如何使用 CNC 机床设计零件？

对于大多数人来说，当今有关制造和原型制作技术的知识主要包括他们在学校学到的东西或他们在互联网上偶然发现的东西。

许多人至少模糊地熟悉 3D 打印的过程，它可以提供可持续和环保的制造可能性。但即使 3D 打印变得越来越流行，它仍然无法与全球无数公司使用的各种 CNC 机器所提供的机会相提并论。

尽管行业外的人对它的了解要少得多，但 CNC 加工在引入时就具有革命性意义，并且仍然是一种不可替代的制造方法，对包括航空航天、医药和汽车行业在内的一系列行业至关重要。

但是什么是数控机床？您如何使用它们来设计各种零件？

让我们探索使用 CNC 加工设计零件的过程以及您需要在下面做出的决定。

什么是数控加工？

CNC（Computer Numerical Control）机器是一种使用计算机方向来执行特定任务和动作的加工。

它需要一块库存材料，然后使用一系列钻头、车床和铣刀对其进行切割，直到零件符合用作基础的数字设计的确切尺寸。

与将材料模压在一起形成形状的 3D 打印不同，CNC 加工是一种减材工艺，可切除材料层，直到获得所需的形状。

另一个重要的区别是 CNC 过程本身。与手动操作的机器不同，使用 CNC 技术的过程是完全自动化的，这意味着执行项目所需的监督要少得多。

更重要的是，自动化过程还意味着将人为错误的可能性降至最低，并且每个零件的副本都与原始零件相同，直至最小的可识别细节。

然而，即使这个过程可以非常高效，为了避免代价高昂的错误并确保项目顺利进行，仍有许多事情需要考虑。

让我们回顾一下 CNC 机床的一些最重要的考虑因素，以便您更好地了解设计各种零件的过程。

数控机床的种类

尽管 CNC 机器似乎是一个足够具体的术语，但它实际上包含了一系列不同的机器类型，例如 CNC 铣床或车床。

不同的机器有自己的长处，也有典型的用途，如果你想达到最好的效果，了解这些很重要。

一台车床 是一种流行的选择，尤其是在设计圆柱形时，因为它提供了其他类型的制造难以匹敌的多功能性和成本效益。

另一个标准选项是 CNC 路由器机器 ，它在 3 轴上布置刀具路径，为创建零件提供了广泛的可能性，同时还将浪费的材料减少到最低限度。

那么您有两种类型的铣床 - 立式 CNC 铣床 和卧式 CNC 铣床 .它们都使用与床身对齐的切割工具，主要区别在于其中一个是垂直的，另一个是水平的。

可能的材料

在设计和制造零件时，您首先需要做出的主要决定之一就是您要使用的材料类型。

好消息是，当您使用 CNC 机床进行原型设计或制造零件时，有多种材料可供选择。

做出选择时应考虑的一些可能因素包括您需要的耐用性和硬度、刚性、对各种化学品的耐受性以及机械功能。在某些情况下，审美因素也可能发挥作用，尽管其他因素应该是第一位的。

CNC 机床的伟大之处在于它们可以处理各种不同的金属，包括钢、铜、黄铜和铝，仅举几例。这意味着您可以根据其独特要求定制您的设计，并利用不同类型金属的独特品质。

在某些情况下，塑料可能更有意义，CNC 机器也可以轻松处理。尼龙可能是最受欢迎的选择，但如果您需要吸湿率低的选择，您也可以使用 ABS、聚碳酸酯、Delrin 甚至 PTFE。

合身要求

NASA 和其他太空计划广泛使用 CNC 加工是有原因的 - 这是一种制造工艺，有助于实现每个零件的无与伦比的精度。

但是，尽管这项技术非常精确，但通常对于一个维度可以偏离多少仍然存在公差，即使数字通常很小。

CNC 机床的标准公差为 ± 0.125 毫米，几乎无法察觉。但即使是在每一毫米都很重要的情况下，这也可能是一个太大的公差，并且可以将公差收紧到 ± 0.050 毫米甚至更小。

在设计零件时，您需要准确地知道可以允许多少公差，并权衡最小化任何偏差的潜在好处与降低超出标准的公差所增加的成本。

考虑到，在大多数情况下，CNC 机器已经非常精确，因此缺陷很可能不会对您零件的性能和适合度产生任何影响。

您还应该考虑零件的设计以及如何对其进行更改以更好地适应 CNC 机床的功能。

例如，当您的设计需要孔时，您可以通过将孔一直贯穿而不是机器仅在材料中钻孔的一部分来降低成本。

您还应该考虑可以使墙壁变得多薄。这不仅取决于设计本身，还取决于您最终为项目选择的材料。

最后，避免零件的复杂功能，因为这可能会限制可以处理任务的 CNC 机器的选择。也就是说，考虑是否需要燕尾槽或 T 形槽底切，因为它们需要特殊的工具和大量的努力。

完成选项

使用 CNC 机床设计零件时的另一个关键考虑因素是您希望零件具有的光洁度。有很多选项可供选择，因此您需要考虑不影响零件性能的表面缺陷是否是您可以允许的。

使用 CNC 铣床时，虽然铣削的表面非常精确，但很可能会留下明显的刀痕，这可能会影响零件的美观性。

阳极氧化是另一种可能的处理方法——它是一种使用电解质在金属部件上添加氧化膜的过程。这种类型的表面处理有几个不同的品种，其中一些更适合航空航天，另一些更适合发动机零件和一系列其他应用。

您还可以选择喷砂选项，这是通过在高压下施加细玻璃珠来去除任何表面沉积物的过程。如果您想让您的零件更美观，喷砂被认为是一个不错的选择。尽管如此，该过程仍涉及体力劳动，这意味着始终存在缺陷的可能性。

基本提示

可以想象，使用 CNC 机床设计零件可能是一个复杂的过程，涉及许多重要决策，因此这里有一些技巧可以帮助您获得最佳结果。

一方面，要非常小心地熟悉材料的限制以及要使用的加工类型。 CNC加工有其优点和缺点，有些零件只是不适合使用这种技术制造。

薄壁、微小的特征，甚至是不寻常的空腔，不仅会使您的项目成本飙升，而且还会使零件的稳定性大大降低。

但是，每个零件的设计都是独一无二的，因此有时确保您达到您想要的结果的唯一方法是咨询以前处理过类似情况的人。

如果您选择可靠的 CNC 加工公司，他们可以查看您的零件要求，并为您提供最适合处理工作的工具和机器的指导。

经验丰富的专家还可以查看您的设计，并就使用的最佳材料、适合您需求的表面处理以及哪台机器为您提供最具成本效益的解决方案以及最一致和最可靠的结果提供建议.

他们还可以为您提供各种情况下的具体见解，帮助避免成本高昂的问题，例如铝数控加工中的零件变形。

有时，您可能会发现，看似微小的设计更改不会影响您的零件性能，但可以帮助显着降低生产成本，因此在整个过程开始时花时间探索您的选择绝对值得。