数控新技术，数控技术新双高专业群建设方案，数控技术新质生产力

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    您想知道 CNC 加工以及它在制造业里的重要性吗？您不是孤单的。计算机数控（CNC）加工是现代制造业的重要组成部分，它凭借先进技术能够精确地进行切割、成型以及制造零件。

    我们也将明白它为何如此重要。

    CNC加工概述

    CNC 加工是由计算机来进行控制的，它能够生产出高精度的零部件。在这个过程当中，是计算机程序在控制着切削工具的运动。并且，CNC 编程会控制切削工具从工件上把材料去除掉，从而创建出成品零件。

    CNC 技术能够生产一系列零部件，其中有由金属制成的零部件，有由塑料制成的零部件，还有由其他材料制成的零部件。该工艺不但可以生产出具有复杂几何形状的零件，还可以生产出高精度的零件，正因如此，它成为了航空航天、汽车、医疗设备和消费品等众多行业应用的热门选择。

    它与传统加工方法相比有多种优势。其一，能提高精度；其二，能提高一致性；其三，能提高速度。并且它具备生产复杂几何形状和复杂细节的能力。它还允许使用先进的切削刀具和技术，像多轴加工中心以及高速加工，这些能进一步提升工艺的效率和质量。

    CNC加工的历史

    它的历史起始于 20 世纪 40 年代，在那个时候第一台数控（NC）机床被研发出来。随着时间不断向前推进，这些机器的应用范围变得更加广泛，其结构也变得更加复杂。这使得它们具备了能够满足航空航天、汽车以及国防等各类行业需求的能力。

    然而，旧的 NC 机器仍然需要手动输入并且功能有限。

    1970 世纪 XNUMX 年代随着计算机的引入，制造业开始转型，带来了重大突破，即第一台数控机床。这些先进机器配备了计算机控制，能够以前所未有的速度和准确性处理数据。这项创新使得 CNC 操作员可以直接向机器输入命令，随后机器自动执行必要的操作，从而使制造流程得到了显著简化。

    多年来技术一直在不断进步，这仅仅是数控机床的开端。更先进的软件得以开发，更先进的硬件也被开发出来，同时新材料和工具选项被引入，这意味着制造单位拥有了更多的可能性。

    如今，数控机械在多个行业中较为常见。它能够生产出各种产品，且这些产品精度较高。

    CNC 加工如何工作？

    现代数控系统努力做到尽量减少人为的干预。这样能保证性能的一致性和连续性，进而推动智能制造并给出优秀的结果。

    然而，CNC 制造在最初的设计阶段以及最终的制造阶段都需要进行仔细的考量。整个过程可以分成以下三个不同的步骤：

    1年-设计

    CNC 加工的第一个关键步骤包含 CAD、CAM 和 CAE 等软件的应用。工程师以及设计师凭借这些工具去设计零件与产品，接着对其可制造性进行评估。这种评估被称作制造设计 (DFM)，它极为重要，能确保设计得以优化，从而最大程度地提高效率并降低成本，并且是在现有技术的限制范围之内进行工作的。

    大多数情况下，市场上的 CAD 工具带有内部的 CAM 工具。这种情况有助于进行预处理和编程。

    设计人员完成 CAD 设计后，会把设计成果转换为特定的文件格式，这种文件格式要与 CNC 兼容，常见的有 STEP 或者 IGES。

    2 – 预处理和编程

    数控机床编程主要是和机器进行通信的方式，主要涉及使用 G 代码和 M 代码。这些代码是由 CAM 软件包生成的，在 CNC 操作中可以作为切削刀具路径的指南。

    通常情况下，如果设计符合 DFM（制造设计）标准，那么 CNC 机械师就不需要在预处理或操作阶段进行干预。但是，如果设计不符合这些标准，就可能需要一定程度的手动干预，这样才能保证达到最佳性能。

    预处理是 CNC 加工的一个标准步骤，它的持续时间与设计的质量有关。G 代码或 M 代码编程通常花费的时间较短，大概只需几分钟。然而，CNC 编程能否成功取决于设计是否遵循 DFM 惯例。如果设计准确，就会产生正确的代码和令人满意的结果；如果设计存在缺陷，就会导致错误的代码和不良的结果。

    3 – 机加工

    最后阶段属于加工过程。在这一阶段，会用上一步所提供的代码，从块里把多余的材料去除掉。

    机床加工的精度很关键，然而复制 CAD 模型的精确尺寸通常是有难度的。这是机械师通常会应用标准 ISO 2768 公差的原因，因为公差会根据行业要求而有所变化。更严格的公差会使得制造成本提升，这是一个被普遍认可的原则。

