这 数控加工 该过程涉及利用计算机软件对生产设备和工具的运动进行编程。这种方法通常用于操作复杂的机械，例如铣床、车床、数控铣床和磨床。通过 CNC 加工，可以使用一组指令完成三维切割任务。
目前，市场上存在各种类型的数控机床，每种数控机床的操作方式、刀具、材料以及可同时切削的轴数各不相同。本文旨在根据不同的分类提供不同类型的数控机床的指导，并解释如何选择最适合您需求的数控机床。
13种数控机床按功能分类
数控机床可以通过多种方式进行分类，其中之一是根据其设计和功能进行分类。在本节中，基于这种分类，我们将探讨不同类型的数控机床、它们各自的用途以及每种类型的局限性。
1. 数控铣床
数控铣床是一种与数控铣床有相似之处的机器。然而，它通常用于加工较软的材料，并且与数控铣床相比，其精度可能略低。
典型的数控铣床由机械底座、电源、 主轴，步进驱动器， 步进电机和控制器。与传统的加工方法相比，数控铣床具有提高生产率、提高精度和减少材料浪费等优点，从而可以更快地生产产品。
与 CNC 铣床类似，CNC 铣床可提供各种轴配置，从三轴到六轴不等。入门级 CNC 铣床通常利用 3 轴系统将工件雕刻成所需的形状。此外，可以单独购买旋转刀具附件（4 轴）来加工弯曲工件。
CNC 铣床擅长利用计算机数控来铣削主轴和机床路径，从而能够对各种材料（如铝、钢、塑料、 木头、复合材料和泡沫，以实现所需的最终设计和形状。
应用
数控铣床是高度通用的机器，适合切割复杂的形状，广泛用于各种应用，包括：
- 木雕家具
- 装饰线条
- 室内外装饰
- 门雕
- 标牌
- 乐器
限制
但是，请务必注意 CNC 铣床的某些限制，例如：
- 高噪音水平：由于存在主轴、抽气系统和真空系统等部件，数控铣床在运行过程中会产生显着的噪音。
- 残留灰尘：使用数控铣床工作通常会产生大量木材或金属灰尘，从而导致工作环境中潜在的与灰尘相关的挑战。
成本
关于数控铣床的成本，其初始价格通常在$3,000至$100,000之间。 CNC 铣削工作的小时费率与 CNC 铣床的小时费率相似。
2. 数控钻床
数控钻床 是自动钻孔机，能够在工件上打出精确而复杂的孔。它们配备了机械旋转钻头，可以径向穿透工件以形成圆柱形孔。的设计 钻头 使废料（称为切屑）从工件上脱落。有多种类型的钻头可用于不同的应用，包括螺丝机钻头、深孔钻头、定心钻头和卡紧铰刀。
数控钻床自动控制参数，例如 主轴转速, 进给速度、切入率和切削深度，基于 CNC 程序员提供的指令。与传统的手动钻孔技术相比，这些机器可以以更高的速度加工材料。这些机器配备了智能工具交换和定位技术，有助于提高生产率。
应用
数控钻床在各个行业都有应用，包括：
限制
数控钻床确实有一定的局限性需要考虑：
孔的尺寸：数控钻孔在可创建的孔的尺寸方面存在限制。它可能不适合创建深孔或大孔。此外，不同的孔径需要特定尺寸的钻头。
成本
数控钻床的平均成本约为$25,000。
3.数控车床
数控车床采用单点 切割工具 从旋转工件上去除材料并根据所需规格对其进行成型。与手动车床相比，数控车床提高了成品制造的速度和精度。
这些机器非常适合各种工艺，包括切割、钻孔、车削、打磨、端面、滚花等。在数控车削中，非旋转刀具沿着旋转工件线性移动，以创建螺旋形或螺旋形切削路径。不同类型的 数控车床 市场上可买到的包括 转塔车床、普通车床以及专为特定用途而设计的专用车床。
应用
数控车床在各个制造行业有着广泛的应用。一些常见的例子包括：
- 凸轮轴
- 汽车零部件
- 枪管
- 曲轴
- 棒球棒
