车间现场必须掌握的 CNC 加工技能

• 1
  要点速览
• 2
  CNC 加工技能从真实切削数据开始
• 3
  按特征选刀具，不按抽屉里有什么选
• 4
  工件夹持占 CNC 加工技能的一半
• 5
  粗加工与精加工分开，并规划毛坯
• 6
  加工过程中测量，不要等做完再测
• 7
  分步操作：正确加工新零件
• 8
  哪种方法适合眼前的零件

大多数废品来自一个决定：用装夹无法支撑的转速运行刀具。切削数据不是从图表里抄来的一个数字，而是材料、刀具材料、直径、悬伸长度和零件夹持牢固程度的综合结果。12 mm 硬质合金立铣刀装在刚性刀柄里切 6061-T6，和同一把刀从夹头伸出 80 mm 切，不是同一种操作。

先定线速度，再反推转速。6061 铝用硬质合金时，300-500 m/min 是常规范围。304 不锈钢保持在 100-150 m/min 附近。4140 钢为 120-180 m/min。Ti-6Al-4V 钛合金需要 40-60 m/min，并用切削液充分浇注切削区。这些范围以稳固装夹为前提。如果刀具长或零件薄，先降转速，再降进给。

每齿进给比屏幕上显示的进给率数字更重要。铝件用三刃刀具时，每齿 0.05-0.15 mm 很常见。不锈钢降到 0.03-0.08 mm。切屑太薄会摩擦刃口并使表面加工硬化，这是第二刀就毁掉 304 零件的最快方式。

听切削声。平稳的嗡嗡声说明数据接近合适。尖锐的啸叫说明颤振，通常来自转速过高或刚性不足。沉闷的撞击声说明刀具在摩擦。一次只调一个变量，才能知道是哪个变量解决了问题。

• 1
  铝 6061-T6300-500 m/min，每齿 0.05-0.15 mm，吹气或喷雾冷却。
• 2
  不锈钢 304100-150 m/min，每齿 0.03-0.08 mm，切削中不得停留。
• 3
  钢 4140120-180 m/min，每齿 0.05-0.12 mm，需经常检查刀片磨损。
• 4
  Ti-6Al-4V 钛合金40-60 m/min，每齿 0.04-0.08 mm，充分浇注切削液，只用锋利刃口。

刀具按它要加工出的几何形状来选。深腔需要芯部足够强、不易让刀的刀具，通常意味着缩颈或更小直径配更短刃长。薄壁需要以剪切方式切削、而不是把壁推开的刀具。通用三刃立铣刀能干很多活，但很少是任何单一任务的最佳选择。

涂层选择跟随材料。无涂层硬质合金在铝件上表现好，因为刃口锋利且没有涂层产生积屑瘤。TiAlN 和 AlTiN 涂层适合钢和不锈钢，因为耐热。类金刚石涂层适合磨蚀性塑料和石墨。把 TiAlN 刀具用于铝件常会产生积屑瘤，积屑瘤会破坏表面质量。

刀具悬伸应在任务允许范围内尽量短，但不能更短。粗加工的经验法则是长径比保持在 4:1 以下。超过 6:1 就进入只有小切深精加工走刀才安全的范围。如果零件需要深部可达，用带缩颈的刀具，避免刀柄摩擦壁面。

保持磨损记录。给每把刀具编号，记录加工的材料和运行小时数，在刃口失效前退役。磨损的刀具会提高切削力，表现为颤振、表面质量差和尺寸漂移。按计划换刀的成本远低于报废一批零件。

• 1
  铝两刃或三刃，抛光槽，无涂层或 ZrN 涂层。
• 2
  不锈钢和钢四刃或五刃，TiAlN 或 AlTiN 涂层，强芯部。
• 3
  深腔缩颈，粗加工时长径比保持在 4:1 以下。
• 4
  精细特征小直径、高转速、小切深、锋利刃口。

完美的程序配上松动的零件只会产出废品。切削声音不对时，首先检查工件夹持。台虎钳适合块状零件，但钳口应加工成与零件匹配，零件应坐在垫块上，避免晃动。薄板用带型腔的软爪或真空吸盘，不要夹紧顶面。

