概念
NC（CNC）
NC是利用數位訊號自動控制物體（如工具機的運動及其工作過程）的技術，簡稱數控。
數控技術
數控技術是指利用數字、字母和符號對某一工作流程進行程式設計的自動控制技術。
CNC系統
數控系統是指實現數控技術功能的軟、硬體模組的有機整合系統。它是數控技術的載體。
CNC系統（電腦數控系統）
CNC（Computer Numerical Control）系統是指以電腦為核心的數控系統。
CNC工具機是指採用電腦數控技術控制加工過程的工具機，或裝有電腦數控系統的工具機。
數控定義
數控是工具機數控的完整形式。數控 (NC) 使操作員能夠透過數字和符號與機床進行通訊。
數控定義
CNC是電腦數控的簡稱，是現代製造過程中以CAD/CAM軟體控制工具機完成自動化加工的自動化技術。採用 CNC 的新型工具機使工業界能夠持續生產幾年前無法想像的高精度零件。如果程式已正確準備並且計算機已正確編程，則可以以相同的精度多次複製相同的零件。控制工具機的G代碼操作指令自動執行，速度快、精度高、效率高、重複性佳。
CNC加工是一個電腦化的製造過程，機器連接到計算機，計算機會告訴它要移動到哪裡。首先，操作員應該建立刀具路徑，操作員使用軟體程式繪製形狀並建立機器將遵循的刀具路徑。
工業中不斷增加的使用需要了解並能夠編寫程式的人員來指導機床生產所需形狀和精度的零件。考慮到這一點，作者準備了這本教科書，以揭開 CNC 的神秘面紗——將其放入邏輯序列中，並用每個人都能理解的簡單語言表達出來。程式的準備過程以邏輯逐步的過程進行解釋，並透過實際範例來指導使用者。
元件
數控技術由床身框架、系統、週邊技術3部分組成。
機架套件主要由床身、立柱、導軌、工作台等基礎零件和刀架、刀庫等其他支撐件組成。
數控系統由輸入輸出設備、電腦數控裝置、可程式邏輯控制器（PLC）、主軸伺服驅動裝置、進給伺服驅動裝置及測量裝置所組成。其中，裝置是CNC系統的核心。
外圍技術主要包括工具技術（工具系統）、程式設計技術、管理技術。
術語詞彙表
數控：計算機數控。
G代碼：一種通用數控 (NC) 工具機語言，指定機器將移動到的軸點。
CAD：電腦輔助設計。
CAM：計算機輔助製造。
格：主軸的最小移動量或進給量。當按鈕在連續或步進模式下切換時，主軸會自動移動到下一個網格位置。
PLT（HPGL）： 用於列印基於向量的線圖的標準語言，受 CAD 檔案支援。
刀具路徑：使用者定義的編碼路徑，刀具依照該路徑加工工件。 「口袋」刀具路徑切削工件的表面； “輪廓”或“輪廓”刀具路徑完全切入以分離工件形狀。
下台：刀具切入材料的 Z 軸距離。
跨過：切削刀具與未切削材料嚙合的 X 或 Y 軸最大距離。
步進電機：直流馬達透過接收訊號或特定序列的「脈衝」以離散步驟移動，從而實現非常精確的定位和速度控制。
主軸轉速：切削刀具的轉速（RPM）。
常規切割：刀具逆進給方向旋轉。產生最小的顫動，但在某些樹林中可能導致撕裂。
減法：鑽頭去除材料以形成形狀。 （與加法相反。）
進給率：切削刀具穿過工件的速度。
原點位置（機器歸零）：由物理限位開關決定的機器指定零點。 （加工工件時不辨識實際工作原點。）
攀爬剪切：刀具隨進給方向旋轉。順向切削可防止撕裂，但可能會導致直槽鑽頭出現顫痕；螺旋槽鑽頭可以減少顫動。
工作來源（工作零）：使用者指定的工件零點，切割頭將從該零點執行所有切割。 X、Y 和 Z 軸設定為零。
