數控加工，簡稱CNC（Computer Numerical Control）加工，是一種數字制造技術。以其精度、準確度和復雜產品設計能力而聞名。數控加工不需要手動操作，而是利用連接在機床上的微型計算機來控制機床，微電腦將從CAD模型中獲得的包含加工參數指令的G代碼和M代碼轉發到機床上，通過車、鉆、銑等加工操作，去除工件的部分材料。

CNC 加工簡史

在電子時代之前，設計人員通過手工或手動操作的機器制造零件。此階段使用的制造工藝在準確度、精密度、復雜產品的適用性以及最重要的產品批量生產方面受到限制。因此，對引入新的制造工藝進行瞭研究和開發。

1940 年代，約翰·T·帕森斯(John T. Parsons) 與麻省理工學院合作，在美國空軍的零件制造中開發瞭數控機器，第一次瞥見瞭數控。這些機器允許制造商使用穿孔卡片的指令來控制一組工具。然而，他們仍然缺乏完整的自動化。因此，它們在操作員在場的情況下使用。

隨著更快的計算機的發明，CNC 機器開始使用數字代碼而不是穿孔卡來控制機床。CNC 零件加工可以比以前的加工系統更快、更準確。

CNC加工過程的4個主要步驟

第1步：準備一個CAD模型

這涉及到為一個產品創建2D或3D模型。 AutoCAD和SolidWorks就是常用的建模軟件，這點文章後面會詳述。此外，根據產品的要求，也可以將二維設計轉換為三維設計。CAD模型應該合理設計，毫不費力地向操作者展示關鍵特征，如公差、結構線、螺紋和其他參數，以便進行有效的加工操作。

第2步：轉換為CNC兼容格式

數控機器不會理解CAD模型。因此，必須將CAD模型轉換成與CNC兼容的格式，以便機器能夠解釋它。對於這一步，你可以使用CAM軟件，如AutoCAD，Fusion 360，或其他在線軟件服務。

這種軟件可以轉換為CNC兼容的格式，並將指示CNC機器的參數。如與加工操作相關的旋轉和線性運動、切削順序、刀具路徑、工件、機床速度等。

第3步：設置執行

機械師們將CAD文件變成一個稱為G代碼的數控程序。有瞭這個G代碼，機械師就可以在加工操作開始前設置數控機床所有的加工參數，包括換刀，創建零件的切割操作，以及零件和工具的冷卻。這個過程也涉及到選擇合適的數控機床的類型，選擇合適的機器取決於工件、產品設計的復雜性以及成本。

第4步：加工工件

在制造過程中，數控加工工具，如銑床，車床，磨床和刳刨機是自動化的，將一直運行到計算機程序認為完成為止。這意味著在制造過程中幾乎不需要人的監督。但在加工過程中，操作員需要做幾個層次的檢查，以保證質量。

由於這種高度的自動化，數控加工對於一次性的定制零件和中等數量的生產來說是非常具有價格競爭力的。

機械師在數控加工中的重要作用

即使 CNC 加工過程是自動化的，也需要 CNC 機械師來應對預期和意外的故障。以下是 CNC 機械師的重要角色：

• 查找產品規格。
• 閱讀藍圖、草圖和 CAD/CAM 文件。
• 創建 CAE 模型。
• 對齊和調整切削工具和其他機器材料。
• 安裝、使用和拆卸數控機床。
• 觀察機器的速度。
• 檢查和測試成品是否有缺陷。
• 確保零件與 CAD 模型對齊。

數控機床的類型

眾所周知，用於CNC銑削的機器稱為CNC銑床，用於CNC車削的稱為CNC車床。然而，數控機床的類型更多的是它們可以移動和旋轉的軸。以下是零件制造中常用的幾種：

• 2軸數控機床：隻能在 x 軸和 z 軸（即垂直和水平）上加工零件，是零件制造中使用的最簡單的數控機床。
• 3軸數控機床：3 軸 CNC 機床比 2 軸 CNC 機床更進一步，它們可以在 x、y 和 z 軸上移動，是 CNC 加工中最常用的機器。但是，由於缺乏回轉，加工具有復雜設計的零件的能力可能會受到限制。
• 4 軸數控機床：4 軸 CNC 機床的主軸可以沿三個軸移動。簡單來說，機器可以上下、左右、前後以及沿 X 軸和 A 軸旋轉。不過這一切都是在工件不移動的情況下發生的。由於其速度、精度和準確性，4 軸機床是加工復雜零件時最常用的數控機床。
• 5 軸數控機床：5 軸 CNC 機床有一個主軸和刀具，可以像 4 軸機床一樣移動。然而，與 4 軸機器不同的是，它們可以沿三個軸中的任意兩個旋轉。它們被認為是最完整的多軸 CNC 機床，因為它們能夠從各個方向接近工件，而無需在加工過程中手動重新定位。5軸CNC加工使精密復雜零件完美運行。

