CNC加工必讀

魔猴君知識(shí)堂 2031天前

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1.CNC簡(jiǎn)介

CNC是Computerized Numerical Control的簡(jiǎn)稱，暨計(jì)算機(jī)控?cái)?shù)控的簡(jiǎn)稱，是一種由程序控制的自動(dòng)化機(jī)床。該控制系統(tǒng)能夠按預(yù)定邏輯處理具有控制編碼或其他符號(hào)指令規(guī)定的程序，通過計(jì)算機(jī)將其譯碼，從而使機(jī)床執(zhí)行規(guī)定好了的動(dòng)作，通過刀具切削將毛坯料加工成半成品、成品零件。

CNC定義

為了成功地在CNC機(jī)床上工作，程序會(huì)指示機(jī)器應(yīng)該如何移動(dòng)。使用CAM（計(jì)算機(jī)輔助制造）軟件結(jié)合客戶提供的CAD（計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)）模型進(jìn)行編碼，給予CNC機(jī)床的編程指令，將CAD模型加載到CAM軟件中，并根據(jù)制造零件的所需幾何形狀創(chuàng)建刀具路徑，確定刀具路徑后，CAM軟件會(huì)創(chuàng)建機(jī)器代碼，告訴機(jī)器移動(dòng)速度，轉(zhuǎn)動(dòng)坯料和/或刀具的速度，以及在X，Y，Z（3軸），A和B（5軸）坐標(biāo)系。

CNC的幾個(gè)軸

圖：CNC的軸變量

CNC機(jī)床大致可以分為3軸和5軸機(jī)床，3軸機(jī)床主要有3軸車床和3軸銑床。5軸機(jī)床有連續(xù)型或者銑車一體式等多種形式。3軸CNC車床在使用過程中，切削刀具保持靜止，零件坯料轉(zhuǎn)動(dòng)。相反，在3軸CNC銑床上，切削刀具在坯料保持固定的同時(shí)移動(dòng)。如果在圓形零件上需要方形特征，則首先在CNC車床上創(chuàng)建圓形幾何圖形，然后在CNC銑床上創(chuàng)建方形特征。使用3軸CNC機(jī)床與5軸CNC機(jī)床相比，可以更經(jīng)濟(jì)地制造零件，特別是具有圓柱旋轉(zhuǎn)特征的零件，用CNC車床可以達(dá)到很高精度。但是復(fù)雜的零件3軸機(jī)床很有制造的困難，5軸機(jī)床可以在5個(gè)方向同時(shí)或者先后動(dòng)作，能夠勝任更加復(fù)雜的零件。

CNC分類

圖CNC機(jī)床的分類

由于計(jì)算機(jī)控制機(jī)器運(yùn)動(dòng)，X，Y和Z軸可以同時(shí)移動(dòng)以創(chuàng)建從簡(jiǎn)單直線到復(fù)雜幾何形狀的所有內(nèi)容。不過，盡管在機(jī)械加工和CNC控制方面取得了進(jìn)步，但CNC加工仍然存在一些局限性，并且不能創(chuàng)建所有形狀和特征。

2.CNC加工基本

2.1、公差

a、標(biāo)準(zhǔn)公差

如果客戶未提供圖紙或規(guī)格表，模型制造產(chǎn)品遵從下列規(guī)格：

默認(rèn)情況下，陡邊，銳邊會(huì)被鈍化（倒圓角），如果有必須要保留的清晰銳邊，請(qǐng)?jiān)谙聠螘r(shí)提前告知。

默認(rèn)尺寸精度（長(zhǎng)度，寬度，高度，直徑）和位置精度（位置，同心度，對(duì)稱性）為0.1 mm

對(duì)于方向（平行度和垂直度）和形狀（圓柱形，平面度，圓度和直線度）特征的精度，應(yīng)用公差如下：

b、零件公差

公差是否在可接受范圍，是由設(shè)計(jì)者根據(jù)零件的形狀、裝配以及功能確定的。除非設(shè)計(jì)師有特別要求，否則加工使用的標(biāo)準(zhǔn)公差為金屬零件0.1mm，塑料零件為+/- 0.2 mm。如果需要更嚴(yán)格的公差（比方說公差0.05mm），則必須將關(guān)于哪些尺寸需要更嚴(yán)格公差的信息標(biāo)注在圖紙上或與我們提前溝通。

