什么是CNC加工？

CNC 加工是当今最常见的减材制造技术，也是生产定制金属和塑料零件的一种非常灵活和稳健的方式。使用 CAD 模型，CNC 机器使用各种切削工具从实心块中精确去除材料。

总体而言，CNC 加工生产的零件具有严格的公差和令人印象深刻的材料特性。由于其高重复性，它适用于单一作业和中低批量生产（最多 1,000 个零件）。但是，它确实有比 3D 打印更多的设计限制 ，部分归功于该技术的减法性质。

在本介绍性指南中，我们概述了该技术的基本原理以及这些原理与主要优势和限制之间的关系。我们还解释了两种主要 CNC 机床设置之间的主要区别：铣削和车削。

CNC 加工：制造和设计指南

基本奖励：下载我们的免费 CNC 加工指南，并在 40 多页内了解您需要了解的有关这种减材技术的所有信息。

数控加工是如何工作的？让我们谈谈铣削和车削

CNC（计算机数控）加工系统的两种主要类型是铣削 和转弯 .由于每种机床类型的特性，铣削和车削都是制造不同几何形状的独特理想选择。

让我们分解一下如何使用这两种不同的机器设置制造零件。

CNC铣削是如何工作的？

CNC 铣削是最流行的 CNC 机床架构。事实上，CNC 铣削一词通常是 CNC 加工的代名词。 CNC 铣床使用旋转切削工具从安装在机床床上的零件上去除材料。

大多数 CNC 铣削系统具有 3 个线性自由度：X、Y 和 Z 轴。更先进的系统通过床身和/或刀头（A 和 B 轴）的旋转具有 5 个加工自由度。 5 轴机器可以生产具有高几何复杂性的零件，并且可以消除对多个机器步骤的需要。

以下是 CNC 铣床如何将 CAD 模型转换为自定义零件的概述。

• 操作员将 CAD 模型转换为由 CNC 机器解释的一系列命令（G 代码）。

• 一块材料（称为毛坯或工件）被切割成一定尺寸并放置在构建平台上，使用虎钳或直接将其安装在床上。

• 精确定位和对齐工件以制造精确的零件非常重要。您可以使用特殊的计量工具（测头）来帮助定位和对齐。

• 以非常高的速度（数千转/分）旋转的专用切割工具从块中去除材料。首先，机器以较低的精度快速去除材料以获得近似几何形状。然后，需要一些更高精度的通道来生产最终零件。

• 如果模型具有切削工具在一次设置中无法达到的功能，则操作员需要翻转工件并重复这些步骤。

加工后，您需要对铣削零件进行去毛刺。去毛刺是从成品零件中去除小缺陷的手动过程。这些缺陷通常出现在锋利的边缘，来自加工过程中的材料变形。例如，当钻头从通孔的远端退出时，会留下需要去除的瑕疵。

接下来，如果在技术图纸中指定了公差，您要检查零件的关键尺寸。完成此步骤后，您的零件就可以使用或进行后处理了 .在 CNC 加工零件（铣削和车削）的后处理方面有很多需要探索，因此我们建议您更新和/或提高您的知识水平。

CNC车削是如何工作的？

CNC 车床使用固定切削工具从安装在旋转卡盘上的零件上去除材料。这是制造沿中心轴对称的零件的理想方法。与铣削零件相比，车削零件的生产速度通常更快且成本更低。

通常，CNC 车削系统（也称为车床）用于制造圆柱形零件。现代多轴数控车削中心，配备数控铣刀，可以制造非圆柱零件。这些系统将 CNC 车削的高生产率与 CNC 铣削的能力相结合，可以制造具有旋转对称性的各种几何形状，例如凸轮轴和径向压缩机叶轮。

以下是 CNC 车床如何制造零件的概述。

• 操作员从 CAD 模型生成 G 代码，并在机器上加载一缸库存材料（空白）。

• 零件开始高速旋转，静止的切削刀具跟踪轮廓，逐步去除材料，直到您拥有设计的几何形状。

• 内部切削工具和中心钻可用于沿工件的中心轴线切割孔。

• 如果您需要翻转或移动零件，则必须重复此过程。否则，一旦您完成切割材料，该零件应该可以使用或进一步后处理。

由于 CNC 铣削和车削系统之间的界限趋于模糊，本指南的其余部分将主要关注 CNC 铣削，因为它是更常用的制造工艺。

CNC 加工参数快速指南

大多数加工参数是由机器操作员在生成 G 代码时确定的。我们要介绍的主要参数是 CNC 机器的构建尺寸和精度。

CNC 机器的构建区域相对较大，尤其是与 3D 打印机相比。 CNC 铣削系统可以加工尺寸高达 2,000 x 800 x 100 mm (78” x 32” x 40”) 的零件，CNC 车削系统能够加工直径高达 Ø 500 mm (Ø 20') 的零件'）。

