如何用 CNC 机床加工金属

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  要点速览
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  先读图纸和材料
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  装夹工件并设定零点
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  按合金选刀具，不按样本选
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  设定进给和转速，然后观察切削
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  批量加工前先测量首件
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  分步操作：用 CNC 机床加工金属
• 8
  常见金属的切削参数

每个金属工件都从两份文件开始：图纸和材料证明。读图纸看公差、基准标注、表面处理说明，以及容易漏看的螺纹或内孔深度。读证明看合金和状态，因为 6061-T6 和 6061-O 切削表现差别很大，即使图纸只写 6061。

找出图纸上最紧的公差及其对应特征。这一特征决定机床选择、工件夹持方式，以及能承受几次装夹。若最紧标注是内孔 ±0.005 mm，三轴机床配好镗刀头就能保证。若是航空航天支架上的复合角度，就要上五轴装夹。

检查材料形态。板材、棒料和铸件在虎钳中的表现各不相同。板材在第一次面铣释放内应力后可能变形。铸件可能有硬皮或气孔。棒料通常最稳定，所以原型常从棒料开始，即使量产会用铸件。

碰机床前先写下装夹顺序。需要加工几个面、哪个面是基准、每道工序工件夹在哪里。在纸上规划这些的加工人员，首件废品比在控制面板前才想的人少。

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  最紧公差找到它，让它决定机床级别和装夹次数。
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  材料状态T6、T4、退火和铸态材料的切削与变形表现都不同。
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  毛坯形态板材会变形，铸件藏气孔，棒料是最稳定的起点。

工件夹持决定后续加工是否顺利。矩形件用按毛坯轮廓加工过的软爪机用虎钳，每次都优于标准虎钳。软爪分散夹紧力并提供可重复的定位面，第二道工序重装时能落在同一位置。

薄板要夹在平行垫块上，并全底面支撑。只夹两边的板会振刀和翘曲，任何进给率都救不了。圆形或不规则件，根据去除余量，三爪卡盘、工装板或真空吸盘可能更合适。

仔细设定工件零点。对已知基准碰 X、Y、Z，然后用百分表或测头（若机床有）验证。零点 0.05 mm 误差会变成每个特征的 0.05 mm 误差，而且直到检测才会发现。

第一次快速移动前检查干涉。刀柄、虎钳和转台都占用行程空间。五轴机床一次撞机损失可能超过零件价值。首刀运行时降低快速倍率并开启单段。

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  软爪按毛坯轮廓加工，保证重装重复定位。
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  薄板全底面支撑，否则会振刀和翘曲。
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  验证零点紧公差工件用测头或百分表，不能只靠碰刀。

铝件好加工。2 刃或 3 刃硬质合金立铣刀，高螺旋角、抛光槽，排屑快，6061 上表面线速度可到 300-500 m/min。保持吹气或喷雾；切屑二次切削时铝会粘刀。

不锈钢相反。304 和 316 一旦刀具摩擦而非切削就会加工硬化，所以用锋利几何、正前角、较低表面线速度，约 60-120 m/min。绝不能让刀具在切削中停顿。若进给不变而主轴负载上升，就是在摩擦。

钛合金和 Inconel 需要同样纪律，还要更谨慎。TC4（Ti-6Al-4V）切削约 30-60 m/min，充分切削液、小径向切深。Inconel 更差：它积热，刀具承受热负荷。预期刀具寿命更短并提前规划。

选能到达特征的最小刀具，避免过长。细长立铣刀会让刀，让刀表现为壁面锥度或内孔不圆。若特征需要 6 mm 刀具伸出 60 mm，降低进给并减小轴向切深。

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  铝2-3 刃高螺旋角，300-500 m/min，吹气或喷雾。
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  不锈钢 304/316锋利正前角，60-120 m/min，切削中绝不停顿。
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  钛合金 TC430-60 m/min，径向切深小，大量切削液。

从刀具厂商推荐的该合金表面速度出发，反推主轴转速。然后设定每齿进给。对 6061 上的 10 mm 硬质合金立铣刀，每齿切屑负载约 0.05-0.10 mm 是合理的起始范围。对 316 不锈钢上的 6 mm 刀具，降到每齿约 0.02-0.04 mm。

粗加工和精加工是不同的工序。粗加工用大轴向切深和中等径向切深来去除材料，留 0.3-0.5 mm 余量给精加工。精加工用小径向步距和一致的切屑负载，使表面均匀。在侧壁中途改变切屑负载会留下可见痕迹。

机床运行时观察三件事。切屑颜色反映热量：钢中银色或浅稻草色正常，蓝色或黑色说明热量过高。主轴负载说明刀具是在切削还是在摩擦。声音能更快告诉你同样的事，干净的切削是稳定的，颤振或尖啸说明要退刀。

如果切削变差，在刀具损坏前停止程序。一次只调整一个变量：先进给，再转速，再切深。同时改三个变量，你无法知道是哪个起了作用。

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  切屑负载铝中 0.05-0.10 mm/齿，316 中 0.02-0.04 mm/齿。
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  粗加工与精加工留 0.3-0.5 mm 余量，然后用小步距精加工。
• 3
  提前停止在刀具损坏前终止程序，而不是之后。

取出第一件成品，对照图纸测量。先检查最紧的公差，再检查基准相关尺寸，最后检查外观特征。使用正确的量具：卡尺用于一般尺寸，千分尺用于外径，内径千分尺用于孔，高度规或三坐标测量机用于位置标注。

记录数值，不要只是看一眼。尺寸偏离标称 0.01 mm，如果公差是 ±0.05 mm 就没问题，但如果公差是 ±0.01 mm 就是警告。趋势比单次读数更重要。

如果首件不合格，修正工艺而不是零件。调整刀具偏置、工件偏置或程序。手工锉零件到图纸尺寸会掩盖装夹问题，该问题会在第二件上重复。

批量生产时，按间隔检查，而不是只在开始时检查。刀具磨损会缓慢改变尺寸，8:00 合格的零件到 14:00 可能就超差了。过程监控能在你有一箱废品之前发现它。

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  先测最紧的然后基准尺寸，然后外观特征。
• 2
  用对量具紧公差标注用千分尺和内径千分尺，不用卡尺。
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  修正工艺调整偏置或代码，绝不用锉刀把零件修到图纸尺寸。