获得最佳结果的基本 CNC 加工设计指南

诚然，数控加工用途广泛，但并非所有设计都可行。换句话说，您需要了解一些限制和限制，以确保顺利加工。 CNC 设计的两个主要限制是；

工具几何形状

大多数数控切削刀具都有有限的切削长度。它们也都是圆柱形和几何形状。当从工件上去除材料时，这些切削刀具将其圆柱形几何形状转移到工件上。这就是为什么无论刀具尺寸如何，工件的内角始终具有半径的原因。

工具访问

当加工具有相当大的深宽比的工件时，刀具的接触成为一个主要问题。这种担忧是因为数控机床是通过从上方将切削刀具应用于工件来进行切削的。

换句话说，很难加工从顶角无法接近的工件。此规则的唯一例外发生在 CNC 加工零件的底切加工过程中

将零件或组件的功能与六个主要方向之一对齐是缓解此工具访问挑战的一种方法。此外，使用具有出色工件夹持能力的五轴数控加工意味着刀具的使用不再受到限制。

在数控加工领域，没有一套标准被普遍接受。这主要是因为行业和所使用的机器总是在不断发展。然而，一些最佳实践和建议将有助于确保您的设计质量保持一流。这些建议包括；

1。内部边缘

创建内边缘时，垂直角半径应至少为型腔深度的三分之一。如果您使用指示的拐角半径，则可以使用具有建议型腔深度的直径工具。

略高于建议值的圆角半径允许您沿着圆形路径（而不是 90 度角）进行切割，从而产生质量更好的表面光洁度。如果您需要 90 度角，建议使用 T 骨底切而不是减小拐角半径。

2。孔

为了打孔，机械师可以使用钻头或立铣刀设备。在确定设计中的孔直径时，最好使用标准钻头尺寸（以公制或英制单位测量）作为指导。

从技术上讲，任何大于一毫米的尺寸都是可行的。机器操作员使用铰刀和镗孔设备来完成需要在精确公差范围内的孔。对于精度要求较高且小于 20 毫米的孔，最好使用标准直径。

在设计 CNC 加工零件时，任何孔的最大建议深度都是公称直径的四倍，但该深度的 40 倍也是可行的。公称直径通常为该比率的10倍。

3。线程

开发 CNC 加工产品时使用的最小螺纹尺寸是 M2，但 M6 或以上通常是理想的。机械师可以使用数控攻丝机切削小至 M6 的螺纹，从而降低丝锥断裂的危险。

最小螺纹长度应为公称直径的1.5倍，而推荐长度为正常长度的3倍。对于任何小于 M6 的螺纹，必须在孔底部添加 1.5 倍公称直径的无螺纹长度。对于大于 M6 的螺纹，最好在整个长度上加工螺纹孔。

4。空腔和口袋

由于立铣刀刀具的切削长度受到限制，因此行业建议的任何设计的型腔深度都是其宽度的四倍。较低的深宽比会导致更大的排屑、刀具偏转和振动。

您的 CNC 设计是否需要更大的深度？解决这一挑战的一种方法是使用可变的型腔深度和专用工具。

5。小文本或凸起文本

您可能需要用零件号或公司名称标记零件。在定制 CNC 设计中添加文本看起来确实很酷，但处理起来很耗时。电化学蚀刻或激光打标通常效果更好。

保持最佳实践以及了解 CNC 加工基础知识有助于确保零件或产品具有高质量。考虑到这一点，在根据加工类型设计 CNC 加工零件时，您需要牢记以下一些最佳实践。

1。数控铣削设计

数控铣削是一种使用圆刀从原材料中快速去除材料以获得所需形状的加工技术。铣床有多种不同的设计，从 3 轴到 12 轴不等。

1.1 常用切削工具

在创建 CNC 零件设计理念时，请考虑 CNC 铣削经常使用的许多工具，例如立铣刀。如果可以使用通用工具生产所需的特征和几何形状，则成本和交货时间将大大减少。

此外，在创建设计时请考虑工具标准尺寸，因为半径小于标准的设计会导致设计复杂化和成本增加。

1.2 避免尖锐的内角

用铣刀不可能实现尖角。原因是这里使用的切削刀具是圆形的。要使用数控铣床，您的拐角需要有半径，该半径必须大于创建它们时使用的刀具。理想情况下，切削刀具的直径是其半径的两倍。

