数控加工，简称CNC加工，是一种数字制造技术。以其精度、准确度和复杂产品设计能力而闻名。数控加工不需要手动操作，而是利用连接在机床上的微型计算机来控制机床，微电脑将从CAD模型中获得的包含加工参数指令的G代码和M代码转发到机床上，通过车、钻、铣等加工操作，去除工件的部分材料。
一、CNC 加工简史
在电子时代之前，设计人员通过手工或手动操作的机器制造零件。此阶段使用的制造工艺在准确度、精密度、复杂产品的适用性以及最重要的产品批量生产方面受到限制。因此，对引入新的制造工艺进行了研究和开发。
1940 年代，约翰·T·帕森斯(John T. Parsons) 与麻省理工学院合作，在美国空军的零件制造中开发了数控机器，第一次瞥见了数控。这些机器允许制造商使用穿孔卡片的指令来控制一组工具。然而，他们仍然缺乏完整的自动化。因此，它们在操作员在场的情况下使用。
随着更快的计算机的发明，CNC 机器开始使用数字代码而不是穿孔卡来控制机床。CNC零件加工可以比以前的加工系统更快、更准确。
二、CNC加工过程的4个主要步骤
第1步：准备一个CAD模型
这涉及到为一个产品创建2D或3D模型。 AutoCAD和SolidWorks就是常用的建模软件，这点文章后面会详述。此外，根据产品的要求，也可以将二维设计转换为三维设计。CAD模型应该合理设计，毫不费力地向操作者展示关键特征，如公差、结构线、螺纹和其他参数，以便进行有效的加工操作。
第2步：转换为CNC兼容格式
数控机器不会理解CAD模型。因此，必须将CAD模型转换成与CNC兼容的格式，以便机器能够解释它。对于这一步，你可以使用CAM软件，如AutoCAD，Fusion 360，或其他在线软件服务。
这种软件可以转换为CNC兼容的格式，并将指示CNC机器的参数。如与加工操作相关的旋转和线性运动、切削顺序、刀具路径、工件、机床速度等。
第3步：设置执行
机械师们将CAD文件变成一个称为G代码的数控程序。有了这个G代码，机械师就可以在加工操作开始前设置数控机床所有的加工参数，包括换刀，创建零件的切割操作，以及零件和工具的冷却。这个过程也涉及到选择合适的数控机床的类型，选择合适的机器取决于工件、产品设计的复杂性以及成本。
第4步：加工工件
在制造过程中，数控加工工具，如铣床，车床，磨床和刳刨机是自动化的，将一直运行到计算机程序认为完成为止。这意味着在制造过程中几乎不需要人的监督。但在加工过程中，操作员需要做几个层次的检查，以保证质量。
由于这种高度的自动化，数控加工对于一次性的定制零件和中等数量的生产来说是非常具有价格竞争力的。
三、机械师在数控加工中的重要作用
即使 CNC 加工过程是自动化的，也需要 CNC 机械师来应对预期和意外的故障。以下是 CNC 机械师的重要角色：
- 查找产品规格。
- 阅读蓝图、草图和 CAD/CAM 文件。
- 创建 CAE 模型。
- 对齐和调整切削工具和其他机器材料。
- 安装、使用和拆卸数控机床。
- 观察机器的速度。
- 检查和测试成品是否有缺陷。
- 确保零件与 CAD 模型对齐。
四、数控机床的类型
众所周知，用于CNC铣削的机器称为CNC铣床，用于CNC车削的称为CNC车床。然而，数控机床的类型更多的是它们可以移动和旋转的轴。以下是零件制造中常用的几种：
- 2轴数控机床：只能在 x 轴和 z 轴（即垂直和水平）上加工零件，是零件制造中使用的最简单的数控机床。
- 3轴数控机床：3 轴 CNC 机床比 2 轴 CNC 机床更进一步，它们可以在 x、y 和 z 轴上移动，是 CNC 加工中最常用的机器。但是，由于缺乏回转，加工具有复杂设计的零件的能力可能会受到限制。
- 4 轴数控机床：4 轴 CNC 机床的主轴可以沿三个轴移动。简单来说，机器可以上下、左右、前后以及沿 X 轴和 A 轴旋转。不过这一切都是在工件不移动的情况下发生的。由于其速度、精度和准确性，4 轴机床是加工复杂零件时最常用的数控机床。
