數控機床的工作原理和應用

數控多工具機

無處不在的 CNC 機床遍布各種工廠和車間。 它們的奇妙優勢使它們幾乎成為加工零件的必備機器。 既然你知道這些類型的機器是什麼,以下是 了解數控機床的工作原理,零件的加工方式,它們使用的編程語言,以及這些機器最常見的應用。

CNC機器的工作原理:CNC或數控加工

從 CAD(計算機輔助設計或計算機輔助設計)或 CAM(計算機輔助製造或計算機輔助製造)設計,一些 閱讀或語言代碼 CNC 機床將能夠以適當的順序遵循為零件加工而標記的路線或運動,從而獲得所需的結果。 也就是說,這樣在過程結束時,該部分與計算機設計的部分相同。

換句話說,多虧了這些代碼,才有可能 用工作工具移動頭部 通過機器的軸。 當然,工具可以從一台機器到另一台機器不同,有些甚至有一個多工具頭在幾個之間切換,並提供更大的工作靈活性。 例如,可能有切削工具、鑽孔工具、銑削或車削工具、焊接工具、定位工具等。

運動控制

數控機床有 兩個或多個可編程地址(軸). 通常有 3 個(X、Y、Z),儘管有時它們可以有更多,就像我們在上一篇文章中看到的那樣,除了允許旋轉(旋轉軸稱為 A、B、C)。 根據軸的數量,您可以執行或多或少複雜的加工。 軸越多,運動的自由度就越大,因此它可以製作更複雜的雕刻。

控制運動 在這些軸中,可以使用兩種類型的系統,它們可以單獨或一起工作:

  • 絕對值(代碼G90):在這種情況下,目標點的坐標是指坐標的原點。 使用變量 X(最終直徑的測量值)和 Z(在平行於主軸旋轉軸的方向上的測量值)。
  • 增量值(代碼G91):在其他情況下,目標點的坐標參考當前點。 使用變量 U(徑向距離)和 W(在平行於主軸旋轉軸的方向上測量)。

可編程配件

僅通過運動控制無法使用 CNC 機床。 因此,機器 必須以其他方式編程. 實際上,CNC 機床的類型與其所擁有的可編程附件的類型密切相關。 例如,在加工中,您可以擁有特定的可編程功能,例如:

  • 自動換刀:在一些多刀具加工中心上。 可以對刀頭進行編程以在每種情況下使用必要的刀具,而無需手動將其放入主軸中。
  • 主軸轉速和激活:主軸轉速(RPM)也可以編程,包括旋轉方向(順時針或逆時針),以及停止或激活。
  • 冰箱: 許多加工堅硬材料(如石頭或金屬)的加工機器需要冷卻劑,以免它們過熱。 冷卻劑也可以編程為在工作循環期間打開或關閉。

數控程序

正如已經看到的,CNC 機器可以編程,但它們是通過 不同的方法 使用其中之一操作時您應該知道:

  • 手動操作:在命令提示符處輸入您想要的信息。 為此,您必須知道標準化的字母數字代碼,例如 DIN 66024 和 DIN 66025 的代碼。
  • 自動的:是目前最常見的情況,通過電腦連接CNC機床進行。 一個人將能夠通過軟件修改數據,而無需知道代碼,因為程序本身將負責將它們翻譯成 CNC 機器可以理解的指令。 這是通過一種稱為 APT 的語言完成的,該語言又將被翻譯成二進制(零和一),以便 CNC 機器的微控制器可以理解它並將其翻譯成運動。

目前,還有一些其他的數控機床 更先進,更易於使用,例如可能需要更少人工干預的自動設備。

數控程序

CNC 程序示例。 資料來源:研究門

所謂的CNC程序,就是寫在一個 稱為 G 和 M 的低級語言 (由標準化 的ISO 和6983 EIA RS274) 並由以下部分組成:

  • G 代碼: 通用運動指令。 例如,G 可以向前移動、徑向移動、暫停、循環等等。
  • M-代碼: 不對應動作或雜項。 M 的示例可以是啟動或停止主軸、更換刀具、應用冷卻液等。
  • N:程序被劃分為以字母 N 開頭的指令的階段或塊。每個塊都有編號,因為加工動作是按順序執行的。 機器將尊重編號。
  • 變量或地址:代碼還包含這些類型的值,例如 F 為進給率,S 為主軸速度,T 為刀具選擇,I、J 和 K 用於定位圓弧中心,X、Y 和 Z 用於移動軸等

所有 將取決於機器的類型. 例如,用於鈑金折彎的數控機床與用於切割的數控機床不同。 第一個沒有主軸,不需要冷卻液。

數控代碼表

G 和 M 代碼示例表

如果你看上面的表格,我們可以 舉個例子 塊來解釋發生了什麼。 例如,假設您有以下代碼或 CNC 程序:

N3 G01 X12.500 Z32.000 F800

這個小片段的 CNC 代碼將告訴 CNC 機器,一旦它被翻譯成二進制, 以下行動:

  • N3 表示這是要執行的第三個塊。 因此,將有兩個先前的塊。
  • G01: 進行直線運動。
  • X12.500:將沿 X 軸移動 12.5 毫米。
  • Z32.000:它將沿 Z 軸移動 32 mm。在這種情況下,Y 軸不會移動。
  • F800: 以 800 mm/min 的速度進給。

APT語言

此外, 恰當的語言 它是一種編程語言,將用作前一種語言和 MCU 可理解的機器代碼(二進制代碼)之間的中間代碼。 它是由 Douglas T. Ross 在麻省理工學院實驗室開發的。 當時,1956 年,它被用於控制伺服機構,但現在它的使用已經普及,並已成為數控的國際標準。

被認為是 CAM的前身, 和 FORTRAN 等其他語言類似。 該代碼將由計算機軟件轉換為一系列二進制指令,這些指令將加載到 CNC 機床微控制器的內存中,以便執行它們,產生電氣控制信號以移動電機和工具。

這種 APT 語言可以 控制許多參數 數控機床:

  • 主軸轉速 (RPM)
  • 主軸開或關
  • 旋轉角度
  • 預定停止
  • 製冷劑
  • 所有可能方向的運動(XYZ 和 ABC)
  • 定時
  • 重複循環
  • 軌跡
  • 等等

當然,操作 CNC 機床的人不需要了解這種 APT 語言,因為當前的軟件非常直觀且易於控制,將 APT 透明地翻譯給用戶以創建已設計的零件 CAD/CAM 文件. 然而,知道它的存在和它是什麼永遠不會有什麼壞處。

如今,現代數控機床已經具備 圖形界面 帶有觸摸屏和集成計算機,極大地方便了它的使用。 它們非常直觀,不需要太多學習。 通過筆式驅動器或 USB 存儲器,它們將允許您加載作品的設計,因此可以在另一台獨立的計算機上進行設計。

數控控制器

El 數控控制器 它將負責解釋 CNC 程序、按順序執行的命令,並將執行必要的運動和功能等。

CAM / CAD程序

Un CAD 或 CAM 軟件 它將用於創建要製造的設計或模型。 當前的軟件已經允許從這種類型的格式自動轉到 CNC 程序。

數控系統

至於 DNC(直接數控), 是指通過網絡連接到一台或多台 CNC 機床的計算機的術語。 通過這種方式,CNC 程序可以通過以太網傳輸到機器上,或者通過 RS-232C 串行端口等更經典和基本的端口,這些端口仍在許多工業機器中使用。

數控機床應用

數控機床 他們有比你想像的更多的應用程序. 許多行業和車間,從最小的到最大的,都依賴於一個或多個這樣的團隊。 它們甚至可以在家中用於製造商的某些 DIY 工作。

休閒(DIY和創客)

很多廠商都有 家用各種類型的小型數控機床 做一些DIY項目。 個人也可以使用它在家中執行某些任務:

  • 製作珠寶首飾。
  • 加工材料以製造零件或組件。
  • 當備件不再銷售時,製造零件來修理車輛或其他類型的設備。
  • 製作藝術作品或版畫。

車間和製造業

當然啦 在專業領域,無論是在車間還是在工廠,CNC 機器也很常見,適用於木匠、修理廠、零件製造、紡織工業、航空部門、裝飾、櫥櫃製造等。 例如:

  • 鈑金激光切割。
  • 等離子焊接。
  • 拾取和放置,或將零件或組件放置在其組裝位置。
  • 棒材、管材、板材的彎曲…
  • 鑽孔。
  • 車削或銑削木材。
  • 定制零件的製造。
  • 建模或增材製造。
  • 製造用於醫療用途的植入物或假肢。
  • 雕刻。
  • 等等

電子行業

特別值得一提的是數控機床,它們也被用於與 電子和半導體行業. 這些機器可以執行大量任務,例如:

  • 半導體晶圓切割。
  • 用銅或鋁塊製造散熱器。
  • 為計算機、電視、手機等創建外殼/結構。
  • Pick & Place 用於將表面貼裝元件放置在 PCB 板上,以便後續焊接。
  • 焊接。
  • 激光雕刻品牌和標誌。
  • 塑造鏡片。
  • 等等

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