什么是数控（计算机数控）？

什么是数控（计算机数控）？ - 用户指南

提案

NC（数控）

NC是利用数字信号自动控制对象（如机床运动和工作过程）的技术，简称数控。

数控技术

数控技术是指用数字、文字和符号来编制程序执行一定的工作过程的自动控制技术。

数控系统

数控系统是指实现数控技术功能的软件和硬件模块的有机集成体系，是数控技术的载体。

CNC系统（计算机数控系统）

CNC（Computer Numerical Control）系统是指以计算机为核心的数控系统。

数控机床

数控机床是指采用计算机数字控制技术控制加工过程的机床，或装有计算机数字控制系统的机床。

NC 定义

数控是机床 NC 的全称。数控 (NC) 使操作员能够通过数字和符号与机床进行通信。

数控定义

数控是计算机数控的简称，是现代制造过程中使用 CAD/CAM 软件控制机床完成自动化加工的自动化技术。配备数控的新型机床使工业能够持续生产出几年前难以想象的零件精度。如果程序准备正确，计算机编程正确，则可以多次重复生产相同的零件，精度相同。控制机床的操作 G 代码命令可以自动执行，速度快、精度高、效率高、可重复性好。

数控加工是一个计算机化的制造过程，机器连接到计算机，计算机会告诉它移动到哪里。首先，操作员应该创建刀具路径，操作员使用软件程序绘制形状并创建机器将遵循的刀具路径。

工业领域对数控机床的使用日益频繁，因此需要具备相关知识和能力的人员，这些人员可以指导机床生产出具有所需形状和精度的零件。考虑到这一点，作者编写了这本教科书，旨在揭开数控机床的神秘面纱 - 将其按逻辑顺序排列，并用每个人都能理解的简单语言表达出来。本书以合乎逻辑的分步程序解释了程序的编写过程，并提供了实际示例来指导用户。

元件

数控技术由床身框架、系统、周边技术3部分组成。

机架组件主要由床身、立柱、导轨、工作台等基础件及刀架、刀库等配套部件组成。

数控系统由输入/输出设备、计算机数控装置、可编程逻辑控制器（PLC）、主轴伺服驱动装置、进给伺服驱动装置、测量装置等组成，其中装置是数控系统的核心。

外围技术主要包括工具技术（工具系统）、编程技术、管理技术。

自定义术语表

数控：计算机数控。

G代码：一种通用数控 (NC) 机床语言，用于指定机器将移动到的轴点。

CAD：计算机辅助设计。

CAM：计算机辅助制造。

格：主轴的最小移动量或进给量。在连续或步进模式下切换按钮时，主轴自动移动到下一个网格位置。

血小板（HPGL）： 用于打印基于矢量的线条图的标准语言，受 CAD 文件支持。

刀具路径：用户定义的编码路线，刀具将遵循该路线加工工件。“凹槽”刀具路径切割工件表面；“轮廓”或“轮廓”刀具路径完全切割以分离工件形状。

下台：切削刀具沿 Z 轴切入材料的距离。

跨过：切削刀具与未切削材料在 X 轴或 Y 轴上的最大距离。

步进电机：直流电机通过接收特定序列的信号或“脉冲”以离散步骤移动，从而实现非常精确的定位和速度控制。

主轴转速：切削刀具的转速（RPM）。

常规切割：刀具逆着进给方向旋转。产生的颤动很小，但在某些木材上会导致撕裂。

减法：钻头去除材料以形成形状。（与添加方法相反。）

进给速度：切削刀具穿过工件的速度。

原点位置（机器零点）：由物理限位开关确定的机器指定零点。（它不识别加工工件时的实际工作原点。）

爬坡切割：刀具随进给方向旋转。顺向切削可防止撕裂，但使用直槽钻头时会产生颤动痕迹；使用螺旋槽钻头可减少颤动。

工作原点 (工作零点)：用户指定的工件零点，头部将从此点开始执行所有切割。X、Y 和 Z 轴均设置为零。

LCD：液晶显示屏（用于控制器）。

U盘：插入USB接口的外部数据存储设备。

产品优势

高精度

数控机床是机电一体化高度集成的产品，由精密机械和自动控制系统组成，具有较高的定位精度和重复定位精度，传动系统和结构具有较高的刚性和稳定性，以减少误差。因此，数控机床具有较高的加工精度，特别是同一批零件制造的一致性好，产品质量稳定，合格率高，这是普通机床无法比拟的。

高效率

数控机床可采用较大的切削量，有效地节省了加工时间。还具有自动变速、自动换刀等自动操作功能，大大缩短了辅助时间，而且一旦形成稳定的加工工序，就无须进行工序间的检查和测量。因此，数控加工的生产率比普通机床高3-4倍，甚至更多。