    整个行业的常见 CNC 操作

    CNC 加工是一种具备多种功能的工艺，它的操作会依据具体的要求而有所改变。简单的设计能够通过单一的操作得以完成，比如进行铣削操作。可是，较为复杂的设计一般来讲就需要更多种类的操作。

    以下是行业中广泛使用的一些关键数控加工设备。

    数控铣床

    CNC 铣削是一种加工工艺，具有高精度和多功能性。它可以从实心块中去除材料，从而形成特定的形状或设计。它利用 CNC 系统来操纵多点切削刀具，通常是铣刀，以极高的精度进行操作。在这个过程中，工件被牢固地安装在工作台上，铣刀高速旋转，从而系统地切削材料。此方法在生成平坦表面方面特别有效，但其功能不仅仅局限于简单的形状。

    CNC 铣床的主要特点之一在于能够借助多个加工步骤来实施间歇切削，以此高效地构建起复杂的几何形状。并且，该技术已经发展到涵盖了 3 轴铣床、4 轴铣床以及 5 轴铣床：

    数控车削

    CNC 车削是一种加工工艺且效率较高，主要用来使圆柱形工件成型，同时也能够对方形或六角形的原材料进行处理。数控车削的关键在于运用计算机控制的车床，借助各种切削刀具让工件旋转。这些工具会把材料修剪并塑造为所需要的圆柱形。

    车床的独特之处在于它具有多功能性和精度，这些特性是由不同的主轴以及速度能力所决定的。这个过程能够在垂直设置和水平设置上进行，并且每种设置都适合特定类型的工件以及加工要求。

    机器主要有两种类型：

    CNC钻孔

    钻孔是一种重要的制造工艺。它可以在一个工件中产生不同尺寸的螺纹孔。因为计算机能够精确控制钻头的移动和速度，所以该过程是完全自动化的。

    CNC 钻孔在很多行业都很常见，像印刷电路板行业、金属零件行业以及塑料行业等。和传统的手动钻孔相比较而言，这个过程具备很多优势，其中有更高的精准度，还有更好的可重复性以及更高的效率。

    数控路由

    CNC 路由器的粗略操作和铣床的操作是相同的。刳刨机一般处理像木材这类较软的材料，而铣削通常是用来处理比较硬的金属。就如同任何的 CNC 操作那样，路由器能够提供非常好的一致性、效率以及准确性。

    工件在铣削过程中保持完全静止，同时主轴会沿不同方向进行移动。因为铣削加工适合较软的材料，所以主轴的整体转速可能会比较低。CNC 铣床有多种类型，其中包括台式铣床、龙门铣床以及移动龙门铣床。机床和切削刀具的选择，会依据工件的具体要求以及所需的最终产品来确定。

    放电加工

    放电加工机（EDM）是一种制造工艺。它利用电火花放电来侵蚀材料。这种工艺能够产生复杂形状和几何形状。

    该过程依靠在电极与工件之间产生火花来进行工作。机械师把工件浸入介电流体里，这样能隔离电能，还能让对火花的控制变得精确。火花放电的作用是使工件汽化，同时去除通路材料，从而获得所需的形状。

    而电火花线切割则是使用来回移动的细线来产生火花。

    数控等离子切割

   

    数控等离子切割是一种动态的制造工艺。它广泛应用于大型工业环境。这种工艺以能够对钢、不锈钢、铝、黄铜和铜等导电材料进行高速精确切割而闻名。该方法涉及等离子炬。等离子炬在电极和工件之间产生强大的等离子弧。等离子弧能有效地熔化和蒸发接触点的材料。该工艺有一个关键组成部分，即高压气流，像空气或者氮气之类的。这种高压气流能把熔融材料从切割区域排出去，这样就能形成干净且精确的边缘，还能把变形或变色的情况降到最低。

    它将速度、精度和经济性集于一身，使它成为现代制造业的重要工具，尤其在效率和准确性至关重要的行业中。

    数控激光切割

    数控激光切割在工业制造中是不可或缺的。它因为具有精度高和速度快的特点而受到广泛赞誉。它使用先进的激光器，其中包括 CO2 型、Nd 型和 Nd:YAG 型。这些激光器能够有效地蒸发材料，从而保证切割的干净和精确。该技术的用途十分广泛，可以处理各种不同的材料，所以在各个行业中都得到了广泛的应用。

