銑削是應(yīng)用最廣泛的數(shù)控加工技術(shù)之一。它是零件制造和表面精加工的理想工藝，可以實(shí)現(xiàn)高精度、高再現(xiàn)性和高產(chǎn)出率。數(shù)控銑削應(yīng)用于許多行業(yè)，包括汽車、航空航天、機(jī)器人和醫(yī)療行業(yè)。

本文將介紹數(shù)控銑削工藝，如定義、銑削類型、基本工具以及如何通過該工藝節(jié)約成本。

銑削的定義

銑削是指在制造過程中通過旋轉(zhuǎn)刀具將材料從工件上切削或去除。此外，銑削是一種適應(yīng)性很強(qiáng)的加工工藝，可以在各種材料上加工出不同的形狀和表面粗糙度。

銑削加工有兩種類型：手動銑削和自動（數(shù)控）銑削。手動銑削是指使用手動工具和手動操作機(jī)械加工產(chǎn)品的傳統(tǒng)方法，能否達(dá)到預(yù)期效果主要取決于機(jī)械師的知識、熟練程度和經(jīng)驗(yàn)。

在此，我們將詳細(xì)討論數(shù)控銑削。

什么是數(shù)控銑削？

數(shù)控銑削是一種由計算機(jī)控制設(shè)備操作的常見加工技術(shù)，銑削操作通過旋轉(zhuǎn)工具切割塑料、金屬或木材等材料。在CNC銑削過程中，計算機(jī)控制主軸轉(zhuǎn)速和進(jìn)給速度，刀具使用順序以及每個刀具的刀具路徑。

此外，銑削包括3軸、4軸、5軸以及多軸銑削。三軸銑削在X、Y和Z軸上移動，相比之下，5軸銑床在線性X、Y和Z軸方向以及旋轉(zhuǎn)A和B軸方向上移動，可加工出更復(fù)雜的零件。

數(shù)控銑床的線性軸和旋轉(zhuǎn)軸

數(shù)控銑床在兩個主要軸上運(yùn)行：線性軸和旋轉(zhuǎn)軸。

線性軸

數(shù)控機(jī)床以笛卡爾坐標(biāo)系為基礎(chǔ)，該坐標(biāo)系廣泛應(yīng)用于數(shù)學(xué)和計算機(jī)輔助設(shè)計(CAD)軟件。該系統(tǒng)中的三條線性軸相互垂直，并相交于原點(diǎn)。

這三個軸分別是X、Y和Z軸，它們描述了切削刀具的方向。X軸是與切削工具平行的從左到右的運(yùn)動，Y軸是垂直于切削工具的運(yùn)動，從前向后移動，另一方面，Z軸是從下至上的運(yùn)動。

旋轉(zhuǎn)軸

“旋轉(zhuǎn)軸”這一名稱源于其與旋轉(zhuǎn)的聯(lián)系，它們和線性軸的關(guān)系也很明顯，因?yàn)檫@些旋轉(zhuǎn)軸總是圍繞三個線性軸中的一個旋轉(zhuǎn)。

旋轉(zhuǎn)軸有三個，它們之間的關(guān)系通常是這樣的：圍繞X軸的傾斜或旋轉(zhuǎn)稱為A軸，簡稱傾斜軸。繞Y軸的旋轉(zhuǎn)稱為B軸，繞Z軸的旋轉(zhuǎn)稱為C軸。

數(shù)控銑床如何工作？

接下來將詳細(xì)介紹銑削過程，有助于你全面了解其工作原理。一般來說，數(shù)控銑削操作分為三個階段：

1. 設(shè)計CAD文件

第一階段包括使用CAD軟件創(chuàng)建預(yù)期產(chǎn)品的虛擬原型。您可以使用不同的CAD-CAM程序來開發(fā)加工所需的代碼，將CAD設(shè)計轉(zhuǎn)化為機(jī)器能理解的數(shù)控編程語言。制造工程師還能使用該軟件模擬整個銑削過程，這樣可以檢查設(shè)計錯誤，避免創(chuàng)建難以加工的復(fù)雜特征。

