CNC加工介绍

杰克·莱 CNC加工专家

专长于 CNC铣削, CNC车削, 3D打印, 聚氨酯铸造, 和 钣金加工 服务。


CNC加工广泛应用于减材制造工艺。在 CNC 加工中,原材料通过各种切削工具从固体材料库存中去除,以便在 CAD 文件中创建具有设计几何形状的最终零件。这些 CNC 材料包括金属和塑料。 CNC加工可以生产出具有高公差和优异性能的最终零件,特别适合一次性使用和具有高重复性的中小批量生产。与3D打印相比,CNC加工由于其减材方式,还是有一些天然的限制。

CNC加工方式

CNC加工方法有两种主要方式,CNC铣削和CNC车削,每种方法对于不同的制造几何形状都有其独特的特点。其他加工方法,如 5 轴加工、3 轴加工,可以定义为这些基本方法的组合。

数控铣削工艺

CNC铣削 作为最流行的数控机床结构,通常是数控加工的代名词。在 CNC 铣削过程中,原始金属块安装在 CNC 机床床上,旋转刀具去除不需要的材料以形成最终几何形状。基本CNC铣削工艺如下:

  1. CNC机器操作员将CAD模型的技术图纸转换成一系列命令,这些命令可以由CNC机器(G代码)解释。
  2. 将材料块或工件放置在平台上并切割成所需的尺寸。精确的定位和对中是精密数控零件制造的关键,因此我们需要特殊的计量工具,如触摸证明来实现这一目的。
  3. 具有数千 RPM 高速的专用切削工具可将材料切削成所需的几何形状。通常我们需要多次通过来创建设计的零件,首先,从块中快速去除块材料以以较低的精度近似几何形状,然后进行一次或多次精加工以生产最终零件。
  4. 一旦模型具有复杂的特征,很难通过切削工具(例如背面的槽)仅通过一次设置即可达到,我们需要翻转零件并重复上述步骤,直到根据要求创建最终零件。

铣削加工后,零件光洁度需要去毛刺。去毛刺是在锋利边缘去除小缺陷的手动过程。如果技术图纸中规定了更高的公差,我们也需要检查关键尺寸。最后,零件准备好使用或后处理。

大多数 CNC 铣削系统都有正常的 3 个线性度数,即 X、Y 和 Z 轴。先进的 5 度系统增加了床身或刀头作为 A 和 B 轴的更多旋转。 5 轴 CNC 加工无需多台机器设置即可生产复杂的几何零件。

数控车削工艺

CNC车削 是一种使用固定刀具去除旋转卡盘上的块状材料的过程。最后生产出沿中心轴对称的零件。通常,车削零件的生产速度比铣削零件的生产速度更快,而且成本更低。 CNC车削的主要步骤如下:

  1. G代码将从设计的CAD模型中生成,然后选择合适直径尺寸的圆柱原料并加载到CNC机器中。
  2. 材料库存高速旋转,固定切削工具将跟踪其轮廓,逐步去除材料,直到最终设计几何形状。中心轴上的孔特征可以通过中心钻和内部切削工具制造。
  3. 一旦复杂的零件需要翻转或移动,重复切割过程以创建最终所需的几何形状。否则,可以从库存中切割加工零件以供使用或后处理。

CNC车削系统也称为车床,适用于圆柱零件的生产。此外,非圆柱零件也可以采用CNC现代化多轴数控车床加工,配备数控铣刀。这些系统将 CNC 车削的高生产率与 CNC 铣削能力相结合,以创建具有较宽松旋转对称性的大范围几何形状,例如凸轮轴和压缩机叶轮。

由于 CNC 铣削和车削系统比较模糊,因此我们将重点介绍 CNC 铣削,因为它是一种更常见的制造工艺。

数控机床参数

CNC 机床操作员在 G 代码生成过程中确定加工参数。构建尺寸和精度是正常的。

数控机床具有较大的构建尺寸,数控铣削系统可加工尺寸达 2000×800×100 毫米,数控车削系统可加工直径达 500 毫米。

CNC加工可以提供高精度和紧公差的加工零件。我们的标准公差是±0.125 mm的精度,严格的公差可以达到±0.025 mm的精度。

数控机床参数

CNC 机床操作员在 G 代码生成过程中确定加工参数。构建尺寸和精度是正常的。

数控机床具有较大的构建尺寸,数控铣削系统可加工尺寸达 2000×800×100 毫米,数控车削系统可加工直径达 500 毫米。

CNC加工可以提供高精度和紧公差的加工零件。我们的标准公差是±0.125 mm的精度,严格的公差可以达到±0.025 mm的精度。

数控刀具

CNC机床利用各种刀具来创建不同的几何形状,我们将介绍CNC中最常见的加工工具:

