數控
| 數控 |
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數控是數字控制的簡稱,數控技術是利用數字化信息對機械運動及加工過程進行控制的一種方法。
早期時有兩個版本:
NC(Numerical Control):代表舊版的、最初的數控技術。
CNC(Computerized Numerical Control):計算機數控技術--新版，數控的首選縮寫形式。
NC可能是CNC，但CNC絕不是指老的數控技術。
早期的數控系統是由硬件電路構成的稱為硬件數控(Hard NC)，1970年代以後，硬件電路元件逐步由專用的計算機代替而稱為計算機數控系統，一般是採用專用計算機並配有接口電路，可實現多台數控設備動作的控制。因此現在的數控一般都是CNC(計算機數控)，很少再用NC這個概念了。
目錄
基本信息
中文名稱； 數控
外文名稱； Numerical Control
別稱； 計算機數控
縮寫； NC
應用領域； 自動化生產，數控機床，機械手臂
相關領域； 機械、計算機
加工原則=
加工路線的確定
數控車床進給加工路線指車刀從對刀點(或機床固定原點)開始運動起，直至返回該點並結束加工程序所經過的路徑，包括切削加工的路徑及刀具切入、切出等非切削空行程路徑。
精加工的進給路線基本上都是沿其零件輪廓順序進行的，因此，確定進給路線的工作重點是確定粗加工及空行程的進給路線。
在數控車床加工中，加工路線的確定一般要遵循以下幾方面原則。
①應能保證被加工工件的精度和表面粗糙度。
②使加工路線最短，減少空行程時間，提高加工效率。
③儘量簡化數值計算的工作量，簡化加工程序。
④對於某些重複使用的程序，應使用子程序。
優缺點
數控加工有下列優點:
①大量減少工裝數量，加工形狀複雜的零件不需要複雜的工裝。如要改變零件的形狀和尺寸，只需要修改零件加工程序，適用於新產品研製和改型。
②加工質量穩定，加工精度高，重複精度高，適應飛行器的加工要求。
③多品種、小批量生產情況下生產效率較高，能減少生產準備、機床調整和工序檢驗的時間，而且由於使用最佳切削量而減少了切削時間。
④可加工常規方法難於加工的複雜型面，甚至能加工一些無法觀測的加工部位。
數控加工的缺點是機床設備費用昂貴，要求維修人員具有較高水平。
它所控制的通常是位置、角度、速度等機械量和與機械能量流向有關的開關量。數控的產生依賴於數據載體和二進制形式數據運算的出現。1908年，穿孔的金屬薄片互換式數據載體問世;19世紀末，以紙為數據載體並具有輔助功能的控制系統被發明;1938年，香農在美國麻省理工學院進行了數據快速運算和傳輸，奠定了現代計算機，包括計算機數字控制系統的基礎。數控技術是與機床控制密切結合發展起來的。1952年，第一台數控機床問世(由帕森斯和麻省理工學院合作)，成為世界機械工業史上一件劃時代的事件，推動了自動化的發展。
數控技術也叫計算機數控技術(CNC，Computerized Numerical Control)，它是採用計算機實現數字程序控制的技術。這種技術用計算機按事先存貯的控制程序來執行對設備的運動軌跡和外設的操作時序邏輯控制功能。由於採用計算機替代原先用硬件邏輯電路組成的數控裝置，使輸入操作指令的存貯、處理、運算、邏輯判斷等各種控制機能的實現，均可通過計算機軟件來完成，處理生成的微觀指令傳送給伺服驅動裝置驅動電機或液壓執行元件帶動設備運行。
技術領域
數控技術是用數字信息對機械運動和工作過程進行控制的技術，數控裝備是以數控技術為代表的新技術對傳統製造產業和新興製造業的滲透形成的機電一體化產品，即所謂的數字化裝備，如數控機床等。其技術涉及多個領域:(1)機械製造技術;(2)信息處理、加工、傳輸技術;(3)自動控制技術;(4)伺服驅動技術;(5)傳感器技術;(6)軟件技術等。
