什么是 CNC 加工：流程、操作和优势

由于产品设计的日益复杂，现代产品制造需要确保精度和准确性的工艺和技术。因此，制造技术，尤其是自动化的引入，急速发展和创新。

由于自动化，CNC 加工是一种常见的制造工艺，以其精度、准确性和复杂产品设计的能力而闻名。本文将讨论CNC加工的基础知识、工艺、应用和好处。

计算机数控 (CNC) 是什么意思？

计算机数控 (CNC) 涉及使用连接到工具的微型计算机来控制机床。微型计算机可以通过响应一种称为 G 代码和 M 代码的编程语言来做到这一点，其中包含有关加工参数的指令，例如进给率、主轴转速、刀具和冷却液流量。

然后微型计算机将指令传递给机床。因此，CNC加工不需要人工操作，无论产品设计的复杂程度如何，都适用于制造无误差零件。

什么是数控加工？

CNC 加工是一种减材制造工艺，涉及使用 CAD 模型中的指令去除工件的一部分以制造产品。 CNC机床根据从CAD模型中获得的代码（g代码和m代码），通过加工操作，如车削、钻孔或铣削，去除工件的一部分，并包含加工参数的说明。

CNC 加工工艺与许多金属、塑料、木材和复合材料兼容。除了 3D 打印和注塑成型等增材制造和成型制造工艺外，它还形成了零件制造的首选主要工艺。然而，与这些方法相比，CNC 加工具有一些优势，例如高公差。让我们继续阅读。

CNC加工过程的4个主要步骤

无论您的 CNC 加工工艺如何，CNC 加工都有四个基本步骤。以下是它们通常如何运作的逐步过程：

第 1 步：准备 CAD 模型

这涉及创建产品的 2D 或 3D 模型设计。有很多适合这个过程的软件，流行的是 AutoCAD 和 SolidWorks。此外，还可以根据产品需求将 2D 设计转换为 3D 设计。

虽然有些产品设计可能很简单，但准备一些 CAD 模型可能需要高深的知识，尤其是复杂的产品设计。

应正确设计 CAD 模型，并轻松地向操作员显示关键特征，例如公差、构造线、螺纹和其他参数，以实现有效的加工操作。

第 2 步：转换为 CNC 兼容格式

CNC 机器无法理解 CAD 模型。因此，您必须将 CAD 模型转换为与 CNC 兼容的格式，以便机器能够解释它。此步骤可以使用 AutoCAD、Fusion 360 等 CAM 软件或其他在线软件服务。

该软件可以转换为与 CNC 兼容的格式，并将指导 CNC 机器参数。如与加工操作相关的旋转和直线运动、切削顺序、刀具路径、工件、机床速度等。

第 3 步：设置执行

这涉及在加工操作开始之前选择正确类型的 CNC 机床并配置某些操作。选择合适的机器取决于工件、产品设计的复杂性和成本。然后将工件安装到机床上。

第 4 步：加工零件

操作员将安装必要的切割工具并启动该过程。该过程是自动化的，并将一直运行到计算机程序认为完成为止。在加工过程中和加工后，机械师会进行多层次的检查以保证质量。

机械师在 CNC 加工中的重要作用

即使 CNC 加工过程是自动化的，也有 CNC 机械师来应对预期和未预料到的故障。以下是CNC机械师的重要作用：

• 查找产品规格。
• 阅读蓝图、草图和 CAD/CAM 文件。
• 创建 CAE 模型。
• 对齐和调整刀具和其他机器材料。
• 安装、使用和拆卸 CNC 机床。
• 观察机器的速度。
• 检查和测试成品是否存在缺陷。
• 确保零件与 CAD 模型对齐。

数控机床的种类

每个CNC加工过程都有它的机器。例如，数控铣床称为数控铣床，数控车床称为数控车床。然而，数控机床的类型更多的是它们可以移动和旋转的轴。以下是零件制造中常用的：

2 轴 CNC 机床

2 轴 CNC 机床只能在 x 和 z 轴上加工零件，即垂直和水平。因此，它们是零件制造中使用的最简单的数控机床。

三轴数控机床

3 轴 CNC 机床比 2 轴 CNC 机床更进一步，因为它们可以在 x、y 和 z 轴上移动。它们是数控加工中最常用的机器。但是，加工具有复杂设计的零件的能力可能会受到限制。这是由于他们缺乏轮换。

4 轴 CNC 机床

4 轴 CNC 机床有一个可以沿三个轴移动的主轴。简单来说，机器可以上下、左右、前后、沿X轴和A轴旋转。这一切都是在工件没有移动的情况下发生的。由于其速度、精度和准确性，它们是用于加工复杂零件的最常见的数控机床。

5 轴 CNC 机床

5 轴 CNC 机床具有主轴和切削工具，可以与 4 轴机床类似地移动。但是，与 4 轴机器不同，它们可以沿三个轴中的任意两个轴旋转。它们被认为是最完整的多轴数控机床，因为它们能够从各个方向接近工件，而无需在加工过程中手动重新定位。 5轴CNC加工，精密复杂零件完美操作

CNC加工常用的3种支持软件

根据CNC加工工艺要求，每次加工都使用下面列出的一种或多种软件：

1。 CAD软件

CAD 软件允许操作员生成用于产品设计和制造的物理组件的 2D 和 3D 模型。除此之外，它们还可以向制造商提供设计数据。示例包括 AutoCAD（2D 和 3D）、Inventor (3D)、Blender 和 SketchUp。

2。 CAM软件

CAM 软件适用于从 CAD 模型为这些控制 CNC 机器创建 G 代码。因此，数控机床具有自动化功能。顶级示例包括 Fusion 360、SolidWorks 和 AutoCAD。

