洞见 | 什么是计算机数控（CNC）？

您可能熟悉减材车间工具，例如手钻和轨道砂磨机。更成熟的制造商使用的工具遵循类似的原理，但配备了计算机控制器、反馈系统和传感器，以提高生产过程的精度、速度和自动化程度。这些方法中先进的是计算机数控 (CNC) 机器。

计算机数控是指在制造过程中使用计算机来控制机床。程序员向计算机提供指令，指定机器应使用哪些工具以及它们的位置、运动和速度。然后机器执行指令，极少需要人工干预。

由于指令来自计算机程序，零件可以在几乎无需监督的情况下进行大规模生产。此外，机器可以重新编程。制造商可以根据需要为新项目重新部署设备或恢复旧程序和零件。

以一家生产风扇叶片的工厂为例。它只需更改程序即可轻松完成特殊订单。过去，工厂可能不得不制造昂贵的工具和夹具来适应不断变化的客户要求。现在，更改零件尺寸可能就像更改程序中的几个数字一样简单。

CNC在许多方面促进了制造业的进步：

• 速度：CNC系统可以比以前更快地执行复杂操作。一个突出的案例是多轴加工。CNC系统可以同时在多个轴上加工一个零件（例如线性和旋转尺寸）。现在可以完全自动化生产具有曲面、底切和不同角度的复杂零件

• 准确性：配备CNC的机器遵循精确的计算机指令。CNC还可以与其他工具集成以提高准确性。CNC还可以：

• 从已验证卓越性能的CAD模型中提取尺寸。由于系统可互操作，因此将数据从一个系统转换到另一个系统时出现错误的风险很小。

• 使用传感器提供过程监控和质量控制。系统可以快速捕捉甚至适应过度振动或其他异常情况。

• 可重复性：如上所述，使用CNC可以轻松复 制零件。还要注意的是，程序可以在几个月甚至几年后重复使用。如果制造商需要复 制旧零件，则机器不需要重新编程。

• 减少错误、返工和浪费：整个系统的一致性和无需手动操作可降低出错风险。借助CNC，公司可以创建高度可靠和精确的制造操作，减少错误、返工的情况，最终减少浪费。

• 降低成本、优化劳动力：CNC使得企业不再需要手动操作员，因此机械师可以利用他们的专业知识完成更高级的任务，例如编程和设置、故障排除和流程优化。

CNC生产的基本步骤与传统机械生产基本步骤相同。工人需要检查和校准机械；需将工具和材料装入设备；并调整零件偏移。

但使用CNC时，程序员需要为机器设置数字指令。他们通常从产品的CAD设计开始，以指示尺寸和坐标。他们可能会将CAD数据迁移到计算机辅助制造(CAM) 系统中以生成刀具路径。在许多情况下，CAM系统可以为CNC操作编写最终代码（称为G代码）。

接下来，操作员将程序加载到系统中，然后进行测试运行。一旦验证通过，便开始生产。

值得注意的是，CNC程序是宝贵的知识产权 (IP)。因此，大多数公司会进一步记录和归档代码，以实现可追溯性、质量控制、故障排除、合规性和培训目的。

如果您使用传统设备，您可能会遇到数控 (NC) 驱动的设备，它与CNC类似但不完全相同。NC是一种较旧的技术，也旨在实现制造机械的自动化，但它具有当今CNC系统所没有的许多局限性。以下是NC和CNC之间的一些比较：

NC系统从穿孔卡或磁带中获取指令。它们的逻辑实际上是通过电路直接接入设备的。这使得数控机床难以重新编程，并且它们在其整个使用寿命中通常只执行一项任务。更糟糕的是，数控机床对技能要求很高且很难找到合适的操作员。

另一方面，CNC机器可以像重新编程任何计算机一样轻松地重新编程。该系统不需要物理更改，操作也不需要NC所需的高度专业技能。此外，CNC程序可以重复使用，而NC则无法做到这一点。

与CNC相比，NC无法执行许多复杂的操作。例如，NC机器可能会生产简单的支架或在发动机缸体上钻孔。但您不能指望它处理复杂的3D曲线。另一方面，CNC系统支持多轴铣削并可生产复杂的形状。

数控机床的购买成本通常较低，但与CNC系统相比，其维护成本较高，而数控系统往往价格昂贵，但维护要求较低。

如今，大多数减材型机械都已采用CNC加工。您可以在路由器、拾放设备以及铣床中发现计算机。

各种常见的CNC机床包括：

您可能知道，车床围绕主轴旋转材料，而切削刀具塑造外表面或在中心钻孔。车间长期以来一直使用这样的车床来制造圆柱形物体，例如椅子或桌子的木腿。

随着CNC技术的引入，车削和刀具移动比以往任何时候都更快、更准确。CNC车床可执行复杂的任务，例如螺纹加工、轮廓加工和表面处理，所有这些任务都可满足航空航天和汽车等较为苛刻的行业所需的精度。此外，CNC机床可以设置为与棒料装载机和龙门架等设备无缝协作，以自动将毛坯供应到主轴。从而实现高度自动化的过程，只需要过去所需的一小部分手动工作或技能。

传统上，铣床会保持工件静止，而钻头或切削刀具会在其上移动。但如今更先进的CNC功能可以设置为在多个轴上定位和重新定位配件。从而几乎可以在任何位置进行复杂的切削。

因此，CNC铣床也能加工高度复杂的几何形状。想象一下涡轮叶片的设计，其设计涉及在多个轴上改变轮廓，而这无法通过传统的单轴操作轻松实现。由于CNC铣床可随时接触每个轴，因此可以快速准确地加工出曲面。

当然，钻头在制造业中无处不在。它们是安装紧固件（如螺母和螺栓）的必备工具，可以为气流提供开口，甚至可以减轻底盘的重量。具有CNC功能的钻头可以自动铰孔、扩孔和攻丝，深度精确，图案易于重复，是批量生产的理想选择。

印刷电路板(PCB)是CNC钻孔作业的一个很好的案例。PCB中，非常小的玻璃纤维板上装有电子元件 — 其中大多数都需要仔细钻出安装孔。错误的安装孔可能会导致装配问题和电子故障。CNC钻孔机可确保快速制造符合规格的电路板，并且故障率低。

磨床在生产过程中使用磨料和旋转轮来打磨金属零件。数控磨床可自动完成该过程，并确保配件始终保持指定的光滑度。由于数控磨床可以以微米为单位工作，因此它们还可以用于比传统机械更精确地磨削工具，即使是面对复杂几何形状的工具也同样可以胜任。

激光切割机使用功率强大、聚焦的CO2、钕(Nd)或掺钕钇铝石榴石(Nd:YAG)激光来切割或雕刻材料。由于激光可以聚焦到微米级，因此它们比其他切割工具更精确，因此产生的浪费更少。早期的激光切割机提供了一些控件，早期的激光切割机提供了一些控制功能，可能用于定制亚克力标牌或部件。但随着CNC技术的引入，操作比以往任何时候都更快、可重复性更高。

无论是航空航天、医疗、汽车还是消费品，如今CNC技术几乎出现在每个行业中。这是因为制造商都受益于速度、准确性和灵活性的提高。通过自动化和优化生产，CNC系统可以生产出更高质量的产品并快速适应不断变化的客户需求。虽然在减材操作中仍然可以找到传统的数控和手动机器，但很容易看出是什么使得CNC成为卓越制造技术竞赛中的明显赢家。

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