什么是計(jì)算機(jī)數(shù)控機(jī)床

來源：IT之家作者:安遠(yuǎn) 發(fā)布時(shí)間：2023-06-07 13:33 閱讀量：5867

原文標(biāo)題:《學(xué)數(shù)控，哪家強(qiáng)？中國…… 中二所這篇文章！》

計(jì)算機(jī)數(shù)控機(jī)床是一種材料加工工具，可以將整塊的原材料切割成零件所需的形狀。數(shù)控機(jī)床使用軟件控制磨床、車床、銑床等復(fù)雜機(jī)械的運(yùn)動(dòng)，使用這些機(jī)械來切削材料。

這些計(jì)算機(jī)輔助制造技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)許多復(fù)雜而精確的數(shù)控加工任務(wù)，為汽車、國防和航空航天工業(yè)制造標(biāo)準(zhǔn)配件和專門設(shè)計(jì)的零件。

盡管 3D 打印和其他增材制造工藝在現(xiàn)代柔性器件生產(chǎn)中占主要位置，但大多數(shù)日常用品仍然是高度自動(dòng)化減材加工技術(shù)的產(chǎn)物。

塑料水瓶的模具由數(shù)控凹模技術(shù)制成；汽車的獨(dú)立驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)組件都被數(shù)控機(jī)床銑削到精確的尺寸，以便于所有的齒輪都能緊密嚙合，實(shí)現(xiàn)最佳的機(jī)械性能。

“很有可能，你在日常生活中接觸的所有東西都被機(jī)床加工過，”田納西大學(xué)諾克斯維爾分校工程學(xué)教授托尼?施密茨說。“如果你坐過飛機(jī) —— 例如波音 747—— 上面有上百萬個(gè)由機(jī)床加工的零件，它們被組裝起來，然后飛機(jī)才能飛得起來。”

數(shù)控機(jī)床如何工作？

數(shù)控機(jī)床與由它們加工的眾多產(chǎn)品一樣具有多功能性和動(dòng)態(tài)性。但是，大多數(shù)數(shù)控機(jī)械由下面兩種邏輯控制:開環(huán)或閉環(huán)系統(tǒng)。

在開環(huán)數(shù)控系統(tǒng)中，操作員將為當(dāng)前任務(wù)開發(fā)計(jì)算機(jī)數(shù)控程序，并使用計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)軟件生成 g 代碼或工作文件。然后，計(jì)算機(jī)將正確的步驟傳遞給控制器及其連接的伺服電機(jī)。

這些電機(jī)沿著至少兩個(gè)軸操縱切削工具，如車刀或磨具，但是高端數(shù)控機(jī)床可以通過圍繞更多的幾個(gè)額外的軸移動(dòng)刀頭和其他配件來提高精度、實(shí)現(xiàn)更多功能。

閉環(huán)數(shù)控機(jī)床系統(tǒng)向顯示器提供反饋數(shù)據(jù)，以解決數(shù)控機(jī)器在原材料周圍移動(dòng)切削時(shí)不一致的問題。這種電機(jī)-顯示器通信使閉環(huán)系統(tǒng)實(shí)時(shí)改變車床和其他數(shù)控機(jī)床的速度、位置和進(jìn)給速度。

數(shù)控機(jī)床的 5 個(gè)主要功能

下面是數(shù)控機(jī)械一些最常見的工業(yè)應(yīng)用:

1. 切割

數(shù)控機(jī)床可以精確高效地切割原材料，它們可以應(yīng)用兩種最先進(jìn)的切割技術(shù):電火花成型加工和電火花線切割(wire EDM)。

電火花成型加工機(jī)利用的是兩個(gè)電極之間相互作用產(chǎn)生的熱侵蝕，其中一個(gè)電極是與工具接觸的銅或石墨電極，另一個(gè)連接著浸沒有材料的介電液體。令人驚訝的是，刀具和工件在生產(chǎn)過程中從未直接接觸過。電火花線切割以相同的方式工作，只是它使用焊絲作為精確切割的工具。

2. 鉆孔

數(shù)控機(jī)床可以精確地打孔，它使用旋轉(zhuǎn)切削工具在固定工件上鉆出圓孔。這些孔通常用來裝配螺釘。

3. 磨削

數(shù)控機(jī)床通常配備砂輪，可產(chǎn)生幾乎完全光滑的表面。這種減材研磨技術(shù)的精度大大超過了任何增材制造工藝，可以將缺陷公差減少到人類頭發(fā)絲寬度的 1/10。