高适应性

数控机床根据加工零件的程序进行自动加工，当加工对象改变时，只要改变程序即可，无须使用母模、样板等专用工艺设备，有利于缩短生产准备周期，促进产品更新换代。

高机械加工性

有些由复杂曲线、曲面构成的机械零件，用常规工艺和手工操作很难加工甚至无法完成，而利用多坐标轴联动的数控机床可以轻松实现。

经济价值高

数控加工中心多采用工序集中，一机多用，在一次装夹的情况下，即可加工出零件的大部分零件，可替代多台普通机床，这样不仅可以减少装夹误差，节省工序间运输、测量、装夹等辅助时间，而且可以减少机床种类，节省空间，带来更高的经济效益。

赞成＆反对

优点

安全

数控机床的操作员通过特殊的防护结构安全地与所有锋利部件隔离。他仍然可以通过玻璃看到机床上的情况，但他不需要靠近铣床或主轴。操作员也不必接触冷却液。根据材料的不同，某些液体可能对人体皮肤有害。

节省劳动力成本

如今，传统机床需要时刻关注。这意味着每个工人只能操作一台机床。当数控时代到来时，情况发生了巨大变化。大多数零件每次安装至少需要 30 分钟才能加工完成。但计算机数控机床通过自己切割零件来完成。无需触摸任何东西。工具自动移动，操作员只需检查程序或设置中的错误。话虽如此，数控操作员发现他们有很多空闲时间。这些时间可以用来操作其他机床。因此，一个操作员可以操作多台机床。这意味着您可以节省人力。

最小设定误差

传统机床依赖于操作人员对测量工具的熟练掌握，优秀的工人可以确保零件的高精度装配。许多数控系统使用专门的坐标测量探头。它通常作为工具安装在主轴上，用探头接触固定部件以确定其位置。然后，确定坐标系的零点，以最大限度地减少设置误差。

卓越的机器状态监控

操作员必须识别加工故障和切削刀具，他的决定可能不是最佳的。现代数控加工中心配备了不同的传感器。您可以在加工工件时监控扭矩、温度、刀具寿命和其他因素。基于这些信息，您可以实时优化流程。例如，您发现温度过高。较高的温度意味着刀具磨损、金属性能差等。您可以减少进给或增加冷却液压力来解决这个问题。尽管许多人这么说，但机械加工是当今最广泛的制造方法。每个行业都在一定程度上使用机械加工。

稳定的精度

有什么比经过验证的计算机程序更稳定呢？仪器的运动始终相同，因为其精度仅取决于步进电机的精度。

减少测试运行

传统加工不可避免地会有一些测试零件。工人必须习惯这项技术，在加工第一个零件和测试新技术时，他肯定会错过一些东西。数控系统有办法避免试运行。它们采用可视化系统，让操作员在所有工具通过后真正看到库存。

轻松加工复杂曲面

用传统加工几乎不可能制造出高精度的复杂表面。这需要大量的体力劳动。CAM 系统可以自动为任何表面形成刀具路径。您无需付出任何努力。这是现代数控加工技术的最大优势之一。

更高的切削数据

高速加工只有在切削面积封闭的情况下才有可能。在这种速度下，切屑会高速飞散。切屑后会有冷却液喷洒，因为在高速加工时，冷却液是在高压下施加的。当速度达到 10000 rpm 或更高时，手动操作根本无法实现。在高切削速度下，保持进给率和切屑宽度稳定以防止振动非常重要。手动操作并不难。

更高的灵活性

传统方法是铣床加工凹槽或平面，车床加工圆柱和锥度，钻床加工孔。数控加工可以将上述所有加工方式组合到一台机床中。由于刀具轨迹可以编程，因此您可以在任何机器上复制任何运动。因此，我们有可以制造圆柱形零件的铣削中心和可以铣削凹槽的车床。所有这些都减少了零件的设置。

缺点

对操作人员及机器维护人员的技术要求高；

电脑数控系统控制不方便，不如普通机床直观；

机床购置成本较昂贵。

应用

从世界范围内数控技术与装备应用情况来看，其主要应用领域如下：

制造业

机械制造业是最早应用数控技术的行业，担负着为国民经济各行业提供先进装备的重任。主要应用有现代军事装备所需的五轴立式加工中心、五轴加工中心、大型五轴龙门铣、汽车工业的发动机、变速箱、曲轴柔性生产线、高速加工中心的开发与制造，以及焊接、装配、涂装机器人、板材激光焊接机和激光切割机，航空、船舶、发电工业加工螺旋桨、发动机、发电机、涡轮叶片零件的高速五坐标加工中心，重型车铣复合加工中心等。

信息产业

在信息产业中，从计算机到网络、移动通讯、遥测、遥控等设备，都需要采用基于超精密技术和纳米技术的制造设备，如用于芯片制造的引线键合机、晶圆光刻机等，这些设备的控制需要采用计算机数控技术。

医疗器械行业

在医疗行业，很多现代医学诊疗设备都采用了数控技术，如CT诊断仪、全身治疗机以及基于视觉引导的微创手术机器人等，口腔医学中的正畸、牙体修复等都需要数控技术。

军事装备

现代许多军事装备都采用了伺服运动控制技术，如火炮的自动瞄准控制、雷达的跟踪控制、导弹的自动跟踪控制等。

其他行业

在轻工业中，有印刷机械、纺织机械、包装机械和木工机械等采用多轴伺服控制；在建材工业中，有用于石材加工的数控水射流切割机、用于玻璃加工的数控玻璃雕刻机、用于席梦思加工的数控缝纫机和用于服装加工的数控绣花机；在艺术行业中，越来越多的工艺品和艺术品将采用高性能五轴数控机床生产。