液晶顯示：液晶顯示器（在控制器上使用）。
U盤：插入 USB 介面的外部資料儲存裝置。
產品特性
高精度
數控機床是高度整合的機電一體化產品，由精密機械和自動控制系統組成。它們具有較高的定位精度和重複定位精度。傳動系統及結構具有高剛性和穩定性，並減少誤差。因此，數控工具機具有較高的加工精度，特別是同批次零件製造的一致性，且產品品質穩定，合格率高，這是普通工具機無法比擬的。
高效率
數控工具機可以使用較大的切削量，有效節省加工時間。它們還具有自動變速、自動換刀等自動操作功能，大大縮短了輔助時間，一旦形成穩定的加工工藝，無需進行工序間檢查和測量。因此，電腦數控加工的生產率比一般工具機高3-4倍，甚至更多。
高適應性
數控機床根據加工零件的程序進行自動加工。當加工對象改變時，只要改變程序即可，無需使用母板、模板等專用製程設備。這有利於縮短生產準備週期，促進產品更新換代。
高機械加工性
一些由複雜曲線、曲面形成的機械零件，用常規工藝和手工操作難以加工甚至無法完成，而採用多坐標軸聯動的數控機床可以輕鬆實現。
經濟價值高
CNC加工中心多採工序集中，一機多用。在一次裝夾的情況下，可以加工零件的大部分部位。它們可以取代多種普通機床。這樣不僅可以減少裝夾誤差，節省工序間運輸、測量、裝夾之間的輔助時間，而且可以減少工具機種類，節省空間，帶來更高的經濟效益。
優點缺點
優點
安全指引
數控工具機的操作員透過特殊的防護結構與所有鋒利部件安全隔離。他仍然可以透過玻璃看到機器上發生的情況，但他不需要走到磨機或主軸附近的任何地方。操作員也不必接觸冷卻劑。根據材料的不同，某些液體可能對人體皮膚有害。
節省人力成本
如今，傳統工具機需要持續關注。這意味著每個工人只能在一台機器上工作。當CNC時代到來時，情況發生了巨大的變化。大多數零件每次安裝至少需要 30 分鐘來處理。但是電腦數控機床可以透過自行切割零件來完成這項任務。不需要觸摸任何東西。該工具會自動移動，操作員只需檢查程式或設定中的錯誤。話雖如此，CNC操作員發現他們有很多空閒時間。這次可以用於其他機器。因此，一個操作員可以操作多台機床。這意味著您可以節省人力。
最小設定誤差
傳統的工具機依賴於操作者對測量工具的熟練程度，好的工人可以確保零件的高精度組裝。許多 CNC 系統使用專門的座標測量探頭。它通常作為工具安裝在主軸上，用探針接觸固定部分以確定其位置。然後，確定座標系的零點，以最小化設定誤差。
出色的機器狀態監控
操作員必須識別加工故障和切削刀具，他的決定可能不是最佳的。現代化 CNC 加工中心配備了不同的感測器。您可以在加工工件時監控扭力、溫度、刀具壽命和其他因素。根據此信息，您可以即時優化流程。例如，您看到溫度太高。較高的溫度意味著刀具磨損、金屬性能較差等。不管許多人怎麼說，機械加工是當今最普遍的製造方法。每個行業都在某種程度上使用機械加工。
精準度穩定
有什麼比經過驗證的電腦程式更穩定？儀器的運動始終相同，因為其精度僅取決於步進馬達的精度。
更少的測試運行
傳統機械加工不可避免地會存在一些測試部件。工人必須習慣這項技術，在做第一部分和測試新技術時他肯定會錯過一些東西。 CNC 系統有辦法避免試運轉。他們採用了可視化系統，使操作員能夠在所有工具通過後實際看到庫存情況。
輕鬆加工複雜表面
