CNC 铣床基础指南

• 1
  刀具与金属接触处发生了什么
• 2
  3 轴、4 轴和 5 轴：各自能加工什么
• 3
  材料选择如何改变切削
• 4
  铣床无法加工哪些特征
• 5
  公差和表面粗糙度的实际成本
• 6
  为零件选择机床装夹方案

CNC 铣床固定工件不动，让多齿刀具旋转。控制系统读取 G 代码，驱动主轴沿 X、Y、Z 移动，每个刀齿切下一小片切屑。材料通过剪切去除，而不是靠热或磨削。这一事实决定了其他一切：刀具压力、排屑以及最终表面。

每齿切屑负载是最关键的数值。进给率除以（主轴转速 × 刃数）得到每个刃口切下的厚度。太低，刃口会摩擦、使不锈钢加工硬化，并烧掉刀具涂层。太高，刀具会颤振或折断。对于铝件，用 12 mm 三刃立铣刀，每齿 0.05–0.15 mm 是正常的工作范围。

热量主要随切屑排出。如果切屑堆积在型腔中，热量会留在零件和刀具上。在深腔加工中，吹气、主轴内冷或高压喷射可以解决这个问题。对于 6061 中 40 mm 深的型腔，我们通常使用吹气加微量润滑，而不是 flood coolant（大量浇注切削液），因为大量浇注切削液可能使小刀具产生热冲击。

刚性决定上限。刀具从夹持处伸出长度为直径的 4 倍时，会发生偏让并在侧壁留下锥度。缩短悬伸长度，使用热装或液压刀柄，并分两次轻切削而不是一次重切削。这就是为什么屏幕上看起来简单的零件，在车间里可能加工很慢。

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  先看切屑负载根据切屑厚度设定进给和转速，再根据刀具寿命调整。
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  排出切屑滞留的切屑会被二次切削，破坏表面质量并缩短刀具寿命。
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  缩短刀具悬伸偏让随伸出长度的立方增长。

3 轴铣床使工作台沿 X、Y 移动，主轴沿 Z 移动。刀具始终从一个方向接近。这是加工带孔、槽、型腔和平顶的板件最便宜、最快的方式。大多数支架和壳体加工根本不需要更多轴。

4 轴铣床增加一个转台，通常绕 X 轴旋转。这样零件可以分度到多个面而无需重新装夹。例如一根轴上有 90° 交叉孔：一次装夹代替三次。分度不同于连续运动，所以旋转轴会移动、停止，然后切削。

5 轴铣床同时倾斜和旋转。刀具可以始终垂直于曲面，使球头刀能够一次走刀加工到倒扣并过渡圆角。这也意味着更短的刀具可以到达深特征，因为工作台把零件送到刀具处。在 5 轴转台上，转台直径通常为 Ø400 mm，这限制了可旋转零件的尺寸。

代价是编程和装夹时间。简单的棱柱零件在 5 轴机床上试制通常比在 3 轴机床上更慢。当几何形状需要时，或一次装夹能省去多套工装夹具时才用 5 轴，而不是因为它听起来更好。

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  3 轴板件、型腔、孔、平面。编程最快。
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  4 轴轴类零件和需要多个分度面的零件。
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  5 轴曲面、倒扣、深特征、一次装夹完成的工件。

铝 6061-T6 切削干净且快。它是原型和大多数壳体的默认选择。7075 强度更高但更粘，因此需要更锋利的刃口和更多切削液。2024 常用于航空航天，加工性良好，但无涂层时耐腐蚀性差。

不锈钢 303 和 304 表现不同。303 添加了硫以利于断屑；304 如果刀具摩擦会加工硬化。保持高切屑负载，绝不要在切削中停留。17-4PH 更难加工，通常在退火状态下加工，然后时效，这可能会使尺寸略有变化。如果公差紧，热处理后安排一道精加工。

钛 Ti-6Al-4V（TC4）导热性差，因此刃口温度高。使用低表面速度、高每齿进给和充足切削液。Inconel 更差：它会加工硬化并快速磨损刀具，因此预期刀具寿命短、去除率低。

塑料有自身的问题。POM 和 PEEK 切削良好，但如果切屑不排出会熔化。ABS 和 PC 较软，出口边缘可能产生毛刺。碳纤维有磨蚀性；使用金刚石涂层刀具，并预期刃口比加工金属时钝得更快。对所有这些材料，锋利刀具和高进给比主轴转速更重要。

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  铝 6061-T6快速、稳定，适合大多数原型和壳体。
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  不锈钢 304会加工硬化；保持高切屑负载，避免停留。
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  钛 TC4低速、高进给、大量切削液以控制刃口热量。
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  塑料锋利刀具和排屑；热量是主要敌人。

铣床无法切出尖锐的内角。刀具具有半径，因此每个内角都带有该半径。如果图纸显示直角，要么设计者接受圆角，要么零件需要电火花加工。6 mm 立铣刀留下 3 mm 半径，因此请指定你能接受的最大圆角半径。

深窄槽是另一个限制。当深宽比超过约 3:1 时，排屑和刀具偏让成为主要问题。4 mm 宽、20 mm 深的槽是可能的，但速度慢，且侧壁可能有锥度。如果功能允许，加宽槽或拆分零件。

倒扣和凹入形状需要倾斜刀具或专用刀具。T 型槽铣刀可以从侧面切入倒扣，但前提是进刀路径通畅。否则，该特征只能放在第二道工序中加工，或在设计阶段去掉。

螺纹可以铣削或攻丝。铣削螺纹对大直径和硬材料更灵活；攻丝对小尺寸软金属更快。底孔攻丝需要退刀孔，因此在螺纹底部留足间隙。

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  内角刀具半径决定内角半径，需明确标注。
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  深宽比超过 3:1 时，切削速度会降低，并可能出现锥度。
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  倒扣需要倾斜刀具、T 型槽铣刀或第二次装夹。
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  螺纹大尺寸或硬材料用铣削；小尺寸软材料用攻丝。

公差不是免费的。大多数特征采用 ±0.1 mm 的一般加工公差是正常的。将单个内孔收紧到 ±0.005 mm 意味着需要精加工走刀、专用刀具，通常还要温控检测。在 50 mm 铝件上，这可以实现，但会增加时间和检测。

表面处理遵循同样的逻辑。加工态表面约为 Ra 1.6–3.2 μm。良好的工作表面为 Ra 0.8–1.6 μm。Ra 0.2–0.8 μm 的精细表面通常需要更小的步距、锋利的精加工刀具，有时还需手工抛光。只在密封、滑动或外观面上标注。

壁厚也很重要。薄壁在切削压力下会变形并回弹，导致实测尺寸与切削尺寸不一致。铝件壁厚低于约 1 mm 时，需要轻切削精加工，并可能需要工装夹具支撑。塑料薄壁加工后也可能翘曲。

实用规则：按特征定义公差和表面处理，而不是整张图纸。一刀切的紧公差会迫使每个尺寸走同样的慢路径，价格也会反映这一点。

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  标准一般 ±0.1 mm，加工态 Ra 1.6–3.2 μm。
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  工作关键特征 ±0.025 mm，Ra 0.8–1.6 μm。
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  紧仅指定特征 ±0.005 mm 和 Ra 0.2–0.8 μm。