引言

數(shù)控雕刻刻機是一種 數(shù)控機床套件 其刀具路徑可通過計算機數(shù)控進行控制。它是一種計算機控制的機器，用于切割各種硬質材料，如木材、復合材料、鋁、鋼、塑料和泡沫。它是具有 CNC 變體的多種工具之一。數(shù)控雕刻刻機在概念上與 數(shù)控銑床.

數(shù)控雕刻刻機有多種配置，從小型家用“臺式”數(shù)控雕刻刻機到船舶制造設施中使用的大型“龍門式”數(shù)控雕刻刻機。雖然配置多種多樣，但大多數(shù)數(shù)控雕刻機都有一些特定部件：專用數(shù)字控制器、一個或多個主軸電機、交流逆變器和工作臺。

數(shù)控雕刻刻機通常有三軸和五軸 CNC 格式。

數(shù)控雕刻刻機由計算機運行。坐標通過單獨的程序上傳到機器控制器。數(shù)控雕刻刻機所有者通常有 2 個軟件應用程序 - 一個程序用于制作設計 (CAD)，另一個程序用于將這些設計轉換為機器指令程序 (CAM)。與數(shù)控銑床一樣，數(shù)控雕刻刻機可以通過手動編程直接控制，但 CAD/CAM 為輪廓加工開辟了更廣泛的可能性，加快了編程過程，在某些情況下還可以創(chuàng)建手動編程即使不是真正不可能，也肯定在商業(yè)上不切實際的程序。

數(shù)控雕刻機 在執(zhí)行相同、重復的工作時非常有用。數(shù)控雕刻刻機通?？僧a(chǎn)生一致且高質量的工作并提高工廠生產(chǎn)力。

數(shù)控雕刻刻機可以減少浪費、錯誤頻率以及成品進入市場的時間。

數(shù)控雕刻刻機為制造過程提供了更大的靈活性。它可用于生產(chǎn)許多不同的物品，例如門雕、室內外裝飾、木板、招牌、木框、模具、樂器、家具等。此外，數(shù)控雕刻刻機通過自動化修整過程使塑料的熱成型更容易。數(shù)控雕刻刻機有助于確保零件的可重復性和足夠的工廠產(chǎn)量。

數(shù)控

當今所知的數(shù)控技術出現(xiàn)于 20 世紀中葉。它可以追溯到 1952 年，當時美國空軍以約翰·帕森斯和美國馬薩諸塞州劍橋市麻省理工學院的名字命名。直到 1960 世紀 1972 年代初，它才應用于生產(chǎn)制造。真正的繁榮始于 CNC，大約在 年，十年后，隨著價格實惠的微型計算機的推出。這項迷人技術的歷史和發(fā)展已在許多出版物中得到充分記錄。

在制造領域，特別是在金屬加工領域，數(shù)控技術已經(jīng)引發(fā)了革命。即使在計算機成為每家公司和許多家庭的標準設備之前，配備數(shù)控系統(tǒng)的機床也在機械車間占有一席之地。微電子技術的最新發(fā)展和永不停歇的計算機發(fā)展，包括其對數(shù)控的影響，已經(jīng)給整個制造業(yè)，特別是金屬加工行業(yè)帶來了重大變化。

數(shù)控定義

多年來，各種出版物和文章中都使用了許多描述來定義數(shù)控是什么。許多定義都具有相同的想法、相同的基本概念，只是使用不同的措辭。

所有已知的定義大多數(shù)都可以歸納為相對簡單的陳述：

數(shù)控可以定義為通過向機器控制系統(tǒng)發(fā)送特定編碼指令來操作機床。

指令是字母、數(shù)字和選定符號（例如小數(shù)點、百分號或括號符號）的組合。所有指令都按邏輯順序和預定格式編寫。加工零件所需的所有指令的集合稱為 NC 程序、CNC 程序或零件程序。此類程序可以存儲以備將來使用，并可隨時重復使用以實現(xiàn)相同的加工結果。

數(shù)控技術

嚴格遵守術語，縮寫 NC 和 CNC 的含義有所不同。NC 代表原始的數(shù)控技術，而縮寫 CNC 代表較新的計算機數(shù)控技術，這是其較老的相對技術的現(xiàn)代衍生品。然而，在實踐中，CNC 是首選縮寫。為了闡明每個術語的正確用法，請查看 NC 和 CNC 系統(tǒng)之間的主要區(qū)別。

兩種系統(tǒng)執(zhí)行相同的任務，即為了加工零件而操縱數(shù)據(jù)。在這兩種情況下，控制系統(tǒng)的內部設計都包含處理數(shù)據(jù)的邏輯指令。相似之處到此結束。

NC 系統(tǒng)（與 CNC 系統(tǒng)相反）使用固定邏輯功能，即內置且永久連接在控制單元內的邏輯功能。程序員或機器操作員無法更改這些功能。由于控制邏輯的固定編寫，NC 控制系統(tǒng)可以解釋零件程序，但不允許在控制之外（通常是在辦公室環(huán)境中）進行任何更改。此外，NC 系統(tǒng)要求強制使用穿孔帶來輸入程序信息。