    该技术的精度并非仅局限于单一操作；它的可重复性非常出色，这对大规模生产有着关键作用。这种一致的精度对于航空航天和汽车等对精确度要求极高的行业尤其有益。数控激光切割不仅以效率闻名，还能最大限度减少材料浪费且精度卓越。此外，该工艺使工件夹持得以简化，同时减少了工件污染，进而提高了整体生产率。它具有进行精细切割的能力，并且能够保持严格公差，凭借这些能力，它在当代制造业中成为不可或缺的工具。

    CNC 机床类型：简介

    CNC 机器的功能存在很大差异，这是受其复杂性以及成本影响的。有些机器具备多种功能，能够执行一系列的操作；而有些机器则专门针对特定的任务。以下是在业内最为常见的几种 CNC 机器类型：

    3 轴、4 轴和 5 轴机器：

    铣床使用多种工具，其中包括车床和水射流，以进行复杂的材料去除。这些机器能够跨多个轴运行，如水平轴、垂直轴和成角度轴。它们可以处理木材、金属和塑料的精细铣削工作，并且通过最大限度地减少材料重新定位，从而提高了效率。

    车床：

    车削工艺包含把材料固定在旋转机构上，而这个旋转机构通常是车床。材料在旋转的过程中，数控刀具会切除少量的材料，以此来达成所需的形状，进而能够有效地以精确且一致的方式制造出圆柱形和锥形的部件。

    数控铣床：

    CNC 路由器的设计是专门用于精密方面的。它能够切割和塑造诸如木材、塑料和金属等材料。并且为那些需要详细图案以及高精度的行业提供了复杂的 3D 设计。

    平面磨床：

    CNC 磨床使用砂轮能够达成出色的表面光洁度。这种减材工艺具备卓越的精度，能够把表面缺陷的公差降低到 0.1 毫米，所以它成为了高质量表面处理的首选。

    电火花加工机床：

    先进的切割方法包含电火花成型加工以及线切割加工。其中，电火花成型加工是通过电极在介电流体里进行受控热腐蚀。线切割加工则是利用细线电极来进行复杂且精细的切割。

    等离子切割机：

    为工业金属加工项目提供了精确的结果。

    激光切割机：

    聚焦的激光束能够在金属上进行干净且复杂的切割与雕刻，也能在塑料上进行同样的操作，还能在玻璃上进行，所以它非常适合航空航天、珠宝和电子领域的应用。

    CNC加工参数

    CNC 加工因精确性和多功能性而广为人知，是由 G 代码生成期间所设置的参数来引导的。在我们这里，我们的 CNC 铣削系统能够处理尺寸达到 4000 x 1500 x 600 毫米（157 英寸 x 59 英寸 x 24 英寸）的零件，它能提供比 3D 打印机大很多的构建区域。对于 CNC 车削，我们配备了能加工直径达 200 毫米（7.9 英寸）零件的设备，可容纳各种尺寸的组件。我们的 CNC 机器能够达成出色的精度，公差能低至 ±0.001 英寸（±0.025 毫米），此公差不到普通人头发直径的一半。能够快速直接地满足您的需求，一般交货时间是 5 个工作日，对于简单零件，交货时间为 1 天。我们全力提供精准且高效的服务。

    常见的 CNC 材料和表面处理

    以下是常见 CNC 材料的简要列表：

    以下是常见 CNC 表面处理的列表：

    CNC加工零件的常见应用

    加工工艺因制造 CNC 零件的精度而闻名，它在众多领域的各种能力里得到应用。从 CNC 加工能力中获益最多的行业包含：

    产业应用

    应用

    航空航天

    弹药和其他类似物品。

    汽车

    发动机部件、传动部件、悬架部件。

    医疗器械

    植入物、假肢和手术器械。

    消费品

    电子产品、玩具和常见家居用品。

    机械和工具

    泵、阀门和齿轮。

    原型设计和研发

    生产用于研究和开发目的的原型和测试零件。

    首饰制作

    复杂的珠宝需要精确度和可重复性

    模具

    模具是生产塑料和金属产品所必需的。

   

