数值控制

电脑数值控制（numerical control, computer numerical control (CNC)，简称数控）是指通过计算机自动控制机械加工工具和3D打印机的行为。一台使用CNC的机器会根据写好的程序，将一块原材料（金属、木头、塑料、陶瓷、复合材料均可），在无需人类干预的情况下完成制造过程。采用数值控制的工具机叫做数控工具机。
在现代的电脑数值控制系统中，工件的设计高度依赖电脑辅助设计及电脑辅助制造等软体。电脑辅助制造软体解析设计模型并计算加工过程中的移动指令，透过后处理器将移动指令及其他加工过程中需使用到的辅助指令转换成数值控制系统可以读取的格式，之后将后处理器产生的档案载入电脑数值控制工具机中进行工件加工。
将程式指令输入数控系统之记忆体后，经由电脑编译计算，透过位移控制系统，将资讯传至驱动器以驱动马达之过程，来切削加工所设计之零件。
历史发展.
数控与电脑数控的历史.
数值控制工作母机的概念起源于1940年代美国。生产直升机螺旋桨时，需要大量的精密加工。当时美国空军委托机械工程师，满足此一需求。1947年，John T. Parsons开始使用电脑计算工具机的切削路径。1949年麻省理工学院接受美国空军委托，开始根据Parsons公司的概念研究数值控制。
1950年代，第一台数值控制工作母机问世；机械厂为了美国空军的需求在数位控制系统投入大量努力，特别集中在轮廓切削铣床方面。Parsons公司与麻省理工学院合作，结合数值控制系统与辛辛那提公司的铣床，研发出第一台数控工作母机。1958年，Kearney & Trecker公司成功开发出具自动刀具交换装置的加工中心机。麻省理工学院也开发出自动编程工具。1959年，日本富士通公司为数值控制做出两大突破：发明油压脉冲马达与代数演算方式脉冲补间回路。这加快了数值控制的进步。
从1960年到2000年之间，数值控制系统扩展应用到其他金属加工机，数值控制工作母机也被应用到其他行业。微处理器被应用到数值控制上，大幅提升功能，此类系统即称为电脑数值控制。这段期间也出现了快速、多轴的新式工具机。日本成功打破传统工具机主轴形式，以类似蜘蛛脚的装置移动工具机主轴，并且以高速控制器控制，是为快速、多轴的工具机。
日本在世界电脑数控工具机发展中完成许多成果。1958年，牧野与富士通两大公司合作出日本第一部铣床。1959年，富士通公司做出两大突破：发明油压脉冲马达（电液伺服马达）与代数演算方式脉冲补间（插补）回路。这加快了数值控制的进步。1961年，日立工业完成其第一台加工中心机，并于1964年附加自动刀具交换装置。1975年开始，Fanuc（中译：发那科，由富士通公司数控部门独立）公司量产销售的电脑数控工具机占下了相当国际市场。近年来日本则成功研发出快速、多轴的工具机。2012年，日本以90亿欧元的成绩继续保持机床出口冠军位置，德国机床以81亿欧元，位居第二。第三、第四和第五分别为意大利，台湾和瑞士。中国位于韩国和美国之后，名列第八，出口额15亿欧元。
值得注意的是，美国虽然工具机产业的规模与德、日、台、瑞、意相较并不大，甚至也无具代表性的工具机品牌，但此主因是美国多数工具机为供应美国本土使用，且多是军火相关，故出口方面，无论是数量还是技术上，都具有严格管制。
中国大陆.
中国大陆电脑数控发展开始自1958年。1958年2月第一台数控机床在沈阳第一机床厂试制成功。这是一台2轴的车床，由程序配电器控制，由哈尔滨工业大学研制。同年9月第一台真正意义上的数控铣床由清华大学和铣床研究所合作研发完成并在北京第一机床厂试制成功。
2009年武重集团三台数控超重型机床（XK2645型数控龙门移动镗铣床、FB260型数控落地铣镗床和CKX5280型数控双柱立式铣车床）出口英国。
中国目前为世界最大机床生产国，2012年产值为147亿欧元，占全球产值的22%。。
台湾.
