和节省时间的设备。

典型的数控加工中心有两种基本设计。即立式加工中心和卧式加工中心。这两种类型之间的主要区别在于它们可以高效完成的工作性质。对于立式数控加工中心，最适合的工作类型是平面零件，要么安装在工作台上的夹具上，要么借助虎钳或卡盘。需要在单个设置中加工 2 个或更多面的工作更适合在数控卧式加工中心上完成。一个很好的例子是泵壳和其他立方体形状。一些小零件的多面加工也可以在配备旋转工作台的数控立式加工中心上完成。

两种设计的编程过程相同，但水平设计增加了一个附加轴（通常是 B 轴）。该轴要么是工作台的简单定位轴（分度轴），要么是用于同时进行轮廓加工的全旋转轴。

本手册主要介绍数控立式加工中心的应用，其中有一节专门介绍卧式设置和加工。编程方法也适用于小型数控铣床或钻孔机和/或攻丝机，但程序员必须考虑它们的局限性。

车床和车削中心

数控车床通常是一种具有 2 个轴（垂直 X 轴和水平 Z 轴）的机床。车床与铣床的主要区别在于，车床的零件围绕机床中心线旋转。此外，切削刀具通常是固定的，安装在滑动转塔中。切削刀具沿着编程的刀具路径轮廓移动。对于带有铣削附件（即所谓的动力刀具）的数控车床，铣削刀具有自己的电机，在主轴静止时旋转。

现代车床设计可为卧式或立式。卧式比立式更为常见，但两种设计均存在于任一组。例如，卧式组的典型数控车床可设计为平床身或斜床身，为棒料型、卡盘型或通用型。除了这些组合或添加许多附件外，数控车床还成为一种极其灵活的机床。通常，尾座、稳定架或随动架、零件接料器、拉出手指甚至第三轴铣削附件等附件都是数控车床的常用组件。数控车床用途广泛，事实上它通常被称为数控车削中心。本手册中的所有文本和程序示例均使用更传统的术语“数控车床”，但仍可识别其所有现代功能。

数控人员

计算机和机床没有智能。它们无法思考，无法以理性的方式评估一个工位。只有具备某些技能和知识的人才能做到这一点。在数控领域，技能通常掌握在两个关键人物手中，一个负责编程，另一个负责加工。他们各自的人数和职责通常取决于公司的偏好、规模以及在那里生产的产品。然而，每个职位都是截然不同的，尽管许多公司将这两个职能合二为一，通常称为数控程序员/操作员。

CNC程序员

数控程序员通常是数控机加车间中责任最大的人。此人通常负责工厂中数控技术的成功。同样，此人还负责与数控操作相关的问题。

尽管职责各异，但程序员还负责与有效使用数控机器相关的各种任务。事实上，此人通常负责所有数控操作的生产和质量。

许多数控程序员都是经验丰富的机械师，他们拥有实际的动手操作机床的经验，他们知道如何阅读技术图纸，并能理解设计背后的工程意图。这种实践经验是能够在办公室环境中“加工”零件的基础。优秀的数控程序员必须能够直观地看到所有工具运动并识别可能涉及的所有限制因素。程序员必须能够收集、分析过程并将所有收集的数据逻辑地集成到一个信号、有凝聚力的程序中。简而言之，数控程序员必须能够从各个方面决定最佳的制造方法。

除了机械加工技能外，数控程序员还必须了解数学原理，主要是方程的应用、弧和角的解。三角学知识也同样重要。即使使用计算机编程，手动编程方法的知识对于彻底理解计算机输出和控制此输出也是绝对必要的。

真正专业的数控程序员的最后一个重要素质是倾听其他人（工程师、数控操作员、经理）的能力。良好的倾听技巧是变得灵活的第一个先决条件。优秀的数控程序员必须灵活才能提供高质量的编程。

数控机床操作员

数控机床操作员是数控程序员的补充职位。程序员和操作员可能由一个人担任，在许多小商店中就是这种情况。尽管传统机床操作员执行的大部分职责已转移到数控程序，但数控操作员仍有许多独特的职责。在典型情况下，操作员负责工具和机床设置、零件更换，甚至经常负责一些过程中的检查。许多公司希望对机器进行质量控制 - 并且任何机床（手动或计算机化）的操作员也负责该机器上所做工作的质量。数控机床操作员的一项非常重要的职责是向程序员报告有关每个程序的发现。即使拥有最好的知识、技能、态度和意图，“最终”程序也总是可以改进的。数控操作员是最接近实际加工的人，他确切地知道这种改进可以达到什么程度。

