车床、铣床和钻床等传统机器操作历来严重依赖手动控制，导致准确性和精密度降低，并且需要大量的人力和时间。为了应对这些挑战， 计算机数控 （数控）机器被创建。这些机器预先编程，实现自动操作并减少人工参与，从而提高精度。
数控机床是一种复杂的设备，旨在自动化使用各种材料（包括金属、塑料和木材）制造零件。虽然数控机床有不同的配置，但最常见的是 数控铣床 和 数控车床。数控车床特别适合加工圆柱形零件，而铣床则可用于加工平面、弯曲或有角度的零件。
数控机床由几个有助于其功能和效率的关键部件和元件组成。在这里，我们将探讨数控机床的主要部件及其所包含的元素。
数控机床零件
本节旨在概述 CNC 机床中的各种组件。虽然控制单元、驱动系统和反馈系统等某些部件在车床和铣床之间是共享的，但每种类型的机器也有其独特的特定元件。例如，尾座和主轴箱是数控车床专用的。
数控机床的关键部件包括：
1. 输入设备
数控机床的输入装置负责加载 数控程序 进入系统。该装置可以采用键盘的形式，允许用户直接输入G代码命令。或者，它可以涉及用于从另一台计算机传输已完成的程序的 USB 闪存驱动器，或者用于通过本地网络从连接的计算机下载程序的无线通信。
2. 机器控制单元（MCU）
机器控制单元 (MCU) 是 CNC 机器的重要电子硬件和软件组件。它的作用是读取提供的 G 代码并将其转换为工具驱动程序可以执行的指令，以执行所需的加工操作。 MCU 负责解释 G 代码坐标，而 G 代码坐标又决定由 MCU 执行的运动 伺服电机 跨越不同的机器轴。此外，MCU 利用反馈传感器来确保工具在每次移动完成后准确定位。它还按照 G 代码中的规定管理换刀装置并激活冷却液系统。图 1 描述了典型的控制单元配置。
3. 控制面板
CNC 机床的控制面板包含各种组件，以方便操作员交互。它通常由输入设备、显示单元、键盘和附加控制按钮组成。为了提供灵活性，控制面板通常使用可伸缩臂连接到 CNC 机床。这使得操作员可以将屏幕放置在方便的位置，以便于访问和操作。
4. 驱动系统
驱动系统由电机组成，负责沿着数控机床的各个轴移动刀具。在标准 CNC 铣床中，床身沿 x 轴和 y 轴水平移动，而床身则沿 x 轴和 y 轴水平移动。 切割用具 沿 z 轴垂直移动。在标准数控车床上，驱动系统使切削刀具与工件旋转轴对齐。切削刀具沿工件的旋转轴线而不是穿过工件的旋转轴线引入到材料的外径。 CNC 机床中的运动通常由线性导轨、伺服电机和 滚珠丝杠。伺服电机精确移动滚珠丝杠螺母以定位不同的机械部件，例如 主轴 和床。线性导轨确保床身和主轴的运动准确，并最大限度地减少任何潜在的游隙或偏差。
5. 机床
期限 ”机械工具”是指用于对工件进行加工的各种工具，通常涉及切割。机床的具体形式根据数控机床的类型而不同。数控车床利用固定刀具并将旋转的原材料移动到刀具中进行切割。另一方面，数控铣床将旋转刀具移动到静止材料中进行切割。不过，更先进的 5轴机器 能够移动工具和工件，从而能够在最终零件中创建更复杂的特征。机床通常存储在“工具库”中，“工具库”是设计用于容纳加工零件所需的所有工具的机架。换刀装置负责自动从主轴上移除刀具，将其放回刀具库中，并用下一个所需的刀具替换。图 2 显示了 CNC 铣床的典型机床配置。
