數值控制

電腦數值控制，在無需人類干預的情況下完成製造過程。採用數值控制的工具機叫做數控工具機。在現代的電腦數值控制系統中，工件的設計高度依賴電腦輔助設計及電腦輔助製造等軟體。電腦輔助製造軟體解析設計模型並計算加工過程中的移動指令，透過後處理器將移動指令及其他加工過程中需使用到的輔助指令轉換成數值控制系統可以讀取的格式，之後將後處理器產生的檔案載入電腦數值控制工具機中進行工件加工。將程式指令輸入數控系統之記憶體後，經由電腦編譯計算，透過位移控制系統，將資訊傳至驅動器以驅動馬達之過程，來切削加工所設計之零件。歷史發展.數控與電腦數控的歷史.數值控制工作母機的概念起源於1940年代美國。生產直升機螺旋槳時，需要大量的精密加工。當時美國空軍委託機械工程師，滿足此一需求。1947年，John T. Parsons開始使用電腦計算工具機的切削路徑。1949年麻省理工學院接受美國空軍委託，開始根據Parsons公司的概念研究數值控制。1950年代，第一臺數值控制工作母機問世；機械廠為了美國空軍的需求在數位控制系統投入大量努力，特別集中在輪廓切削銑床方面。Parsons公司與麻省理工學院合作，結合數值控制系統與辛辛那提公司的銑床，研發出第一臺數控工作母機。1958年，Kearney &amp; Trecker公司成功開發出具自動刀具交換裝置的加工中心機。麻省理工學院也開發出自動程式設計工具。1959年，日本富士通公司為數值控制做出兩大突破：發明油壓脈衝馬達與代數演算方式脈衝補間迴路。這加快了數值控制的進步。從1960年到2000年之間，數值控制系統擴充套件應用到其他金屬加工機，數值控制工作母機也被應用到其他行業。微處理器被應用到數值控制上，大幅提昇功能，此類系統即稱為電腦數值控制。這段期間也出現了快速、多軸的新式工具機。日本成功打破傳統工具機主軸形式，以類似蜘蛛腳的裝置移動工具機主軸，並且以高速控制器控制，是為快速、多軸的工具機。日本在世界電腦數控工具機發展中完成許多成果。1958年，牧野與富士通兩大公司合作出日本第一部銑床。1959年，富士通公司做出兩大突破：發明油壓脈衝馬達公司量產銷售的電腦數控工具機佔下了相當國際市場。近年來日本則成功研發出快速、多軸的工具機。2012年，日本以90億歐元的成績繼續保持機床出口冠軍位置，德國機床以81億歐元，位居第二。第三、第四和第五分別為義大利，臺灣和瑞士。中國位於韓國和美國之後，名列第八，出口額15億歐元。值得注意的是，美國雖然工具機產業的規模與德、日、臺、瑞、意相較並不大，甚至也無具代表性的工具機品牌，但此主因是美國多數工具機為供應美國本土使用，且多是軍火相關，故出口方面，無論是數量還是技術上，都具有嚴格管制。中國大陸.中國大陸電腦數控發展開始自1958年。1958年2月第一臺數控機床在瀋陽第一機床廠試製成功。這是一臺2軸的車床，由程式配電器控制，由哈爾濱工業大學研製。同年9月第一臺真正意義上的數控銑床由清華大學和銑床研究所合作研發完成並在北京第一機床廠試製成功。2009年武重集團三臺數控超重型機床出口英國。中國目前為世界最大機床生產國，2012年產值為147億歐元，佔全球產值的22%，然而中國大陸的數位控制器並沒有具競爭力的品牌，中國大陸工具機廠商及科研單位幾乎全面使用德國、日本及臺灣的數位控制器。臺灣.臺灣的電腦數控發展始自1974年楊鐵機械開始研究數控車床。1978至1979，楊鐵機械、大興機械、永進機械、大立機器、聯邦電子等公司都開始銷售數控工具機。至此都是以孔帶指令操作為主。1980年代初楊鐵機械再推出電腦化數值控制車床、綜合切削中心機等。臺灣麗偉電腦股份有限公司成為全臺灣唯一的專業生產數控銑床與車床的專業公司.碩誠公司、新訊公司、工研院等機構則成功研製出臺灣自製各種數值控制器。至2001年為止，臺灣已能跟進「PC Based」控制器。但無法自製工具機系統中的另外兩大部分：主軸馬達與伺服馬達，多向日本大廠購買。此二部份各佔工具機價格三分之一。