对于五个面都有特征的零件，燕尾夹具或工装块可以让你在一个面上夹持材料，加工其余面。这消除了四次重新装夹带来的误差。在配 Ø400 mm 转台的五轴机床上，制作良好的工装夹具通常能把装夹时间减半，并在整个加工节拍中保持位置。

夹紧力会使零件变形。薄壁管和壳体在虎钳夹紧时会发生位移，切削后又弹回。用芯轴支撑内壁，或使用低压夹具。如果零件是薄壁圆形，弹簧夹头比三爪卡盘更能分散载荷。

首刀前检查装夹。用手推一下零件。用软锤轻敲，听是否有松动声。第一刀用单段执行，快速倍率调低。这几分钟比断刀和零件变形便宜得多。

• 1
  块状零件机加工软爪加平行垫块，零件坐实。
• 2
  薄板真空吸盘或开槽软爪，避免顶部压紧。
• 3
  五面加工零件燕尾槽或工装块，所有工序用同一基准。
• 4
  薄壁圆形零件弹簧夹头或芯轴，保持低夹紧压力。

粗加工快速去除材料，留少量余量给精加工。常见余量：铝件侧壁和底面留 0.3-0.5 mm，钢和不锈钢留 0.2-0.4 mm。留太多，精加工刀具负荷大、易让刀。留太少，刀具摩擦、表面撕裂。

粗加工在几何允许范围内用最大刀具。16 mm 刀具比 6 mm 刀具去料快得多，且温度更低。铝件步距取刀具直径的 40-70%，钢件取 30-50%。装夹刚性好时切深可以大，但要盯住主轴负载。负载表超过主轴额定值的 80% 时，先减小步距，再考虑降进给。

精加工重在控制，不在速度。保持切深和步距恒定，使刀具负载不变。负载突变会在表面留下刀痕。铝件要达到 Ra 0.8-1.6 μm 的精细表面，用锋利、小圆角半径的刀具加轻切削精加工即可。要达到 Ra 0.2-0.8 μm，安排一把新刀单独精加工。

底面和侧壁的精加工留到最后。如果精加工完侧壁，又在附近重切削，振动会划伤已加工表面。安排工序时让已加工表面只被触碰一次。

• 1
  粗加工余量铝 0.3-0.5 mm，钢和不锈钢 0.2-0.4 mm。
• 2
  步距铝取直径的 40-70%，钢取 30-50%。
• 3
  精加工恒定负载，新刀，小切深。
• 4
  表面目标加工态 Ra 1.6-3.2 μm，加精加工可达 Ra 0.8-1.6 μm。

首件检查只能说明装夹在开始时是对的，不能说明两小时后刀具还切同样的尺寸。热量使零件膨胀，刀具磨损，切屑挤进夹具。每 10-20 件检查一次关键尺寸，长周期加工每 30 分钟检查一次，并记录数值。早发现的漂移只需改刀补，最后发现的漂移就是报废报告。

按公差选量具。卡尺状态好时读数约 ±0.02 mm，无法确认 ±0.005 mm 的要求。千分尺、内径千分表和坐标测量机才是精密活的工具。位置度要求只有 CMM 报告才算数。量具与零件保持同温；冷千分尺测热零件读数偏小。

复杂零件在机测量省下的比花掉的多。它能在刀具到达下一个面之前发现漏加工特征、刀补错误或基准偏移。特征多的零件先测基准，让系统自动调整工件坐标系。

记录实测值，而不只是合格或不合格。实际数值才能说明过程是居中还是贴着公差边缘跑。过程在名义值附近运行，比勉强合格更安全。

• 1
  卡尺一般检查，不用于严于 ±0.02 mm 的公差。
• 2
  千分尺和内径千分表用于 ±0.005 mm 的尺寸和圆孔特征。
• 3
  CMM位置度、轮廓度和首件报告。
• 4
  在机测量复杂零件的基准检查和刀补修正。