3。 CAE 软件

CAE 软件允许产品设计人员模拟预期产品的性能。因此，他们可以增强产品设计并帮助工程师解决与工程相关的问题。示例包括有限元分析、多体动力学和计算流体动力学。

不同类型的 CNC 加工操作

CNC 加工包括几种技术，包括去除工件的一部分以制造预期的产品。但是，删除方式取决于过程。零件制造中常用的CNC加工操作包括：

数控钻孔

CNC 钻孔涉及使用旋转切削工具在静止工件上创建圆柱孔。它是一种重要的CNC加工工序，用于制造需要零件组装的产品。

数控铣

CNC 铣削是最常见的加工操作，它涉及使用可以旋转和沿轴移动的切削工具，以从工件上去除材料。切割的难易程度取决于数控机床的复杂程度。

数控车削

CNC车削是一种加工操作，涉及旋转产品，同时将其送入用于制造加工零件的刀具。

其他加工操作

• 研磨
• 拉削
• 研磨
• 锯切
• 珩磨

适用于 CNC 加工的材料

–金属 ：铜、不锈钢合金、钛、黄铜、铝合金、钢、镁等。

–塑料 ：乙缩醛、PEEK、聚碳酸酯、尼龙、亚克力、PVC、聚丙烯等

–复合 ：环氧树脂、酚醛树脂、玻璃纤维和碳纤维。

–木材 ：硬木和胶合板。

–泡沫： 刚性和雕刻泡沫。

CNC加工与许多材料兼容。但是，在选择 CNC 材料之前，请考虑以下几点：

• 硬度
• 机械性能
• 部分函数
• 尺寸公差
• 工作温度
• 费用

CNC 加工有什么好处？

数控加工由于几个优点而在工业零件制造中具有广泛的应用。以下是该过程相对于其他制造操作的一些好处。

准确度和精密度

CNC加工准确，允许产品制造商根据预期设计制造零件。除此之外，它还具有较高的精度和公差；因此，您可以在不损失准确性的情况下制造不同批次的产品。此外，自动化过程减少了加工过程中的错误。

快速高效

您可以在几天内获得 CNC 加工零件。因此，它是生产效率。但是，速度和效率取决于数控机床的类型和产品的复杂程度。

成本效益

CNC加工具有较高的初始投资成本。但是，它的运营成本较低。除此之外，高产出率、很少或没有人为错误以及低生产成本增加了其成本效益。此外，对于大多数机加工操作，所需的培训较少，而且培训大多是在线获得的。

更好的能力

大多数数控机床可以携带许多用于不同目的的工具。除此之外，他们还拥有复杂的软件，使他们能够处理不同的产品和复杂的工件。因此，它们具有增强的能力和与不同尺寸、形状或纹理的工件的兼容性。

多种兼容材料

加工操作与大量材料兼容。常见的例子是金属、塑料和复合材料。

CNC 加工的替代制造工艺

CNC 加工是一种在零件和产品制造中被广泛接受的通用工艺。但是，有时它可能不是最好的方法。您可以考虑以下几种替代方法：

3D 打印

3D 打印是一种增材制造过程，涉及使用 CAD 或数字 3D 模型中的指令熔化、沉积和固化材料。像CNC加工一样，它是自动化的。但与CNC加工不同，它更适合简单的设计。

注塑成型

注塑成型是一种塑料制造工艺，涉及将材料熔化并注入准备好的模具中并使其固化。它使用与其他制造工艺相同的机制进行操作，例如吹塑、二次成型和嵌件成型。它是产品大批量制造的重要组成部分。

压铸

压铸与注塑类似。但是，它适用于铝等金属。它涉及熔化金属并将其注入准备好的模具中。注射方法可低可高，取决于产品的质量。

CNC加工简史

在电子时代之前，设计师通过手工或手动机器制造零件。此阶段使用的制造工艺在准确性、精度、复杂产品的适用性方面受到限制，最重要的是产品的批量生产。因此，研究和开发引入了新的制造工艺。

1940 年代，约翰·T·帕森斯 (John T. Parsons) 与麻省理工学院合作，在美国空军的零件制造中开发了数控机器，这是对数控的第一次了解。这些机器允许制造商使用穿孔卡片的指令来控制一组工具。然而，他们仍然缺乏全自动化。因此，它们与在场的操作员一起使用。

随着速度更快的计算机的发明，数控机床开始使用数字代码而不是穿孔卡来控制机床。 CNC加工可以比以前的加工系统更快更准确地生产零件。

结论

由于其精度、精度和公差，CNC 加工是零件和产品制造中广泛接受的一组工艺。因此，产品设计师和制造商可以轻松创建不同复杂程度的产品。

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常见问题解答

什么是M代码和G代码？

一方面，G 代码是一组代码，用于指示 CNC 机床如何移动。另一方面，M代码执行机器的非切割操作。

CNC 加工的主要挑战是什么？

使用 CNC 加工定制并不是特别容易。机械师必须在初始步骤中修改 CAD 文件，以便对成品进行微调。此外，技术进步只允许熟练的操作人员编写程序。

CNC加工用于哪些行业？

CNC加工在许多制造行业都有应用。采用制造工艺的常见行业包括汽车、航空航天、军事、国防、海洋和医疗。

CNC加工中的术语有哪些？

CNC加工中的常用术语包括：

-CAD：计算机辅助软件
-CAM：计算机辅助制造
-CAE：计算机辅助工程
-DNC：分布式数控
-G-code：几何代码
-M-code：其他机器码

CNC加工行业的发展趋势是什么？

CNC 加工行业的趋势包括程序的完全自动化、向 CNC 机床添加更多轴以及开发更多功能以便于定制。