CNC加工已成為制造業(yè)中生產(chǎn)零部件和產(chǎn)品最靈活可靠的方式之一，該工藝可用于加工包括金屬、塑料和復(fù)合材料在內(nèi)的不同材料。

然而，盡管CNC加工靈活且高效，但如果你想要制造出高質(zhì)量的產(chǎn)品，了解加工設(shè)計(jì)和機(jī)床操作非常重要。本文我們將討論有關(guān)CNC加工設(shè)計(jì)的基本原則、加工限制以及優(yōu)化建議。請(qǐng)繼續(xù)閱讀。

CNC加工設(shè)計(jì)的基本原則

以下是設(shè)計(jì)CNC加工時(shí)需要考慮的一些方面。

• 設(shè)計(jì)零件時(shí)，應(yīng)考慮能用常規(guī)刀具進(jìn)行加工，這有助于確保加工速度更快，同時(shí)無(wú)需使用專用刀具；
• 溝槽的深度不應(yīng)超過(guò)其寬度的四倍，否則會(huì)使加工變得困難；
• 在設(shè)計(jì)時(shí)，要考慮機(jī)床的加工行程機(jī)器參數(shù)，避免出現(xiàn)加工問(wèn)題。

CNC加工設(shè)計(jì)的限制

誠(chéng)然，CNC加工具有多功能性，但并非所有設(shè)計(jì)都能實(shí)現(xiàn)。換言之，你需要了解一些限制和約束條件，以確保加工順利進(jìn)行。CNC加工設(shè)計(jì)的兩大主要限制是：

刀具幾何形狀

大多數(shù)CNC切削刀具的切削長(zhǎng)度有限。它們也基本都是圓柱形，意味著在從工件上移除材料時(shí)，這些切削刀具會(huì)將其圓柱形幾何形狀傳遞給工件。這就是為什么無(wú)論切削刀具的尺寸有多么小，工件的拐角處總會(huì)有一個(gè)圓角半徑的原因。

刀具可達(dá)性

在加工深度與寬度比較大的工件時(shí)，刀具可達(dá)性成為一個(gè)主要問(wèn)題。這個(gè)問(wèn)題是因?yàn)镃NC機(jī)床是從上方將切削刀具作用于工件上進(jìn)行切割的。

將零件或組件的特征與六個(gè)主要方向之一對(duì)齊是減輕刀具可達(dá)性問(wèn)題的一種方法。此外，使用具有出色工件夾持能力的五軸CNC加工可以很大程度提高刀具限制。

CNC加工設(shè)計(jì)指南

在CNC加工領(lǐng)域，通常沒(méi)有一套被廣泛接受的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)。這主要是因?yàn)樵撔袠I(yè)和所使用的機(jī)床在不斷發(fā)展。然而，一些實(shí)踐和建議將有助于提高你的CNC設(shè)計(jì)可制造性。

內(nèi)部邊緣

在創(chuàng)建內(nèi)部邊緣時(shí)，垂直角半徑應(yīng)至少為型腔深度的三分之一。如果你使用指定的角半徑，則應(yīng)該選擇建議型腔深度的直徑刀具。

角半徑略高于建議值，從而產(chǎn)生質(zhì)量更好的表面光潔度。如果你需要90度角，建議使用T型刀。

孔

為了創(chuàng)建孔，可以使用鉆頭或端銑刀。在確定孔的直徑時(shí)，最好使用標(biāo)準(zhǔn)鉆頭尺寸作為參考，其單位可以是公制或英制。

從技術(shù)上講，任何在工具尺寸范圍內(nèi)的孔都是可行的。機(jī)床操作人員通常使用鉸刀和鏜刀工具來(lái)完成需要在精確公差范圍內(nèi)的孔。對(duì)于需要高精度且小于20毫米的孔，建議使用標(biāo)準(zhǔn)尺寸。
在設(shè)計(jì)CNC加工的零件時(shí)，建議孔的深度是其直徑的四倍，超出也是可行的，取決的工具的范圍，但通常這個(gè)比值不超過(guò)十倍。

螺紋

在設(shè)計(jì)CNC加工產(chǎn)品時(shí)使用的最小螺紋尺寸通常是M2，但M6或以上會(huì)更為理想。制造商可以使用CNC螺紋切削機(jī)床來(lái)切割小至M6的螺紋，從而降低絲錐斷裂的風(fēng)險(xiǎn)。

最小螺紋長(zhǎng)度應(yīng)為其直徑的1.5倍，而建議長(zhǎng)度是正常值的三倍。對(duì)于任何小于M6的螺紋，必須在孔底添加一段未螺紋的長(zhǎng)度，其長(zhǎng)度為名義直徑的1.5倍。對(duì)于大于M6的螺紋，最好在整個(gè)孔上加工螺紋。

型腔和凹坑

由于端銑刀工具的切削長(zhǎng)度有限，建議CNC設(shè)計(jì)的型腔深度為其寬度的四倍。較低的深度與寬度比值會(huì)導(dǎo)致切屑排出量增加、刀具偏轉(zhuǎn)和振動(dòng)。

標(biāo)記或凸起文字

你可能需要在零件上標(biāo)記零件編號(hào)或公司名稱。在定制CNC設(shè)計(jì)中添加文字看起來(lái)很酷，但處理起來(lái)很耗時(shí)。通常，電化學(xué)蝕刻或激光打標(biāo)效果更好。

CNC加工零件設(shè)計(jì)的實(shí)踐

掌握加工實(shí)踐并了解CNC的基礎(chǔ)知識(shí)，有助于確保零件的高質(zhì)量。以下是根據(jù)加工類型，在CNC加工零件設(shè)計(jì)時(shí)需要考慮的一些因素。

1. CNC銑削設(shè)計(jì)

CNC銑削是一種使用圓形刀具快速?gòu)墓ぜ先コ牧弦垣@得所需形狀的加工技術(shù)。銑床有多種設(shè)計(jì)，從3軸到12軸不等。

1.1 常用切削刀具

在構(gòu)思CNC零件設(shè)計(jì)想法時(shí)，要考慮CNC銑削中常用的多種刀具，如端銑刀。如果可以選擇常用刀具來(lái)制作出所需特征和幾何形狀，將大大降低成本和縮短交貨期。

此外，在設(shè)計(jì)時(shí)還要考慮刀具的標(biāo)準(zhǔn)尺寸，因?yàn)榘霃叫∮跇?biāo)準(zhǔn)的設(shè)計(jì)會(huì)導(dǎo)致設(shè)計(jì)復(fù)雜化和成本增加。

1.2 避免尖銳的內(nèi)角

使用銑削刀具無(wú)法實(shí)現(xiàn)尖銳的角。原因是所使用的切削刀具都是具有圓弧的。要使用CNC銑床，零件中角加工后會(huì)有一個(gè)非常小的半徑，且半徑大于用于創(chuàng)建它們的刀具。當(dāng)斜面與垂直壁或銳邊相遇時(shí)，需要倒角。除非表面是平坦且與刀具垂直，否則方形或球頭端銑刀總會(huì)在工件的壁和下方表面之間留下材料。

1.3 避免深窄槽

較長(zhǎng)的刀具通常會(huì)振動(dòng)和偏轉(zhuǎn)，從而導(dