CNC 加工機原理,CNC 銑床、車床加工運作方式完整說明

CNC 機台發展至今,已儼然成為現代工程、製造業中不可或缺的一個重要角色。在金屬加工領域中更是必要的機械。到底 CNC 機台是什麼?又是如何運作的呢?今天良品工研所要用最簡單的方式告訴大家 CNC 的原理和運用方式,繼續往下看吧!

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什麼是 CNC?

CNC 的英文全名是 Computer Numerical Control,翻譯過來就是電腦數值控制。因此 CNC 顧名思義就是利用電腦精準且強大的運算能力來控制機台進行精密加工的一種方式。而常見所謂的 CNC 機台、CNC 工具機、CNC 車床、CNC 銑床都是利用電腦運算進行加工的機械。

CNC 機台是以電腦數值精準控制的一種加工方式

CNC 機台的運作原理

在介紹 CNC 機台的運作原理前,我們需要先了解 CNC 機台的前身 – NC 機台。

在 CNC 機台尚未出現前,精密加工必須仰賴數值控制機 Numerical Control,也就是 NC 機台,聰明的你應該已經發現少掉的 C 就是電腦的 C;那 NC 機台跟 CNC 機台到底差在哪裡呢?

1940 年代末,美國空軍為了製造直升機的螺旋槳,需要一個有效的精密加工方式。1950 年,NC 機台為了因應此需求而誕生。主要的功能就是讓工程師可以輸入準確的加工參數,例如切割弧度、距離等等,並讓電腦依據數值進行精準的加工。

看到這裡你可能會好奇,既然 NC 機台也會用到電腦,那 CNC 機台多出來的 C 是什麼意思呢?其實這個 C 指的是後來出現的微型處理器!

使用 NC 機台時,工程師必須用字元、數字、符號所組成的一系列指令碼,詳細的告訴機台須執行的動作。輸入的過程複雜、彈性低且不易複製。

而 CNC 工具機為了克服這個問題,將指令改為透過軟體編碼的方式進行,並以先進的微處理器將程式語言轉譯為可自動執行的實際指令。工程人員透過任何電腦都可以輕易的編寫和複製 CNC 碼,並用於不同的零組件和新系統上。舉一個最簡單的例子,程式設計人員可以預先編寫十組不同的加工方式,並套用到 100 台機台上,操作人員只要根據生產的產品選擇相對應的組合,再進行現場微調即可生產出多樣化的產品。

CNC 不僅實現了更大的彈性和自動化,也開啟了更多精密加工的可能,例如透過特殊軟體將 3D 設計圖轉換為 CNC 碼直接進行加工。總而言之,CNC 機台的運作原理,即是將工程人員所編寫的程式轉譯為動作指令並對目標進行精密加工。

CNC 機台實際操作介面,程式已預先編寫,操作人員只需選擇預設集即可操作

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CNC 機台的優缺點

由於價格昂貴、製作彈性高等特性,CNC 機台較適合用於小量的精密加工。以下列舉幾個 CNC 工具機的優缺點給大家參考。

優點:

生產上的優點

  • 效率、品質、良率極高。在生產複雜精細的產品時更為明顯。
  • 加工彈性高,適合用於少量多樣的生產模式。
  • 資料容易儲存,生產同樣產品不須重新設計。
  • 設計良好的程式可通用於多個工具機。
  • 自動化程度高,可自動換刀、送料等。
  • 無人看管仍可工作,機器產能大

人事管理上的優點

  • 減少人事成本。一操作員可同時操作數台機台。
  • 加工時間、單位成本易掌握,可減少呆料並擬定最佳生產計劃。
  • 程式設計完成後即不須依賴高技術人員。
  • 操作者不須介入運作,誤差低,良率高。

缺點:

  • 初期購置成本高。
  • 設備複雜精密,維護與保養成本高。
  • 依賴程式設計師、機械維修等成本較高之專業人員。

CNC 機台可在製造上帶來顯著的效率提升

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CNC 車床 VS. 銑床,有何差別?原理為何?

CNC 工具機中,最常見的就非 CNC 車床和 CNC 銑床莫屬了。那這兩者的差別在哪裡?使用時機又各為何呢?

CNC 車床

用途:加工圓型工件

車床的工作原理為將工件固定在主軸上高速旋轉,再以刀具進行切削等加工,因此車床多用於生產加工桿件。常見的加工項目有內外圓加工、鑽孔、車螺紋、切斷車槽、端面加工、車外圓、鑽中心孔、車孔,鉸孔、車圓錐、車成形面、滾花、盤繞彈簧等加工程序

CNC 銑床

用途:加工各式工件

銑床跟車床一樣,主要用於金屬加工切削。但不一樣的地方在於銑床是使用刀具旋轉來進行切削,而非讓工件旋轉。運作時,銑床會將工件進行平面 (X-Y) 上下左右的移動,並達到目標位置後再以刀頭垂直 (Z) 上下銑削。銑床的優點是可以透過改變刀片的形狀、轉動方式、角度等進行 2D 或 3D 多樣性的加工。常見的加工項目包括平面銑削、曲面銑削、溝槽銑削、齒輪銑削、及凸輪銑削等。銑床依作用的方式可分為萬能銑床、立式銑床、臥室銑床等幾種。

CNC 車床與銑床實際運作 (5:16 秒後為銑床)

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