您可以通过 CNC 加工制造具有高精度和严格公差的零件。 CNC 机器甚至可以实现小于平均人类头发直径一半的公差（± 0.025 毫米或 0.001 英寸）。如果技术图纸中未指定公差，则操作员通常会以 0.125 毫米（0.005 英寸）的精度加工零件。

数控加工最常用的刀具有哪些？

为了创建广泛的几何形状，CNC 机器使用许多不同的切削工具。以下是一些最常用的铣削加工工具。  

平头 , 牛头 和球头 工具用于加工槽、槽、空腔和其他垂直壁。由于它们各自具有不同的几何能力，它们可以加工许多不同类型的特征。球头工具也常用于 5 轴 CNC 加工，以制造具有曲率和自由几何形状的表面。

演习 当然，它是最常用的快速有效地创建孔的工具。您可以在此处找到所有标准钻头尺寸 .要创建具有非标准直径的孔，您可以使用插平头 工具（沿着螺旋路径）。

开槽刀的轴径 小于其切削刃的直径，这允许这些铣刀通过从垂直壁的侧面去除材料来切割 T 形槽和其他底切。

螺纹丝锥 用于制造螺纹孔。要创建螺纹，需要精确控制丝锥的旋转速度和线速度。机加工车间通常仍然依赖手动攻丝。

面铣刀 用于从大而平坦的表面上去除材料。它们的直径比立铣刀大，因此它们需要更少的走刀来加工相当大的区域。这减少了生产具有平坦表面的零件的总加工时间。操作员通常会在加工循环中采取面铣步骤来准备块的尺寸

您会发现 CNC 车削中使用的切削刀具范围同样广泛，可满足您的所有加工需求，例如端面切削、螺纹切削和凹槽切削。

具有几何复杂性的 CNC 加工零件：设计限制是什么？

虽然 CNC 加工提供令人印象深刻的设计自由度 ，车床和铣床无法制造所有几何形状。与 3D 打印不同，设计越复杂，加工成本就越高。这是由于更复杂的零件需要额外的步骤。

与 CNC 加工相关的主要限制与每个单独切削刀具的几何形状有关。刀具的几何形状决定了零件的半径，大多数 CNC 刀具都是圆柱形的，并且切削长度有限。这些因素使尖锐的内角特别具有挑战性。

使用工具是 CNC 加工的另一个主要限制。例如，三轴系统只能实现一定程度的零件复杂性。如果您正在设计 3 轴机器，则只能从上方直接访问所有零件特征。 5 轴系统提供了卓越的灵活性，因为可以调整零件和工具之间的角度，以进入工件更难触及的区域。

同样，具有薄壁或其他精细特征的零件对于 CNC 机床来说尤其困难。薄壁容易产生振动，并可能因车削或铣削力而破裂。我们建议设计最小壁厚为 0.8 mm 的金属零件和壁厚为 1.5 mm 的塑料零件。

了解您可以为不同类型的机器设计零件的复杂程度，以及要牢记哪些限制，对于确保您的零件按设计和您正在寻找的质量标准生产至关重要。有关设计如何在 CNC 加工上为您节省大量时间和金钱的其他指南，请查看这篇文章 .

数控加工有什么特点？

CNC 加工的一个关键优势是它能够始终如一地使用多种材料生产坚固的零件。数控机床几乎可以处理所有工程材料 .

与 3D 打印相比，通过 CNC 加工制造的零件具有完全各向同性的物理特性，与加工它们的散装材料的特性相同。

CNC 加工主要涉及用于原型制作和更大生产运行的金属。加工塑料通常更困难，因为它们的刚度和熔化温度较低，尽管我们确实看到了其中一个优点的常见用例是在开始使用 注塑成型进行大规模生产之前，用塑料数控加工功能原型 .