數控技術及裝備是發展新興高新技術產業和尖端工業的使能技術和最基本的裝備。世界各國信息產業、生物產業、航空、航天等國防工業廣泛採用數控技術，以提高製造能力和水平，提高對市場的適應能力和競爭能力。工業發達國家還將數控技術及數控裝備列為國家的戰略物資，不僅大力發展自己的數
控技術及其產業，而且在"高精尖"數控關鍵技術和裝備方面對我國實行封鎖和限制政策。因此大力發展以數控技術為核心的先進制造技術已成為世界各發達國家加速經濟發展、提高綜合國力和國家地位的重要途徑。
什麼是CNC
傳統的機械加工都是用手工操作普通機床作業的，加工時用手搖動機械刀具切削金屬，靠眼睛用卡尺等工具測量產品的精度的。現代工業早已使用電腦數字化控制的機床進行作業了，數控機床可以按照技術人員事先編好的程序自動對任何產品和零部件直接進行加工了。這就是我們說的"數控加工"。數控加工廣泛應用在所有機械加工的任何領域，更是模具加工的發展趨勢和重要和必要的技術手段。
"CNC"是英文Computerized Numerical Control(計算機數字化控制)的縮寫。
數控機床是按照事先編制好的加工程序，自動地對被加工零件進行加工。我們把零件的加工工藝路線、工藝參數、刀具的運動軌跡、位移量、切削參數(主軸轉數、進給量、背吃刀量等)以及輔助功能(換刀、主軸正轉、反轉、切削液開、關等)，按照數控機床規定的指令代碼及程序格式編寫成加工程序單，再把這程序單中的內容記錄在控制介質上(如穿孔紙帶、磁帶、磁盤、磁泡存儲器)，然後輸入到數控機床的數控裝置中，從而指揮機床加工零件。
這種從零件圖的分析到製成控制介質的全部過程叫數控程序的編制。數控機床與普通機床加工零件的區別在於數控機床是按照程序自動加工零件，而普通機床要由人來操作，我們只要改變控制機床動作的程序就可以達到加工不同零件的目的。因此，數控機床特別適用於加工小批量且形狀複雜要求精度高的零件
由於數控機床要按照程序來加工零件，編程人員編制好程序以後，輸入到數控裝置中來指揮機床工作。程序的輸入是通過控制介質來的。
編程
通常數控編程可分為兩種情況:手動編程與自動編程。對於外形比較簡單的(例如數控車床車簡單內外輪廓，數控銑床銑平面等)可用手動編程，這種方式比較簡單，很容易掌握，適應性較大。適用於中等複雜程度程序、計算量不大的零件編程，對機床操作人員來講必須掌握。而自動編程就比較複雜了，一般用於幾何形狀比較複雜的零件，計算量比較大，人力難以完成的零件。常用的自動編程軟件有:UG Master CAM catia 等。
發展趨勢
數控技術的應用不但給傳統製造業帶來了革命性的變化，使製造業成為工業化的象徵，而且隨着數控技術的不斷發展和應用領域的擴大，對國際民生的一些重要行業國防、汽車等的發展起着越來越重要的作用，這些行業裝備數字化已是現代發展的大趨勢，如:橋式三、五坐標高速數控龍門銑床、龍門移動式五坐標AC擺角數控龍門銑床、龍門移動式三坐標數控龍門銑床等。
高速化發展 隨着數控系統核心處理器性能的進步，目前高速加工中心進給速度最高可達80m/min，空運行速度可達100m/min左右。世界上許多汽車廠，包括我國的上海通用汽車公司，已經採用以高速加工中心組成的生產線部分替代組合機床。美國CINCINNATI公司的HyperMach機床進給速度最大達60m/min，快速為100m/min，加速度達2g，主軸轉速已達60000r/min。加工一薄壁飛機零件，只用30min，而同樣的零件在一般高速銑床加工需3小時，在普通銑床加工需8小時。
由於機構各組件分工的專業化，在專業主軸廠的開發下，主軸高速化日益普及。過去只用於汽車工業高速化的機種(每分鐘1.5萬轉以上的機種)，已成為必備的機械產品要件。
