机加工零件的完整指南

机加工零件无处不在，原因不言而喻：CNC 加工适用于各种金属和塑料，而且加工零件可以快速且经济地制造，无需工具。

使用 3ERP，您可以在较短的交货时间内以合理的价格获得机加工零件和原型，并且我们拥有与各行各业客户合作的经验。但是为什么要选择机加工零件而不是模制或 3D 打印零件呢？有时选择很明显，但有时很难决定。您如何实际设计用于加工的零件，无论是在内部还是外包给制造商？

本指南介绍了机加工零件的基础知识：它们是什么、公司为什么需要它们、最佳机加工材料、机加工零件的典型公差、如何设计机加工零件等等。

什么是机加工零件？

机加工零件无处不在。从微小的金属紧固件到飞机发动机部件，各种零件都采用机加工工艺制造。但究竟什么是机加工，什么是机加工零件呢？

当我们谈论机加工零件时，我们指的是比使用机械制造的物体更具体的东西。我们指的是使用切割制造的具体零件 磨坊等机器 , 车床 , 和 路由器 .这些机器都以不同的方式工作，但它们的基本目的是相同的：使用锋利的切割工具 ，他们从一块被称为工件的材料上切下部分。

即使在该定义内，机加工零件也可以以不同的方式形成。加工过程可以手动 ，其中机械师（机械加工设备的熟练专业操作员）操作像磨机一样的机器，以手动将工件切割成所需的形状。或者它可以是数字的 ，在这种情况下，电动数控机床会根据计算机指令自动切割加工零件。

如今，大多数复杂或定制加工的零件都是用 CNC 机器制造的，但机械师仍然会为某些工作进行手动加工，因为这比创建数字设计和对数字机械进行编程要快。

机加工零件可以是金属或塑料（有时也可以是其他材料），但它们必须由可以切割而不会发生剧烈变形的材料制成。

有时零件是在用另一种制造工艺制造后加工的。例如，铸造或模制物品可能会在稍后阶段加工到某些细节或特征。这些可以被描述为部分加工零件或后加工零件。

为什么要使用机加工零件？

公司、产品设计师、研发部门和其他专业人员可能使用机加工零件的原因有很多，下一节将介绍机加工零件的许多具体优势。

简而言之，机加工零件具有出色的强度，因为它们是由实心材料块制成的，并且可以制成各种形状和厚度。它们可以具有非常详细的特征，并且可以由非常广泛的材料制成。少量机加工零件可以快速制造，因为它们不需要工具，而且如果降低加工速度，公差可能会非常严格。

公司也可以使用机加工零件，因为机加工是一种久经考验的制造技术，几十年来一直是行业标准。因此，机加工零件很可能符合行业特定的标准和认证。

机加工零件的优势

机加工零件提供了某些使用注塑成型零件或 3D 打印零件可能无法实现的优势。此处列出了机加工零件的一些主要优势。

1.无最小起订量

机加工零件的主要优势之一是可以在没有最低订购量的情况下购买它们。

对于模制零件，必须制造金属模具——这个过程需要很长时间，通常要花费数万美元。然而，机加工零件是直接从一个空白工件上切割下来的，这使得订购极少量甚至一次性零件具有成本效益。

当然，需要大量（塑料）零件可能意味着成型是更好的选择。但机械加工在提供无最小起订量的高质量零件方面几乎是独一无二的，因此适用于小型公司、小批量生产和原型制作。

2。好的原型

一些公司选择订购注塑成型的原型，但通常只有大公司才有能力这样做。工具成本会使原型制作成本高得令人望而却步。

机加工零件作为原型是合适且价格合理的，因为它们可以一次性制造。机加工也比成型快得多，这意味着研发部门可以快速迭代零件的多个版本，然后在投入生产之前对其进行任何所需的测试或评估。

机加工材料的多功能性还意味着公司可以订购几种不同金属合金或复合塑料的机加工零件，以查看哪种在测试条件下表现最佳。

3.设计自由

机加工零件可以具有多种形状和尺寸。这是因为 CNC 加工不受薄壁和锥形等极端成型设计限制；机加工零件可以厚实而坚固，但其特征也可以精细而细致。

尽管机加工零件在内部截面和深槽等方面存在一些限制，但机加工仍然是几何形状最灵活的制造工艺之一。

另一方面，成型零件必须具有薄壁并且通常符合更严格的设计标准。

就设计自由度而言，即使是通常被视为最佳制造技术之一的 3D 打印，也存在避免悬垂等限制。 （对于更复杂和庞大的设计，可能需要大量的支撑结构，必须通过昂贵的后处理步骤来移除。）

