（computer numerical control machine，CNC）是一种资料加工东西，能够将整块的原资料切开成零件所需的形状。数控机床运用

　　这些计算机辅佐制作技能能够完结许多杂乱而准确的数控加工使命，为轿车、国防和航空航天工业制作规范配件和专门规划的零件。

　　尽管 3D 打印和其他增材制作工艺在现代柔性器材出产中占首要方位，但大多数日常用品依然是高度自动化减材加工技能的产品。

　　塑料水瓶的模具由数控凹模技能制成；轿车的独立驱动体系组件都被数控机床铣削到准确的尺度，以便于一切的齿轮都能严密啮合，完结最佳的机械性能。

　　“很有或许，你在日常日子中触摸的一切东西都被机床加工过，”田纳西大学诺克斯维尔分校工程学教授托尼・施密茨（Tony Schmitz）说。“假如你坐过飞机 —— 例如波音 747—— 上面有上百万个由机床加工的零件，它们被拼装起来，然后飞机才干飞得起来。”

　　数控机床与由它们加工的很多产品相同具有多功用性和动态性。可是，大多数数控机械由下面两种逻辑操控：开环或闭环体系。

　　在开环数控体系中，操作员将为当前使命开发计算机数控程序，并运用计算机辅佐规划（CAD）软件生成 g 代码或作业文件。然后，计算机将正确的进程传递给操控器及其衔接的伺服电机。

　　这些电机沿着至少两个轴（X 和 Y）操作切削东西，如车刀或磨具，可是高端数控机床能够经过环绕更多的几个额定的轴移动刀头和其他配件来前进精度、完结更多功用。

　　闭环数控机床体系向显现器供给反应数据，以处理数控机器在原资料周围移动切削时不一致的问题。这种电机-显现器通信使闭环体系实时改动车床和其他数控机床的速度、方位和进给速度。

　　数控机床能够准确高效地切开原资料，它们能够运用两种最先进的切开技能：电火花成型加工（sinker EDM）和电火花线切开（wire EDM）。

　　电火花成型加工机运用的是两个电极之间相互作用发生的热腐蚀，其间一个电极是与东西触摸的铜或石墨电极，另一个衔接着浸没有资料的介电液体。（经过放电发生的部分瞬间高温使工件外表的金属消融，发生一个小凹坑。经过不断移动放电方位将工件加工成所需的形状。）令人惊奇的是，刀具和工件在出产进程中从未直触摸摸过。电火花线切开以相同的方法作业，仅仅它运用焊丝作为准确切开的东西。

　　数控机床能够准确地打孔，它运用旋转切削东西（一般是钻头或高速水射流）在固定工件上钻出圆孔。这些孔一般用来安装螺钉。

　　数控机床一般装备砂轮，可发生简直彻底润滑的外表。这种减材研磨技能的精度大大超过了任何增材制作工艺，能够将缺点公役削减到人类头发丝宽度的 1/10。

　　数控铣床与一般铣床和其他手动铣床相似，运用车床、水射流或车削东西从质料上去除剩余的资料。数控铣床能够沿多个轴移动，因而操作人员能够以肯定的精度履行水平、笔直、歪斜和面铣使命。由于操作工人不用屡次调整和从头固定质料，因而这些多角度的切削功用前进了制作杂乱木材、金属和塑料零件的功率。

　　这种数控机床工艺的作业方法相似于铣削；可是，它不是将质料固定在机床座上，而是衔接到高速旋转的车削组织。然后，工人运用车床或具有相似附件的数控机床去除少数资料，直到将质料毛坯制成零件所需的形状。

　　计算机辅佐制作（CAM）软件是数控加工进程的重要组成部分。它是一切计算机辅佐加工操作的中介和解说器，由于它操控加工进程中每个阶段的人工和机械的输入和输出。

　　例如，规划师在计算机辅佐规划（CAD）软件中创立项目的 3D 模型，并将文件传输到 CAM 软件中。然后，CAM 软件将解说模型并生成 m 代码或 g 代码，将项目的加工要求转换为数控编程言语。数控机床在作业时，会将数据发回 CAM 软件，并显现或许影响产品加工成果的一切要素。

　　数控加工能够追溯到 19 世纪中叶工业革新期间的技能前进，其时制作工厂开端运用根据凸轮的车床和铣削的东西，用它们来大规模出产、工厂设备和日常用品。到 20 世纪 40 时代和 50 时代，以 m 代码穿孔卡方式进行的原始数控加工开端在特定使命中替代人工手动操控，开端自动化制作。

　　跟着数字计算机和计算机软件在 20 世纪 70 时代和 80 时代的前进，更多的制作东西能够自动化操控，然后前进出产速度和全体功率。

　　在 21 世纪的今日，CAM 和 CAD 软件以及顶级的数控机床为小工厂供给了一种经济高效的手法来制作很多杂乱零件。跟着机器学习和人工智能的不断发展，制作业或许会持续优化流程、前进自动化水平。

　　在咱们刚刚进入“人工智能革新”时，很简单梦想一个由机器人完结一切作业的未来国际，但是，加工专业人士和工程学者都理解，数控加工需求娴熟的工人来保证一切正常。

　　“它（计算机数控加工）是一种根底才干，不会很快消失，” 施密茨说。相反，他以为增材制作和减材制作实际上是相得益彰的，以至于“混合制作”将成为未来的干流数控加工工艺。

　　施密茨还表明，这种混合制作将“首先用增材制作加工出开始的零件母体，然后运用有限的减材加工来发生润滑的外表，这是增材制作无法完结的。”

　　但是，数控加工在未来面对的最大妨碍之一是，现在了解数控编程的合格技能工人缺少。跟着资深数控专业人员退休，很少有人进入这一职业顶替他们的方位，这种缺少只会加重。

　　“尽管从历史上看，加工一向被以为是一门手艺 —— 匠人需求多年的训练和实践经验才干创造出他们想要的零件 —— 但我信任咱们会从这种状况转向愈加自动化的加工环境，”施密茨说。“未来依然会有手艺加工的需求，但它们将与 20 世纪 40 时代和 50 时代数控加工技能开端时的状况大不相同。”

　　本文来自微信大众号：中科院物理所 （ID：cas-iop），作者：Mitch Ryan

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