精密化發展 隨着伺服控制技術和傳感器技術的進步，在數控系統的控制下，機床可以執行亞微米級的精確運動。在加工精度方面，普通級數控機床的加工精度已由10μm提高到5μm，精密級加工中心則從3~5μm，提高到1~1.5μm，並且超精密加工精度已開始進入納米級(0.01μm)。
開放化發展 由於計算機硬件的標準化和模塊化，以及軟件模塊化，開放化技術的日益成熟，數控技術開始進入開放化的階段。開放式數控系統有更好的通用性、柔性、適應性、擴展性。美國、歐共體和日本等國紛紛實施戰略發展計劃，並進行開放式體系結構數控系統規範(OMAC、OSACA、OSEC)的研究和制定，世界3個最大的經濟體在短期內進行了幾乎相同的科學計劃和技術規範的制定，預示了數控技術的一個新的變革時期的來臨。我國在2000年也開始進行中國的ONC數控系統的規範框架的研究和制定。
複合化發展 隨着產品外觀曲線的複雜化致使模具加工技術必須不斷升級，對數控系統提出了新的需求。機床五軸加工、六軸加工已日益普及，機床加工的複合化已是不可避免的發展趨勢。新日本工機的5面加工機床採用複合主軸頭，可實現4個垂直平面的加工和任意角度的加工，使得5面加工和5軸加工可在同一台機床上實現，還可實現傾斜面和倒錐孔的加工。德國DMG公司展出DMUVoution系列加工中心，可在一次裝夾下5面加工和5軸聯動加工，可由CNC系統控制或CAD/CAM直接或間接控制。
數控車床的選用
數控車床又稱為 CNC車床，即計算機數字控制車床，是目前國內使用量最大，覆蓋面最廣的一種數控機床，約占數控機床總數的25%。數控機床是集機械、電氣、液壓、氣動、微電子和信息等多項技術為一體的機電一體化產品。是機械製造設備中具有高精度、高效率、高自動化和高柔性化，加工質量穩定可靠等優點的工作母機。數控機床的技術水平高低及其在金屬切削加工機床產量和總擁有量的百分比是衡量一個國家國民經濟發展和工業製造整體水平的重要標誌之一。數控車床是數控機床的主要品種之一，它在數控機床中占有非常重要的位置，幾十年來一直受到世界各國的普遍重視並得到了迅速的發展。
數控車床、車削中心，是一種高精度、高效率的自動化機床。它具有廣泛的加工藝性能，可加工直線圓柱、斜線圓柱、圓弧和各種螺紋。具有直線插補、圓弧插補各種補償功能，並在複雜零件的批量生產中發揮 了良好的經濟效果。合理選用數控車床，應遵循如下原則:
選用原則 1. 前期準備
確定典型零件的工藝要求、加工工件的批量，擬定數控車床應具有的功能是做好前期準備，合理選用數控車床的前提條件 滿足典型零件的工藝要求
典型零件的工藝要求主要是零件的結構尺寸、加工範圍和精度要求。根據精度要求，即工件的尺寸精度、定位精度和表面粗糙度的要求來選擇數控車床的控制精度。 根據可靠性來選擇，可靠性是提高產品質量和生產效率的保證。數控機床的可靠性是指機床在規定條件下執行其功能時，長時間穩定運行而不出故障。即平均無故障時間長，即使出了故障，短時間內能恢復，重新投入使用。選擇結構合理、製造精良，並已批量生產的機床。一般，用戶越多，數控系統的可靠性越高。
2.選購
機床隨機附件、備件及其供應能力、刀具，對已投產數控車床、車削中心來說是十分重要的。選擇機床，需仔細考慮刀具和附件的配套性。
3.注重控制系統的同一性
生產廠家一般選擇同一廠商的產品，至少應選購同一廠商的控制系統，這給維修工作帶來極大的便利。教學單位，由於需要學生見多識廣，選用不同的系統，配備各種仿真軟件是明智的選擇。
4.根據性能價格比來選擇
做到功能、精度不閒置、不浪費，不要選擇和自己需要無關的功能。
5.機床的防護
需要時，機床可配備全封閉或半封閉的防護裝置、自動排屑裝置。