- 乐器
- 餐桌
- 家具腿
限制
数控车床有一定的局限性需要考虑，例如：
对称性质：这些机器通常适合创建对称部件，但可能不适合生产定制的不对称形状。
成本
CNC车床的初始成本可以从$15,000左右起，根据机器规格价格上涨。使用 CNC 车床的小时费率通常为每小时 $40 左右。
4.数控铣床
数控铣床 利用高速旋转的多点切削刀具从通常固定到位以形成所需形状的工件上精确地去除材料。
数控铣床配备了各种切削刀具，每种刀具都有特定的用途。 CNC 铣削中使用的切削刀具的常见示例包括钻头、 面铣刀, 立铣刀, 铰刀和水龙头。这些机器可用于 垂直和水平配置，因为铣刀可以垂直或水平定向。
应用
数控铣床具有多种应用，可用于各个行业的任务，例如：
- 橱柜制作
- 家具生产
- 原型建模
- 标牌制作
- 制造乐器
限制
虽然数控铣削是一种高效的技术，可以实现高速精密加工，但也有一些限制需要注意，包括：
- 尺寸限制：每台数控铣床都有加工零件尺寸的最大能力，这取决于刀具行程距离和机床外壳尺寸。
- 操作员技能：需要熟练的操作员才能准确操作数控铣床，因为操作员错误可能会导致精度偏差和设计问题。
- 成本：一些用户认为数控铣床的初始成本是一个限制。然而，值得注意的是，与其他方法相比，精密加工等优点使其成为一项值得投资的投资。
成本
数控铣床的成本差异很大。还有更多实惠的选择可供选择，家用 $10,000 左右起。另一方面，生产车间购买铣床可能投资$20万以上。
CNC 铣削的每小时成本取决于机器的轴。对于 3 轴 CNC 机床，平均成本约为每小时 $40，而更高轴数的机床可达每小时 $200。
5.数控等离子切割机
数控等离子切割机能够提供精确的切割。它通过利用放电电弧来实现这一点，类似于等离子炬，电离空气并熔化与电弧接触点的材料。但是，那 等离子切割工艺 仅适用于导电材料，等离子切割中常用的材料包括铝、不锈钢、钢、黄铜和铜。
应用
数控等离子切割机通常用于：
- 汽车制造
- 汽车维修
- 制造车间
- 打捞和报废
限制
使用数控等离子切割机时需要考虑某些限制：
- 材料： 等离子切割 仅适用于切割金属和导电合金。这一限制限制了其在木材和塑料等非金属材料上的使用。
- 热影响区：等离子切割是一种产生热量来熔化材料的过程，从而产生可见的痕迹 热影响区 (HAZ) 在切割区域上。
成本
一台数控等离子切割机的初始成本可以从 $12,000 到 $300,000 不等，具体取决于型号和规格。使用数控等离子切割机的平均每小时成本约为$20每小时。
6.数控激光切割机
数控激光切割机 与数控等离子切割机切割坚韧材料的能力相似。然而，与利用电离气体的等离子切割机不同，数控激光切割机使用高度聚焦的激光束。
由于激光的接触点和热扩散较小，数控激光切割机通常比数控等离子切割机提供更高的精度和优异的表面光洁度。然而，数控激光切割机通常比具有相似功能（如精度和切割深度）的数控等离子切割机更昂贵。
数控激光切割机具有更广泛的材料灵活性，通常用于切割各种材料，包括塑料、纸张、织物、金属和硬木。激光强度可以根据材料的密度和强度进行调整，从而实现高效切割。
这些切割机以其可生产各种设计的多功能性而闻名，这使它们有别于其他切割机。激光切割机产生的切口和边缘通常非常精确和干净，无需额外的精加工工艺。因此，数控激光切割机和雕刻机是制造机器部件和设备的首选。 雕刻任务. 激光雕刻 特别适用于玻璃雕刻、标牌制作和木工艺术等装饰作品。