4.质量

机加工零件可以达到非常高的标准。也许更重要的是，客户可以指定机械师需要满足的公差。这意味着机械师或机器操作员可以在精密公差零件和个别特征上花费额外的时间。

虽然注塑模具也可以制造成严格的公差，但每个单独的模具不能保持如此高的标准。在模具寿命结束时生产的模具可能缺少早期单元的定义。

5.交货时间

机加工零件的制造速度比通过其他生产工艺（如成型）制造的零件更快。

这部分是由于没有劳动密集型工具，但制造过程本身也很高效：一些配备直线导轨的更快加工中心的快速加工速度约为每分钟 4,000 厘米（尽管零件实际上不应该是以这些速度加工）。

加工的一步式特性和 CNC 加工中心的速度相结合，使加工零件成为制造速度最快的零件（小批量），缩短了交货时间，从而缩短了上市时间并实现了实用的快速原型制作。

6.改动

由于 CNC 加工零件是由数字 CAD 文件制成的，因此可以在制造之前对该数字设计进行更改。

这在研发和原型设计期间很有用，工程师可能想要对加工零件进行部分调整或创建多个版本。它还减少了浪费的可能性，因为不太可能制造有缺陷的零件。

这是机加工零件相对于模制零件的一个显着优势：模具不容易更换，如果需要在最后一刻进行更改，那么创建新模具将是巨大的浪费。

7.实力

机加工零件由称为坯料的实心材料切割而成，通常是铸造或挤压成型的。这使得它们与例如 3D 打印部件相比非常坚固，3D 打印部件沿一个轴可能要弱得多，一层是建立在下一层之上。

许多机加工零件也比其模制零件更坚固，因为模制零件必须具有薄壁，因此在机械性能方面受到限制。

8.表面处理

机加工零件避免了与成型相关的表面质量问题，例如分型线上的流线、喷射和飞边。通过适度的后处理，加工零件的表面光洁度可以达到非常高的标准。

即使在进行任何后处理之前，加工也可以为 3D 打印提供更出色的表面光洁度。 3D 打印，尤其是 FDM 打印，会在零件表面留下可见的层线，必须通过打磨或化学处理将其平滑。机加工零件没有这些层线。

如何设计加工零件

最好将设计用于制造（DfM ) 原则：根据将要使用的制造工艺设计零件。加工零件的设计需要与 3D 打印零件等不同。

幸运的是，机加工零件的设计并不是特别困难——只要遵循某些规则即可。这些规则概述如下。

底切

底切是工件中无法使用标准切削工具执行的切口（因为零件的一部分阻碍了它）。它们需要特殊的切削工具——例如 T 形刀具——以及特殊的设计考虑。

由于切削工具以标准尺寸制造，因此底切尺寸应以整毫米为单位以匹配工具。 （对于标准切割，这无关紧要，因为工具可以以微小的增量来回移动。）

底切宽度范围为 3 至 40 毫米，具体取决于切削工具，底切深度可达宽度的两倍。

如果可以完全避免底切，则可以更快、更省力地制造加工零件。

壁厚

与如果壁太厚会变形的模制零件相反，机加工零件无法处理特别薄的壁。如果薄壁是设计的一部分，设计师应该避免使用薄壁，或者使用注塑等工艺。

加工时，壁厚应至少为 0.8 毫米（金属）或 1.5 毫米（塑料）。

突起

与薄壁一样，高突出部分难以加工，因为切削工具的振动会损坏部分或导致精度降低。

突出特征的高度不应超过其宽度的四倍。

型腔、孔和螺纹

在设计机加工零件时，重要的是要记住孔和型腔取决于切削工具。

型腔和型腔可以加工成零件，深度为型腔宽度的四倍。由于所需的切削刀具直径，较深的型腔必然会以圆角结束——圆角而不是锋利的边缘。

用钻头制成的孔的深度也应不超过钻头宽度的四倍。并且孔径应尽可能与标准钻头尺寸相对应。

用于连接螺钉等紧固件的螺纹，深度不需要超过直径的三倍。

比例

CNC 加工零件的尺寸有限，因为它们是在机器的构造范围内制造的。铣削零件的尺寸不应超过 400 x 250 x 150 毫米；车削零件的尺寸不应超过 Ø 500 mm x 1000 mm。

更大尺寸的机器可以使用更大的机器，但这应该在制造前与机械师讨论。

加工零件材料

机加工零件可以由许多不同的材料制成，包括金属和塑料。

然而，有些材料比其他材料更容易加工。非常硬的材料很难用切削工具穿透，并可能导致工具振动更多（从而降低质量）。非常柔软的材料和熔点非常低的材料在与刀具接​​触时可能会变形。