证明数控成本合理

数控机床的成本可能会让大多数制造商感到紧张，但拥有数控雕刻机的好处很可能会在很短的时间内证明其成本是合理的。

需要考虑的第一项成本是机器成本。一些供应商提供捆绑交易，包括安装、软件培训和运费。但在大多数情况下，所有东西都是单独出售的，以便定制数控雕刻机。

轻松的工作

低端机器的价格从 2,000 美元到 10,000 美元不等。它们通常是用弯曲的金属板制成的螺栓式套件，并使用步进电机。它们配有培训视频和说明手册。这些机器适合 DIY 使用，适用于标牌行业和其他非常轻型的操作。它们通常会配备一个用于传统插入式雕刻机的适配器。主轴和真空工件夹持等配件是可选的。这些机器可以非常成功地集成到高生产环境中，作为专用流程或制造单元的一部分。例如，可以对其中一个数控进行编程，以便在组装之前在抽屉正面钻出硬件孔。

中型

中档数控机器的价格在 10,000 美元到 100,000 美元之间。这些机器由更厚的钢或铝制成。它们可能使用步进电机，有时使用伺服电机；并使用齿条和小齿轮传动或皮带传动。它们将有一个单独的控制器，并提供一系列不错的选项，例如自动换刀器和真空集气室工作台。这些机器适用于标牌行业的重型作业以及轻型面板加工应用。

对于资源或人力有限的初创企业来说，这是一个不错的选择。它们可以完成橱柜制造所需的大部分操作，尽管复杂程度和效率不尽相同。

产业实力

高端雕刻机的价格高达 100,000 美元。这包括一系列具有 3 到 5 个轴的机器，适用于广泛的应用。这些机器将由厚规格焊接钢制成，并配备自动换刀器、真空工作台和其他配件（具体取决于应用）。这些机器通常由制造商安装，并且通常包括培训。

运输服务

运输数控雕刻机的成本相当高昂。雕刻机的重量从几百磅到几吨不等，根据地点不同，运输成本可能从 8 美元到 200 美元甚至更多。请记住，除非机器是在附近制造的，否则从欧洲或亚洲运送到经销商展厅的隐性成本很可能包括在内。机器交付后，将机器运入室内可能还会产生额外费用，因为最好聘请专业的索具工来处理这种操作。

安装和培训

数控供应商通常收取每天 300 至 1,000 美元的安装费用。安装和测试雕刻机可能需要半天到一周的时间。这笔费用可能包含在购买机器的价格中。一些供应商会免费提供硬件和软件的使用培训，通常是在现场，而其他供应商则会收取每天 300 至 1,000 美元的安装费用。

数控工作相关安全

许多公司的墙上都贴着一张安全海报，上面传达着简单而有力的信息：

安全第一条规则是遵守所有安全规则。

本节的标题并未表明安全性是面向编程还是面向加工层面。关键是安全性是完全独立的。它独立存在，控制着机加工车间内外每个人的行为。乍一看，安全性似乎与加工和机器操作有关，也许还与设置有关。这绝对是真的，但很难展现完整的图景。

在典型的机加车间日常工作中，编程、设置、加工、工具加工、夹具、检查、切削和诸如此类的操作中，安全是最重要的元素。安全永远都不能被过分强调。公司谈论安全、召开安全会议、张贴海报、发表演讲、请专家来处理。我们所有人看到如此大量的信息和说明，都是出于一些非常充分的理由。其中不少是过去的悲剧事件所导致的——许多法律、规则和条例都是在对严重事故进行调查和研究后制定的。

乍一看，在数控工作中，安全似乎是次要问题。自动化程度很高；零件程序一遍又一遍地运行，过去使用过的工具，简单的设置等。所有这些都会导致自满和错误地认为安全已经得到照顾。这种观点可能会带来严重后果。

安全是一个大话题，但与数控工作相关的几点很重要。每个机械师都应该知道机械和电气设备的危险。迈向安全工作场所的第一步是拥有一个干净的工作区域，不允许碎屑、油污和其他碎屑堆积在地板上。注意个人安全同样重要。宽松的衣服、珠宝、领带、围巾、不受保护的长发、不当使用手套和类似的违规行为在加工环境中都是危险的。强烈建议保护眼睛、耳朵、手和脚。

机器运行时，应安装防护装置，不得暴露任何移动部件。应特别注意旋转主轴和自动换刀器。其他可能造成危险的设备包括托盘更换器、切屑输送机、高压区、起重机等。断开任何联锁装置或其他安全装置都是危险的，而且在没有适当技能和授权的情况下也是违法的。

在编程中，遵守安全规则也很重要。刀具运动可以用多种方式进行编程。速度和进给必须切合实际，而不仅仅是数学上“正确”。切削深度、切削宽度、刀具特性都对整体安全性有重大影响。

所有这些想法都只是非常简短的总结，并提醒我们始终要认真对待安全问题。

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