激光切割机有多种类型，根据所使用的激光介质类型进行分类。这些类别包括气体激光器、液体激光器和固态激光器。区分是基于活性激光介质是处于气体、液体还是固态，以及活性激光介质的成分（例如，CO2, ND: 钇铝石榴石， ETC。）。其中，数控激光切割机采用的两种主要激光器是 一氧化碳2 和固体激光器。
应用
数控激光切割机具有广泛的应用范围，包括：
- 制造航空航天零件
- 切割汽车车架
- 生产医疗设备
- 雕刻各种材料
限制
使用数控激光切割机时需要考虑一些限制：
- 厚度有限：激光切割机对可有效切割的材料有最大厚度限制。
- 技术专长：操作激光切割机需要高技能的操作员。由于激光束存在潜在危险，操作员必须具备必要的专业知识才能在激光束在工件上移动时控制机器。
成本
购买一台数控激光切割机的成本可以从 $5,000 到 $300,000 不等，具体取决于机器的规格和功能。使用数控激光切割机的平均每小时成本约为$20每小时。
7. 数控放电加工机
数控放电加工机 (EDM)，通常称为火花数控机床，利用电火花来操纵和塑造材料。这 电火花加工工艺 也可称为烧丝、开模、火花加工或火花腐蚀。
EDM 机器产生受控火花或放电，温度高达 21,000 华氏度，以蒸发材料并实现所需的形状。工件位于两个电极之间：顶部电极和底部电极。
使用提供的 G 代码，计算机指示电极所需的放电量。这会产生火花，根据指定的设计逐渐从工件上去除材料。为了促进这一过程，使用介电液来冲洗或冲走火花消耗的材料，从而完成加工过程。
EDM 因其能够创建复杂的槽、微孔以及倾斜或锥形特征而脱颖而出，而使用传统 CNC 方法加工这些特征可能具有挑战性。这是一种非接触式加工工艺，因为它使用火花而不是钻头或立铣刀进行切割。这种非接触性质使电火花加工适合加工设计复杂且精度高的薄工件，这些工件在受到切削力时可能会偏斜。
应用
电火花切割有多种应用，包括：
- 制造注塑模具
- 压铸
- 冲裁冲头
- 原型制作
限制
使用数控放电加工机时需要考虑某些限制：
- 材料限制：电火花加工机只能加工导电材料，不适用于加工塑料、陶瓷、木材或其他非导电材料。
- 切削速度慢：在拐角和曲线上加工时，电火花加工机的切削速度相对较慢。这是由于反复放电引起的电极磨损较高，导致整体生产速度减慢并增加了成本。
成本
一台新的数控电火花切割机的成本通常为 $15,000 起。操作这些机器的每小时成本约为 $25 每小时，其中电极丝成本是总成本的重要组成部分。
8. 数控磨床
数控磨床使用磨具来实现加工产品的光滑和精确的光洁度。它通常用于传动轴、凸轮轴、滚珠轴承和其他需要精确和抛光表面的工件。许多使用数控磨床生产的零件都是圆柱形的。通常，工件从粗糙表面开始，最初使用 CNC 铣床或车床成形，然后转移到 CNC 磨床进行最终磨削操作以达到所需的光洁度。
CNC磨床有多种类型，包括外圆磨床、平面磨床、轧辊磨床等。用于磨削的磨料也有很多种，如氧化铝、镀层或陶瓷立方氮化硼、陶瓷共混砂轮、金刚石砂轮等等。
应用
数控磨床具有广泛的应用，包括：
限制
使用 CNC 磨床时需要考虑一些限制：
缓慢的加工过程：虽然数控磨床可提供精确的材料去除，但它们的运行速度通常较慢。这使得它们不适合需要成型材料的应用，因为它们主要用于精加工和平滑表面。
成本
与其他数控机床相比，数控磨床往往相对便宜。平面磨床、滚筒磨床或外圆磨床的成本通常为 $5,000 起。这些机器的运行成本几乎是每小时$20。
9.数控水射流切割机