使用傳統的加工方法幾乎不可能製造出高精度的複雜表面。這需要大量的體力勞動。 CAM 系統可以自動為任何表面形成刀具路徑。您根本不需要付出任何努力。這是現代數控加工技術的最大優點之一。
減少材料浪費
CNC 程式運用演算法優化零件結構，結合自動排料軟體，去除多餘材料，實現輕量化設計，最大限度地減少材料浪費。
更高的靈活性
傳統的方法是用銑床加工凹槽或平面，用車床加工圓柱體和錐體，用鑽床加工孔。 CNC加工可將以上所有功能組合到一台機床上。由於刀具軌跡可以編程，因此您可以在任何機器上複製任何運動。因此，我們有可以製造圓柱形零件的銑削中心和可以銑削凹槽的車床。所有這些都減少了零件的設定。
缺點
• 機器操作員和維修人員需要具備豐富的知識和技能。
• 啟動 CNC 加工業務需要較高的初始投資成本。
• 機器故障導致的停機會嚴重影響生產效率。
應用領域
從世界數控技術及設備應用來看，其主要應用領域如下：
製造業
機械製造業是最早應用數控技術的產業，擔負著為國家經濟各產業提供先進裝備的重任。主要應用有現代軍事裝備用的五軸立式加工中心、五軸加工中心、大型五軸龍門銑、汽車工業的發動機、變速箱、曲軸柔性製造線和高速加工中心的開發與製造，以及焊接、裝配、塗裝機器人，板材雷射焊接機和雷射切割機，用於航空、航海、工業加工螺旋槳、發動機銑片、重電葉片
資訊產業
在資訊產業中，從電腦到網路、行動通訊、遙測、遙控等設備，都需要採用基於超精密技術和奈米技術的製造設備，如用於晶片製造的打線機、晶圓光刻機等。這些設備的控制需要採用電腦數控技術。
醫療器材業
在醫療產業，許多現代醫療診療設備都採用了數控技術，如基於視覺引導的CT診斷儀、全身治療機、微創手術機器人等，需要口腔矯正和牙齒修復。
軍事裝備
現代軍事裝備很多都採用了伺服運動控制技術，如火砲的自動瞄準控制、雷達的追蹤控制、飛彈的自動追蹤控制等。
其他行業
在輕工業中，有印刷機械、紡織機械、包裝機械和木工機械等採用多軸伺服控制。在建材業，有用於石材加工的電腦數控水刀切割機、用於玻璃加工的電腦數控玻璃雕刻機、用於席夢思加工的電腦數控縫紉機和用於服裝加工的電腦數控繡花機。在藝術品產業，越來越多的工藝品和藝術品將使用高性能 5 軸數控工具機生產。
數控技術的應用不僅為傳統製造業帶來革命性的變化，使製造業成為工業化的標誌，而且隨著數控技術的不斷發展和應用領域的擴大，發揮著越來越重要的作用。 IT、汽車）、輕工業、醫療，因為這些產業所需的設備數位化已經成為現代製造業的一大趨勢。
趨勢
高速/高精度
高速、高精度是工具機發展的永恆目標。隨著科學技術的快速發展，機電產品更新換代的速度加快，對零件加工的精確度和表面品質的要求也越來越高。為了適應這個複雜多變的市場的需求，目前工具機正向高速切削、乾切削和準乾切削的方向發展，加工精度也在不斷提高。此外，直線馬達、電主軸、陶瓷球軸承、高速滾珠螺桿及螺帽、直線導軌等功能部件的應用也為工具機的高速化、精密化發展創造了條件。數控工具機採用電主軸，省去了皮帶、帶輪、齒輪等環節，大大減少了主傳動的轉動慣量，提高了主軸的動態響應速度和工作精度，徹底解決了主軸高速運轉時的振動和噪音問題。採用電主軸結構可使主軸轉速達到10000r/min以上。直線馬達驅動速度高，加減速特性良好，具有優良的響應特性和跟隨精度。採用直線馬達作為伺服驅動，省去了滾珠螺桿的中間傳動環節，消除了傳動間隙（包括反向間隙），運動慣性小，系統剛性好，能在高速下精確定位，從而大大提高了伺服精度。直線滾動導軌副由於其各個方向的間隙為零，滾動摩擦非常小，因而磨損很小，發熱量可以忽略不計，具有非常好的熱穩定性，提高了整個過程的定位精度和重複定位精度。透過直線馬達及直線滾動導軌副的應用，使工具機快速移動速度由原來的10-20m/min提升至 60-80米/分鐘，甚至高達 120m/分鐘。