現(xiàn)代 CNC 系統(tǒng)（而不是舊式 NC 系統(tǒng)）使用內部微處理器（即計算機）。該計算機包含內存寄存器，用于存儲各種能夠操縱邏輯功能的例程。這意味著零件程序員或機器操作員可以更改控制程序本身（在機器上），并立即獲得結果。這種靈活性是 CNC 系統(tǒng)的最大優(yōu)勢，也可能是該技術在現(xiàn)代制造業(yè)中得到廣泛應用的關鍵因素。CNC 程序和邏輯功能作為軟件指令存儲在特殊的計算機芯片上。而不是由控制邏輯功能的硬件連接（如電線）使用。與 NC 系統(tǒng)相比，CNC 系統(tǒng)與術語“軟連線”同義。

在描述與數(shù)控技術相關的特定主題時，通常使用術語 NC 或 CNC。請記住，NC 在日常用語中也可以表示 CNC，但 CNC 絕不能指代此處以 NC 縮寫描述的訂購技術。字母“C”代表計算機化，不適用于硬接線系統(tǒng)。當今制造的所有控制系統(tǒng)均采用 CNC 設計。諸如 C&C 或 C'n'C 之類的縮寫是不正確的，并且會給使用它們的任何人帶來不良影響。

術語

絕對零度

這是指所有軸位于傳感器可以物理檢測到的點時的位置。執(zhí)行歸零命令后通常會到達絕對零位。

軸

物體圍繞其平移或旋轉的固定參考線。

滾珠絲杠

滾珠絲杠是一種將旋轉運動轉換為線性運動的機械裝置。它由在精密螺紋絲杠中運轉的循環(huán)滾珠軸承螺母組成。

CAD

計算機輔助設計（CAD）是使用各種基于計算機的工具來協(xié)助工程師、建筑師和其他設計專業(yè)人員進行設計活動。

CAM

計算機輔助制造 (CAM) 是使用各種基于計算機的軟件工具來協(xié)助工程師和 CNC 機械師制造或制作產(chǎn)品組件的原型。

數(shù)控

CNC 的縮寫代表計算機數(shù)控，具體指讀取 G 代碼指令并驅動機床的計算機“控制器”。

控制器

控制系統(tǒng)是管理、命令、指導或調節(jié)其他設備或系統(tǒng)行為的設備或一組設備。

開口

這是刀具最低部分與機床工作臺表面之間的距離。最大距離是指從工作臺到刀具可以達到的最高點的距離。

鉆頭庫

這些鉆頭也稱為多鉆頭，是通常以 32 毫米為增量間隔排列的鉆頭組。

進給速度

或者切削速度是切削刀具與其操作的零件表面之間的速度差。

夾具偏移

該值代表給定夾具的參考零點。它對應于絕對零點和夾具零點之間所有軸的距離。

G代碼

G 代碼是控制 NC 和數(shù)控機床的編程語言的通用名稱。

主頁

這是編程的參考點，也稱為 0,0,0，表示為絕對機器零點或夾具偏移零點。

線性和圓形插值是一種從一組離散的已知數(shù)據(jù)點構建新數(shù)據(jù)點的方法。換句話說，這是程序在僅知道中心點和半徑的情況下計算整圓的切割路徑的方式。

機器首頁

這是機器上所有軸的默認位置。執(zhí)行歸位命令時，所有驅動器都會朝其默認位置移動，直到到達指示它們停止的開關或傳感器。

嵌套

它指的是從板材高效地制造零件的過程。嵌套軟件使用復雜的算法來確定如何布置零件以最大限度地利用可用庫存。

抵銷

它指的是來自 CAM 軟件測量的中心線距離。

搭載工具

這是指安裝在主軸旁邊的氣動工具。

后處理器

對數(shù)據(jù)進行最終處理的軟件，例如格式化數(shù)據(jù)以供顯示、打印或加工。

計劃零

這是程序中指定的參考點 0,0。在大多數(shù)情況下，它與機器零點不同。

齒條和小齒輪

齒條和小齒輪是一對將旋轉運動轉換為線性運動的齒輪。

主軸

主軸是裝有工具夾持裝置的高頻電機。

廢板

它也被稱為犧牲板，它是用作被切割材料的基礎的材料。它可以由許多不同的材料制成，其中中密度纖維板和刨花板是最常見的。

刀具加載

這是指的是工具切割材料時施加的壓力。

工具速度

它也被稱為主軸轉速，這是機器主軸的旋轉頻率，以每分鐘轉數(shù)（RPM）為單位。

工裝

令人驚訝的是，工具通常是 CNC 設備中最不為人所了解的方面。鑒于它是對切割質量和切割速度影響最大的因素，操作員應該花更多時間來探索這一主題。

切削工具通常有 3 種不同的材質：高速鋼、硬質合金和金剛石。

高速鋼 (HSS)

高速鋼是這三種材料中最鋒利的，也是最便宜的，然而它的磨損也最快，所以只能用于非研磨性材料。它需要經(jīng)常更換和磨礪，因此它主要用于操作員需要在內部切割定制輪廓以完成特殊工作的情況。