数控水射流切割机，顾名思义，利用高压水射流，在某些情况下还使用额外的磨料，来有效地切割各种材料。这些水射流切割机可以处理 2D 和 3D 切割，并且擅长切割高厚度的材料。
数控 水刀切割 当处理易受高温影响且可能熔化的材料（例如塑料和铝）时，通常会选择这种材料。虽然单独使用水即可进行切割，但在水中添加石榴石或氧化铝等磨料可提高切割效率。
从成本上来说，数控水射流切割机一般比类似规格的等离子切割机贵。然而，与同等规格的数控激光切割机相比，它相对更实惠。
应用
数控水射流切割在各种行业和材料中都有应用，包括：
- 切割泡沫、纸张、石材、陶瓷、玻璃和金属板
- 矿业
- 航空航天领域
- 汽车行业
- 一般制造
限制
使用数控水射流切割时需要考虑一些限制：
- 切割时间：与数控等离子切割机和数控激光切割机相比，数控水射流切割机的切割速度往往较慢，尤其是在处理拐角和曲线切割时。
- 组件故障：由于水刀切割机使用超高压射流进行操作，因此存在切割机组件损坏的风险，特别是在使用质量较低的水刀系统时。
成本
数控水刀切割机的成本差异很大，价格从$50,000左右到最高$200,000。这些机器的每小时运营成本通常为 $15 至 $30 不等，其中磨料成本占每小时总成本的很大一部分。
10. CNC 取放机器人
在制造业中， 拾放机器人 由于它们是专门为重复性任务而设计的，因此受到了广泛的欢迎。这些数控机床无需手动处理工件，减少了人为干扰和相关风险。
通常，拾取和放置机器人由用于控制其机械臂运动的电机或执行器以及用于牢固夹持工件的处理程序组成。使用的处理机类型取决于工件的性质：夹紧夹具适用于刚性和重型工件，例如汽车底盘，而真空吸盘更适合玻璃面板等精致工件。
贴片机广泛应用于计算机、平板电脑、手机和其他电子设备的生产中。在为您的应用选择取放机器人时，必须考虑提升能力、处理机类型和工作范围等因素，以确保最佳匹配您的特定要求。
11. 3D打印机
CNC 机床被称为 3D打印机 用于通过基于数字设计或模型分层材料来创建三维工件。为了准备 3D 设计，操作员使用 CAD软件，然后由 CAM 软件将其切成 2D 层，以生成控制打印过程所需的命令。
3D 打印机也称为增材制造，与传统的减材制造方法不同，它是添加材料而不是去除材料。材料通常被加热并通过打印头中的喷嘴挤出，打印头精确地移动以将材料沉积到工作区域上，从而形成所需的零件。
3D 打印机数控机床主要用于原型制作，可最大程度地减少材料浪费，因为无需过度加工或去除材料。
12. 自动换刀数控机床
一个 自动换刀装置 (ATC) 是各种类型 CNC 机床的变体。此功能可以快速高效地更换 CNC 机床内的切削刀具。它允许不同类型的切削刀具之间的无缝过渡或更换损坏或磨损的刀具。自动化换刀过程的能力可以提高生产速度并最大限度地减少机器停机时间。
配备自动换刀装置的数控机床是实现完全自动化的重要一步。更换刀具通常是 CNC 加工的瓶颈，但使用 ATC，可以提高机床的刀具承载能力和生产率。它还提高了机器使用更多种类工具的能力。
13. 数控折弯机
数控折弯机由计算机控制的压力机和模具组成，施加必要的压力将工件弯曲成所需的形状。这些机器主要用于钣金行业，可以准确地 弯曲或折皱金属板 以预先编程的角度。此外，数控折弯机还可用于弯曲金属棒材和管材。
与传统折弯机相比，数控折弯机在生产折弯时具有卓越的精度。它们能够制造尺寸精确且结果一致的零件，这使得它们在金属制造、建筑、汽车和航空航天等各种大型行业中非常受欢迎。
根据轴数划分的数控机床类型