4. 銑削

數(shù)控銑床與普通銑床和其他手動(dòng)銑床類似，使用車床、水射流或車削工具從原料上去除多余的材料。數(shù)控銑床可以沿多個(gè)軸移動(dòng)，因此操作人員能夠以絕對(duì)的精度執(zhí)行水平、垂直、傾斜和面銑任務(wù)。由于操作工人不必多次調(diào)整和重新固定原料，因此這些多角度的切削功能提高了制造復(fù)雜木材、金屬和塑料零件的效率。

5. 車削

這種數(shù)控機(jī)床工藝的工作方式類似于銑削；但是，它不是將原料固定在機(jī)床座上，而是連接到高速旋轉(zhuǎn)的車削機(jī)構(gòu)。然后，工人使用車床或具有類似附件的數(shù)控機(jī)床去除少量材料，直到將原料毛坯制成零件所需的形狀。

什么是計(jì)算機(jī)輔助制造軟件？

CAM 和 CAD 軟件都是數(shù)控加工的重要組成部分

計(jì)算機(jī)輔助制造軟件是數(shù)控加工過程的重要組成部分。它是所有計(jì)算機(jī)輔助加工操作的中介和解釋器，因?yàn)樗刂萍庸み^程中每個(gè)階段的人工和機(jī)械的輸入和輸出。

例如，設(shè)計(jì)師在計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)軟件中創(chuàng)建項(xiàng)目的 3D 模型，并將文件傳輸?shù)?CAM 軟件中。然后，CAM 軟件將解釋模型并生成 m 代碼或 g 代碼，將項(xiàng)目的加工要求轉(zhuǎn)換為數(shù)控編程語言。數(shù)控機(jī)床在工作時(shí)，會(huì)將數(shù)據(jù)發(fā)回 CAM 軟件，并顯示可能影響產(chǎn)品加工結(jié)果的所有因素。

數(shù)控機(jī)床簡(jiǎn)史

數(shù)控加工可以追溯到 19 世紀(jì)中葉工業(yè)革命期間的技術(shù)進(jìn)步，當(dāng)時(shí)制造工廠開始使用基于凸輪的車床和銑削的工具，用它們來大規(guī)模生產(chǎn)槍支、工廠設(shè)備和日常用品。到 20 世紀(jì) 40 年代和 50 年代，以 m 代碼穿孔卡形式進(jìn)行的原始數(shù)控加工開始在特定任務(wù)中取代人工手動(dòng)控制，開始自動(dòng)化制造。

隨著數(shù)字計(jì)算機(jī)和計(jì)算機(jī)軟件在 20 世紀(jì) 70 年代和 80 年代的進(jìn)步，更多的制造工具可以自動(dòng)化控制，從而提高生產(chǎn)速度和整體效率。

在 21 世紀(jì)的今天，CAM 和 CAD 軟件以及尖端的數(shù)控機(jī)床為小工廠提供了一種經(jīng)濟(jì)高效的手段來制造大量復(fù)雜零件。隨著機(jī)器學(xué)習(xí)和人工智能的不斷發(fā)展，制造業(yè)可能會(huì)繼續(xù)優(yōu)化流程、提高自動(dòng)化水平。

未來的數(shù)控加工會(huì)是什么樣子？

在我們剛剛進(jìn)入“人工智能革命”時(shí)，很容易幻想一個(gè)由機(jī)器人完成所有工作的未來世界，然而，加工專業(yè)人士和工程學(xué)者都明白，數(shù)控加工需要熟練的工人來確保一切正常。

“它是一種基礎(chǔ)能力，不會(huì)很快消失，” 施密茨說。相反，他認(rèn)為增材制造和減材制造實(shí)際上是相輔相成的，以至于“混合制造”將成為未來的主流數(shù)控加工工藝。

施密茨還表示，這種混合制造將“首先用增材制造加工出初步的零件母體，然后使用有限的減材加工來產(chǎn)生光滑的表面，這是增材制造無法實(shí)現(xiàn)的。”

然而，數(shù)控加工在未來面臨的最大障礙之一是，目前熟悉數(shù)控編程的合格技術(shù)工人短缺。隨著資深數(shù)控專業(yè)人員退休，很少有人進(jìn)入這一行業(yè)接替他們的位置，這種短缺只會(huì)加劇。

“雖然從歷史上看，加工一直被認(rèn)為是一門手藝 —— 匠人需要多年的培訓(xùn)和實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)才能創(chuàng)造出他們想要的零件 —— 但我相信我們會(huì)從這種狀態(tài)轉(zhuǎn)向更加自動(dòng)化的加工環(huán)境，”施密茨說。“未來仍然會(huì)有手工加工的需求，但它們將與 20 世紀(jì) 40 年代和 50 年代數(shù)控加工技術(shù)開始時(shí)的情況大不相同。”

作者:Mitch Ryan

翻譯:藏癡

審校:掃地僧

原文鏈接:What Is CNC Machining?

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