整體硬質合金

硬質合金刀具有不同的形式：硬質合金刀頭、硬質合金刀片和整體硬質合金刀具。請記住，并非所有的硬質合金都是相同的，因為這些刀具制造商的晶體結構差異很大。因此，這些刀具對熱量、振動、沖擊和切削負荷的反應不同。通常，低成本的通用硬質合金刀具的磨損和碎裂速度比高價位的名牌刀具更快。

碳化硅晶體嵌入鈷粘合劑中形成刀具。當?shù)毒呤軣釙r，鈷粘合劑失去保持碳化物晶體的能力，刀具變鈍。同時，缺失碳化物留下的空洞會被切割材料中的污染物填滿，從而加劇鈍化過程。

金剛石工具

近幾年來，這類工具的價格有所下降。其出色的耐磨性使其成為切割高壓層壓板或中密度纖維板等材料的理想選擇。有人聲稱它的使用壽命比硬質合金高出 100 倍。如果金剛石尖頭工具碰到嵌入的釘子或硬結，則容易碎裂或破裂。一些制造商使用金剛石工具對磨料進行粗切割，然后在精加工工作中改用硬質合金或插入式工具。

刀具幾何形狀

柄

刀柄是刀具上被刀架夾持的部分。它是刀具上沒有加工痕跡的部分。刀柄必須保持無污染、無氧化和無劃痕。

切割直徑

這是工具將產(chǎn)生的切口的直徑或寬度。

切割長度

這是刀具的有效切削深度或刀具能夠切入材料的深度。

長笛

這是工具的一部分，用于將切割的材料鉆出。刀具上的槽數(shù)對于確定切屑負荷很重要。

刀具輪廓

這一類別的工具有很多種。主要考慮的是上切螺旋和下切螺旋、壓縮螺旋、

粗銑刀、精銑刀、低螺旋和直銑刀。所有這些刀具均由一至四個刃口組合而成。

上切螺旋將導致切屑從切口向上飛出。這在進行盲切或垂直向下鉆孔時非常有用。然而，這種刀具幾何形狀會促進提升并傾向于撕裂被切割材料的頂部邊緣。

下切螺旋刀具將把切屑向下推入切口，這往往會改善零件的保持力，但在某些情況下會導致堵塞和過熱。這種刀具還會撕裂被切割材料的底部邊緣。

上切和下切螺旋刀具均帶有粗加工、斷屑槽或精加工刃口。

壓縮螺旋是上切槽和下切槽的組合。

壓縮工具將碎片從邊緣推向材料的中心，用于切割雙面層壓板或當邊緣撕裂成為問題時使用。

當切割較軟的材料（例如塑料和泡沫）時，當焊接和排屑至關重要時，請使用低螺旋或高螺旋螺旋鉆頭。

芯片負載

延長刀具壽命的最重要因素是消散刀具吸收的熱量。最快的方法是切割更多的材料，而不是放慢速度。切屑比灰塵更能從刀具中吸收熱量。此外，刀具與材料的摩擦也會產(chǎn)生摩擦，從而產(chǎn)生熱量。

在延長刀具壽命的過程中要考慮的另一個因素是保持刀具、夾頭和刀架清潔，無沉積物或腐蝕，從而減少由刀具不平衡引起的振動。

刀具每個齒去除的材料厚度稱為切屑負荷。

切屑負荷計算公式如下：

切屑負荷 = 進給率 / RPM / 刃數(shù)

當切屑負荷增加時，刀具壽命會增加，同時縮短循環(huán)時間。此外，各種切屑負荷都將實現(xiàn)良好的邊緣光潔度。最好參考刀具制造商的切屑負荷圖表來找到最佳使用數(shù)值。建議的切屑負荷通常在 0.003" 到 0.03" 或 0.07 mm 到 0.7 mm 之間。

配件

標簽打印

這是一種在行業(yè)中越來越流行的選擇，特別是因為數(shù)控機床越來越融入整個業(yè)務模式。控制器可以連接到銷售或調度軟件，零件加工完成后會打印零件標簽。一些供應商使用標簽來識別剩余材料，以便將來輕松檢索。

光學讀取器

它們也可以稱為條形碼掃描器，可以集成到控制器中，這樣只需掃描工作計劃表上的條形碼即可調用程序。此選項通過自動執(zhí)行程序加載過程節(jié)省了寶貴的時間。

探頭

這些測量設備形式多樣，功能各異。有些探頭僅測量表面 h8，以確保在 h8 敏感應用中正確對準。其他探頭可以自動掃描三維物體的表面以供日后復制。

刀具長度傳感器

刀具長度傳感器的作用類似于探針，可測量刀具末端與工作空間表面之間的距離，并將該數(shù)字輸入到控制器的刀具參數(shù)中。這一小小附加功能可使操作員免于每次更換刀具時所需的冗長過程。

激光投影儀

這些設備首次出現(xiàn)在家具行業(yè)的 CNC 皮革切割機中。安裝在 CNC 工作臺上方的激光投影儀投射即將切割的部件的圖像。這大大簡化了將坯料定位在工作臺上的過程，從而避免了缺陷和其他問題。

