CNC（计算机数字控制）基础知识、用途和特征

随着IT技术的进步，制造业现场也在推进IT化和自动化，以提高生产效率。其中，使加工操作本身实现自动化的方法是“CNC（计算机数字控制）”。装有CNC的机床被称为“CNC机床（数控机床）”，用于工业零件制造等。CNC的优点是能够批量生产质量稳定的产品，安全性高。
接下来介绍一下CNC的概要和用途、CNC的利弊、用CNC可以实现的加工方法。

• 什么是CNC？
• CNC的特点
• CNC加工
• 总结

CNC是“Computer Numerical Control”或“Computerized Numerical Control”的简称，即使用计算机对机床进行数控。通过编程实现机床移动（移动方向、移动速度、加工量等）的自动化，可以安全有效地生产出高质量产品。过去，铣床和车床等设备都是由人手工操作的。但是，这种方法会产生“不同的工人在完成的加工产品上会出现差异”、“无法加工复杂形状”、“无法提高工作效率”等问题。通过数字控制使机床移动自动化，就可以解决这些问题。如今，许多机床都引入了计算机数字控制。此外，如果将CNC机床与CAD和CAM组合在一起，从设计到加工都可以在计算机内完成。

CNC机床的用途: 数控机床被广泛应用于制造汽车、医疗设备、飞机等的部件，加工模具等各种行业。特别适用于通用机床（非数控手动机床）难以实现的精密加工，如自由曲面加工或三维形状的加工。另外，有些机床不仅可以加工金属，还可以加工塑料、木材等非金属。
CNC和NC的区别: 与CNC类似的术语还有NC。NC是“Numerical Control”的缩写，与CNC不同，它不包含“Computer”一词。这又有什么区别呢？NC是一种仅通过硬件（如晶体管或算术电路）来控制机床运行的方法。这是一种在20世纪50年代发展起来的技术，通常通过多个基板组合进行控制，如数据读取基板，计算基板和伺服控制基板等。相比之下，CNC用计算机（微机）取代了NC的控制机构。使用专用的编程语言对机床的运行进行软件控制。然而，近年来，也有很多NC设备安装配备计算机的例子，因此，NC和CNC之间的区别正在逐渐缩小。

CNC的使用方法:

使用CNC对材料进行加工时，工作大致按照如下步骤进行。

• 使用3D CAD创建产品的3D数据
• 在CAM中创建NC程序数据
• 准备好所需刀具，并将刀具固定在刀架上
• 把材料安装在加工台上
• 开始加工

CAD是创建3D数据的工具，而CAM则是基于CAD创建的3D数据作制NC程序的应用程序。NC程序是一种以程序的形式控制包括刀具转速和类型、刀具更换时间、刀具路径等。使用CAM通过输入刀具和加工条件自动创建NC程序。即使不具备编程知识的人，也可以使用CAM，创建NC程序并进行CNC加工作业。

接下来介绍一下CNC的优缺点。

• CNC的优点

质量稳定: 当工人手动操作机床时，产品的完成度可能会出现偏差。例如，工人的技能和熟练程度可能会改变产品的尺寸和状态，或者工人操作机器时出现误操作，而产生报废品。由于CNC机床是按照程序自动进行加工的，因此可以实现产品质量相对稳定。适合大批量生产，有助于降低成本CNC机床通过数控自动进行加工，减少了不必要工件移动，通常可以比工人手工操作更快地完成加工。其优点是单件加工时间短，可以高效地批量生产相同的产品。
此外，CNC机床工作时只需一台监控设备，一个工人就可以负责多台机器的加工作业。更有甚者，甚至不需要监控就可以完全实现无人运转。可以实现用更少的工人生产更多的产品，从而提高生产率和降低人工成本。
安全性高: 即使工人不在机床附近，CNC机床也能自动进行加工。因此，它的优点在于，被机器卷入或切屑飞溅出来受伤的风险较小。然而，如果用于不适合机床规格的工件（例如，长度足以超出机床加工范围的棒状材料），可能会造成严重伤害，因此在操作时必须仔细确认机器的运行条件。与ATC功能相结合，刀具更换也能实现自动化ATC是Automatic Tool Changer的缩写，是在CNC加工过程中自动更换刀具的装置。根据NC编程，自动更换预置刀具（如铣刀和钻头），并进行加工。如果与这样的装置相结合，就可以自动地继续加工，而不需要停止机器，由工人更换刀具，也不需要分工序管理，由其他机器进行加工。同时，自动更换刀具，也可以缩短作业时间，实现高效加工。

• CNC的缺点

设备昂贵: CNC机床除了配置有人工加工操作的构造之外，还装有进行数字控制的计算机和软件等。因此，它比传统通用机床贵很多，引进成本高，这一点是它的劣势。另外，有时可能需要另外准备CAM。应该在确定能够收回投资成本后再考虑引入该设备。
加工前的准备较多: 使用CNC机床进行自动化加工操作时，需要进行大量的事前准备工作，如“掌握编制NC程序的知识”，“NC程序的编写和输入”，“材料的定位”和“材料的试切”。由于准备工作比传统通用机床要多，加工第一个零件之前需要很多的准备时间。应该在充分考虑到自动加工带来的效率和大量前期准备的基础上，估算总的作业时间。

世界上有各种各样的CNC机床。NC机床一旦启动，就会按程序自动进行加工。即使在没有工人的夜间或清晨也可以进行加工，可以提高工作效率和生产率。它还可以高精度地加工三维形状，这是手动加工难以做到的。下面介绍几个具有代表性的例子。

CNC铣床: 在铣床上安装CNC功能的设备就叫做“CNC铣床”。使用CNC铣床，可以实现铣削（用旋转的刀具切削固定工件的方法）加工自动化。
CNC车床: 使车床加工（用固定刀具切削旋转工件的方法）实现自动化的设备就是CNC车床。可自动加工分段的轴等。还有一些设备可以以0.001MM为单位进行加工。
CNC磨床: 使磨削加工（用高速旋转的砂轮切削工件表面的方法）实现自动化的设备就是“CNC磨床”。可实现自动更换砂轮，自动控制磨削范围。
加工中心: 加工中心也是CNC的一种。在CNC加工机床中，ATC被定义为“同一台设备连续进行多种加工，如镗孔、铣削、钻孔、螺纹加工和精铰加工等”。通过尺寸、形状、可移动轴的数量区分为多种类型。
其他CNC加工机床: 利用光能溶解原理的“CNC激光加工机”和高压喷水切割原理的“CNC水切割机”也是CNC机床的一种。

“CNC（计算机数字控制）”是通过计算机实现机床的自动化操作。将移动方向、移动速度、加工量等通过编程反映到机床中，并以高精度进行数字控制。具有CNC功能的机床被称为“CNC机床”，广泛应用于包括汽车和医疗设备在内的很多制造领域。使用CNC机床，可以稳定地批量生产高质量的产品。其优点是不需要工人在附近，可以减少受伤和事故。但是，缺点是设备价格昂贵，加工前准备较多。CNC机床在提升加工效率和安全性方面确实发挥着很大的作用。应在权衡利弊的基础上，来分析它与通用机床如何选用。