CNC 加工最基础的知识

• 1
  CNC 加工最基础的知识：刀尖处发生了什么
• 2
  零件真正需要几轴
• 3
  公差与表面处理从何而来
• 4
  零件变大后有哪些变化
• 5
  材料选择如何改变切削
• 6
  哪种装夹适合该零件

所有 CNC 加工都用比工件更硬的楔形刀具去除材料。刀具以设定的每齿进给量压入金属，刀刃前方的金属被剪切下来形成切屑。热量大部分随切屑带走，而不是留在零件里。排屑不畅时，热量留在切削区，刀刃磨损很快。

切削由三个参数控制：以表面米/分钟表示的切削速度、每齿进给量和切削深度。任何一个参数推得过高，刀刃就会崩。三个参数都退得太低，刀具就会摩擦而不是切削，导致不锈钢加工硬化、铝材粘刀。这两种失效之间的可用窗口，在钛合金上很窄，在 6061 上很宽。

切屑形状能告诉你处在窗口的哪一侧。铝件切屑长而卷曲，说明进给正常。钢件出现细粉或发蓝变色，说明热量在积聚，需要在刀刃失效前调整进给或切削液。

CNC 机床本身不会决定这些。编程员设定参数，操作员观察切屑，刀具在每件零件上都会磨损一点。正是这种缓慢磨损，使得 500 件的批量在加工过程中若不调整刀补就会产生尺寸漂移。

三轴铣床让刀具沿 X、Y、Z 移动，工件保持夹紧。它能加工刀具从上方能够到的任何面。零件一侧的型腔、槽、平面和钻孔都属于三轴加工，也是最快、最经济的做法。

四轴机床增加绕一个轴的旋转，通常是 A 轴。工件转动而刀具不动，因此四个面上的特征无需重新装夹即可加工。带交叉孔的细长轴、带铣平面的圆柱零件是典型的四轴加工对象。

五轴机床增加第二个旋转轴，刀具几乎可以从任意方向接近零件。这对叶轮、涡轮叶片以及直刀具无法够到的底面等曲面很重要。它还能用短而刚性的刀具加工深腔，而不必用长刀。

第二个旋转轴不是免费的。五轴机床每小时成本更高，装夹需要更多考虑，编程员必须控制刀轴以避免碰撞。几何形状确实需要时才选五轴，不要因为报价上听起来更好。

公差和表面粗糙度是两个独立目标，来自工艺的不同环节。公差关乎表面的位置，粗糙度关乎表面有多光滑。零件可以公差很紧但表面粗糙，也可以表面光滑但公差宽松。

公差由机床、工装夹具和温度决定。刚性装夹能保住尺寸；在夹紧力下会变形的零件则保不住。车间一天中温度升高时，热膨胀会让 500 mm 的铝件移动百分之几毫米，所以高精度加工要在恒温间里测量。

表面粗糙度由刀尖圆弧半径、进给量和切削稳定性决定。小圆弧半径配轻进给留下更细的残留高度。颤振会盖过这一切：振动的刀具留下的刀痕远比进给量所预示的粗糙，无论走刀多慢。

图纸有要求时，钜亮五金（GreatLight）在车削和铣削特征上可保证 ±0.005 mm，精加工表面粗糙度可达 Ra 0.2–0.8 μm，普通加工状态为 Ra 1.6–3.2 μm。每件零件发货前都经过检验，可按要求提供报告。

尺寸改变物理规律。4,000 mm 的零件会因自重下垂，工装夹具必须沿全长支撑，而不只是两端。重型工件在切削中储存的能量也更多，任何振动都会放大而不是衰减。

够到加工特征是第二个问题。长刀具会让刀，让刀表现为深孔锥度或底部偏厚的壁。一次装夹加工两面优于重新装夹，因为每次重新夹紧都会引入新的基准误差。

钜亮五金（GreatLight）拥有 16 台五轴联动加工中心、12 台四轴铣床、27 台三轴机床和 16 台车铣复合中心，最大加工尺寸 4,000 mm，转台 Ø400 mm。最长 4,000 × 400 × 150 mm 的长零件可在大型机床上加工。

去除余量是第三个问题。大块毛坯可能大部分质量都变成切屑，这会释放内应力。零件加工后就会弯曲。应先粗加工、让其释放应力，再精加工，而不是一次走刀切到最终尺寸。

铝 6061 和 7075 切削快、表面质量好，是原型和壳体的默认选择。7075 强度更高、切削干净，但可焊性较差、成本更高。两者都容易阳极氧化，适合外观件。

不锈钢 304 和 316 需要较低的表面速度和稳定的进给，以避免加工硬化。表面一旦硬化，下一刀就会摩擦而不是切削，刀刃随即失效。17-4PH 强度更高，常用于医疗和航空航天。

钛合金 Ti-6Al-4V 和 Inconel 是难加工材料。它们导热差，刀刃温度高，且很快加工硬化。刀具寿命短、加工节拍长。只有在使用温度或强度要求需要时才用，不要默认选用。

塑料的表现又不一样。POM 和 PEEK 切削干净，但进给太轻会熔化，而且它们随温度的变化远大于金属。ABS 和 PC 常用于载荷较低的壳体。碳纤维需要金刚石刀具和粉尘控制。