CNC 铣削与车削：基础

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  CNC 铣削如何去除金属
• 2
  CNC 车削如何去除金属
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  铣削还是车削：如何选择
• 4
  G 代码告诉机床什么
• 5
  材料与表面处理对切削的影响
• 6
  限制实际出现在哪里
• 7
  CNC 铣削与车削对比

铣削让多齿刀具旋转，并使其穿过工件。零件夹紧在工作台或台钳上。每个刀齿在每次走刀中切下少量切屑，因此材料以一系列重叠切削的方式被去除。一把 12 mm 硬质合金立铣刀以 8,000 rpm 和 2,400 mm/min 进给运行，可快速去除铝材，并在步距保持在刀具直径约 40% 时留下干净的底面。

能加工出的几何形状取决于同时运动的轴数。三轴铣床可在一个或两个面上加工型腔、槽、平面和钻孔。四轴铣床增加转台，因此零件可在不松开夹紧的情况下在各面之间分度。五轴加工中心同时倾斜刀具和工作台，使短而刚性的刀具能在一次装夹中到达斜壁和深腔。

减少装夹次数比多数人预想的更重要。零件每次离开工装夹具，都会引入新的基准误差。在四道工序中把壁位置保持在 ±0.005 mm 很难。在一次五轴循环中完成相同特征则是常规操作。这才是复杂零件采用五轴加工的真正理由，而不是切削曲面的能力。

铣削会留下刀痕，刀痕方向沿刀具路径。一把 10 mm 刀具以 0.5 mm 步距会在曲面上留下可见刀纹。一把 6 mm 刀具以 0.2 mm 步距切削更慢，但留下的表面可能无需手工抛光。根据零件最小的内角半径选择刀具尺寸，再反推精加工走刀。

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  最适合棱柱形零件、型腔、槽、斜面、薄加强筋
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  典型限制内角半径至少等于刀具半径
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  注意深腔长悬伸时的刀具让刀
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  工装夹具成本随每次装夹的零件数量和形状不规则程度上升

车削把运动反过来。工件在卡盘或顶尖间旋转，单点刀片沿轴向或横向进给。切削是连续的而非断续的，因此刀具载荷保持稳定。这就是车削切得深且快的原因。一根 80 mm 直径的 6061 轴可以 2,000 rpm、2 mm 切深和 0.25 mm/rev 进给运行而不振颤。

车床的自然产出是回转体：轴、衬套、销、隔套、螺柱和液压接头。直径容易保持紧密，因为刀具相对主轴中心线的位置决定尺寸。在主轴良好的车床上，轴承轴颈达到 ±0.005 mm 直径公差和 Ra 0.8–1.6 μm 表面粗糙度是正常生产结果，不是特殊工艺。

当零件需要非圆形特征时，车削达到极限。交叉钻孔、铣削平面和键槽过去意味着要在铣床上进行第二道工序。车铣复合中心改变了这一点。车铣复合机床把零件夹持在可分度并锁定的主轴中，然后从刀塔引入动力刀具。一台机床、一次装夹，在同一循环中完成圆形和棱柱形特征。

细长零件是经典的车削难题。长径比高于 6:1 的轴会被刀具推开并切出锥形轮廓。中心架、尾座或改变切削策略可以解决。如果图纸要求在 200 mm 无支撑长度上加工 12 mm 直径，预计要为额外装夹付费或接受更慢的加工节拍。

螺纹、沟槽和倒角在车床上几乎不增加成本。一把螺纹刀片在几次走刀中切出完整牙型。用铣床加工相同螺纹更慢，且需要专用刀具。如果零件主要是圆形并带一个螺纹，仅从加工节拍看车削就胜出。

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  最适合轴、衬套、接头、螺纹零件、圆形法兰
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  典型限制长径比高于 6:1 需要支撑
• 3
  注意成品直径上的卡爪夹痕
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  成本驱动因素棒料尺寸和刀塔中的刀具数量

从零件形状开始，而不是公差。如果主要特征是同轴且圆形的，车削更快更便宜。如果零件是多个面上带型腔的块体，铣削是唯一合理路线。大多数实际零件介于两者之间，问题变成在零件必须移动之前，第一次装夹能完成多少特征。

数装夹次数。一个需要三道铣削工序和一道车削工序的零件有四次丢失位置的机会。如果同一零件能放入车铣复合中心，次数降到一或两次。在紧公差工作中，装夹次数对成本的影响往往大于金属去除时间。这就是拥有 16 台车铣复合中心的车间与只有三轴铣床的车间报价不同的原因。

材料也决定工艺选择。铝和黄铜在两种机床上都切削顺畅。钛合金和 Inconel 则完全不同。这些合金导热差，切削时加工硬化，因此刀具必须持续处于切削状态并切出实际切屑。车削能很好地应对，因为载荷是连续的。铣削这些合金时若用小步距和慢进给，热量会集中在一处，刀具很快磨损。