乙烯基切刀

乙烯基刀附件在標牌行業(yè)中很常見。這是一種可以連接到主軸或側面的刀具，帶有一個可自由旋轉的刀，刀的壓力可以通過旋鈕調節(jié)。該附件允許用戶將數(shù)控雕刻機變成繪圖儀，以制作用于噴砂的乙烯基面罩或用于卡車和標牌的乙烯基字母和徽標。

冷卻液分配器

冷風槍或切削液噴霧器與木工銑刀一起使用，用于切割鋁或其他有色金屬。這些附件在切削工具附近噴射冷風或切削液霧，以確保切削工具在工作時保持冷卻。

雕刻機

雕刻機安裝在主軸上，由一個浮動頭組成，浮動頭上裝有一把直徑較小的雕刻刀，雕刻刀的轉速在 20,000 到 40,000 RPM 之間。浮動頭確保即使材料厚度發(fā)生變化，雕刻深度也將保持不變。這種選擇在標牌制作行業(yè)最為常見，盡管獎杯制造商、琴師和木制品店也將其用于鑲嵌細工。

旋轉軸

沿 x 軸或 y 軸設置的旋轉軸可將雕刻機變成數(shù)控車床。其中一些旋轉軸只是旋轉主軸，而另一些則是可轉位的，這意味著它們可用于雕刻復雜的零件。

浮動刀頭

浮動刀頭將使刀具與被切割材料的頂面保持特定的 h8 距離。當在零件的頂面上切割特征時，這一點很重要，因為零件的頂面可能不是平整的。一個例子是在餐桌頂部切割 V 形槽。

等離子切割機

等離子切割機是一些機器的附加裝置，允許用戶切割不同厚度的金屬板零件。

聚合工具

聚合工具可以完成直切割機無法完成的許多操作。

傳統(tǒng)和數(shù)控加工

數(shù)控加工優(yōu)于傳統(tǒng)方法的原因是什么？它真的有優(yōu)勢嗎？主要優(yōu)勢在哪里？如果將 CNC 和傳統(tǒng)加工工藝進行比較，就會發(fā)現(xiàn)一種加工零件的通用方法：

1. 獲取并研究圖紙

2.選擇最合適的加工方法

3. 確定設置方法（工件保持）

4. 選擇切削刀具

5. 確定速度和進給

6. 加工零件

兩種加工方式的基本方法相同。主要區(qū)別在于輸入各種數(shù)據(jù)的方式。手動進給速度為 10 英寸/分鐘 (10 in/min)

或 CNC 應用，但應用方法不同。冷卻液也一樣——可以通過轉動旋鈕、按下開關或編寫特殊代碼來激活冷卻液。所有這些動作都會導致冷卻液從噴嘴中噴出。在這兩種加工中，用戶都需要具備一定的知識。畢竟，金屬加工，特別是金屬切割，主要是一種技能，但在很大程度上，它也是一門藝術，也是許多人的職業(yè)。計算機數(shù)控的應用也是如此。與任何技能、藝術或職業(yè)一樣，掌握它的每一個細節(jié)是成功的必要條件。成為 CNC 機械師或 CNC 程序員需要的不僅僅是技術知識。工作經(jīng)驗、直覺以及有時被稱為“直覺”的東西是任何技能的必要補充。

在傳統(tǒng)加工中，機器操作員用一只手或兩只手設置機器并移動每個切削刀具，以生產(chǎn)所需的零件。手動機床的設計提供了許多有助于加工零件過程的功能，例如杠桿、手柄、齒輪和刻度盤等。操作員對批次中的每個零件重復相同的身體動作。但是，在這種情況下，“相同”一詞實際上意味著“相似”而不是“相同”。人類無法始終完全相同地重復每個過程 - 這是機器的工作。人們不可能一直以相同的性能水平工作，而無需休息。我們每個人都有好的時候和壞的時候。當將這些時刻的結果應用于加工零件時，很難預測。每批零件中都會存在一些差異和不一致。零件并不總是完全相同。保持尺寸公差和表面光潔度質量是傳統(tǒng)加工中最典型的問題。個別機械師可能有他們的同事。這些因素和其他因素的結合造成了大量不一致性。

數(shù)控加工消除了大多數(shù)不一致性。它不需要與機械加工相同的物理參與。在數(shù)字上

受控加工不需要任何杠桿、刻度盤或手柄，至少與傳統(tǒng)加工不同。零件程序一旦得到驗證，就可以多次使用，始終返回一致的結果。這并不意味著沒有限制因素。切削刀具確實會磨損，一批材料毛坯與另一批材料毛坯不相同，設置可能會有所不同，等等。在必要時，應考慮并補償這些因素。

數(shù)控技術的出現(xiàn)并不意味著所有手動機器的瞬間甚至長期消亡。有時傳統(tǒng)的加工方法比計算機化方法更可取。例如，簡單的一次性工作在手動機器上可能比在數(shù)控機床上更有效地完成。某些類型的加工工作將受益于手動或半自動加工，而不是數(shù)控加工。數(shù)控機床并非旨在取代每臺手動機器，而只是對它們進行補充。