圖：如果要更高要求的公差，需要在圖紙種標(biāo)注，并與客服取得聯(lián)系。

重要的是要記住，由于廢料增加，額外的夾具，特殊的測(cè)量工具和/或更長(zhǎng)的循環(huán)時(shí)間，更嚴(yán)格的公差要求會(huì)導(dǎo)致額外的成本（機(jī)器可能需要減速才能保持更嚴(yán)格的公差）。根據(jù)公差調(diào)出和與之相關(guān)的幾何形狀，零件成本可能是標(biāo)準(zhǔn)公差的兩倍以上。

總體幾何公差也可以應(yīng)用于零件的圖紙，不同的公差要求，會(huì)產(chǎn)額外的檢查、生產(chǎn)時(shí)間，因而也可能會(huì)產(chǎn)生額外的成本。為了最大限度地降低成本，節(jié)省費(fèi)用，建議僅對(duì)關(guān)鍵區(qū)域應(yīng)用嚴(yán)格的公差或者整體的零件幾何公差。

2.2、尺寸限制

a、銑床

零件尺寸受限于設(shè)備尺寸和零件特征所需的切削深度。加工深度不等于設(shè)備的Z軸行程，每個(gè)零件的加工深度，是有零件本身決定的。一般來講開槽的深度不超過槽的寬度的四倍，鉆孔的厚度不超過孔的直徑的十倍。

b、車床

我們的車床可以加工直徑達(dá)450mm的零件，但特殊情況下可以制造更大的零件。

2.3、材料選擇

材料選擇對(duì)于確定零件的整體功能和成本至關(guān)重要，設(shè)計(jì)師根據(jù)零件的需求，來確定材料，考慮材料的相關(guān)性能，如硬度，剛度，耐化學(xué)性，熱處理性，熱穩(wěn)定性等。

a、材料毛坯

材料毛坯是指用于創(chuàng)建成品零件的原材料的尺寸，一般毛坯尺寸比成品部件的尺寸要大，以允許原材料的變化。例如，如果最終尺寸為1x 1x 1，則零件的毛坯為1.1x 1.1x 1.1。

b、金屬

我們CNC加工以下金屬：

鋁合金，不銹鋼，碳鋼，黃銅，紫銅等其他定制金屬

一般加工塑料和較軟金屬（例如鋁和黃銅）容易，且需要較少的機(jī)器時(shí)間，從而降低了加工成本。不銹鋼和碳鋼等較硬的材料必須使用較慢的主軸轉(zhuǎn)速和機(jī)器進(jìn)給速率，這使得比軟的材料的加工時(shí)間更長(zhǎng)，成本更高。當(dāng)然，材料本身的成本也是千差萬別，即便同是不銹鋼，304不銹鋼比1018銹鋼原材料價(jià)格高1倍。下列圖片從上到小依次為：鋁合金，不銹鋼，碳鋼，黃銅和紅銅。