数控技术的应用不仅给传统制造业带来了革命性的变化，使制造业成为工业化的象征，而且随着数控技术的不断发展和应用领域的扩大，在国计民生（如IT、汽车）、轻工、医疗等行业发挥着越来越重要的作用，因为这些行业所需设备的数字化已经成为现代制造业的一大趋势。

趋势

高速/高精度

高速、精密是机床发展的永恒目标。随着科学技术的飞速发展，机电产品更新换代的速度加快，对零件加工的精度和表面质量的要求也越来越高。为了适应这一复杂多变的市场需求，目前的机床正向高速切削、干切削、准干切削方向发展，加工精度不断提高。另外，直线电机、电主轴、陶瓷球轴承、高速滚珠丝杠及螺母、直线导轨等功能部件的应用也为机床的高速、精密发展创造了条件。数控机床采用电主轴，省去了皮带、带轮、齿轮等环节，大大降低了主传动的转动惯量，提高了主轴的动态响应速度和工作精度，彻底解决了主轴高速运转时的振动和噪声问题。采用电主轴结构可使主轴转速达到10000r/min以上。直线电机驱动速度高，加减速特性好，具有优良的响应特性和跟随精度。采用直线电机作为伺服驱动，省去了滚珠丝杠的中间传动环节，消除了传动间隙（包括反向间隙），运动惯性小，系统刚性好，可在高速下精确定位，从而大大提高了伺服精度。直线滚动导轨副由于其各向零间隙，滚动摩擦很小，磨损小，发热量可以忽略不计，具有非常好的热稳定性，提高了整个过程的定位精度和重复定位精度。通过直线电机和直线滚动导轨副的应用，机床的快速移动速度可由原来的10-20m/min提高到 60-80米/分钟，甚至高达 120m/分钟。

高可靠性

可靠性是数控机床质量的关键指标，机床能否发挥其高性能、高精度、高效率，并获得良好的效益，关键取决于其可靠性。

采用CAD进行数控机床设计，采用模块化进行结构设计

随着计算机应用的普及和软件技术的发展，CAD技术得到了广泛的发展。CAD不仅能代替手工繁琐的绘图工作，更重要的是可以进行大型整机的设计方案选择和静动态特性分析、计算、预测和优化设计，并能对整机各工作部件进行动态仿真。在模块化的基础上，在设计阶段就可以看到产品的三维几何模型和逼真的色彩。使用CAD还可以大大提高工作效率，提高设计的一次性成功率，从而缩短试制周期，降低设计成本，提高市场竞争力。机床部件模块化设计，不仅可以减少重复劳动，而且可以快速响应市场，缩短产品开发设计周期。

功能性复合

功能复合化的目的是为了进一步提高机床的生产效率，尽量减少非加工辅助时间。通过功能的复合化，可以扩大机床的使用范围，提高效率，实现一机多用、一机多能，即一台数控机床既可以实现车削功能，又可以实现铣削加工。在机床上还可以进行磨削加工。电脑数控车铣复合中心将X、Z轴、C、Y轴同时工作，通过C轴和Y轴可以实现平面铣削和偏置孔、槽的加工。机床还配备了强大的刀架和副主轴，副主轴采用内置电主轴结构，通过数控系统直接实现主、副主轴转速同步，机床工件一次装夹即可完成全部加工，大大提高了效率。

智能化、网络化、柔性化、集成化

21世纪的数控装备将是具有一定智能化的系统。智能化的内容包括数控系统的各个方面：为了追求加工效率和加工质量方面的智能化，如加工过程的自适应控制，工艺参数的自动生成；为了改善驱动性能，在连接方面采用智能化，如前馈控制、电机参数的自适应运行、负载的自动辨识、模型自动选择、自整定等；简化编程、简化操作方面的智能化，如智能自动编程、智能接口、智能诊断、智能监控等方面，以方便系统的诊断和维护。网络化数控装备是近年来机床发展的热点。数控装备的网络化将极大地满足生产线、制造系统、制造企业对信息集成的需求，也是实现新型制造模式，如敏捷制造、虚拟企业、全球制造等的基本单元。数控机床向柔性自动化系统的发展趋势是：由点（单机、加工中心和复合加工中心）、线（FMC、FMS、FTL、FML）向面（车间独立制造岛、FA）、体（CIMS、分布式网络集成制造系统）发展，另一方面注重实用性和经济性方向。柔性自动化技术是制造业适应动态市场需求、快速更新产品的主要手段，其重点以提高系统的可靠性和实用性为前提，以易于联网和集成为目标，注重加强单元技术的开发和改进。数控单机向高精度、高速度、高柔性方向发展，数控机床及其组成的柔性制造系统能方便地与CAD、CAM、CAPP、MTS等系统连接，向信息集成方向发展，网络系统向开放性、集成化、智能化方向发展。