在許多情況下，決定是否在數(shù)控機床上進行某些加工取決于所需零件的數(shù)量，而不是其他因素。雖然批量加工的零件數(shù)量始終是重要標準，但它絕不是唯一因素。

還應考慮零件的復雜性、公差、所需的表面光潔度質量等。通常，單個復雜零件將從數(shù)控加工中受益，而五十個相對簡單的零件則不會。

請記住，數(shù)控從未單獨加工過任何零件。數(shù)控只是一種過程或方法，可使機床以高效、準確和一致的方式使用。

數(shù)控優(yōu)勢

數(shù)控的主要優(yōu)點有哪些？

重要的是要知道哪些加工領域會從中受益，哪些領域更適合用傳統(tǒng)方式完成。認為一臺 2 馬力的數(shù)控銑床將勝過目前在功率高出二十倍的手動銑床上完成的工作，這是荒謬的。同樣不合理的是期望切削速度和進給率比傳統(tǒng)機器有大幅提高。如果加工和工具條件相同，兩種情況下的切削時間將非常接近。

CNC 用戶可以且應該期待改進的一些主要領域：

1. 減少設置時間

2. 縮短交貨時間

3. 準確性和重復性

4. 復雜形狀的輪廓

5. 簡化工具和工件夾持

6. 一致的切割時間

7. 總體生產(chǎn)效率提高

每個領域都只提供潛在的改進。單個用戶將體驗到不同程度的實際改進，具體取決于現(xiàn)場生產(chǎn)的產(chǎn)品、使用的數(shù)控機床、設置方法、夾具的復雜性、切削刀具的質量、管理理念和工程設計、勞動力的經(jīng)驗水平、個人態(tài)度等。

減少設置時間

在許多情況下，數(shù)控機床的設置時間可以減少，有時可以大大減少。重要的是要意識到設置是手動操作，很大程度上取決于數(shù)控操作員的表現(xiàn)、夾具類型和機加車間的一般做法。設置時間效率不高，但卻是必要的——它是經(jīng)營業(yè)務的間接成本的一部分。將設置時間保持在最低限度應該是任何機加車間主管、程序員和操作員的主要考慮因素之一。

由于數(shù)控機床的設計，設置時間不應成為主要問題。模塊化夾具、標準工具、固定定位器、自動換刀、托盤和其他先進功能使設置時間比傳統(tǒng)機器的同類設置更高效。如果對現(xiàn)代制造業(yè)有充分的了解，生產(chǎn)力可以顯著提高。

為了評估設置時間的成本，一次設置下加工的零件數(shù)量也很重要。如果一次設置中加工大量零件，則每個零件的設置成本可能非常低。將幾個不同的操作分組到一個設置中也可以實現(xiàn)非常類似的減少。即使設置時間較長，與設置幾臺傳統(tǒng)機器所需的時間相比，這也是合理的。

縮短交貨時間

一旦編寫并驗證了零件程序，它就可以在將來再次使用，即使是在很短的時間內。雖然第一次運行的準備時間通常較長，但任何后續(xù)運行的準備時間幾乎為零。即使零件設計的工程變更需要修改程序，通常也可以快速完成，從而縮短準備時間。

設計和制造傳統(tǒng)機器的幾種特殊夾具所需的較長的準備時間，通?？梢酝ㄟ^準備零件程序和使用簡化的夾具來減少。

準確性和重復性

現(xiàn)代數(shù)控機床的高精確度和可重復性一直是許多用戶的主要優(yōu)勢。無論零件程序是存儲在磁盤、計算機內存中，還是存儲在磁帶上（原始方法），它始終保持不變。任何程序都可以隨意更改，但一旦經(jīng)過驗證，通常就不再需要更改。給定的程序可以根據(jù)需要重復使用多次，而不會丟失其中包含的任何數(shù)據(jù)。確實，程序必須遵循諸如刀具磨損和工作溫度等可變因素，必須安全存儲，但通常幾乎不需要 CNC 程序員或操作員的干預，數(shù)控機床的高精確度和可重復性使得能夠一次又一次地一致地生產(chǎn)出高質量的零件。

復雜形狀的輪廓

CNC 車床和加工中心能夠加工各種形狀的輪廓。許多 CNC 用戶購買機器只是為了能夠處理復雜的零件。飛機和汽車行業(yè)的 CNC 應用就是很好的例子。對于任何 3 維刀具路徑生成來說，使用某種形式的計算機編程幾乎是必需的。

無需額外花費制作模型進行描模，即可制造復雜形狀（如模具）。只需按下按鈕、模板、木制模型和其他制模工具，即可實現(xiàn)鏡像零件。

簡化工具和工件夾持

使用專門為數(shù)控應用設計的標準工具，無法消除傳統(tǒng)機器周圍的工作臺和抽屜中堆積的標準和自制工具。多階梯工具（如導向鉆、階梯鉆、組合工具、沉頭鉆等）被幾個單獨的標準工具取代。這些工具通常比特殊和非標準工具更便宜，也更容易更換。削減成本的措施迫使許多工具供應商保持低價甚至不存在。標準的現(xiàn)成工具通常比非標準工具更容易獲得。