高可靠性
可靠性是電腦數控工具機品質的關鍵指標。機器能否發揮其高性能、高精度、高效率，並獲得良好效益，關鍵取決於其可靠性。
CADCNC工具機設計、模組化結構設計
隨著電腦應用的普及和軟體技術的發展，CAD技術得到了廣泛的發展。 CAD不但可以取代手工繁瑣的繪圖工作，更重要的是可以進行大型整機的設計方案選擇和靜動態特性分析、計算、預測和優化設計，並可對整台設備各工作部件進行動態模擬。在模組化的基礎上，在設計階段就可以看到產品的立體幾何模型和真實的色彩。使用CAD還可以大幅提高工作效率，提高設計的一次性成功率，從而縮短試製週期，降低設計成本，並提高市場競爭力。工具機零件採用模組化設計，不僅可以減少重複勞動，而且可以快速回應市場，縮短產品開發設計週期。
功能複合
功能複合的目的是進一步提高工具機的生產效率，並最大限度地減少非加工輔助時間。透過功能的複合，可以擴大工具機的使用範圍，提高效率，實現一機多用、多功能，即一台數控工具機既可以實現車削加工，又可以實現車削加工。也可以在機床上進行磨削。電腦數控車銑複合中心X、Z軸、C、Y軸同時工作。透過C軸和Y軸，可以實現平面銑削和偏置孔、凹槽的加工。該機床還配備了強大的刀架和副主軸。副主軸採用內建電主軸結構，透過CNC系統可直接實現主、副主軸的速度同步。工具機工件一次裝夾即可完成全部加工，大大提高了效率。
智慧化、網路化、彈性化、整合化
21世紀的CNC設備將是一個具有一定智慧化的系統。智慧化的內容包括數控系統的各個面向：為了追求加工效率和加工品質的智慧化，如加工過程的自適應控制、製程參數的自動生成等；為了提高驅動性能而採用智慧連接，如前饋控制、馬達參數自適應運轉、負載自動識別、自動選型、自整定等；簡化程式設計、簡化操作智能，如智慧自動程式設計、智慧介面、智慧診斷、智慧監控等方面方便系統的診斷與維護。網路化數控設備是近年來工具機發展的熱點。數控裝備的網路化將極大滿足生產線、製造系統和製造企業對資訊整合的需求，也是實現敏捷製造、虛擬企業、全球化製造等新型製造模式的基本單元。電腦數控工具機向彈性自動化系統的發展趨勢是：從點（單機、加工中心、複合加工中心）、線（FMC、FMS、FTL、FML）到面（車間獨立製造島、FA）另一方面要注重應用性和經濟性方向。彈性自動化技術是製造業適應動態市場需求、快速更新產品的主要手段。其重點是以提高系統的可靠性和實用性為前提，以易於組網和集成為目標，並專注於加強單元技術的開發和改進。數控單機正向高精度、高速度、高柔性方向發展。數控工具機及其組成的彈性製造系統可以方便地與CAD、CAM、CAPP、MTS連接，並向資訊整合方向發展。網路系統朝著開放性、整合化、智慧化的方向發展。
摘要
簡而言之，從小型工坊到大型製造工廠，數控技術在我們的工作和日常生活中無處不在。數控工具機功能多樣，從雕刻切割個人化木製工藝品到車削銑削精密金屬零件，無所不能。從DIY愛好者到工業製造商，每個人都對CNC工具機趨之若鶓。數控工具機不僅能提高生產力，還能節省人力和材料成本，是創業或升級老舊生產線的理想合作夥伴。