2. 設(shè)置銑床

盡管數(shù)控銑床可自動切割工件，但某些加工過程仍需要機(jī)床操作員。例如，操作員必須將工件固定在工作臺上，并為主軸裝上切削刀具。

現(xiàn)代銑床具有實(shí)時刀具更換功能，因此，它們能夠在銑削過程中自動更換刀具。這就減少了操作過程中的停機(jī)次數(shù)。不過，在開始加工之前，仍需要進(jìn)行初始設(shè)置和程序檢查。

3. 加工部件

如前所述，數(shù)控銑削利用旋轉(zhuǎn)刀具在接觸工件時切斷切屑，刀具的連續(xù)旋轉(zhuǎn)可獲得所需的形狀。由于原材料的類型和最終產(chǎn)品所需的形狀，加工過程中的銑削操作有所不同。

不過，最初的幾道工序基本是相同的，使用較大的刀具來雕刻出大致的形狀，再更換刀具來加工出更精確的特征。精密數(shù)控銑削在最后階段通過精銑實(shí)現(xiàn)，包括出色的表面粗糙度和高公差要求。

不同類型的CNC銑削操作

數(shù)控銑削中心可以高精度加工多種復(fù)雜特征，這些特征包括薄壁、倒角、深槽等。然而，制造這些特征需要各種銑削操作，例如

平銑

平銑使用臥式銑床，切削工具的旋轉(zhuǎn)軸與工作臺平行。它根據(jù)所需的效果使用不同形狀和方向的刀具。寬銑刀（進(jìn)給速度快）和細(xì)切削齒（切削速度快）的組合是實(shí)現(xiàn)成本效益的理想選擇，它還能確保更好的表面光潔度和高質(zhì)量的成品。

面銑

面銑使用的切削工具在側(cè)面和端面都有齒。側(cè)齒進(jìn)行主要的切削工作，齒尖上的其他齒協(xié)助進(jìn)行表面拋光。面銑通常排在平銑之后，因?yàn)樗梢约庸こ鰪?fù)雜的輪廓和高質(zhì)量的表面效果。

角度銑削

這是制造溝槽、倒角、槽和其他復(fù)雜特征的首選銑削操作之一。傳統(tǒng)的三軸銑床使用不同的銑刀，例如燕尾槽銑刀用于制作斜槽，錐形銑刀頭用于制作倒角。角銑銑刀的軸線通常與切削表面垂直或一致。

成型銑削

這種銑削操作使用特殊刀具來制作更復(fù)雜的輪廓。其中凹面銑刀和凸面銑刀是最常見的，只需一次切削，就能加工出表面輪廓、圓邊或圓形凹槽。

其他銑削操作

除上述銑削操作外，數(shù)控銑床還能完成其他類型的專業(yè)銑削操作，例如：

• 輪廓銑削：刀具沿著毛坯棒材上的斜面或垂直面創(chuàng)建切削路徑，該工藝使用的輪廓銑刀平行或垂直于工件表面加工。
• 排銑：屬于成型銑削的一個子類，可使用多個銑刀同時制作圖案。該操作通常使用不同的形狀、尺寸或?qū)挾鹊你姷?，它們可以?zhí)行類似或不同的操作，以便在更短的時間內(nèi)制造出復(fù)雜的特征或錯綜復(fù)雜的零件。
• 跨銑：這種銑削操作允許機(jī)床一次切削兩個或多個平行工件，在工件的兩側(cè)布置兩個刀具，并在同一機(jī)床的軸上對兩側(cè)進(jìn)行銑削。

加工過程中必要的數(shù)控銑削工具

雖然使用的數(shù)控銑削工具很多，但并非所有工具都必不可少。以下是一些必要的銑削工具。

絲錐

使用絲錐在金屬或塑料等材料上加工螺紋。絲錐的形狀和尺寸多種多樣，包括手動絲錐和自動絲錐。將其安裝到銑床上，可以加工出螺紋孔。此外，這種銑削絲錐工具非常適合用于銅和鋁等較軟的材料。