數(shù)控機床的夾具和工件固定只有一個主要目的 - 將零件牢固地固定在同一批次內所有零件的相同位置。為 CNC 工作設計的夾具通常不需要夾具、導向孔和其他孔定位輔助工具。

提高切削時間和生產(chǎn)率

數(shù)控機床上的切削時間通常稱為循環(huán)時間，并且始終保持一致。與傳統(tǒng)加工不同，傳統(tǒng)加工中操作員的技能、經(jīng)驗和個人疲勞度會發(fā)生變化，而數(shù)控加工則由計算機控制。少量的手動工作僅限于設置和裝載和卸載零件。對于大批量生產(chǎn)，非生產(chǎn)時間的高成本分散在許多零件上，因此不那么重要。一致的切削時間的主要好處是用于重復性作業(yè)，其中可以非常準確地進行生產(chǎn)調度和將工作分配到各個機床。

公司經(jīng)常購買數(shù)控機床的主要原因是純粹的經(jīng)濟效益——這是一項重大投資。此外，擁有競爭優(yōu)勢始終是每個工廠經(jīng)理的首要考慮。數(shù)控技術提供了實現(xiàn)制造生產(chǎn)率顯著提高和制造零件整體質量的絕佳手段。與任何手段一樣，必須明智而熟練地使用它。當越來越多的公司使用 CNC 技術時，僅僅擁有數(shù)控機床已不再能提供額外的優(yōu)勢。那些懂得有效使用技術并加以實踐以在全球經(jīng)濟中保持競爭力的公司才能取得進步。

為了實現(xiàn)大幅提高生產(chǎn)率的目標，用戶必須了解 CNC 技術所基于的基本原理。這些原理有多種形式，例如，了解電子電路、復雜梯形圖、計算機邏輯、計量學、機器設計、機器原理和實踐等等。負責人必須學習和掌握每一項。本手冊的重點是與 CNC 編程直接相關的主題，以及了解最常見的數(shù)控機床、加工中心和車床（有時也稱為車削中心）。零件質量考慮對每個程序員和機床操作員來說都應該非常重要，這一目標也反映在手冊方法以及眾多示例中。

數(shù)控機床的類型

不同類型的數(shù)控機床種類繁多。隨著技術的發(fā)展，它們的數(shù)量正在迅速增加。不可能確定所有的應用；它們會列出一個很長的清單。以下是數(shù)控機床可以歸類為以下類別的簡要列表：

1. 銑床和加工中心

2. 車床和車削中心

3. 鉆孔機

4. 鏜銑床和刨床

5. 電火花加工機床

6.沖床和剪床

7.火焰切割機

8。 雕刻機

9. 水射流和激光輪廓儀

10.外圓磨床

11. 焊接機

12.彎管機、繞線機、旋壓機等。

數(shù)控加工中心和車床在工業(yè)設備數(shù)量中占主導地位。這兩組設備幾乎平分市場。某些行業(yè)可能根據(jù)其需求對某一組機器有更高的需求。必須記住，車床有很多種，加工中心也有很多種。但是，立式機床的編程過程與臥式機床或簡單的數(shù)控銑床的編程過程類似。即使在不同的機床組之間，也存在大量的通用應用，編程過程通常相同。例如，用立銑刀銑削的輪廓與用線切割的輪廓有很多共同之處。

銑床和加工中心

銑床的標準軸數(shù)為 3 個，即 X、Y 和 Z 軸。銑削系統(tǒng)上設置的部分是所有切削刀具旋轉，它可以上下移動（或進出），但它并不物理地跟隨刀具路徑。

數(shù)控銑床（有時稱為數(shù)控銑床）通常是小型、簡單的機器，沒有換刀器或其他自動功能。它們的額定功率通常很低。在工業(yè)中，它們用于工具室工作、維護目的或小部件生產(chǎn)。與 CNC 鉆頭不同，它們通常設計用于輪廓加工。

數(shù)控加工中心比鉆頭和銑床更受歡迎，效率更高，主要是因為它們的靈活性。用戶從數(shù)控加工中心獲得的主要好處是能夠分組

可以將多種不同的操作整合到一個設置中。例如，可以將鉆孔、鏜孔、锪孔、攻絲、锪孔和輪廓銑削整合到一個 CNC 程序中。此外，通過使用托盤自動更換刀具以最大限度地減少空閑時間、索引到零件的另一側、使用附加軸的旋轉運動以及許多其他功能，可以增強靈活性，數(shù)控加工中心可以配備特殊軟件來控制速度和進給、切削刀具的壽命、自動在線測量和偏移調整以及其他提高生產(chǎn)效率和節(jié)省時間的設備。

典型的數(shù)控加工中心有兩種基本設計。即立式加工中心和臥式加工中心。這兩種類型之間的主要區(qū)別在于它們可以高效完成的工作性質。對于立式數(shù)控加工中心，最適合的工作類型是平面零件，要么安裝在工作臺上的夾具上，要么借助虎鉗或卡盤。需要在單個設置中加工 2 個或更多面的工作更適合在 CNC 臥式加工中心上完成。一個很好的例子是泵殼和其他立方體形狀。一些小零件的多面加工也可以在配備旋轉工作臺的 CNC 立式加工中心上完成。