在選擇數控車床、車削中心時，應綜合考慮上述各項原則。
培訓目標
培養適應現代化經濟建設需要，德、智、體全面發展，具有紮實的數控機床加工專業知識，有較強的動手能力，能在生產一線的智能、技能型操作崗位上，從事數控加工和數控設備操作與管理的人才。
主要課程
機械製圖、公差配合與技術測量基礎、金屬材料與熱處理、機械設計基礎、工程力學、液壓與氣動技術、機床夾具、金屬切削原理與刀具、機械製造工藝學、電工電子基礎及操作技能、鉗工技能培訓數控車床加工技術、數控銑床加工中心加工技術、電火花加工技術、AutoCAD、PRO/E三維造型與設計、UG三維設計與數控編程、MASTERCAM三維設計與數控編程、數控機床結構與維護。
就業方向
第一、可以選擇的就是數控操作工，經過數控實習和數控操作培訓的學生都可以勝任，但是這個工作崗位競爭的壓力最大，任何一所工科的高職都有這個專業，還不要說中職以及技校的學生。目前我國機加工行業的數控操作崗位已基本達到飽和。有的學生跟我說他們的同學，也就初中畢業，干數控操作比他們早五六年，都是熟練工了，工資也可以，因此覺得很沒有希望。我跟他們講，要比的不是眼前，而是以後的發展。
第二、數控編程員。很多的機加工企業都採用自動編程來生成數控加工程序，因此需要學習CAM軟件。不同的單位使用不同的CAM軟件，種類多種多樣，但是大體上加工的方法都類似，所以必須學好一個。但是做數控編程員要求很高，責任也很大，因此要求有豐富的加工經驗。這樣的話，對於剛剛走出校門的學生，馬上做這個崗位不現實。必須經過一段時間的鍛煉，短則一兩年，長的話得三五年。
第三、數控維修人員或者叫售後服務人員。這個崗位的要求更高，是數控方面最缺乏的。不僅要求有豐富機械知識，還要有豐富的電氣知識。如果選擇了這個方向，可能會很辛苦(比如經常出差)，要不斷的學習，不斷積累經驗。這個崗位需要得到的鍛煉更多，因此達到熟練的時間會比較長，但是回報也會比較豐厚。
第四、數控銷售人員。這個崗位的報酬是最豐厚的，而要求掌握的專業知識並不那麼多，但是要求有出眾的口才以及良好的社交能力，不是一般人能幹的。
第五、相近專業的也可以選擇:機械設計方面如繪圖人員,做機械設計師、結構設計師;加工工藝管理或者現場技術人員、機械設計人員(機械工程師)數控機床操作工、機械設備維修工、機械設備銷售員、程序編制員、機械工藝員、檢查員、生產管理員。
行業應用
數控變頻器 SAJ數控變頻器主要特點:
1、低頻力矩大、輸出平穩
2、高性能矢量控制
3、轉矩動態響應快、穩速精度高
4、減速停車速度快
5、抗干擾能力強
應用數控機床 2011年，數控金屬切削機床增長突出，產量同比增長68.91%，增速比上年提高12.16個百分點。在國家振興裝備製造業和國際產業轉移的帶動下，我國設備工具購置投資增長率在未來5-10年內將持續維持20%左右的水平，機床行業的需求仍將保持高速增長。在需求的拉動下，我國數控機床產量保持高速增長，隨着經濟結構調整的深化，數控機床和數控系統設備類的上市公司的高成長有望延續。2011年數控機床消費超過80億美元，台數超過12萬台，表明了數控機床已成為機床消費的主流，我國未來數控機床市場巨大。2011年數控機床需求的快速增長帶來數控系統的巨大需求，全年數控系統設備同比增長一倍以上。
發展情況
硬件技術 隨着集成電路及計算機技術的迅猛發展，給數控硬件技術的更新換代注入新的活力，現代數控系統普遍採用超大規模集成電路(VLSI)、專用芯片(ASIC)及數字信號處理(DSP)技術。在電氣裝聯上廣泛採用表面安裝(SMT)、三維高密度(three dimensional high density)技術，極大地提高系統的可靠性。高速高性能存儲技術，比如閃爍存儲(flash memory)，移動存儲(PCMCIA card)等極大地方便用戶。薄膜晶體管液晶顯示器(TFTLCD)技術使得顯示裝置趨於平板化，更便於機電 一體化安裝並改善人機界面。作為數控系統核心的處理器廣泛採用"位以上的高速RISC CPU，保證高速、高精度的數控加工。