鉆頭

使用銑床上的鉆頭可以在木材和金屬上鉆出圓孔。鉆頭的形狀和尺寸多種多樣，包括鏟鉆和麻花鉆頭。

此外，鉆頭在數(shù)控銑削加工中也非常重要，它能在鉆孔前精確地形成圓錐孔，從而避免鉆孔錯誤。

立銑刀

用于鉆孔和銑削的切削工具稱為立銑刀。它們由硬質(zhì)合金或高速鋼等材料制成，有各種尺寸和形狀。此外，它們還可用于各種切削應(yīng)用，包括側(cè)銑、面銑、斜銑、插銑和槽銑，能高效地銑削大量多余的材料。

數(shù)控銑床的組成部分

這部分我們將分析數(shù)控銑床的組成部件。因?yàn)樾滦豌姶部钍蕉嗲覐?fù)雜，因此我們以傳統(tǒng)的銑床為例概述。銑床的基本組件如下：

1. 機(jī)架

該主要結(jié)構(gòu)用于支撐機(jī)器，并賦予其剛性和穩(wěn)定性。它有一個底座和可拆卸的立柱，其中機(jī)床頭架是機(jī)架的重要組成部分，用于安裝主軸，防止機(jī)床運(yùn)行時產(chǎn)生振動或顫振。這樣可以防止加工誤差，延長切削刀具的使用壽命。

2. 數(shù)控控制面板

數(shù)控控制面板可以被稱為銑削中心的”神經(jīng)系統(tǒng)”。它由各種電子設(shè)備組成，使用編程功能控制不同切削動作?？刂泼姘宓闹饕怯蓴?shù)控顯示器和編程按鈕組成，大多數(shù)數(shù)控銑床都采用易于操作的控制面板，以方便加工。

3. 軸

數(shù)控銑床有X、Y和Z軸。根據(jù)配置的不同，它們還配有額外的旋轉(zhuǎn)軸（A、B和C）。CNC控制器中的G代碼通常被用來給它們編程。

4. 立柱

該機(jī)床部件為銑床的其他部件提供結(jié)構(gòu)和支撐。它有一個固定的底座，可能包括幫助數(shù)控銑床操作的內(nèi)部組件。此類內(nèi)部功能包括冷卻液和儲油罐。

5. 工作臺

該組件是固定工件的堅(jiān)固底座。換句話說，它能將毛坯棒、夾鉗或夾具固定到位。根據(jù)所用銑床的不同，該部件可以垂直、水平或雙向調(diào)整。大多數(shù)工作臺使用T型槽，以確保夾緊工件。

6. 主軸

主軸包括一個用于定位刀柄的錐形部分。它還有一個旋轉(zhuǎn)組件和一個用于安裝切削刀具的軸。根據(jù)銑床類型的不同，主軸可水平或垂直定位。

7. 柱塞

立式銑床中通常會有這種機(jī)床部件，它通常連接到支撐主軸的立柱上。操作員可以在銑削過程中調(diào)整滑枕到不同位置。

8. 銑削工具

銑削工具是進(jìn)行材料去除的部件。根據(jù)銑削規(guī)格的不同，有多種銑削工具可供選擇。它們的排列、數(shù)量、齒距、直徑、長度和幾何形狀各不相同。

數(shù)控銑床的類型

數(shù)控銑床有不同類型，適合不同用途。這些機(jī)器包括：

立式銑床

這種立式銑床有三個運(yùn)動軸，它有一個作為主軸和工作面的工作臺。顧名思義，立式銑床的主軸方向是垂直的。此外，主軸在銑刀旋轉(zhuǎn)時會固定住銑刀軸。立式數(shù)控銑床一般分為兩類：

• 床身銑床：床身銑床的工作臺僅垂直于主軸軸線移動，主軸在其軸線前方旋轉(zhuǎn)。
• 轉(zhuǎn)塔銑床：轉(zhuǎn)塔銑床的特點(diǎn)是主軸固定不動，工作臺可平行或垂直于主軸軸線移動。某些轉(zhuǎn)塔銑床還配有軸套，可升降銑刀工具。轉(zhuǎn)塔銑床的用途更加廣泛。