台湾的电脑数控发展始自1974年杨铁机械开始研究数控车床。
1978至1979，杨铁机械、大兴机械、永进机械、大立机器、联邦电子等公司都开始销售数控工具机。至此都是以孔带指令操作为主。
1980年代初杨铁机械再推出电脑化数值控制车床、综合切削中心机等。台湾丽伟电脑股份有限公司成为全台湾唯一的专业生产数控铣床与车床的专业公司.硕诚公司、新讯公司、工研院等机构则成功研制出台湾自制各种数值控制器。
至2001年为止，台湾已能跟进「PC Based」控制器。但无法自制工具机系统中的另外两大部分：主轴马达与伺服马达，多向日本大厂购买。此二部份各占工具机价格三分之一。
至2011年，台湾「PC Based」控制器厂商，已有代表性的三家以上厂商，智研科技，捷准、宝元数控、与新代，台湾的工具机产业已逐渐朝向自主研发走向，关键性的组件不再受日本的限制。
2013年，研华科技集团买下宝元数控。
至2015年为止，新代及研华宝元已经成为亚太地区第一的华人数位控制器品牌，除了经营中国大陆及台湾市场外，也积极拓展欧洲、北美及东南亚地区。
构成.
现代的电脑数值控制铣床在概念上和1952年由麻省理工学院建造的原始型号差别不大，铣床一般包含一个在X、Y方向上移动的工作台和一个在Z方向上移动的主轴，加工使用的刀具固定在主轴上，工作台和主轴经由马达驱动以移动刀具的位置。
数值控制.
加工程式.
NC程式是数控工具机能解读的纯文字编程语言。产生的档案是电脑辅助制造保存制造步骤所用的一种数值程式文件。熟悉数值程式的编辑者可直接使用Windows 作业系统内建的记事本进行编辑，编辑完后可另存新档并改成合适的副档名即可。
目前可由许多CAM软体将2D工作图面直接或间接地转换为NC档案，比手写编程更有效率。
电脑数控程式可分为主程序及副程序（子程序），凡是重复加工的部份，可用副程序编写，以简化主程序的设计。
字元（数值资料）→字语→单节→加工程序。
只要打开Windows作业系统里的记事本就可编辑电脑数控码，写好的电脑数控程式则可用模拟软体来模拟刀具路径的正确性。
以下是常用的NC语言格式：
基本机能指令.
所谓机能指令是由位址码（英文字母）及两个数字所组成，具有某种意义的动作或功能，可分为七大类，即
G机能（准备机能）
M机能（辅助机能）
T机能（刀具机能）
S机能（主轴转速机能）
F机能（进给率机能）
N机能（单节编号机能）
H/D机能（刀具补正机能）
FANUC系统指令.
G代码（数车指令）：
参考点.
通常在数控工具机程式编写时，至少须选用一个参考座标点来计算工作图上各点之座标值，这些参考点我们称之为零点或原点，常用之参考点有机械原点、回归参考点、工作原点、程式原点。
座标系设定.
座标系设定就是决定机械原点与程式原点间X,Y,Z轴向间之距离。
机床数控系统可靠性.
可靠性定义.
数控系统是机床的大脑，数控系统市场产品竞争已由单一的性能价格比转变到性能、可靠性、价格，服务等产品品质要素的竞争，而首要是可靠性的竞争，是用户关注的焦点。
数控系统可靠性是指在规定的条件下和规定的时间内，数控系统产品完成规定功能的能力。或指“在规定的条件下和规定时间内数控系统产品所允许的故障数”，这是狭义的可靠性定义。如果考虑产品在整个寿命周期内完成规定功能的能力，即包含了产品的可维修性，则称为广义可靠性（＝狭义可靠性＋维修性），在一般场合，人们所说的可靠性是指广义可靠性。
影响因素.
1）设计因素：在进行系统设计和选择零部件材料过程中，分析、试验不够，缺乏预测，顶防措施也不够完整、系统初期故障较多。
2）制造因素：数控系统生产过程检测手段薄弱，缺乏严格控制措施。
3）环境因素
4）动力因素
可靠性评价指标.
可靠性评价指标是对可靠性量化的尺度，是进行可靠性分析的依据。1
数控系统常用的可靠性指标有：
可靠度（R（t））、失效率（故障率λ（t ））、平均故障间隔时间、平均维修时间，它们一般都是时间的函数。
formula_1
式中：n—样品数,t—使用期内第台数控系统实际工作时间,r—使用期内第台数控系统出现的故障次数<BR>
运算式：<BR>formula_2<BR>
式中：t—使用期内第台受试产品出现故障后修复时间<BR>
r—使用期内第台受试产品出现故障的次数
提高可靠性的措施.
必须在系统生命周期的各个阶段都采取措施：