六、反馈机制
尽管驱动系统具有精确的性质，但通常需要结合闭环控制系统。这确保了机器将机械部件移动到特定位置后，该位置得到验证，并在需要时进行调整。为了测量位置，通常使用线性或旋转编码器。这些编码器连接到伺服电机，并提供有关组件实际位置的反馈。
此外，在加工过程中，还使用特殊的探测工具对机器进行调零并测量实际零件。这允许对加工参数进行潜在的调整以满足尺寸要求。图 3 显示了典型的探测工具配置。
7. 琴头
主轴箱是车床中的一个独特部件。它包括主驱动器、轴承和 齿轮 需要以指定的速度旋转卡盘以进行加工操作。主轴箱通常位于数控车床的左侧，通常是封闭的，可以通过可拆卸的检查面板进行检修。
8. 床
数控铣床的床身用作原材料的安装平台。为了将工件固定到位，各种 工件夹具 被利用。该床通常配备有 T 形槽或孔，以便连接这些夹具。在传统的 CNC 机床中，床身仅能沿水平 x 轴和 y 轴移动。然而，更先进的 5 轴机器也可以包含沿 x 轴和 y 轴的旋转运动。图 4 描绘了安装在 CNC 铣床床上的零件示例。
对于数控车床，刀塔和尾座固定在床上，而卡盘则固定原材料。
9. 尾座
尾座是数控车床的重要组成部分，为长圆柱形工件提供轴向支撑。它与卡盘一起工作，卡盘支撑并旋转材料。尾座在防止材料因切削过程中产生的力而偏离切削刀具方面起着至关重要的作用。原材料以尾座套筒为中心，尾座套筒在尾座内自由旋转。该组件对于切割轴或动力螺钉特别有用。它的运动仅限于车床的 z 轴，从而可以容纳不同长度的原材料。
10. 尾座套筒
尾座套筒位于尾座内，具有与主轴和卡盘轴线对齐的圆锥形端部。加工长轴时，通常会在工件端部中心钻一个盲孔，以便定位主轴以提供支撑。主轴的运动范围有限。将尾座靠近零件，然后使用气动或液压启动套筒轴，将原材料牢固地固定到位。
11.脚踏开关或踏板
数控车床中使用脚踏开关或踏板来启动和停用卡盘和尾座套筒轴。这些踏板为操作员将毛坯装载到机器上和卸载完成的零件提供了便利。然而，数控铣床通常不使用脚踏板，因为零件已经支撑在床上，并且操作员在装载和卸载原材料时不需要双手免提。
12.查克
卡盘是专为车床设计的整体部件。其主要功能是在加工过程中牢固地夹紧原材料。卡盘由主轴驱动并高速旋转。通常，卡盘由三个或四个可以气动或液压驱动的夹具组成。三爪卡盘是自定心的，因为所有夹具同时径向移动。相反，四爪卡盘允许单独调整夹具，并且不能自动定心。与三爪卡盘相比，四爪卡盘具有更高的精度，并且可以进行偏心切割，因为可以精确控制夹具位置以适应原材料的变化。请参阅图 5，了解典型三爪卡盘的直观图示。
13. 显示单元
显示单元充当向操作员提供重要信息的屏幕。它可以有多种形式，包括显示广泛信息的大型高分辨率屏幕，或仅显示基本细节的小型低分辨率屏幕。显示单元使操作员能够与 CNC 机床的不同功能进行交互，例如输入 G 代码或修改机床设置。此外，它还提供有关机器当前运行状态的实时信息。
数控机床的组成部分
CNC 加工系统通常包含以下几个关键组件：
程序
该程序用作计算机输入，通常使用键盘输入。它指示机器执行特定功能或执行提供的控制代码。这些控制代码分为两组： G 代码和 M 代码.
