3D 零件的 CNC 加工基础知识

CNC 加工用旋转刀具去除材料。CAM 编程员拿到你的实体模型，选择刀具并生成刀路。该刀路被后处理为 G 代码，由机床控制器读取并执行。此阶段几何形状不会改变。模型要么可加工，要么不可加工，这取决于刀具可达性和装夹，而不是软件。

流程通常是：用大直径立铣刀粗加工去除大部分材料，半精加工留下均匀余量，然后精加工产生最终表面。50 mm 面铣刀能快速去料，但进不了 6 mm 的角。3 mm 球头刀能到达那个角，但需要更多走刀。这一权衡是 CNC 加工基础知识的核心，并直接体现在加工节拍上。

对于典型的 3D 零件，我们在切削前检查原材料证书，加工过程中监控尺寸，发货前测量成品零件。报告可按需提供。如果某个特征无法用标准接触式测头测量，请在图纸上注明，因为这会影响我们规划装夹的方式。

3 轴机床在零件固定的情况下让刀具沿 X、Y、Z 移动。当每个加工面都能从一两个方向到达时，它是最快、最便宜的选择。板件、支架、带开放型腔的壳体以及大多数棱柱形零件都属于这一类。我们大约有 27 台 3 轴机床，简单工件应留在这里。

4 轴机床增加绕一个轴（通常是 A 轴）的旋转。这样无需重新装夹就能加工轴类零件多个侧面上的特征。Ø40 mm 轴上的 12 mm 横向孔是典型的 4 轴工件。端面有螺栓孔阵列、长度方向有槽的零件也是如此。我们正好有 12 台四轴铣床用于这类工件。

5 轴机床同时移动刀具和零件。它能在一次装夹中到达倒扣、深腔和复合角度。叶轮、涡轮叶片、医疗骨板以及任何需要沿刀路法向切削的曲面零件都属于这一类。我们有 16 台五轴联动加工中心和 16 台车铣复合中心，用于需要在一个循环内完成车削和铣削的零件。

经验法则：如果一个零件在 3 轴机床上需要三次或更多次装夹，检查 5 轴能否一次完成。每次额外装夹都会增加工装夹具成本、累积误差和人工。有时即使小时费率更高，5 轴也更便宜。

• 1
  保持 3 轴开放型腔、平面、通孔、500 mm 以下且可达性简单的零件。
• 2
  改用 4 轴轴、衬套以及特征绕一条中心线分度的零件。
• 3
  改用 5 轴复合角度、深倒扣、曲面叶片或五个面上都有特征的零件。

内角由圆形刀具切出，因此总是带有刀具半径。如果你的模型显示尖锐的 90° 内角，CAM 编程员要么保留圆角，要么用小刀具清角，耗时会长得多。请指定可接受的最大圆角半径。型腔中 3 mm 半径是正常的；0.5 mm 半径会迫使使用脆弱刀具和慢进给。

型腔深度也很重要。一个有用的起点是：铝件中标准立铣刀的深宽比约为 4:1。超过这个值，刀具偏摆增大，出现颤振，表面质量下降。如果你需要一个 10 mm 宽、60 mm 深的型腔，预计要么放宽公差、要么增大圆角，要么增加电火花加工工序，从而提高成本。

螺纹和孔应尽可能标注标准尺寸。1/4-20 或 M6 螺纹孔是常规的。非标准螺距需要定制丝锥或单点车螺纹，会增加时间。盲孔应同时标注螺纹深度和钻孔深度，因为丝锥无法到达钻孔的最底部。

刻在表面上的文字和标识，激光打标高度至少 1.5 mm，雕刻则需更深。宽度小于 0.5 mm 的细凸起字母容易断裂或模糊。如果标记只是外观用途，请放在精加工走刀能够到达的平面上。

并非每个尺寸都需要相同的公差。±0.1 mm 的一般公差框覆盖大多数非关键特征，能让零件保持低成本。把紧公差留给真正配合或定位的特征。图纸要求时我们能保证 ±0.005 mm（±0.0002 in），但将其应用于整个零件会成倍增加检测时间和报废风险。

表面处理遵循同样的逻辑。Ra 1.6–3.2 μm 的加工态表面对于支架和内部零件已经足够。Ra 0.8–1.6 μm 是密封面和滑动面的常规精加工。Ra 0.2–0.8 μm 需要更慢的进给、更锋利的刀具，通常还需要第二道工序。请告诉我们哪些面需要，而不是标注整个零件。

材料选择与上述所有因素相互影响。6061 和 7075 铝切削性能好，能稳定保持紧公差。316 和 17-4PH 不锈钢会加工硬化，因此需要轻切削、刚性装夹。钛合金 TC4 和 Inconel 在热作用下变形更大，意味着粗加工、冷却和精加工要分开进行。POM、PEEK 等塑料加工快但易让刀，薄壁需要支撑。

关于图纸的简短说明：标出基准面。如果零件定位所用的面我们无法装夹，第一道工序就与设计意图不符。你花两分钟规划基准，能省掉我们重新设计工装夹具。