如何使用 CNC 机床？

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  要点速览
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  使用 CNC 机床之前要做什么
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  选择机床与工件夹持
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  设定工件零点与刀具偏置
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  进给、转速与首刀
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  导致首件报废的错误
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  如何使用 CNC 机床：分步说明
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  哪种机床装夹适合哪种零件

CNC 机床本身不做任何决定，它只是重复一条已经验证过的路径。所以真正的工作从图纸开始：你需要材料、毛坯尺寸、基准、最紧的公差以及每个面的表面处理。一个内孔 ±0.005 mm、其余 ±0.1 mm 的零件，和整体都紧的零件，是两种不同的活。

接下来是装夹方案。先问零件需要几个方向。单面有孔的板件，一次 3 轴装夹即可。四面都有特征再加复合角的零件，通常需要 4 轴或 5 轴机床，或者在 3 轴上做两到三次重新装夹。每多一次重新装夹就多一层累积误差，所以轴数应服从装夹次数，而不是反过来。

然后 CAM 编程员根据 CAD 模型生成刀路并后处理出 G 代码。刀具选择决定其余一切：Ø10 mm 硬质合金立铣刀可以大刀粗加工，但进不了 6 mm 的角。Ø3 mm 刀具能到角，但必须降速，让刀更大。如果角半径小于你愿意使用的最小刀具，应在机床开动前改设计。

最后是机床本身。立式铣床适合棱柱类零件。车床或车铣复合中心适合带车削外圆和铣削平面的回转件。线切割适合尖锐内角和淬硬钢。清楚哪个工序负责哪个特征，能省掉一轮报价。

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  先看图纸材料、基准、最紧公差以及每个面的表面处理。
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  装夹次数每增加一个方向就多一层累积误差。
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  刀具可达性最小的内圆角决定最小刀具。

棱柱类零件用 3 轴立式铣床就能覆盖大部分工作。典型行程为 500 × 500 × 450 mm 或 750 × 1,150 × 550 mm，适合支架、壳体和板件。4 轴铣床加一个转台，通常 Ø400 mm，可以在不松开虎钳的情况下把零件转到第二或第三面。仅这一项往往就能省掉两次重新装夹。

五轴联动中心可一次走刀切出复合角和曲面。它还能让短而刚的刀具通过倾斜零件进入深腔，而不必把刀具悬伸出去。代价是编程时间更长、加工范围更小，所以只用于确实需要这种运动的零件。车削活交给车床或车铣复合中心，一次装夹就能车外圆并铣平面。

工件夹持决定零件会不会动。虎钳快，但有两个面敞开，还可能让薄壁变形。按零件轮廓加工的软爪能夹住圆形或不规则形状而不压伤。薄板用真空吸盘或带压板的夹具板分散夹紧力。在已加工面上做第二道工序时，用定位在已加工基准上的夹具，绝不要定位在毛坯面上。

一条规则：不要夹在有公差标注的表面上，除非该表面下方有支撑。几百牛的夹紧力就足以让 2 mm 壁让开，松开后零件回弹，超差。

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  虎钳快，但有两个面敞开，可能让薄壁变形。
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  软爪按零件轮廓加工，夹紧不压伤。
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  夹具板第二道工序定位在已加工基准上。

工件零点是程序调用的 X0 Y0 Z0。从图纸基准中选取，使机床坐标与检测坐标一致。如果图纸从一个已加工面标注内孔，那个面就是 Z0，而不是毛坯顶面。这里弄错会让所有尺寸整体偏移同一数值，零件看起来对，测出来错。

每把刀对已知表面对刀，把长度存入偏置表。测头可把重复性做到几微米；杠杆表和量块仍可用，但更慢。对刀后，把刀具指令到毛坯上方安全高度，用读数与量块或对刀仪比对验证。

把工件偏置和刀号记录在装夹单上。下一位操作员应能重新装好虎钳和偏置，而不必从头再测。这也是返单快的原因：夹具、程序和偏置都已存在。

如果机床没有测头，注意主轴预热。冷主轴在升温过程中会伸长，在冷机上设置的 Z 偏置在最初一小时内可能漂移 0.02 mm 或更多。在加工紧公差的工件前，先预热主轴 10 到 15 分钟再对刀。

从表面线速度出发，而不是主轴转速。6061 铝用硬质合金刀具在 300 到 500 m/min 下运行良好，对 Ø10 mm 刀具约为 10,000 到 16,000 rpm。1045 钢在 100 到 150 m/min，同一把刀约 3,000 到 4,800 rpm。钛合金 TC4 更低，约 40 到 60 m/min，因为热量留在切削刃上。

每齿进给决定切屑负载。Ø10 mm 硬质合金立铣刀加工铝，每齿 0.05 到 0.10 mm 是正常范围；加工钢为每齿 0.03 到 0.06 mm。每齿进给乘以齿数和转速得到进给速度，并检查切屑是正常切屑而不是粉末。粉末说明刀具在摩擦，会很快磨损。

粗加工时，装夹刚性足够可将切削深度取到刀具直径，并在侧壁和底面留 0.3 到 0.5 mm 给精加工。精加工用小径向步距，约为刀具直径的 5 到 10%，在多数铝件上可达到 Ra 0.8–1.6 μm。Ra 0.2–0.8 μm 的镜面需要专用精加工刀具和刚性装夹。

切削液选择很重要。浇注式切削液控制钢和不锈钢的热量。铝常用雾化或高压空气切削更好，因为能排屑并避免刃口热冲击。钛合金和 Inconel 需要高压切削液对准切削区，以断屑并保护刀片。

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  铝 6061硬质合金刀具 300–500 m/min；每齿 0.05–0.10 mm。
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  钢 1045100–150 m/min；每齿 0.03–0.06 mm。
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  钛合金 TC440–60 m/min；刀刃处高压切削液。

最常见的失误是 Z 零点设错。操作员对刀时以毛坯顶面为零，而图纸尺寸是从已加工台阶面标注的。这样每个深度都会因毛坯余量而偏短或偏长。解决办法写在装夹单上：用文字写明基准面，而不只是坐标。

其次是深腔加工中的刀具让刀。Ø6 mm 立铣刀伸出夹头 40 mm，受力会弯曲，导致侧壁出现锥度。注意听颤振声，减小轴向切深或换用更短的刀具。若都不奏效，该型腔需要换工艺，例如电火花加工或使用让位刀柄。

第三是夹紧变形。薄壁以 300 N 夹紧会产生几十微米的位移，松开后工件回弹。应从背面支撑薄壁、降低夹紧力，或在松开夹具后用精加工刀路加工该壁。对可疑薄壁在夹紧状态下测一次，松开后再测一次并对比。

第四是切屑二次切削。切屑若留在型腔内，刀具会切到切屑而不是工件，表面质量变差。使用主轴内冷、吹气或抬刀排屑的啄式循环。加工铝件时，强吹气往往比浇注切削液更有效，因为排屑更快。