CNC编程中常用的代码
| 代码 | 代码解释 |
| ñ | 序列号 |
| G | 快速移动 |
| X、Y、Z | 对于 X、Y 和 Z 方向的刀具运动（线性运动） |
| 小号 | 主轴转速（单位根据您的设置） |
| F | 进给率 |
| 吨 | 刀具编号（即用于端面或车削的刀具编号 1） |
| 米 | 杂项功能 |
| 环氧乙烷 | 块结束（程序结束） |
| 甲、乙、丙 | 对于 X、Y 和 Z 方向的角度方向 |
G 代码用于命令机器进行特定运动，例如加工操作和刀具路径。另一方面，M 代码是指不涉及轴运动的各种机器命令。
机器控制单元 (MCU)
CNC 机床的主控制装置通常称为微型计算机或机床控制单元 (MCU)，在管理各种机床功能方面发挥着至关重要的作用。其主要职能包括：
- 启动或停止机器主轴
- 自动调整 主轴转速
- 控制主轴旋转方向
- 开始或停止冷却液供应
- 调节进给速度或调整工件
- 根据需要更换工具
除了这些功能之外，微型计算机还具有诊断软件的优势。该软件有助于检测计算机的问题并促进恢复过程。
伺服系统
伺服系统的主要功能是接收来自反馈装置的控制信号并相应地调整输出以控制数控机床的各个部件，例如轴和刀具。
伺服系统由以下主要部件组成：
- 反馈设备：这些设备提供有关机器部件的位置和运动的信息。它们帮助伺服系统准确地确定机器的当前状态。
- 伺服电机：这些电机接收来自反馈设备的控制信号，并产生必要的扭矩和速度以精确地移动机器部件。
- 滚珠丝杠：滚珠丝杠用于将伺服电机的旋转运动转化为直线运动，从而实现机器部件的精确运动。
磁带阅读器
同时 数控加工 和 注塑成型采用读带机作为存储设备，用于存储特定的加工程序。这些程序可以轻松修改，可以根据加工工艺的要求方便地编辑当前程序。
数控机床如何工作？
CNC 机床利用 CAD 和 CAM 程序以及计算机控制进行操作。 CAD（计算机辅助设计）软件 用于绘图目的。它不仅提高了设计人员的生产力，还提高了设计质量，通过文档促进沟通，并创建制造数据库。
另一方面，CAM（计算机辅助制造）涉及使用两种代码集的编程操作：G 代码和 M 代码。这些代码用于创建程序，输入到 CNC 机床中以执行各种操作，例如在车床上进行车削或切槽。
以下是所涉及的简要步骤：
- 首先，编写由G和M代码组成的零件程序并将其插入到数控机床的机器控制单元（MCU）中。
- 然后处理数据，并根据程序生成命令。这些命令被发送到驾驶系统。
- 驱动系统接收来自MCU的运动指令，控制机床的运动和速度。
- 反馈系统用于记录机床的位置和速度测量值。它将反馈信号发送回 MCU。
- MCU 将反馈信号与参考信号进行比较并纠正检测到的任何错误。然后它会发送新信号以确保机床正常运行。
- 显示单元用作可视界面，允许操作员查看命令、程序和其他重要数据。它充当机器的“眼睛”。
什么是数控机床？
CNC（计算机数控）机床是一种在计算机控制下运行的自动化工具。它能够根据 CAM（计算机辅助制造）软件生成的指令对各种材料进行成型，包括金属、塑料或木材。两种常用的数控机床类型是数控车床和数控铣床。
使用数控机床的优点
制造商从 CNC 机床的使用中获益匪浅，因为它们通过自动化手动生产操作，有助于提高生产率、提高精度并减少人为错误。数控机床对工程和制造的影响可以概括为四个主要方面：
- 卓越的精度和准确度
数控机床以其高精度而闻名。 CNC 加工的典型公差为 +/- 0.127mm。然而，通过使用公差配置器，您可以实现更高的精度，低至 +/- 0.005 毫米。这种准确度表明了如何 精密数控加工 可。 - 非常适合制造大批量零件