下面列出了最常见的机加工零件材料。也可根据制造商要求加工其他材料。

金属 ：铝、钢、不锈钢（17-4、Inconel 625 和 718）、镁、钛、锌、黄铜、青铜、铜。

塑料 ：ABS、PC、ABS+PC、PP、PS、POM、PMMA（丙烯酸）、PAGF30、PCGF30、铁氟龙、DHPE、HDPE、PPS、PEEK。 （不太常见：PA GF50、PPS GF50。）

加工零件表面光洁度

机加工零件可以在机加工后进行处理，以改变其表面纹理和外观。饰面可以是功能性的，也可以是装饰性的。

加工后 ：未添加表面光洁度。这适用于许多内部的、非化妆品的功能组件。

喷砂 ：喷砂工艺涉及在加工零件上燃烧研磨介质，使其具有哑光外观。可以调整该过程以提供特定水平的粗糙度。它可能不适合精细的特征，因为喷砂会去除材料，因此会影响加工零件的几何形状。

阳极氧化 ：阳极氧化的电解钝化工艺适用于铝加工零件，形成耐刮擦的彩色涂层。 II 型阳极氧化产生耐腐蚀饰面； III型较厚，除了耐腐蚀外，还具有耐磨性。

粉末涂层 ：在喷涂过程中，将粉末涂料（设计师选择的颜色）喷涂到机加工零件上，然后在烤箱中烘烤。这会形成比标准油漆涂层更耐用的坚固、耐磨和耐腐蚀的涂层。

加工零件公差

机加工零件可以制造成严格的公差，这对于与其他组件相互作用的关键机械零件可能是必要的。对于原型和非机械零件，可以选择更宽松的公差。

			公差标准
公差杆			整体尺寸范围
规格	<<3,>0.5	<<6,>3	<<30,>6	<<120,>30	<<400,>120	<<1000,>400	<<2000, >1000
F	±0.05	±0.05	±0.1	±0.15	±0.2	±0.3	±0.5
M	±0.1	±0.1	±0.2	±0.3	±0.5	±0.8	±1.2
C	±0.2	±0.3	±0.5	±0.8	±1.2	±2	±3
V	–	±0.5	±1	±1.5	±2.5	±4	±6

机加工零件的应用

机加工零件几乎用于所有行业，从航空航天到医药。下面列出了一些流行的日常和与行业无关的部件，然后是特定行业的应用。

常用机加工件：

• 紧固件
• 阀体
• 球接头
• 齿轮
• 轴
• 外壳
• 括号
• 滚筒

航天

可加工的航空航天零件包括原型发动机部件、燃料面板、起落架部件和发动机支架。

汽车

汽车加工零件包括功能测试组件，例如照明、发动机、传动和转向系统，以及一次性定制零件。

医疗

机加工钛和不锈钢零件包括植入物、医疗器械和手术刀，如手术刀。

消费品

机加工零件存在于家居用品和电器中。运动器材也可能是 CNC 加工的，而消费电子产品中有许多加工金属和塑料部件。笔记本电脑外壳、连接器和插座等物品都可以加工。

如何外包加工零件

大大小小的硬件公司经常将他们的 CNC 加工需求外包给专家。即使对于原型，由于工厂空间和操作加工设备所需的人员技能，使用第三方 CNC 加工公司而不是内部解决方案通常是有意义的。

选择制造商来制造加工零件似乎令人生畏，但关注以下因素和实践可能会使其变得更简单。

• 认证 ：尤其是 ISO 认证是识别有能力的机械加工公司的一个很好的指南，尽管它们不会告诉您公司的能力范围。
• 口碑 ：与该地区其他与制造商签约的硬件公司交流，了解他们外包加工零件的经验。
• 需求信息 :一旦你与一家公司建立联系，继续提问，直到你对他们知道如何执行你的项目感到满意为止。如果他们不能给你一个明确的答案，他们可能不是合适的外包合作伙伴。
• 参观工厂 ：如果可能，请访问您的潜在外包合作伙伴，了解他们如何加工零件。在某些情况下，可能会聘请制造代理来安排对特定地区的多个站点的访问。
• RfQs ：向几家入围的加工公司发送询价单，了解谁能提供最优惠的价格。

在安排外包加工零件的制造时，遵守以下提示可能会有所帮助。

• 遵循 DfM 指南 ：确保您的数字零件设计遵循加工指南：没有薄壁、有限深度的孔等。
• 使用通用标准 ：提交包含您的数字文件的完整技术图纸以消除歧义，并使用通用标准以避免误解。
• 保密协议 :外包加工零件时签署保密协议。这在法律上可以防止制造商披露或重复使用您的设计。
• 运输时间因素 ：外包零件的送达时间比内部零件要长，因此如果工期紧迫，请考虑运输时间。
• 准备付款 ：对于首次订单，制造商可能会要求您预先付款，但您可以为后续订单赊购。