開放式發展 開放式數控的討論已有好些年了，但是應該看到，對於開放式結構至今沒有一致性的定義。某些用戶認為開放式表示能夠接受當地使用的通信協議;而另一些用戶認為開放式意味着所有控制器操作界面完全一致;對機床應用工程師而言，開放式意味着對刀架移動、傳感器和邏輯控制有標準的輸入/輸出接口;對大公司和大學的研究工程師來說，開放式意味着以上這些均來自隨即拿來就用的積木塊。由於來自最終用戶和集成商(機床廠)的壓力，開放式結構的開發工作正在向前發展並將持續下去。一個積極成果即是基於PC的CNC，即PC-based。
實時操作 嚴格意義上說，數控控制軟件中包含着實時操作系統的思想，例如任務調度、存儲器管理、中斷處理等，但這種技術是隱含的，是和數控應用程序比如插補，伺服、譯碼等混合的。每一個數控系統都是獨特的，不透明的。這種情況對於最終用戶和系統集成商而言帶來諸多不便。在開放式數控呼聲日益高漲的今天，研究實時操作系統在CNC軟件中的應用是順理成章的事。特別是嵌入式實時操作系統的技術發展迅猛，這對於數控控制軟件的開發將產生革命性的影響。選擇一個合適的商用嵌入式實時操作系統，將插補、伺服、譯碼、數據處理等數控應用軟件往上"掛"，最終移植到一個硬件環境中去，形成最終使用戶滿意的數控系統，也就是個性化的CNC系統，這將是開放式數控的主要方向。
程序編制
數控編程是指從零件圖紙到獲得數控加工程序的全部工作過程。如圖所示，編程工作主要包括:
(1)分析零件圖樣和制定工藝方案
這項工作的內容包括:對零件圖樣進行分析，明確加工的內容和要求;確定加工方案;選擇適合的數控機床;選擇或設計刀具和夾具;確定合理的走刀路線及選擇合理的切削用量等。這一工作要求編程人員能夠對零件圖樣的技術特性、幾何形狀、尺寸及工藝要求進行分析，並結合數控機床使用的基礎知識，如數控機床的規格、性能、數控系統的功能等，確定加工方法和加工路線。
(2)數學處理
在確定了工藝方案後，就需要根據零件的幾何尺寸、加工路線等，計算刀具中心運動軌跡，以獲得刀位數據。數控系統一般均具有直線插補與圓弧插補功能，對於加工由圓弧和直線組成的較簡單的平面零件，只需要計算出零件輪廓上相鄰幾何元素交點或切點的坐標值，得出各幾何元素的起點、終點、圓弧的圓心坐標值等，就能滿足編程要求。當零件的幾何形狀與控制系統的插補功能不一致時，就需要進行較複雜的數值計算，一般需要使用計算機輔助計算，否則難以完成。
(3)編寫零件加工程序
在完成上述工藝處理及數值計算工作後，即可編寫零件加工程序。程序編制人員使用數控系統的程序指令，按照規定的程序格式，逐段編寫加工程序。程序編制人員應對數控機床的功能、程序指令及代碼十分熟悉，才能編寫出正確的加工程序。
(4)程序檢驗
將編寫好的加工程序輸入數控系統，就可控制數控機床的加工工作。一般在正式加工之前，要對程序進行檢驗。通常可採用機床空運轉的方式，來檢查機床動作和運動軌跡的正確性，以檢驗程序。在具有圖形模擬顯示功能的數控機床上，可通過顯示走刀軌跡或模擬刀具對工件的切削過程，對程序進行檢查。對於形狀複雜和要求高的零件，也可採用鋁件、塑料或石蠟等易切材料進行試切來檢驗程序。通過檢查試件，不僅可確認程序是否正確，還可知道加工精度是否符合要求。若能採用與被加工零件材料相同的材料進行試切，則更能反映實際加工效果，當發現加工的零件不符合加工技術要求時，可修改程序或採取尺寸補償等措施[1]