铣刀 包括普通3种:平头、牛头和球头。这些不同的立铣刀工具适用于具有不同特征细节的槽、槽、腔和其他垂直壁制造。球头工具也广泛用于 5 轴 CNC 加工,以创建具有曲率和自由几何形状的表面。

演习 常用于加工孔,对于非标准直径,插铣平头立铣刀可应用于螺旋路径。

开槽刀 轴直径小于切削刃,这允许槽铣刀创建 T 型槽和其他 底切 正在从垂直墙面移除材料。

水龙头 应用于螺纹孔生产,这需要精确控制旋转和线速度。手动攻丝在一些加工中心仍广泛应用。

面铣刀 是去除大型平面材料的高效工具。由于直径比普通工具大,它们可以用更少的走刀和更少的时间加工更大的区域。面铣通常在加工早期循环中准备块尺寸。

几何复杂性和设计限制

虽然 CNC 加工提供了更多的设计自由度,但与 3D 打印不同的是, 一些限制,复杂度高的零件会增加制造步骤和最终成本。

CNC 的主要限制是连接到 刀具几何形状.例如槽的内部边缘是圆形的,因为切削工具具有圆柱形轮廓。

工具访问 是 CNC 加工的另一个主要限制,块状材料只能在刀具到达区域去除。与 3 轴 CNC 机床系统一样,所有功能都必须设计为直接访问上述方向。 5 轴 CNC 机床系统可以制造更复杂的零件,因为可以调整零件和工具之间的角度,以进入难以触及的区域。

CNC 机器难以制造薄壁或精细特征。薄壁在加工过程中容易因振动和切削力而断裂。我们建议金属的最小壁厚为 0.8 毫米,塑料的最小壁厚为 1.5 毫米。

CNC加工特点

CNC加工能够在包括所有工程材料在内的广泛材料领域生产出具有优异材料性能的零件。与 3D 打印相比,CNC 加工零件作为散装材料具有完全各向同性的物理特性。 CNC 加工广泛用于金属原型制作和大批量生产。塑料由于其低刚度和熔化温度而更难生产。

CNC加工材料

CNC加工材料 成本差异很大,在金属材料中,铝6061是最经济的选择,对于塑料来说,ABS的价格最低。此外,材料的物理性能也会影响CNC的整体成本,例如硬质合金不锈钢比铝更难加工。

材料特征
铝6061良好的强度重量比
良好的机械加工性
低硬度
不锈钢 304优异的机械性能
耐腐蚀性
相对加工难度
黄铜 C360高延展性
优异的机械加工性
良好的耐腐蚀性
ABS树脂良好的抗冲击性
良好的机械性能
对溶剂敏感
尼龙良好的机械性能
高韧性
耐湿性差
聚甲醛高刚度
优异的热、电性能
相对脆

后处理和表面处理

CNC 加工零件总是留下可见的刀痕,后处理是改善表面光洁度、增强耐磨、耐腐蚀或耐化学腐蚀和优化外观的有效方法。我们主要的后处理方法包括阳极氧化、喷砂和粉末涂层。

CNC加工的好处

  1. CNC 加工提供高精度和可重复性,非常适合高端应用。
  2. CNC材料具有完全各向同性的物理特性,适用于工程应用。
  3. CNC 加工是中低批量零件生产最有效的制造方法。

CNC加工的局限性

  1. 由于减法方法,CNC加工对于某些几何形状的制造来说是昂贵的或不可能的。
  2. CNC 加工的启动成本比 3D 打印高,特别是对于塑料材料的低成本原型制作。
  3. CNC机器需要专业知识才能操作,它的交货时间(10天)比3D打印(2-5天)更长。