臥式銑床

主軸軸向是立式銑床與臥式銑床的區(qū)別，臥式銑床的主軸軸線水平排列。

較長或較重的工件適合使用臥式銑床，許多臥式銑床的旋轉(zhuǎn)工作臺還可使機(jī)床以不同角度進(jìn)行磨削。

• 膝式銑床：這類機(jī)床的工作臺可以垂直調(diào)整，并有一個固定的主軸。膝部支撐著工作臺，而工作臺則位于鞍座上，膝部可以升高或降低。膝式銑床的例子包括落地式，臺式，和普通臥式銑床。
• 龍門式銑床：龍門銑床在某些方面與床身銑床相似。其工作臺沿Z軸和Y軸設(shè)置，主軸可在X、Y和Z軸上移動。不過，龍門式銑床可支持多種銑削工具。
• 床身型銑床：床身式銑床的工作臺直接固定在床身上，工件沿Y軸和Z軸的運(yùn)動受到抑制。此外，床身式銑床還可分為單軸、雙軸和三軸銑床。雙軸和三軸銑床分別使用兩個和三個主軸，而單軸銑床，只有一個主軸可在X或Y軸方向移動。

不同的多軸銑床

這些機(jī)床可以沿不同的軸移動，并以不同的角度進(jìn)行銑削。常見的多軸銑床有：

三軸銑床

三軸立式銑床允許工作臺在X和Y方向移動。使用這些機(jī)床，工件可以相對于切削工具定位。然后，操作員可以通過降低刀具來下降Z軸。數(shù)控工具可確保三個軸同時運(yùn)動，從而提供加工所需的靈活性。

四軸銑床

如上所述，這些銑床具有所有三個軸。但還有一個軸 – A軸。增加另一個軸可使工作臺繞X軸旋轉(zhuǎn)，就為端面銑削提供了空間，而無需重新定位工件。

五軸銑床

四軸銑床的所有功能在這里都適用，但增加了B軸。這一附加功能有助于工作臺繞Y軸旋轉(zhuǎn)。五軸數(shù)控銑床比上述幾種銑床都要昂貴，但它們可以在一次操作中生產(chǎn)出復(fù)雜的零件。此外，它們很少需要額外的設(shè)置，并與實(shí)時工具兼容。

六軸銑床

由于成本高昂，六軸銑床尚未成為標(biāo)準(zhǔn)配置。它們有固定的工作臺，刀具可完全自由移動。也就是說，刀具可以在X、Y和Z軸上左右移動。

決定銑床成本的因素有哪些？

銑床的成本是影響數(shù)控加工成本的因素之一。不過，這一成本因機(jī)床的先進(jìn)程度而異。銑床的成本取決于以下因素：

• 機(jī)床的重量和尺寸（以X/Y/Z行程測量）
• 機(jī)床配置（3、4、5或6軸）
• 機(jī)器速度
• 功率
• 其他因素，如冷卻液壓力、排屑器、自動換刀裝置、機(jī)器人零件裝載機(jī)等。

降低數(shù)控銑削成本的技巧

以下是一些有助于降低數(shù)控銑削項(xiàng)目成本和時間的專業(yè)建議。

使用可加工性高的材料

加工時間與材料選擇都是節(jié)約成本的關(guān)鍵。原材料和零件設(shè)計是決定加工時間的主要因素。

加工尺寸極其精確的復(fù)雜零件設(shè)計既困難又昂貴，盡可能選擇易于加工的材料。選擇黃銅、鋁和低碳合金等易于加工的材料，可以減少加工時間。不銹鋼等硬質(zhì)金屬強(qiáng)度高，更難加工，耗費(fèi)的加工時間長。

僅對關(guān)鍵特征應(yīng)用嚴(yán)格公差

在進(jìn)行精細(xì)數(shù)控加工時，規(guī)格要求是必不可少的。然而，零件設(shè)計中的較小公差會顯著影響生產(chǎn)成本。

對于一般特征，建議直接使用標(biāo)準(zhǔn)公差。如果需要，可以為一些關(guān)鍵特征和功能定義公差。同樣，銑削孔的尺寸也要保持一致。較深和較小的孔需要更多的加工時間，并可能導(dǎo)致工件破損，從而增加生產(chǎn)成本。