c、塑料

我們CNC可以加工以下塑料：

ABS ,尼龍 pp聚丙烯,PTFE,PC聚碳酸酯等以及其他定制塑料

如果零件不需要金屬的剛性，塑料可以是比金屬更便宜的替代品。下列圖片依次為：ABS，POM,PEEK,PC,HDPE

注意：塑料可能難以保持嚴(yán)格的公差。由于材料被移除時(shí)產(chǎn)生的應(yīng)力，零件也可能在加工后發(fā)生翹曲。

3、加工設(shè)計(jì)指南

3.1、3軸還是5軸加工？

CNC加工可以有效地制作簡(jiǎn)單或復(fù)雜的設(shè)計(jì)。零件越復(fù)雜，即具有曲面幾何形狀或需要切割的多個(gè)面的零件 - 由于需要額外的設(shè)置和加工時(shí)間而成本更高。當(dāng)零件僅需要一套設(shè)置和3個(gè)軸運(yùn)動(dòng)（例如X和Y，以及刀具運(yùn)動(dòng)的Z軸）時(shí)，可以更快地完成設(shè)置和加工，從而最大限度地降低成本，反之如果曲面比較復(fù)雜，使用3軸加工制造可能需要多次設(shè)置，定制夾具和其他昂貴的加工過程。在這種情況下，5軸加工可以避免這些問題，但是為了得到具有合適表面光潔度的復(fù)雜曲面，需要使用小刀具，這些小切口比正常切口花費(fèi)的時(shí)間長(zhǎng)得多，增加了很多成本。因此為了幫助最大限度地降低成本和加工時(shí)間，盡量減少或者避免使用曲面。

3.2 內(nèi)角的倒角

由于CNC刀具本身的橫截面是圓形的，在切割內(nèi)角的時(shí)候，是不能得到完美的直角或者尖角的，所有的內(nèi)角應(yīng)該加一段圓弧，推薦增加1-1.5mm弧度，最低可以接受0.5mm，弧度越小，需要的刀具越小，加工成本會(huì)越高。

圖：內(nèi)角倒角

舉例來講，如果一個(gè)零件有2.5內(nèi)徑，則標(biāo)準(zhǔn)立銑刀需要敲擊拐角，完全停止，旋轉(zhuǎn)90度，然后重新開始切削。這樣做會(huì)降低加工速度（產(chǎn)生額外成本），并且還會(huì)引起振動(dòng)（產(chǎn)生顫動(dòng)痕跡）。通過在內(nèi)半徑上加0.5到1mm，刀具可以輕微轉(zhuǎn)動(dòng)而不會(huì)完全停止。這不僅會(huì)降低零件的成本，還會(huì)改善零件的整體性能。

3.3 開槽

雖然可以使用小半徑工具，但有時(shí)需要的切割深度使得切割變的不可能，當(dāng)切削深度大于切削刀具直徑的2倍時(shí)，刀具的進(jìn)給速度必須減慢，這會(huì)加工時(shí)間和零件成本。每增加一倍的切割長(zhǎng)度，進(jìn)給速度就會(huì)減半，時(shí)間增加了一倍多。一般挖槽的深度不大于刀具直徑的4倍。

3.4 鉆孔

一般來說孔越大，鉆的深度可以越深，建議鉆孔的深度不要超過10被鉆頭的直徑。另外，從經(jīng)濟(jì)的角度來看，盡量使用標(biāo)準(zhǔn)的孔徑，非標(biāo)的，可能需要額外的工具刀具，造成額外的成本。

3.5底切 undercut

CNC很難加工底切，如果有底切，需要精心設(shè)計(jì)，也可能需要定制特殊工具，底切越小越好，越少越好，非非常必要最好不要有，如果必須有，要考慮刀具是否能夠又路徑進(jìn)入及退出，也可以考慮換3D打印的方式來制作又底切的零件。

3.6 最小壁厚

如果零件的壁太薄，可能在加工過程種震動(dòng)顫抖，導(dǎo)致精度降低，更嚴(yán)重者，可能會(huì)會(huì)造成斷裂。推薦金屬零件最小壁厚0.8-1mm, 塑料零件最小壁厚為1.5mm.

3.7 細(xì)長(zhǎng)結(jié)構(gòu)

細(xì)長(zhǎng)結(jié)構(gòu)可能產(chǎn)生的問題和薄壁結(jié)構(gòu)類似，細(xì)長(zhǎng)突起會(huì)引起不可預(yù)測(cè)的震動(dòng)，導(dǎo)致加工精度的下降。建議長(zhǎng)寬比不要超過4.

