什麼是 CNC加工?──認識 CNC加工 的第一堂課

CNC加工 技術就像工業發展簡史,以往只能依靠人力量測、切割、雕刻的工作流程,現在利用CNC加工技術,可以更精確、更快速的方式進行自動化生產。

科技不僅取代了人力,甚至能進行更精密、更準確的運算,效率與品質均獲得長足的進步。

 

1.數位化的製造技術

CNC(電腦數值控制),全名為 Computer Numerical Control,是一種電腦輔助的生產方式,透過數位化的方式進行製造,讓生產的過程能夠更精確、更有效率,提升人力製造時較難達成的生產品質,在現代工業製造的過程中扮演重要的角色。

CNC加工製造的設計流程利用電腦進行,工程師會先在電腦輔助設計軟體上建立產品的模型,產出CAD檔。接著將CAD檔轉換成給機器閱讀的G代碼,在這段過程中,工程師會將製造過程中所有加工步驟設定好,包括需要用到的刀片有哪些,以及這些刀片的使用順序、速度、時機、切割的角度等,一一鍵入後,機器便會按照這些命令,按部就班地完成生產流程,因此這個流程相當重要。

等待一切事前的確認作業都完成後,便可開始製造。機器開始運作後,會依照原先的設定自動化生產,幾乎不需要人力的監控介入,便可完成生產流程。

CNC加工 1

2.多維的製造過程

CNC雕刻機的運作從根據機器的用途,從2.5維、3維到5維的都有。以3維為例,機器的運作主要是依靠X軸(從左到右)、Y軸(從前到後)、Z軸(從上到下)三個方向的座標軸,控制各項刀具,對材料進行不同角度的加工製造。而5維技術,則是在3維的基礎上,在其中兩軸上,各增加一個選轉軸。維度愈多,在製造時機器能夠運轉的向度愈廣,製造出的成品也就更加精細。

CNC加工的製作過程,很少只依靠單一刀具便可完成。一般而言,加工的過程需仰賴多種刀具交互使用才能完成。加工的刀具類型非常多樣,每一種刀具都有它適合的角度與用途,藉由不同刀具的使用,讓製造過程創造出更多可能性。常見的刀具有平銑刀、牛鼻銑刀、球形銑刀、鑽頭等。平銑刀適用於材料挖空和垂直壁加工、牛鼻銑刀適合迅速去除材料、球形銑刀適用於複雜3D圖形加工、鑽頭適用於零件的垂直孔製作。不同特性的銑刀,能做出不同類型的裁切或雕刻。使用不同銑刀時須留意,不同材質對於銑刀的耐受狀況不同,因此銑刀的種類、速度和方向,會影響加工出來的結果。

3.降低人工量測的誤差

使用人力生產製造時,所有的測量均依靠工匠量測繪製,因此製造過程中免不了產生誤差。CNC加工因為利用電腦計算、機器製造,能夠有效地避免人工測量的誤差,使量測、裁切出來的成品更精確。

CNC加工能以非常嚴格的公差來製造零件,所謂公差,指相關法規所容許的產品的誤差範圍。正常作業下,使用CNC加工的公差值,比人類的毛髮還要細小(人類毛髮約為0.017mm)。如金屬、塑料常見的公差約為±0.125mm、精工製造公差約為±0.025mm,拋光等特殊處理,公差約至±0.0012mm,使得CNC加工成為目前所有製造方式當中,最精確的技術之一。

4.減材製造方式

CNC加工是一種減材製造的方式,所謂的減材製造,顧名思義就是利用削減原料的方式,把原料加工成零件或產品。

與減材製造相對的生產方式,稱作增材製造,或稱3D列印。相對於減材製造,增材製造在製造的過程中,透過材料的射出、堆疊產生新的物體。

5.幾乎所有種類的材料都可以使用

CNC加工適用的原料類型相當廣泛,幾乎所有的硬質原料均可使用。常見的材料包括金屬與金屬和金,像是鋁合金、鋼合金、黃銅等;或是塑料,ABS、Delrin等樹脂,人造纖維尼龍、泡沫塑料,以及其他複合材料、木材、皮革等。工程師會依照材料不同的特性,選用不同的刀具、運轉速率、進料速度、冷卻劑量,設計製造流程。也因為CNC加工適用於多種原料,使得CNC加工技術在工業上的用途相當廣泛,例如從航太科技,到體育用品製造等產品的製造,均能依靠CNC加工技術來完成製造。

6.適用於中產量的工業製造

CNC加工是一項高自動化的製造技術,製造過程中僅需將工作流程設定好,機器便能根據指令完成生產,大幅縮短製造時間,也避免人工製造可能產生的誤差。重複製造的成本低,不須重新設計、量測,只要將原先的CAD檔案匯入,接著設定好,便能自動化生產。因此CNC加工對於中產量的製造而言,非常具有優勢。

 

結語

隨著CNC加工技術的普及,CNC機台不再是工廠生產的專利,CNC技術逐漸走入一般日常生活。愈來愈多的業者,開發小型的CNC雕刻機,輕便的機身,簡潔明瞭的組裝流程,多樣化的規格,滿足不同的訴求的消費者,讓民眾可以依照自己的需求,選擇適合自己的CNC雕刻機。簡單的指引,在家也能利用CNC雕刻機,完成簡單的工業設計。即使沒有巧奪天工的工藝技法,也能在木材、皮革上,設計出屬於自己獨一無二的藝品,享受屬於自己的居家工作室!

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