薄壁对两种工艺都是难题，但表现方式不同。铣削型腔上 0.8 mm 的壁时，刀具经过容易把壁带起来。车削薄壁管状截面时，壁会在刀片下让刀。两者都能用轻切削加支撑加工，但都不适合在不讨论装夹方式的情况下直接要求紧公差。

没有通用的最优解。同时提供两种工艺的工厂通常会报更便宜的路线并说明原因。如果图纸两种方式都能做，就同时要两个加工节拍。答案往往单看图纸并不明显。

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  选车削同轴回转特征、螺纹、沟槽、大批量棒料加工
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  选铣削棱柱形零件、多面型腔、尖锐内角
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  选车铣复合回转体上带偏心孔或扁位，且必须保持公差

两种工艺运行在同一控制语言上。G 代码是一系列位置、进给和转速。像 G01 X50.0 Y25.0 F800 这样一行，告诉控制以 800 mm/min 直线移动到该点。机床不知道零件是什么，只知道每个时刻刀具应在哪里。

CAM 编程员决定策略。铣削要选刀具、下刀量、步距和工序顺序。车削要选刀片几何、每刀切深和主轴转速。粗加工余量太轻会摩擦而不是切削，磨损刀具。精加工余量太重会留下振纹。

刀路也决定零件在哪些位置保持公差。用连续螺旋路径铣型腔比用锯齿路径和急转向的切削载荷更稳定。长精加工中，恒定 engagement 路径能缩短加工节拍并改善表面质量。这些选择在 CAM 里做，不在机床上做。

程序验证后就成了固定资产。同样的 G 代码、同样的工装夹具、同样的刀具清单，一批批产出同样的零件。这种重复性使 CNC 加工适合批量生产。首件检验确认装夹，之后过程自行运行。

• 1
  转速与进给由材料、刀具材料和径向 engagement 决定
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  刀具清单每多一把刀就多一次换刀和一次出错机会
• 3
  首件在批量继续前确认程序

材料选择改变整个计算。6061-T6 和 7075 铝在两种工艺上都好加工，配对刀具能保持紧公差。303 不锈钢车削很好，铣削尚可。316 不锈钢和 17-4PH 会加工硬化，需要更重的进给切到硬化层以下。Ti-6Al-4V 和 Inconel 要求刚性装夹、锋利刀具和低表面速度。

铜和黄铜软而粘。大前角锋利刀具能排屑，但切屑可能焊在刃口上撕裂表面。铍铜需要注意粉尘控制。AZ31B 和 AZ91D 镁合金切削快而轻，但切屑有火灾风险，必须规划排屑。

塑料的表现又不同。POM 和 ABS 切削干净。PEEK 需要锋利刀具和快进给以避免熔化。碳纤维有磨蚀性，刀具寿命短，刃口质量取决于刀具涂层。每天加工这些材料的工厂刀具已在架上，新零件的学习曲线更短。

表面处理叠加在加工表面之上。阳极氧化增加一层薄氧化层，可能使紧尺寸偏移几微米，因此可能需要遮蔽或电镀前调整尺寸。化学镀镍和镀锌也会增加厚度。喷砂能遮盖刀痕但会倒圆锐边。激光打标在电镀后要保持可读，字符高度至少 1.5 mm。

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  硬质合金更重进给、更低速度、刚性装夹、锋利刀片
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  软质合金大前角、良好排屑、注意积屑瘤
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  电镀增加厚度；关键尺寸在表面处理前标注
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  喷砂外观改善，但会钝化锐边

图纸描述理想零件，机床产出真实零件。两者差距通常来自让刀、热变形和装夹。深腔中用力推刀会弯曲，切出倾斜的壁。运行六小时的主轴与刚启动的主轴保持的尺寸略有不同。这些都不在图纸上体现。

公差链是另一个隐蔽问题。如果零件有 ±0.05 mm 内孔、±0.05 mm 轴和 ±0.05 mm 壳体面，装配仍可能失败。每个特征单独检验都合格，只有公差链失败。用公差链思维的设计师能帮所有人省一轮返工。

检验能发现过程漂移。首件确认装夹。过程检验发现长批次漂移。终检确认出货。三个阶段都测量的工厂能在客户之前发现问题。99.99% 的合格率是这样保持的，不是靠期望。

提出公差疑虑的最佳时机是第一次切削之前。图纸上简短注明哪些尺寸是功能尺寸、哪些是参考尺寸，能让编程员选对策略，也能让工厂诚实报价，而不是为不必要的风险加价。

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  让刀出现在深腔、长刀具、薄壁处
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  热漂移随偏移逐渐累积；过程检测可及时发现
• 3
  尺寸链检查装配，而不只是单个特征