    CNC加工的主要优缺点

    以下是 CNC 加工的主要优点和缺点：

    为什么选择

    缺点

    它能够精准地对切削刀具进行控制，以此来生产出那些具有严格公差的零件，并且还能生产出具有出色重复性的零件。

    数控机床价格较为昂贵。它们的类型繁多，并且多数操作无法相互替换。这使得资本要求对于中小型企业而言十分重要。

    它可以高速运行，从而可以更快地生产零件。

    CNC 操作员需要大量培训才能开始工作，与传统机器的操作员不同。这表明他们的需求量更大，并且工资要求也更高。他们是训练有素的操作员。

    它能保证质量的一致性，这种一致性在消费产品方面很有用，在大批量生产方面也很有用。

    数控操作效率很高，但和手动流程相比，可能会浪费更多材料。不过，在许多情况下，它们所提供的精度、可重复性以及效率能够抵消这一缺点。

    它能够提供这样的灵活性，即通过有效的编程以及正确的加工方法来创建各种零件，这些零件涵盖从简单到复杂的设计。

    它确保了一致的质量，这对于消费者或大批量生产来说非常有用。

    它在大规模生产方面具有成本效益，能够利用规模经济降低单件成本，从而满足行业对效率和可承受性的需求。

    它提供了更高的安全性，相比手动方法而言。因为操作员能够远程控制机器，这样就可以减少暴露在诸如碎片、热量以及其他威胁等危险的情况。

    大多数流程是自动的，它们经过了优化，能够在无需任何干预的情况下一致执行，这样就降低了总体维护要求。

    复杂几何形状的 CNC 加工零件：关键设计限制

    设计具有复杂几何形状的 CNC 加工零件时，了解加工过程的局限性对实现预期结果很重要。3D 打印能在不明显增加成本的情况下生产出复杂形状，这与 CNC 加工不同。CNC 加工因有额外的设置和处理步骤，会随着零件复杂性的增加而变得更昂贵。主要限制来自切削刀具的几何形状，这些刀具一般为圆柱形。由于受切削长度的限制，所以很难形成尖锐的内角。

    一个关键因素是刀具可达性。3 轴机床仅能加工可从上方直接接触的特征。而 5 轴系统允许刀具和零件以多个角度移动，从而提供了更大的灵活性。此功能使得 3 轴系统无法触及的区域能够被加工。另外，薄壁零件带来了挑战，因其容易受到振动影响，且可能在加工力作用下断裂。

    设计 CNC 加工时考虑这些限制，能够确保零件可以被制造出来，并且质量是优良的。

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    奖金：成为一名 CNC 机械师是什么感觉？

    数控加工不是一件容易的事。它是一项很艰巨的工作，需要具备大量的创造力，还需要有灵活性以及敏捷的思维。而且，CNC 加工在持续发展，机械师的工作就是要跟上新的更新，从而提供当前技术所能达到的最佳效果。

    以下是对 CNC 操作员角色的一些期望：

    结语

    数控加工是现代工业的重要基础。它激发了领域外人士的好奇心。数控加工在工业时代起着关键的推动作用。并且它将在未来持续发挥重要作用。

    智能工厂和工业 4.0 兴起依赖于数控加工能力。数控加工能力把手工加工与数字控制融合在一起，能保证极高的精度和一致性。制造技术虽有一些局限，但它的好处远超这些挑战。随着技术不断发展，预计当前的问题会被解决，进而使其影响力进一步增强。

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    常见问题

    1.CNC加工的理想用途是什么？

    CNC 加工在生产用于航空航天等行业的零件方面很有效，这些零件要求精密且高质量。它也是创建复杂几何形状以及满足严格公差的理想选择，而手动加工难以始终如一地达到这些要求。

    2、CNC加工中常用哪些切削刀具？

    CNC 加工一般会运用一系列的切削刀具。其中有立铣刀，还有钻头、车床以及丝锥。对于每种刀具的选择，都是依据材料以及具体的切削操作来进行的，目的是为了能够实现高效且准确的材料去除。

    3.CNC加工是全自动化的吗？

    CNC 加工在很大程度上是自动化的，然而仍需要人工来进行监督设置、编程以及质量控制。自动化提升了效率和精度，但是熟练的操作员对于优化性能以及解决任何问题来说都是极为重要的。

    4. CNC铣削和车削可实现什么样的表面光洁度？

    CNC 铣削与车削一般能产生光滑的表面光洁度，然而具体的纹理会因材料以及加工参数的不同而有所差异。能够运用打磨或者抛光这类精加工工艺来提升光洁度以及外观。

    5.如何提高CNC加工速度？

    为加速 CNC 制造，需优化机器设置，如进给率和切削速度等；使用高性能工具；实施自动化材料处理等先进技术。定期对机器进行维护，有助于保持效率且减少停机时间。