優(yōu)化調(diào)機(jī)時間和次數(shù)

每個加工零件都要經(jīng)過一道或多道工序。每道工序都需要多項(xiàng)準(zhǔn)備工作，包括機(jī)床設(shè)置、夾具（如需要）、CAM編程（根據(jù)切削、銑削和鉆孔程序的不同而不同）等等。因此，減少安裝次數(shù)將有助于減少混亂和降低成本。

此外，大多數(shù)工件只需四次或更少的調(diào)機(jī)即可完成。如果可能的話，將所需的工序減少到一個或兩個。減少調(diào)機(jī)次數(shù)，就會節(jié)省更多的調(diào)機(jī)時間。此外，這還能讓你更快速、更精確地加工數(shù)控銑削零件。

內(nèi)角保持標(biāo)準(zhǔn)半徑

建議內(nèi)角也要符合標(biāo)準(zhǔn)規(guī)格的要求。要銑出半徑小而精確的內(nèi)角，成本高、耗時長，而且需要特殊的設(shè)備，特別是在使用非常小的刀具時。
對于大多數(shù)加工件來說，合適的內(nèi)角半徑為3毫米或1/8英寸。因此，對于非關(guān)鍵特征，遵循傳統(tǒng)半徑可以節(jié)省加工成本和時間。

數(shù)控銑削操作的常見材料

數(shù)控銑削可加工多種材料。材料的選擇取決于應(yīng)用的要求和規(guī)格。最常見的材料包括：

用于銑削的金屬材料

• 鋁合金
• 不銹鋼
• 低碳鋼
• 工具鋼
• 黃銅
• 銅合金
• 鈦合金
• 鎂合金

用于銑削的塑料材料

• PC
• ABS
• PA
• PMMA
• POM
• PEEK
• HDPE
• PVC

數(shù)控銑削在零件制造中的優(yōu)缺點(diǎn)

數(shù)控銑削工藝因其優(yōu)點(diǎn)而成為各種工業(yè)應(yīng)用的關(guān)鍵。不過，它也存在不足。以下是這種制造技術(shù)的一些優(yōu)點(diǎn)和不足。

數(shù)控銑削的優(yōu)點(diǎn)

高精度

數(shù)控銑削操作可以盡量減少誤差，從而確保更高的精度。這種技術(shù)可以生產(chǎn)出符合精確技術(shù)規(guī)格和公差要求的零件。

大多數(shù)數(shù)控銑削零件的公差范圍在 +/- 0.001 英寸到 +/- 0.005 英寸之間，有些甚至高達(dá) +/- 0.0005 英寸。加工過程的自動化也限制了人為誤差，微銑削可以保證只去除部分厚度，避免影響零件的尺寸。

效率和重復(fù)性

數(shù)控銑削中心因其自動化程度高而產(chǎn)量大，先進(jìn)的銑床可以更快地生產(chǎn)出質(zhì)量和光潔度更加一致的零件。

廣泛的材料兼容性

該工藝適用于多種材料，包括金屬、塑料、玻璃和木材。這進(jìn)一步提高了其通用性，使其成為各種應(yīng)用的理想選擇。

人工勞動參與低

數(shù)控銑床的自動化和高產(chǎn)能大大減少了加工過程中的勞動力。這些機(jī)器還可以進(jìn)行實(shí)時工具銑削，確保更換工具時無需停止操作，因此，加工過程中只需極少的操作人員。

成本效益高

數(shù)控銑床可以更快、更精確地高效生產(chǎn)復(fù)雜的產(chǎn)品，這就減少了生產(chǎn)階段所花費(fèi)的時間。此外，較少的勞動力需求也進(jìn)一步降低了生產(chǎn)成本。

數(shù)控銑削的不足

機(jī)器成本高

數(shù)控銑床的初始投資成本高于傳統(tǒng)的手動設(shè)備，這會增加整體制造成本。

需要對操作員進(jìn)行培訓(xùn)