CNC 加工是制造大量零件的绝佳选择。当生产数量从两位数到数十万件的机械部件时，与传统加工相比，数控加工通常是最具成本效益的选择 3D打印. - 用途广泛，可加工各种材料
数控机床具有加工各种材料的多功能性。不像 3D打印主要专注于塑料，数控机床可以处理更广泛的材料。在 瑞盛精密科技有限公司，我们为每个项目精心选择合适的材料，我们为 CNC 加工提供 60 多种生产品质的材料。常用的金属包括 铝, 不锈钢、镁合金、锌合金、 钛， 和 黄铜. - 快速的生产能力和周转
毫无疑问，机器的运行速度比人类快得多。当您从可靠的供应商处采购 CNC 加工部件时 CNC加工车间，您可以期待快速的周转时间，最终产品最快可在 5 天内交付。
使用数控机床的缺点
尽管数控机床得到广泛使用，但必须承认它们的缺点。
一个显着的缺点是它们的成本较高。与手动机器相比，数控机器要昂贵得多。然而，它们的高生产率和通过更大的销量分摊成本的能力可以帮助收回初始投资。
此外，操作数控机床需要熟练的劳动力，这可能很昂贵。在需要加工小型、简单或一次性零件的情况下，使用手动机器可能更具成本效益且速度更快。在这种情况下，数控机床上的定制零件所需的编程和设置可能并不总是在经济上可行。
CNC 和 NC 机床有什么区别？
NC是数字控制的缩写，是指基于数控系统进行操作的自动化机器 二进制、数字或字母数字程序。
数控机床由以下部件组成：
- 软件：编程软件负责生成机器将遵循的指令。
- MCU（机器控制单元）：MCU 充当数控机床的控制中心，解释程序指令并指挥机器的运动。
- 机床：这些是数控机床用来执行各种操作的物理工具和设备。
与数控机床不同，数控机床缺乏伺服机构，这意味着它们没有反馈系统。此外，数控机床没有计算机。该程序通常使用特殊的插入设备存储在磁带上。对于 NC 机床来说，修改或更改程序可能是一项具有挑战性的任务。
下表总结了数控机床与数控机床的主要区别：
| 数控机床 | 数控机床 |
| NC是指具有数字控制功能的一类机器 | CNC是指采用计算机数控的机器 |
| 它不基于软件运行 | 它是软件驱动的 |
| 无法导入CAD文件 | 它导入 CAD 文件并将其转换为零件编程 |
| 运行参数不可更改 | 运行参数可调 |
| 它存储在打孔卡内存中 | 它直接存储在计算机内存中 |
| 无法连续运行 | 可24小时连续运行 |
| 缺乏灵活性和计算能力 | 它具有高度的灵活性和计算能力 |
| 程序的执行时间更长 | 执行程序所需的时间更少 |
| 需要高技能的操作人员 | 半熟练操作员可以操作数控机床 |
| 需要较少的维护计划 | 需要频繁的维护安排 |
| 降低维护成本 | 维护成本较高 |
| 降低加工成本 | 加工成本高 |
| 精度较低 | 更高的准确度 |
| 代码仅由数字、符号和字母组成 | 代码为G代码和M代码 |
| 一个人无法操作多台数控机床来完成各种任务 | 一个人可以操作多台数控机床来完成各种任务 |
| 没有反馈机制 | 有反馈机制 |
数控机床的应用
数控机床已成为制造业不可或缺的一部分，其使用遍及各个行业。日益增强的竞争力和不断增长的需求导致数控机床的采用显着增加。这些机器包括一系列机床，例如车床、铣床、钻床和焊接设备。
多个行业已经开始使用数控机床，包括 汽车行业, 医疗行业, 光学行业, 能源工业, 金属去除行业, 金属加工 工业、放电加工工业等等。
结论
这篇文章提供了有关数控机床的全面信息，包括其组件、功能、应用、局限性和优点。
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