4、零件的完成-后處理

4.1、螺紋

有幾種方法可以在零件中創(chuàng)建螺紋：切割絲錐，形狀絲錐或螺紋銑刀。所有這些方法都很有效，但設(shè)計(jì)人員應(yīng)牢記以下幾點(diǎn)：

a.始終選擇設(shè)計(jì)允許的最大螺紋尺寸 - 這使制造過程更容易。

b.絲錐越小，生產(chǎn)過程中破碎的可能性就越大。

c.螺紋線程只加工到必要的長(zhǎng)度。深螺紋孔會(huì)增加部件成本，因?yàn)榭赡苄枰獙ｉT的工具來滿足深度要求。

。

4.2、表面處理

a. 原始表面 As milled/As Machined

使用 CNC 加工在零件上留下的原始光潔度稱為“原始表面”。做簡(jiǎn)單去毛刺處理，肉眼可見細(xì)小的加工線，但仍會(huì)有光滑觸感。表面粗糙度為 Ra/RMS 125，可額外精加工以降低粗糙度，但會(huì)增加成本。如果將表面光潔度要求提高到63,32或16 RMS會(huì)增加成本，因?yàn)榭赡苄枰档瓦M(jìn)給速率或可能需要額外的后處理。

原始表面提供了最佳的尺寸精度，是有嚴(yán)格公差要求的零件的首選。

b. 噴砂

噴砂是一種還原性表面處理，其中加壓槍在零件上發(fā)射一股磨料玻璃珠，以去除表面的薄層。該過程在零件上形成一致的啞光/磨砂表面光潔度，通常用于去除刀痕或缺陷。如果您的零件需要嚴(yán)格的公差的特征，那么需要考慮噴砂會(huì)去除一層薄層，可能會(huì)需要對(duì)關(guān)鍵特征進(jìn)行遮蓋，而如果需要對(duì)不需要噴砂的表面或孔進(jìn)行遮蓋，則可能產(chǎn)生額外的成本。

c.陽極氧化

陽極氧化是一種電化學(xué)精加工工藝，可在零件表面添加天然氧化層。陽極涂層可保護(hù)零件免受腐蝕，并可染成多種顏色。涂層是不導(dǎo)電的，因此可以在需要保持導(dǎo)電性的區(qū)域進(jìn)行掩蔽遮罩。鋁和鈦是最常見的陽極氧化材料。有兩種類型的陽極氧化，硫磺陽極氧化（II 型）和硬質(zhì)陽極氧化（III 型）。

陽極氧化（II型）

這種類型的表面處理可以產(chǎn)生耐腐蝕的表面，零件可以采用不同顏色進(jìn)行陽極氧化 - 最常見的是透明，藍(lán)色，黑色。

陽極氧化（III型）

除了II型所見的耐腐蝕性之外，這種類型更厚并且形成耐磨層。

d.烤漆

這是一種將粉末涂料噴涂到部件上然后在烘箱中烘烤的過程。這樣就形成了堅(jiān)固耐磨，耐腐蝕的層，比標(biāo)準(zhǔn)涂裝方法更耐用。有多種顏色可供選擇，以達(dá)到理想的美感。

f.噴塑

噴塑是將塑料粉末噴涂在零件上的一種表面處理方法。噴塑也就是我們常講的靜電粉末噴涂涂裝，其處理工藝是20世紀(jì)80年代以來國(guó)際上采用較為普遍的一種金屬表面處理的裝飾技術(shù)。該技術(shù)與普通噴漆表面處理相比，優(yōu)點(diǎn)體現(xiàn)在工藝先進(jìn)、節(jié)能高效、安全可靠、色澤艷麗等方面。

g.拋光

拋光是一種機(jī)械工藝，通過逐漸變細(xì)的磨料打磨以得到閃亮的鏡面表面。飾面高度反光，光滑且無劃痕。拋光通常在不銹鋼和7075鋁等硬材料上進(jìn)行，6061鋁等較軟的金屬在拋光打磨時(shí)可能會(huì)導(dǎo)致其表面變形。高度光滑的表面光潔度還讓它更耐腐蝕性。