CNC加工材料要多少钱？

有大量材料可用于 CNC 加工，这意味着材料之间的成本差异很大。每种材料都有不同的价格标签，每种材料的物理特性都会影响加工的总体成本。

如果您选择生产金属零件，铝 6061 是最经济的选择，尺寸为 150 x 150 x 25 毫米的坯料的散装成本约为 25 美元。 ABS 是最便宜的选择，同样尺寸的坯料大约需要 17 美元。就易于加工对成本的影响而言，不锈钢就是一个很好的例子。它比铝硬得多，因此更难加工，增加了总成本。

以下是我们在 Hubs 平台上提供的最受欢迎材料及其重要特征的全面概述。

材质	特点	成本比较
铝6061	强度重量比好，切削加工性好，硬度低	$
不锈钢 304	优异的机械性能，耐腐蚀和耐酸，相对难以加工	$$$
黄铜 C360	高延展性、优异的切削加工性、良好的耐腐蚀性	$$
ABS	优异的抗冲击性，良好的机械性能，对溶剂敏感	$$
尼龙（PA6 和 PA66）	机械性能优良，韧性高，耐湿性差	$$
POM (Delrin)	高刚度，优异的热和电性能，相对较脆	$$

如何了解更多关于 CNC 加工材料的信息？

关于 Hubs 为 CNC 加工提供的所有材料，有很多东西需要学习。要深入了解单个材料或一组材料，请查看我们的 Youtube 频道上提供的这些专业视频。

CNC 加工的后处理和表面处理

直接从机器上下来的 CNC 加工零件通常会有明显的工具标记，这并不总是可取的，具体取决于您的零件要求。有许多后处理方法可用于改善零件表面的外观并提高其耐磨性、耐腐蚀性和耐化学性。阳极氧化、喷砂和粉末涂​​层都是完成定制零件的可行方法。

由于这是一个更通用的指南，我们不会深入讨论后处理和表面处理。您可以在这个方便的解释器中探索最常见的 CNC 加工技术和表面处理 .

CNC加工的优缺点是什么？

虽然 CNC 加工对于从原型制作到最终用途零件的中等规模生产的许多应用来说是一种可行甚至是理想的制造工艺，但它并非没有缺陷。在本节中，我们将介绍这种减材加工工艺的优点和局限性。

CNC 加工提供出色的精度和可重复性。铣削和车削都可以生产公差非常小的零件，这使得 CNC 成为航空航天、航空和汽车行业等高端应用的理想选择。 CNC 加工中使用的大多数材料都具有优异的全各向同性物理性能，适用于大多数工程应用。

一般来说，CNC 加工是生产中低数量金属零件的最具成本效益的制造工艺。这意味着您可以将 CNC 用于单个原型或生产多达 1,000 个单元。

虽然这些优势使 CNC 加工成为工程师的一个有吸引力的选择，但该技术的减法性质使得某些更复杂的几何形状非常昂贵，甚至无法制造。

从财务角度讲，CNC加工的启动成本远高于3D打印。如果您希望用塑料生产低成本原型，那么在设置方面，3D 打印可能是更好的选择。

CNC 加工的交货时间也往往比 3D 打印长，因为 CNC 的平均交货时间为 10 天，而 3D 打印的交货时间要短得多，为 2-5 天。 CNC 机器不像 3D 打印机那样广泛使用，因为它们需要更多的专业知识才能有效地运行。

Hubs 的 CNC 加工经验法则是什么？

让我们分解一下 CNC 加工金属和塑料定制零件时要考虑的关键参数。

CNC关键参数	Hubs 说什么
尺寸精度	典型值：± 0.125 mm (.005'') 最大值：± 0.02 mm (.0008'')
最小壁厚	金属：0.75 毫米 (0.030") 塑料：1.5 毫米 (0.060")
最大构建大小	铣削：2000 x 800 x 100 mm (78'' x 32'' x 40'') 车削：Ø 500 mm (Ø 20'')

常见问题

CNC 加工的最佳应用是什么？

CNC 加工是一次性制造工作和几百到 1000 个零件的中低批量生产的理想选择。我们建议使用 CNC 加工来生产您的金属原型，因为它是最具价格竞争力的选择。此外，当您的零件需要非常严格的公差时，您应该选择 CNC 加工。

最常见的CNC加工刀具有哪些？

CNC 机床使用各种切削工具来实现更广泛的零件几何形状。这些工具包括钻头、槽刀、螺纹丝锥、面铣刀和平头、牛头和球头工具。

哪些行业使用CNC加工最多？

CNC加工是一种广泛使用的减材制造工艺。大量的行业依赖于CNC，包括航空航天、汽车、航空、交通和其他整体部门。例如，飞机零件必须以极高的精度制造，以确保整个机器按设计完美运行​​。

CNC 加工是否完全自动化？

CNC 加工在很大程度上是自动化的，并且依赖于预编程软件。 CAD 软件设置零件的尺寸，CNC 机器使用该尺寸生产物理零件。一般来说，几乎不需要人工干预，但如果零件设计非常复杂，一些复杂的过程可能需要额外的手动操作。总体而言，近乎完全的自动化使 CNC 加工成为可重复、值得信赖的制造过程。