不同類型的數控加工操作

數控加工是一種減法制造技術，通過從一個固體塊上去除材料來產生零件。然而，去除的方式取決於不同的工藝。零件制造中常用的數控加工操作包括：

• 數控鉆孔

數控鉆孔包括使用旋轉的切割工具在固定的工件上創建圓柱形的孔。大多數情況下適用於安裝螺釘和螺栓。因此，該過程在需要零件組裝的產品中很常見。

• 數控銑削

數控銑削是最常見的加工操作，包括使用可以旋轉和沿軸移動的切割工具，從工件上去除材料。切割的難易程度取決於數控機床的復雜程度。

• 數控車削

數控車削是一種加工操作，涉及到旋轉產品，同時將其送入生產的切削工具，以制造加工的零件。

其他加工操作

• 磨削
• 研磨
• 鋸切
• 珩磨

CNC加工的好處是什麼？

由於多種優點，CNC加工在工業零件制造中具有廣泛的應用。以下是該過程相對於其他制造操作的一些好處。

• 準確度和精度

CNC 加工精確，允許產品制造商根據預期設計制造零件。除此之外，它具有很高的精度和公差；因此，您可以在不損失準確性的情況下制造不同批次的產品。此外，自動化過程減少瞭加工過程中的錯誤。

• 快速高效

您可以在幾天內獲得 CNC 加工零件。因此，它是生產效率。然而，速度和效率取決於數控機床的類型和產品的復雜程度。

• 成本效益

CNC 加工具有較高的初始投資成本。但是，它的運營成本較低。除此之外，高產出率、很少或沒有人為錯誤以及低生產成本增加瞭其成本效益。此外，對於大多數機加工操作而言，需要的培訓較少，而且大部分培訓都是在線提供的。

• 更好的能力

大多數 CNC 機器可以攜帶許多用於不同目的的工具。除此之外，他們還擁有復雜的軟件，使他們能夠處理不同的產品和復雜的工件。因此，它們具有增強的功能以及與不同尺寸、形狀或紋理的工件的兼容性。

• 廣泛的兼容材料

機加工操作與大量材料兼容:

–金屬：銅、不銹鋼合金、鈦、黃銅、鋁合金、鋼、鎂等。

–塑料：乙縮醛、PEEK、聚碳酸酯、尼龍、丙烯酸、PVC、聚丙烯等。

–復合材料：環氧樹脂、酚醛樹脂、玻璃纖維和碳纖維。

–木材：硬木和膠合板。

–泡沫：剛性和雕刻泡沫。

但是，在選擇CNC 材料之前，請考慮以下因素：

• 硬度
• 機械性能
• 零件功能
• 尺寸公差
• 工作溫度
• 成本

常用的數控加工支持軟件

根據 CNC 加工工藝要求，每次加工都使用下面列出的一種或多種軟件：

1.CAD軟件

CAD 軟件允許操作員生成用於產品設計和制造的物理組件的 2D 和 3D 模型。除此之外，它們還負責向制造商提供設計數據。示例包括 AutoCAD（2D 和 3D）、Inventor (3D)、Blender 和 SketchUp。

2.CAM軟件

CAM 軟件適用於為那些控制 CNC 機器的 CAD 模型創建 G 代碼。因此，數控機床具有自動化。頂級示例包括 Fusion 360、SolidWorks 和 AutoCAD。

3.CAE軟件

CAE 軟件允許產品設計人員模擬預期產品的性能。因此，它們可以增強產品設計並幫助工程師解決與工程相關的問題。示例包括有限元分析、多體動力學和計算流體動力學。

CNC 加工是一種在零件和產品制造中廣泛接受的通用工藝。由於其準確度、精密度和公差，CNC加工在許多制造業中都有應用, 包括汽車、航空航天、軍事、國防、海洋和醫療。未來，數控加工一定還會有更大更開闊的市場。