当倾斜或拔模表面与垂直墙壁或锐边相遇时，也需要使用圆角。除非表面平坦且垂直于刀具，否则方铣刀或球头铣刀总是会在壁和下表面之间留下材料。

1.3 避免深窄槽

长工具经常会振动和偏转，从而导致表面光洁度较差。因此，立铣刀的最终切削深度在切削塑料时不应超过其直径的15倍，在切削铝时不应超过其直径的10倍，在切削钢材时不应超过其直径的5倍。

例如，用 0.5 英寸立铣刀在机加工钢件上切出 0.55 英寸宽的槽，深度不应超过 2.75 英寸。由于内圆角半径（上一点）也取决于本例中的刀具直径，因此任何内圆角半径都应大于 0.25 英寸。

1.4 尽可能最大的内半径设计

更大的刀具等于每次去除更多的材料，从而减少加工时间和成本。设计时始终使用允许的最大内半径。如果可行，请远离小于 0.8mm 的半径。

另外，使圆角略大于立铣刀的半径；例如，使用 0.130 英寸（3.3 毫米）而不是 0.125 英寸（3.175 毫米）的半径。磨机将遵循更平滑的路线，使表面更精细地抛光。

2。数控车削设计

数控车削是一种在车床上制造具有轴对称和圆柱形几何形状的零件的加工工艺。该过程包括将工件固定在旋转卡盘上，同时切削刀具将其切割成所需的形状。这种加工工艺可实现更好的表面光洁度和更严格的公差。

以下是使用车床进行数控切割设计的一些技巧

2.2 避免尖锐的内角和外角

在设计 CNC 加工时，重要的是要避免内部和外部的尖角。向内角添加半径是确保刀具不会运行到更大表面的一种方法。避免尖锐内角的另一种方法是稍微倾斜陡峭的侧壁。由于所需工序较少，使用单个车床切削刀具加工轮廓可能会更简单。

2.3 避免长而细的部分

避免使用又长又薄的车削件，因为它们更有可能旋转不均匀并与工具发生碰撞。制作较长的部件时，请尝试在自由端留出中心钻的空间，并利用中心保持部件旋转笔直。此外，一般指导原则是长径比保持在 8:1 或更小。

2.4 避免薄壁

与铣削类似，过多的材料去除可能会对部件造成不必要的应力。壁太薄也会降低刚性。然而，薄壁使得保持严格的公差变得困难。这就是为什么在 CNC 加工设计中最好将车削部分的壁厚保持在 0.02 英寸以上。

2.5 特征对称性

添加到车削零件的每个特征通常需要围绕车削轴对称。添加非轴对称的几何形状或特征将需要更复杂的加工和设置。台阶、锥度、倒角和曲线是非常适合车削的特征。

有时需要向车削零件添加非轴对称的特征，这可能需要不同的操作。即使需要的话，您也可以保持一点对称性。

3。钻井设计

该术语用于涉及在工件上打孔的操作。此操作中使用的工具具有锥形刀尖，使它们能够在加工过程中深入到材料中。

创建 CNC 钻孔设计时请考虑以下建议。

3.1 适当的孔深

钻孔深度不得超过最近钻头直径的 12 倍。原因是这么长或更长的钻头会失去刚度，失去保持严格公差的能力，并且更容易断裂。另外，如果需要挖得更深，请考虑增大孔径。

然而，如果深孔是必需的，另一种选择是从零件的两侧钻孔。请记住，由于需要第二次加工设置，因此制造过程将花费更长的时间且成本更高。

3.2 避免局部破洞

由于尖端很可能会漂移，因此最好避免出现部分孔。但是，如果只需要孔的一部分，请将钻轴保持在材料上，以便组件能够固定大部分孔。

3.3 保持钻轴垂直于表面

钻头轴线应垂直于表面，以防止尖端漂移。在圆形物体表面上加工的浅平底型腔通常允许钻头垂直于零件表面进入。最好使用导向孔来解决这一挑战，尽管在 CNC 机床编程而不是 CNC 零件设计期间必须做出这种选择。

3.4 避免钻穿空腔

在 CNC 设计理念中规划钻孔位置时，请确保零件中不存在空腔。必要时，钻孔可以与型腔稍微相交，但前提是孔的中心轴线必须如此。