兩種設計的編程過程相同，但水平設計增加了一個附加軸（通常是 B 軸）。該軸要么是工作臺的簡單定位軸（分度軸），要么是用于同時進行輪廓加工的全旋轉軸。

本手冊主要介紹 CNC 立式加工中心的應用，其中有一節(jié)專門介紹臥式設置和加工。編程方法也適用于小型數(shù)控銑床或鉆孔機和/或攻絲機，但程序員必須考慮它們的局限性。

車床和車削中心

CNC 車床通常是一種具有 2 個軸（垂直 X 軸和水平 Z 軸）的機床。車床與銑床的主要區(qū)別在于，車床的零件圍繞機床中心線旋轉。此外，切削刀具通常是固定的，安裝在滑動轉塔中。切削刀具沿著編程的刀具路徑輪廓移動。對于帶有銑削附件（即所謂的動力刀具）的數(shù)控車床，銑削刀具有自己的電機，在主軸靜止時旋轉。

現(xiàn)代車床設計可為臥式或立式。臥式比立式更為常見，但兩種設計均存在于任一組。例如，臥式組的典型數(shù)控車床可設計為平床身或斜床身，為棒料型、卡盤型或通用型。除了這些組合或添加許多附件外，CNC 車床還成為一種極其靈活的機床。通常，尾座、穩(wěn)定架或隨動架、零件接料器、拉出手指甚至第三軸銑削附件等附件都是數(shù)控車床的常用組件。CNC 車床用途廣泛，事實上它通常被稱為數(shù)控車削中心。本手冊中的所有文本和程序示例均使用更傳統(tǒng)的術語“CNC 車床”，但仍可識別其所有現(xiàn)代功能。

CNC 人員

計算機和機床沒有智能。它們無法思考，無法以理性的方式評估一個工位。只有具備某些技能和知識的人才能做到這一點。在數(shù)控領域，技能通常掌握在兩個關鍵人物手中，一個負責編程，另一個負責加工。他們各自的人數(shù)和職責通常取決于公司的偏好、規(guī)模以及在那里生產(chǎn)的產(chǎn)品。然而，每個職位都是截然不同的，盡管許多公司將這兩個職能合二為一，通常稱為 CNC 程序員/操作員。

CNC程序員

CNC 程序員通常是 CNC 機加車間中責任最大的人。此人通常負責工廠中數(shù)控技術的成功。同樣，此人還負責與 CNC 操作相關的問題。

盡管職責各異，但程序員還負責與有效使用數(shù)控機床相關的各種任務。事實上，此人通常負責所有 CNC 操作的生產(chǎn)和質量。

許多 CNC 程序員都是經(jīng)驗豐富的機械師，他們擁有實際的動手操作機床的經(jīng)驗，他們知道如何閱讀技術圖紙，并能理解設計背后的工程意圖。這種實踐經(jīng)驗是能夠在辦公室環(huán)境中“加工”零件的基礎。優(yōu)秀的 CNC 程序員必須能夠直觀地看到所有工具運動并識別可能涉及的所有限制因素。程序員必須能夠收集、分析過程并將所有收集的數(shù)據(jù)邏輯地集成到一個信號、有凝聚力的程序中。簡而言之，CNC 程序員必須能夠從各個方面決定最佳的制造方法。

除了機械加工技能外，CNC 程序員還必須了解數(shù)學原理，主要是方程的應用、弧和角的解。三角學知識也同樣重要。即使使用計算機編程，手動編程方法的知識對于徹底理解計算機輸出和控制此輸出也是絕對必要的。

真正專業(yè)的 CNC 程序員的最后一個重要素質是傾聽其他人（工程師、CNC 操作員、經(jīng)理）的能力。良好的傾聽技巧是變得靈活的第一個先決條件。優(yōu)秀的 CNC 程序員必須靈活才能提供高質量的編程。

數(shù)控機床操作員

數(shù)控機床操作員是 CNC 程序員的補充職位。程序員和操作員可能由一個人擔任，在許多小商店中就是這種情況。盡管傳統(tǒng)機床操作員執(zhí)行的大部分職責已轉移到 CNC 程序，但 CNC 操作員仍有許多獨特的職責。在典型情況下，操作員負責工具和機床設置、零件更換，甚至經(jīng)常負責一些過程中的檢查。許多公司希望對機器進行質量控制 - 并且任何機床（手動或計算機化）的操作員也負責該機器上所做工作的質量。數(shù)控機床操作員的一項非常重要的職責是向程序員報告有關每個程序的發(fā)現(xiàn)。即使擁有最好的知識、技能、態(tài)度和意圖，“最終”程序也總是可以改進的。CNC 操作員是最接近實際加工的人，他確切地知道這種改進可以達到什么程度。

證明 CNC 成本合理

數(shù)控機床的成本可能會讓大多數(shù)制造商感到緊張，但擁有數(shù)控雕刻機的好處很可能會在很短的時間內證明其成本是合理的。

需要考慮的第一項成本是機器成本。一些供應商提供捆綁交易，包括安裝、軟件培訓和運費。但在大多數(shù)情況下，所有東西都是單獨出售的，以便定制數(shù)控雕刻機。

