CNC 加工基础知识：金属是如何被切削下来的

• 1
  刀具与材料接触处发生了什么
• 2
  3 轴、4 轴还是 5 轴：各自能加工什么、不能加工什么
• 3
  ±0.005 mm的真实成本
• 4
  材料选择如何改变工艺
• 5
  主轴转动之前，精度在哪里决定成败
• 6
  按几何形状和公差选择工艺

CNC 加工是减材加工。旋转的刀具或旋转的工件与静止的切削刃相遇，刃口前方的材料被剪切下来形成切屑。机床上其他一切的存在，都是为了让这个接触点保持稳定：床身、滚珠丝杠、主轴轴承、刀柄、工装夹具。

三个变量决定切削。表面速度是刃口穿过材料的速度。每齿进给是每个刃口切下的材料量。切削深度是刀具切入的深度。改变其中一个，另外两个必须随之调整，否则刀具就会摩擦而不是切削。

热量是可见的结果。在铝材中，大部分热量随切屑带走，所以零件保持低温，可以高速加工。在钛合金和不锈钢中，热量留在刃口和零件上。降低表面速度，保持每齿进给足够高以避开加工硬化层，并使用充足的切削液。

切屑形状能告诉你切削是否正常。6061 中长卷曲切屑说明进给合适。304 中细粉状切屑说明刀具在摩擦。钢中蓝色切屑说明速度对切削液供给来说太高。先看切屑，再动刀补。

3 轴铣床工作台在 X、Y 方向移动，主轴在 Z 方向移动。你加工的每个特征都必须从顶部可达，否则就要翻面并设置第二个原点。第二次装夹正是大多数位置误差进入工件的地方。

4 轴铣床增加一个转台，通常为 Ø400 mm 级。零件绕一个轴旋转，因此无需重新装夹即可加工四个面加两端。适用于轴、歧管以及多面有型腔的零件。

五轴联动加工中心在移动的同时倾斜刀具。这才使倒扣、用短刀具加工深腔以及叶轮叶片变得可行。代价是编程时间，以及需要与机床运动学匹配的后处理器。

车削是另一类工艺。工件旋转，单点刀具沿其进给。车铣复合中心结合两者，因此需要车削外圆和铣削平面的零件可一次装夹完成。对于 Ø60 mm 以下且同轴度要求严的零件，这一次装夹往往是决定性因素。

公差不是整个零件的一个数字。它适用于你标注的特征。一张图纸在一个内孔上标 ±0.005 mm、其余标 ±0.1 mm，就告诉车间该把时间花在哪里。整张图纸标 ±0.005 mm 只会增加成本，并不改善功能。

可达数值取决于特征。铝材上的镗孔用好的镗刀头和预热机床可以保持 ±0.005 mm。同样的标注放在 316 不锈钢 300 mm 长的槽上就是另一回事，因为热漂移和刀具偏摆会随长度增加。

表面粗糙度和公差是相伴的。车削到 Ra 0.8–1.6 μm 是常规。推到 Ra 0.2–0.8 μm 通常需要小刀尖半径的精加工走刀、锋利的刀片和稳定的装夹。如果图纸不需要那种表面，也要问清楚并为此付费。

公差累积比任何单个公差都重要。如果三个特征从一个基准定位，每个带 ±0.02 mm，装配时最多看到 ±0.06 mm。标注更严的基准方案通常比收紧每个特征更便宜。

6061-T6 铝是原型和壳体的默认选择。它切削快、表面好、阳极氧化干净。7075 为航空航天支架提供更高强度，但可焊性较差，粗加工后更容易因应力而变形。

304 和 316 不锈钢会加工硬化。如果刀具停留，表面会硬化，下一刀就要切穿硬化金属。解决办法是恒定进给、不摩擦、保持刀具锋利。17-4PH 可在固溶处理状态下加工，然后时效达到强度。

Ti-6Al-4V 钛合金和 Inconel 属于难加工一端。切削速度下降，刀具寿命下降，机床时间上升。这类零件正是 5 轴装夹划算的地方，因为一次准确装夹胜过三次缓慢装夹。

塑料的表现又不同。POM 和 PEEK 可加工到紧公差，但会随温度变化。ABS 和 PC 较软且容易产生毛刺，所以锋利刀具和轻精加工走刀比主轴转速更重要。碳纤维需要金刚石涂层刀具，否则刃口几分钟就磨损。

刚性装夹永远胜过高速主轴。让零件振动的工件夹持，无论刀具多好都会颤振。对于薄壁，支撑背面或留牺牲连接筋，在后续走刀中去除。

基准选择决定重复性。选一个面和两个在每道工序中都存在的孔，所有尺寸都参照它们。如果第一道工序没有好基准，就在第一次装夹中加工一个，供其余工序使用。

热漂移是真实存在的。冷机状态下停放的机床，会随着主轴升温而发生位移。对于公差要求紧的工件，先跑一个预热循环，并在放行批量加工前检查首件。在机测量能捕捉到冷态首件检测漏掉的热漂移。

检测形成闭环。我们在来料时检查原材料，加工过程中监控尺寸，并在发货前对零件进行100%检验。检测报告可按需提供。首件合格但过程发生漂移，仍会发出不良品，所以过程检测才是关键。