至2011年，臺灣「PC Based」控制器廠商，已有代表性的三家以上廠商，智研科技，捷準、寶元數控、與新代，臺灣的工具機產業已逐漸朝向自主研發走向，關鍵性的元件不再受日本的限制。2013年，研華科技集團買下寶元數控。至2015年為止，新代及研華寶元已經成為亞太地區第一的華人數位控制器品牌，除了經營中國大陸及臺灣市場外，也積極拓展歐洲、北美及東南亞地區。構成.現代的電腦數值控制銑床在概念上和1952年由麻省理工學院建造的原始型號差別不大，銑床一般包含一個在X、Y方向上移動的工作臺和一個在Z方向上移動的主軸，加工使用的刀具固定在主軸上，工作臺和主軸經由馬達驅動以移動刀具的位置。數值控制.加工程式.NC程式是數控工具機能解讀的純文字程式語言。產生的檔案是電腦輔助製造儲存製造步驟所用的一種數值程式檔案。熟悉數值程式的編輯者可直接使用Windows 作業系統內建的記事本進行編輯，編輯完後可另存新檔並改成合適的副檔名即可。目前可由許多CAM軟體將2D工作圖面直接或間接地轉換為NC檔案，比手寫程式設計更有效率。電腦數控程式可分為主程式及副程式，凡是重覆加工的部份，可用副程式編寫，以簡化主程式的設計。字元→字語→單節→加工程式。只要開啟Windows作業系統裡的記事本就可編輯電腦數控碼，寫好的電腦數控程式則可用模擬軟體來模擬刀具路徑的正確性。以下是常用的NC語言格式：基本機能指令.所謂機能指令是由位址碼及兩個數字所組成，具有某種意義的動作或功能，可分為七大類，即G機能M機能T機能S機能F機能N機能H/D機能FANUC系統指令.G程式碼：G00-快速進給G01-直線切削G02-順時針圓弧切削G03-逆時針圓弧切削G04-暫停G10-資料設定G20-英制輸入G21-公制輸入G32-螺紋加工G40-取消刀尖半徑補正G41-刀尖半徑左補正G42-刀尖半徑右補正G50-設定工件座標系或主軸最高轉速G70-精切削複合迴圈G71-軸向粗切削複合迴圈G72-徑向粗切削複合迴圈G73-輪廓粗切削複合迴圈G74-軸向切槽／鑽孔複合迴圈G75-徑向切槽複合迴圈G76-螺紋切削複合迴圈G90-軸向單一迴圈G92-螺紋單一迴圈G94-徑向單一迴圈G96-設定圓周線速度G97-設定主軸轉速G98-分進給方式(mm/min)G99-轉進給方式(mm/r)參考點.通常在數控工具機程式編寫時，至少須選用一個參考座標點來計算工作圖上各點之座標值，這些參考點我們稱之為零點或原點，常用之參考點有機械原點、回歸參考點、工作原點、程式原點。座標系設定.座標系設定就是決定機械原點與程式原點間X,Y,Z軸向間之距離。機床數控系統可靠性.可靠性定義.數控系統是機床的大腦，數控系統市場產品競爭已由單一的效能價格比轉變到效能、可靠性、價格，服務等產品品質要素的競爭，而首要是可靠性的競爭，是使用者關注的焦點。數控系統可靠性是指在規定的條件下和規定的時間內，數控系統產品完成規定功能的能力。或指“在規定的條件下和規定時間內數控系統產品所允許的故障數”，這是狹義的可靠性定義。如果考慮產品在整個壽命週期內完成規定功能的能力，即包含了產品的可維修性，則稱為廣義可靠性，在一般場合，人們所說的可靠性是指廣義可靠性。影響因素.1）設計因素：在進行系統設計和選擇零部件材料過程中，分析、試驗不夠，缺乏預測，頂防措施也不夠完整、系統初期故障較多。2）製造因素：數控系統生產過程檢測手段薄弱，缺乏嚴格控制措施。上述二項是影響系統可靠性固有的、關鍵的因素。3）環境因素影響產品效能的環境因素為：4）動力因素影響產品效能的動力因素為：可靠性評價指標.可靠性評價指標是對可靠性量化的尺度，是進行可靠性分析的依據。1數控系統常用的可靠性指標有：可靠度、平均故障間隔時間、平均維修時間，它們一般都是時間的函式。formula_1式中：n—樣品數,t[i]—使用期內第臺數控系統實際工作時間,r[i]—使用期內第臺數控系統出現的故障次數運算式：式中：t[ri]—使用期內第臺受試產品出現故障後修復時間r[i]—使用期內第臺受試產品出現故障的次數提高可靠性的措施.必須在系統生命週期的各個階段都採取措施：