并非任何人都能操作數(shù)控銑床，從設(shè)計人員到程序員和機(jī)床操作員，都需要接受充分的培訓(xùn)，才能實(shí)現(xiàn)銑削加工的最佳效果。

高頻率的維護(hù)

銑床必須經(jīng)常維護(hù)，以確保其正常運(yùn)行并延長刀具壽命，這就增加了銑床的停機(jī)時間。

數(shù)控銑削的行業(yè)應(yīng)用

數(shù)控銑床的優(yōu)勢和多種應(yīng)用使多個行業(yè)受益匪淺。以下是一些行業(yè)應(yīng)用：

航空航天行業(yè)

銑削工藝能夠用鋁和鈦等材料制造航空航天零件，這些材料經(jīng)久耐用、重量輕。

汽車行業(yè)

為汽車工業(yè)制造的產(chǎn)品必須高效、精確。因此，數(shù)控銑削適用于生產(chǎn)內(nèi)飾板、驅(qū)動軸、氣缸蓋、變速箱、排氣部件、懸掛部件等。

醫(yī)療行業(yè)

醫(yī)療和手術(shù)工具通常具有獨(dú)特的設(shè)計，需要很高的精度。因此，數(shù)控銑床是制造此類部件的最佳方法之一。通過這種方式，可以在提高效率和生產(chǎn)率的同時保持精密性。

消費(fèi)品

數(shù)控銑削操作還有助于生產(chǎn)通用部件，這些產(chǎn)品包括螺母和螺栓、齒輪和軸、法蘭等。該工藝既適用于短期生產(chǎn)，也適用于大規(guī)模生產(chǎn)。

銑削加工的替代工藝

磨削

與銑削相比，磨削可以去除更堅(jiān)硬的材料，生產(chǎn)出表面更精細(xì)、表面光潔度更小的產(chǎn)品。許多產(chǎn)品在磨削前都要經(jīng)過數(shù)控銑削，但也有一些磨削是完全從毛坯上進(jìn)行的，使用的技術(shù)稱為磨料加工。當(dāng)需要去除的金屬很少，而表面光潔度和尺寸精度又非常重要時，通常會選擇磨削而不是銑削。

刨削或成形

銑床的起始成本遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于同樣可以加工相同尺寸工件的刨機(jī)或刨床。此外，安裝時間通常較長，銑削工具的成本可達(dá)其他類型設(shè)備的50倍。

刨削使用單點(diǎn)切削工具去除工件上的材料，它還能以直線運(yùn)動的方式有效去除大量材料。不過，這種工藝很難加工精密零件。

拉削

這種加工技術(shù)使用鋒利、淬硬、帶齒的刀具持續(xù)、準(zhǔn)確地去除工件上的材料。在拉削過程中，使用帶有不同尺寸凸齒的刀具，每次經(jīng)過都能精確地去除一定數(shù)量的材料。

在加工大批量工件時，拉削有時比銑削更具成本效益。但它也有缺點(diǎn)，比如加工過程較慢，在加工高硬度的材料時較困難。

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結(jié)論

數(shù)控銑削適用于多種高質(zhì)量應(yīng)用，無論其復(fù)雜程度如何。這種高性價比的制造工藝還能節(jié)省大量時間，確保運(yùn)行效率，加快產(chǎn)品上市速度。

常見問題

數(shù)控銑削和車削的區(qū)別是什么？

它們的區(qū)別在于操作模式。數(shù)控銑削是將工件固定在原位并旋轉(zhuǎn)切削工具，以塑造工件形狀。另一方面，數(shù)控車削使用固定的切削工具和旋轉(zhuǎn)的工件。

數(shù)控銑床可以制造什么產(chǎn)品？

只要有設(shè)計圖紙，銑床可以制造任何產(chǎn)品。您可以獲得常規(guī)和定制零件，無論其幾何形狀有多復(fù)雜。

數(shù)控銑床的成本是多少？

影響數(shù)控銑削成本的因素很多，包括原材料、零件設(shè)計、銑床類型、加工數(shù)量和后處理。每個因素都會影響數(shù)控銑削項(xiàng)目成本。