輕松的工作

低端機器的價格從 2,000 美元到 10,000 美元不等。它們通常是用彎曲的金屬板制成的螺栓式套件，并使用步進電機。它們配有培訓視頻和說明手冊。這些機器適合 DIY 使用，適用于標牌行業(yè)和其他非常輕型的操作。它們通常會配備一個用于傳統(tǒng)插入式雕刻機的適配器。主軸和真空工件夾持等配件是可選的。這些機器可以非常成功地集成到高生產(chǎn)環(huán)境中，作為專用流程或制造單元的一部分。例如，可以對其中一個 CNC 進行編程，以便在組裝之前在抽屜正面鉆出硬件孔。

中型

中檔數(shù)控機床的價格在 10,000 美元到 100,000 美元之間。這些機器由更厚的鋼或鋁制成。它們可能使用步進電機，有時使用伺服電機；并使用齒條和小齒輪傳動或皮帶傳動。它們將有一個單獨的控制器，并提供一系列不錯的選項，例如自動換刀器和真空集氣室工作臺。這些機器適用于標牌行業(yè)的重型作業(yè)以及輕型面板加工應用。

對于資源或人力有限的初創(chuàng)企業(yè)來說，這是一個不錯的選擇。它們可以完成櫥柜制造所需的大部分操作，盡管復雜程度和效率不盡相同。

產(chǎn)業(yè)實力

高端雕刻機的價格高達 100,000 美元。這包括一系列具有 3 到 5 個軸的機器，適用于廣泛的應用。這些機器將由厚規(guī)格焊接鋼制成，并配備自動換刀器、真空工作臺和其他配件（具體取決于應用）。這些機器通常由制造商安裝，并且通常包括培訓。

運輸服務

運輸數(shù)控雕刻機的成本相當高昂。雕刻機的重量從幾百磅到幾噸不等，根據(jù)地點不同，運輸成本可能從 8 美元到 200 美元甚至更多。請記住，除非機器是在附近制造的，否則從歐洲或亞洲運送到經(jīng)銷商展廳的隱性成本很可能包括在內。機器交付后，將機器運入室內可能還會產(chǎn)生額外費用，因為最好聘請專業(yè)的索具工來處理這種操作。

安裝和培訓

CNC 供應商通常收取每天 300 至 1,000 美元的安裝費用。安裝和測試雕刻機可能需要半天到一周的時間。這筆費用可能包含在購買機器的價格中。一些供應商會免費提供硬件和軟件的使用培訓，通常是在現(xiàn)場，而其他供應商則會收取每天 300 至 1,000 美元的安裝費用。

CNC 工作相關安全

許多公司的墻上都貼著一張安全海報，上面?zhèn)鬟_著簡單而有力的信息：

安全第一條規(guī)則是遵守所有安全規(guī)則。

本節(jié)的標題并未表明安全性是面向編程還是面向加工層面。關鍵是安全性是完全獨立的。它獨立存在，控制著機加工車間內外每個人的行為。乍一看，安全性似乎與加工和機器操作有關，也許還與設置有關。這絕對是真的，但很難展現(xiàn)完整的圖景。

在典型的機加車間日常工作中，編程、設置、加工、工具加工、夾具、檢查、切削和諸如此類的操作中，安全是最重要的元素。安全永遠都不能被過分強調。公司談論安全、召開安全會議、張貼海報、發(fā)表演講、請專家來處理。我們所有人看到如此大量的信息和說明，都是出于一些非常充分的理由。其中不少是過去的悲劇事件所導致的——許多法律、規(guī)則和條例都是在對嚴重事故進行調查和研究后制定的。

乍一看，在 CNC 工作中，安全似乎是次要問題。自動化程度很高；零件程序一遍又一遍地運行，過去使用過的工具，簡單的設置等。所有這些都會導致自滿和錯誤地認為安全已經(jīng)得到照顧。這種觀點可能會帶來嚴重后果。

安全是一個大話題，但與 CNC 工作相關的幾點很重要。每個機械師都應該知道機械和電氣設備的危險。邁向安全工作場所的第一步是擁有一個干凈的工作區(qū)域，不允許碎屑、油污和其他碎屑堆積在地板上。注意個人安全同樣重要。寬松的衣服、珠寶、領帶、圍巾、不受保護的長發(fā)、不當使用手套和類似的違規(guī)行為在加工環(huán)境中都是危險的。強烈建議保護眼睛、耳朵、手和腳。

機器運行時，應安裝防護裝置，不得暴露任何移動部件。應特別注意旋轉主軸和自動換刀器。其他可能造成危險的設備包括托盤更換器、切屑輸送機、高壓區(qū)、起重機等。斷開任何聯(lián)鎖裝置或其他安全裝置都是危險的，而且在沒有適當技能和授權的情況下也是違法的。

在編程中，遵守安全規(guī)則也很重要。刀具運動可以用多種方式進行編程。速度和進給必須切合實際，而不僅僅是數(shù)學上“正確”。切削深度、切削寬度、刀具特性都對整體安全性有重大影響。

所有這些想法都只是非常簡短的總結，并提醒我們始終要認真對待安全問題。