CNC 基础：从这里开始

• 1
  CNC 机床如何把 CAD 文件变成切好的零件
• 2
  3 轴、4 轴、5 轴到底能带来什么
• 3
  铣削与车削：哪种工艺适合这个零件
• 4
  材料对公差和表面质量的影响
• 5
  读懂公差标注和表面粗糙度标注
• 6
  哪种工艺和轴数适合你的零件

CNC 加工是减材加工。你从一块实心料、板材或棒料开始，去除材料，直到剩余形状与图纸一致。没有模具，也没有成型模。刀具沿软件定义的路径走，机床伺服把这条路径控制在微米级以内。这就是全部思路。

这条链有四环。设计师在 CAD 中建 3D 模型。CAM 编程员选择刀具、毛坯和工件夹持方式，然后生成刀路。CAM 软件把刀路写成 G 代码，即坐标、进给率和主轴转速的列表。机床控制器读取 G 代码并驱动各轴。G 代码是语言，CAM 是翻译。

G 代码比多数人想的简单。像 G01 X25.4 Y10.0 F250 这样一行，告诉控制器以 250 mm/min 直线移动到某坐标。M 代码处理非运动任务：主轴开、切削液开、换刀。机床一整天做的事，归结起来就是几千行这样的代码。

控制器拿到程序后，精度来自三处：机床刚性、刀具锋利度和几何形状、以及零件夹持的稳固程度。软件不创造精度，它只是防止机床浪费已有的精度。

3 轴铣床移动 X、Y、Z。刀具始终从一个方向接近，所以每个特征都必须从该方向可达。简单板件、支架和壳体用 3 轴就能干净切出，成本最低。如果零件四个侧面都有孔，3 轴机床需要四次装夹，每次装夹都增加位置误差的机会。

4 轴机床增加绕一个轴的旋转，通常是 A 轴。刀具切削时零件旋转，因此可以加工圆柱的整个圆周，或钻一圈孔而无需重新装夹。轴、联轴器和凸轮轮廓适合这里。装夹次数减少，同轴度提高，因为零件在特征之间不离开卡盘或工装夹具。

5 轴机床增加第二个旋转轴，刀具可相对零件倾斜。这让倒扣、带曲面底的深腔和叶轮叶片能在一次装夹中完成。它还让短而刚的刀具通过倾斜到达深处特征，而不是悬伸出去。复杂几何形状上装夹更少、位置度更紧、加工节拍更短。代价是编程时间和小时费率。

选择能到达所有特征的最低轴数。额外轴只有在减少一次装夹或缩短不可达刀具时才划算。

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  3 轴平面零件，单一接近方向，单件成本最低。
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  4 轴圆柱和旋转零件；特征围绕单一轴线。
• 3
  5 轴倒扣和曲面；五个面一次装夹。

铣削时刀具旋转，工件不动。车削时工件在车床上旋转，单点刀具沿其移动。决定因素是几何形状。如果零件主要是回转体，即圆形且特征围绕中心线，车削更快，也更容易保持直径公差。如果零件是棱柱形，有平面和型腔，铣削胜出。

许多实际零件两者兼有。液压歧管可能从圆毛坯开始，车到直径，再铣出油口和平面安装面。车铣复合中心不用在机床之间移动零件就能处理，从而保护内孔与安装面的相互关系。必须垂直的车削内孔和铣削平面，在同一台机床上要容易得多。

加工节拍比精度更能区分两者。车削用一条参与切削的刃连续去除材料。铣削用进出的刀具分多次走刀去除。大批量圆形零件，车削可能快数倍。小批量棱柱形零件，铣削是唯一实用路线。

两者都遵循一条规则：在特征允许范围内，刀具尽量短、尽量大。让刀量随刀具长度的立方增长。无论机床多好，细长刀具都会颤振。

同一张图纸在不同金属上结果不同。6061 和 7075 铝切削顺畅，在刚性机床上可保持 ±0.005 mm，并获得精细表面。它们也会受热移动，薄壁处可能变形，因为材料软而有弹性。顺铣和轻精加工走刀可减少这种变形。

304 不锈钢会加工硬化。如果刀具摩擦而不是切削，表面会变硬，下一刀切得更差。锋利刀具、正前角和稳定进给可避免。316L 不锈钢表现类似，还增加咬合风险，所以切削液和进给很重要。Ti-6Al-4V 更糟：低导热率把热量送到刀尖，速度必须降低，刀具寿命缩短。

塑料是另一类问题。POM 和 ABS 容易切削，但刀具停留时会熔化。PEEK 尺寸稳定，但磨蚀性强且成本高。碳纤维增强塑料会磨损硬质合金刃口，因此常用金刚石涂层刀具。每种材料都有各自的速度与进给窗口，钛合金和最难加工的工具钢的窗口最窄。

实用结论：先按功能选材料，再让加工人员确定切削参数。除非功能允许，不要为了易加工性而选材料。

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  铝切削快，表面质量好，注意薄壁变形。
• 2
  不锈钢会加工硬化；需要锋利刀具和稳定进给。
• 3
  钛合金热量集中在刃口；速度更低，刀具寿命更短。
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  塑料低进给时有熔化风险；磨蚀性牌号会磨损刀具。

公差是一个区间，不是一个目标值。如果图纸上某长度标注 ±0.05 mm，加工人员会瞄准区间中值，因为中值到任一极限的余量最大。标题栏中的一般公差通常覆盖所有未标注尺寸，且一般比关键特征更宽松。先读标题栏，再假定某个数值。

表面粗糙度以 Ra 衡量，即轮廓算术平均偏差。Ra 1.6–3.2 μm 是正常的加工后表面。Ra 0.8–1.6 μm 需要精加工走刀和锋利刀具。Ra 0.2–0.8 μm 通常意味着更小的步距、更慢的进给，或研磨、抛光等二次工序。到处标注精细表面只会增加成本，不增加功能。

更紧的公差与更细的表面相互影响。表面在振颤时无法保证 ±0.005 mm，因为表面误差和尺寸误差来自同一振动。先解决装夹，再追尺寸。刚性工装夹具和短刀具能同时解决这两个问题。

说明公差在哪里重要。基准特征、安装轴承的内孔和密封面需要严格控制。通孔和外观边缘通常不需要。选择性标注公差能让零件保持可负担，同时保证关键特征正确。