确定数控机床的类型后，根据使用的轴数进一步分类。多轴加工是 CNC 加工的一种特殊形式，涉及多个轴运动以实现复杂的几何形状和精确的公差。
例如，数控铣床可分为 3 轴、4 轴或 5 轴型号，每种型号提供不同的功能和价格。以下是一些常用的数控机床类型：
2轴数控机床
2 轴 CNC 机床被认为是最简单的 CNC 系统形式。它们由两个运动轴组成：X 轴（垂直）和 Y 轴（水平）。
这些机器主要用于执行简单的任务，例如在板上进行直线切割或钻孔。它们通常适用于加工工件的单个表面，而无需重新定位。在 2 轴 CNC 机床上加工过程中，工件保持静止。
三轴数控机床
三轴数控机床是应用最广泛的数控机床类型。它们包含三个运动轴：X 轴、Y 轴和 Z 轴（深度轴），使它们能够加工 2.5 维的基本零件。
这些机器可以在正方形或矩形材料块的所有六个表面上运行，但需要重新定位材料块。尽管如此，工件本身在 3 轴数控机床的加工过程中仍保持静止。
四轴数控机床
4 轴 CNC 机床与 3 轴机床相当，但增加了一个额外的轴。除了 X、Y 和 Z 轴之外，4 轴机床还具有旋转轴。
该附加轴称为 A 轴，使切削刀具能够沿 X 轴进行旋转运动。或者，工件可以沿同一轴线移动。这些机器对于创建切口和沿圆弧执行切割操作特别有用。
五轴数控机床
在 5轴加工，结合了附加的枢转运动，允许切削刀具或工作台沿 Y 轴移动。该枢转和旋转轴称为 C 轴。
这些机器以能够同时在工件的五个表面上工作而无需重新定位而闻名，使它们能够高效地制造复杂而精确的零件，在医疗和航空航天设备的生产中特别有价值。
7轴数控机床
7 轴 CNC 机床包括用于移动切削刀具的三个标准轴、用于旋转工件的三个轴以及称为 E 轴的附加第七轴，用于旋转固定切削刀具的臂。
这些机器通常用于军事设备、航空航天和 医疗，因为它们提供了生产高度复杂零件的能力。 7 轴配置提供的附加运动轴可实现先进的加工操作和复杂的零件设计。
9轴数控机床
9 轴数控机床是 5 轴铣床和 4 轴车床的独特组合。铣床的独特之处在于它能够对工件的外表面进行加工，以达到所需的表面光洁度，而车床则可以处理内部特征的完成。
这种配置允许 9 轴机器制造具有内部和外部特征的零件。这些机器非常适合生产牙种植体、手术工具和复杂的航空航天设备。在单个设置中执行铣削和车床操作的能力增强了制造过程的多功能性和效率。
12轴数控机床
12 轴 CNC 机床具有业内最复杂的特点，对于许多应用来说可能过于复杂。这些数控机床配备了两个切割头，可以在所有六个轴上移动 - X、Y、Z、A、B 和 C。
通过采用双切割头并利用所有六个可能的轴，这些机器可显着提高精度。它们有可能将生产速度提高一倍，甚至实现更高水平的生产率。
然而，值得注意的是，12 轴 CNC 机床的使用通常只用于要求极高的精度和效率的专业且要求较高的应用。对于大多数标准应用，这些机器的复杂性和成本可能超过其好处。
基于运动系统的数控机床类型
CNC 机床背后的基本概念是使切削刀具和工件相对移动。刀具不断地重新定位并引导至其预定位置。刀具重新定位采用了多种方法，从而产生了三种不同类型的数控机床：
点对点定位系统
计算机数控系统最基本的类型是 点对点 (PTP) 数控控制器。在该控制系统中，切削刀具被引导至预定点，在该点处，加工过程围绕该特定切削点开始。
PTP 系统成本相对较低，通常用于钻孔、攻丝、点焊和铰孔等不需要同时定位和加工的操作。
线性定位系统
线性定位控制系统允许同时重新定位切削刀具和加工工件。然而，在任何给定时间，运动仅限于平行于单个轴。重新定位和加工过程均以受控速率执行。该控制系统因其加工性质而得名，加工以直线进行，不适应曲线切割。