- 5 轴数控机床：5 轴 CNC 机床有一个主轴和刀具，可以像 4 轴机床一样移动。然而，与 4 轴机器不同的是，它们可以沿三个轴中的任意两个旋转。它们被认为是最完整的多轴 CNC 机床，因为它们能够从各个方向接近工件，而无需在加工过程中手动重新定位。5轴CNC加工使精密复杂零件完美运行。
五、不同类型的数控加工操作
数控加工是一种减法制造技术，通过从一个固体块上去除材料来产生零件。然而，去除的方式取决于不同的工艺。零件制造中常用的数控加工操作包括：
- 数控钻孔
数控钻孔包括使用旋转的切割工具在固定的工件上创建圆柱形的孔。大多数情况下适用于安装螺钉和螺栓。因此，该过程在需要零件组装的产品中很常见。
- 数控铣削
数控铣削是最常见的加工操作，包括使用可以旋转和沿轴移动的切割工具，从工件上去除材料。切割的难易程度取决于数控机床的复杂程度。
- 数控车削
数控车削是一种加工操作，涉及到旋转产品，同时将其送入生产的切削工具，以制造加工的零件。
其他加工操作
- 磨削
- 研磨
- 锯切
- 珩磨
六、CNC加工的好处是什么？
由于多种优点，CNC加工在工业零件制造中具有广泛的应用。以下是该过程相对于其他制造操作的一些好处。
- 准确度和精度
CNC 加工精确，允许产品制造商根据预期设计制造零件。除此之外，它具有很高的精度和公差；因此，您可以在不损失准确性的情况下制造不同批次的产品。此外，自动化过程减少了加工过程中的错误。
- 快速高效
您可以在几天内获得 CNC 加工零件。因此，它是生产效率。然而，速度和效率取决于数控机床的类型和产品的复杂程度。
- 成本效益
CNC 加工具有较高的初始投资成本。但是，它的运营成本较低。除此之外，高产出率、很少或没有人为错误以及低生产成本增加了其成本效益。此外，对于大多数机加工操作而言，需要的培训较少，而且大部分培训都是在线提供的。
- 更好的能力
大多数 CNC 机器可以携带许多用于不同目的的工具。除此之外，他们还拥有复杂的软件，使他们能够处理不同的产品和复杂的工件。因此，它们具有增强的功能以及与不同尺寸、形状或纹理的工件的兼容性。
- 广泛的兼容材料
机加工操作与大量材料兼容:
–金属：铜、不锈钢合金、钛、黄铜、铝合金、钢、镁等。
–塑料：乙缩醛、PEEK、聚碳酸酯、尼龙、丙烯酸、PVC、聚丙烯等。
–复合材料：环氧树脂、酚醛树脂、玻璃纤维和碳纤维。
–木材：硬木和胶合板。
–泡沫：刚性和雕刻泡沫。
但是，在选择CNC 材料之前，请考虑以下因素：
- 硬度
- 机械性能
- 零件功能
- 尺寸公差
- 工作温度
- 成本
七、常用的数控加工支持软件
根据 CNC 加工工艺要求，每次加工都使用下面列出的一种或多种软件：
1.CAD软件
CAD 软件允许操作员生成用于产品设计和制造的物理组件的 2D 和 3D 模型。除此之外，它们还负责向制造商提供设计数据。示例包括 AutoCAD（2D 和 3D）、Inventor (3D)、Blender 和 SketchUp。
2.CAM软件
CAM 软件适用于为那些控制 CNC 机器的 CAD 模型创建 G 代码。因此，数控机床具有自动化。顶级示例包括 Fusion 360、SolidWorks 和 AutoCAD。
3.CAE软件
CAE 软件允许产品设计人员模拟预期产品的性能。因此，它们可以增强产品设计并帮助工程师解决与工程相关的问题。示例包括有限元分析、多体动力学和计算流体动力学。
CNC 加工是一种在零件和产品制造中广泛接受的通用工艺。由于其准确度、精密度和公差，CNC加工在许多制造业中都有应用, 包括汽车、航空航天、军事、国防、海洋和医疗。未来，数控加工一定还会有更大更开阔的市场。
