GMT CNC 加工指南

• 1
  切削刃处实际发生了什么
• 2
  3 轴、4 轴与 5 轴：各自适用的场景
• 3
  读懂公差，避免过度标注
• 4
  工件夹持比主轴更决定结果
• 5
  材料选择如何改变切削
• 6
  从毛坯到检验合格的零件
• 7
  询价前先选定加工路线

CNC 加工用比工件更硬的旋转刀具去除金属。刀刃沿一个平面剪切材料，切屑带走大部分热量。机床上其他一切的存在都是为了让这次切削保持稳定：主轴、直线轴、工件夹持、切削液。

三个变量决定切削是否稳定。表面速度是刀刃掠过材料的速度。每齿进给是每个刀刃切下的材料量。径向和轴向切深决定刀具参与切削的比例。任何一项推得过猛，刀具就会偏让或崩刃。

刚性是隐性的限制。一把从刀柄伸出 60 mm 的长立铣刀，会在主轴功率耗尽之前很早就颤振。短而粗壮的刀具加上刚性装夹，往往在同一零件上胜过更大的机床。

热量同样重要。铝把热量传导进零件，薄壁处可能变形。钛和 Inconel 把热量留在刃口，没有高压切削液和较低表面速度时，刀具寿命会快速下降。

• 1
  表面速度由材料和刀具涂层决定，不由机床决定。
• 2
  每齿进给过低会摩擦并使不锈钢加工硬化。
• 3
  刀具悬伸几何允许时保持在 4 倍直径以内。

3 轴机床让刀具在 X、Y、Z 方向移动，零件保持不动。对于能从单一方向到达的零件，这是最快、最便宜的切削方式。型腔、板件、槽、内孔和平面的加工都属于这一类。

4 轴机床增加绕一个轴的旋转，通常是 A 轴。刀具切削时零件转动。这适合轴、圆柱、凸轮以及特征围绕单一中心线布置的零件。一次装夹可替代多次 3 轴重新定位。

5 轴机床增加第二个旋转轴，刀具可相对零件倾斜。倒扣、深腔、复合角度和过渡曲面都能在一次装夹中加工到。代价是编程时间更长，切削更慢、更敏感。

经验法则很简单。如果零件能从三个或更少方向到达，3 轴通常更便宜。如果特征围绕一个轴分布，选 4 轴。如果几何有复合角度，或需要一次装夹保证五个面的精度，5 轴才值得它的成本。

• 1
  3 轴棱柱类零件、板件、壳体、简单型腔。
• 2
  4 轴轴、凸轮、旋转接头、绕单轴分布的特征。
• 3
  5 轴叶轮、医疗植入物、复杂航空航天支架。

公差是成本信号。每个紧的标注都会增加检验时间、降低进给，还可能增加一道工序。大多数零件在非关键特征上用 ±0.1 mm 的通用公差即可，内孔和配合面才用紧的公差。

可达到的公差取决于特征。刚性装夹下的镗孔可保持 ±0.005 mm。同样的标注放在 300 mm 悬臂末端就不现实。钻孔的位置公差与同一孔的大小公差是两回事。

表面粗糙度遵循类似逻辑。加工面通常在 Ra 1.6–3.2 μm。良好表面在 Ra 0.8–1.6 μm，精细表面可达 Ra 0.2–0.8 μm。低于 Ra 0.2 μm 通常意味着抛光，而不是切削。

收紧一个数字前先问一个问题：这个特征真的与什么配合吗？如果不是，紧公差买不到任何东西，只会增加成本。

• 1
  基准优先选择能反映零件在装配中定位方式的基准。
• 2
  一个紧的面把精度集中在真正起作用的地方。
• 3
  GD&T位置和轮廓标注需要清晰的基准方案。

装夹薄弱的零件会移动，而移动的零件无法保持公差。虎钳、软爪、真空吸盘和专用工装都服务于同一目的：在不使零件变形的前提下锁紧它。薄壁上的夹紧力可能在第一刀之前就把它压弯。

第一道工序从易于夹持的毛坯切出零件。然后翻面，在按第一道工序加工好的软爪上加工第二面。这样第二面与第一面保持平行，无需重新测量。

五轴加工改变了问题。零件旋转时，工装必须避开每个刀路位置，同时仍把零件夹持牢固。多面体或耳轴装夹增加了可达范围，也增加了质量和惯性。

有些零件需要在切削中支撑，而不只是边缘支撑。薄底和高加强筋在刀具压力下会偏让。增加支撑材料或留出牺牲余量，在后续走刀中去除。

• 1
  软爪按零件轮廓加工，用于第二道工序。
• 2
  真空吸盘适合薄板，但需要干净的密封面。
• 3
  多面体在一次 5 轴装夹中加工多个面。

6061 铝切削快、表面质量好，因此在原型和支架中占主导。7075 强度更高，但更粘、更易颤振。2024 介于两者之间。三种材料用锋利、抛光的硬质合金刀具都加工良好。

303 不锈钢是易切削牌号，切削干净。304 和 316 在刀具摩擦时会加工硬化，因此进给要保持高、切深要保持一致。17-4PH 强度更高，但需要更低的速度，并更注意热量。

钛合金 Ti-6Al-4V（TC4）会把热量留在切削刃上，刀具寿命下降很快。Inconel 表现相同，只是更糟。两者都需要更低的表面速度、高压切削液和刚性装夹。两者都不是便宜原型的首选。

POM 和 PEEK 等塑料切削容易，但会随温度变形。锋利刀具、吹气冷却和轻切削精加工走刀可保持尺寸稳定。碳纤维需要金刚石或涂层刀具，以避免刃口快速磨损。

• 1
  铝切削快、容错高，适合紧公差原型。
• 2
  不锈钢保持高进给，避免加工硬化。
• 3
  钛合金速度更低、切削液更多，刀具寿命会更短。

加工从材料验证开始。切削前先按图纸核对牌号和状态。状态错误，例如 6061-T6 与退火态，会同时改变切削方式和最终性能。

粗加工用强壮的刀具和较大的切深去除大部分余量。粗加工走刀不需要保证公差，只需要为精加工留下均匀余量。余量不均会使精加工走刀让刀。

精加工随后进行，采用更小的步距和锋利的刀具。尺寸和表面质量在此确定。根据几何形状，零件可能需要第二次装夹、翻面或转台重新定位。

检验完成闭环。关键特征按图纸测量，可要求提供报告。在机床上通过检验的零件，在出厂途中仍需要保护性的搬运和包装。

• 1
  粗加工去除大部分余量，留下均匀余量。
• 2
  精加工确定尺寸和表面处理。
• 3
  检验发货前按图纸测量。