轮廓路径数控系统
轮廓路径 CNC 系统，也称为连续路径 CNC 系统，是能够创建高度复杂零件的三种定位控制系统中成本最高的。该系统可以执行点对点（PTP）定位和线性定位。此外，它们可以同时控制切削刀具在多个轴上的定位。
这种多功能性允许在工件上创建曲面（通常称为轮廓）。铣床、车床和磨床等数控机床都采用这种方法进行操作。
基于伺服系统的数控机床类型
基于伺服系统，有不同类型的数控机床系统。
开环控制系统
在开环控制系统中，没有检测或反馈装置。驱动电路将功率放大，单向传输数控装置的指令信号，驱动移动机床工作台的步进电机。
该系统的优点之一是其价格实惠，因为它相对便宜。但稳定性和准确性较差，导致工作质量下降。
半闭环控制系统
在半闭环控制系统中，工作台的实际位移由直接位于伺服电机轴或滚珠丝杠末端的角位移检测装置确定。
该检测装置将计算值与工作台原始指令位移值进行比较，并根据差值进行相应调整。该控制系统价格适中，但具有高精度和稳定性。
闭环控制系统
在闭环控制系统中，采用线性位移检测装置，通常安装在机床的运动部件或桌面上。 CNC装置的比较器接收检测到的实际位移并将其与编程指令值进行比较。
确保闭环控制数控机床的稳定性可能具有挑战性。然而，这种类型的机器具有高精度。
如何选择合适的数控机床类型？
在为您的公司或项目决定最合适的数控机床时，应考虑几个因素。选择最适合您要求的数控机床将取决于您的业务性质、您制造的产品和产量等因素。以下是选择数控机床时需要记住的一些注意事项。
材料注意事项
选择数控机床时，重要的是要考虑所加工材料的类型。机器需要足够坚固和耐用，才能精确地铣削硬质合金制成的复杂部件。对于低碳钢等较软的材料，能够保持所需公差的精密机器可能是合适的。
业务类型
您的业务性质将决定您可以选择的选项。例如，如果您经营一家小型 CNC加工车间，您的需求可以通过一些 CNC 铣床来满足。然而，如果您管理一家大型制造公司，您可能需要更大、更通用的机器。
所需的复杂性
所需的数控机床类型很大程度上取决于所执行工作的性质。对于更简单的物品，数控车床或三轴铣床可能就足够了。然而，随着复杂性的增加，拥有可以在单个设置中制造多个组件的机器变得更具成本效益。最适合执行此类任务的机器是 五轴数控机床.
此外，某些产品类别需要专门的数控设备。例如，专用瑞士车床非常适合制造数千个复杂的圆柱形零件。
备件供应情况
与任何其他机器一样，数控机床随着时间的推移可能会出现磨损或故障。为了减少潜在的停机时间，选择可以由专家有效维修并且易于更换的备件的品牌或型号至关重要。这很重要，因为备件的可用性直接影响您恢复生产之前可能需要等待的时间。
电源容量
这些机器具有很高的功率要求，并且通常依靠三相电源来实现最佳运行。因此，必须确保建筑物有足够的电力容量来容纳新设备。还建议评估当前的功耗。虽然现有机器目前可以在可用电源内运行，但添加新的 CNC 机器可能会超出容量并导致电力短缺。
结论
本文讨论了基于不同分类的不同类型的数控机床，解释了它们的功能、应用、局限性、它们在制造中的使用方式，以及如何根据您的需求选择最合适的数控机床。可以看出，数控机床有多种选择。考虑到可用的机器种类繁多，选择适合您特定要求的理想机器可能是一项艰巨的任务。此外，数控机床往往非常昂贵，因此初始投资成为一个重要的考虑因素。
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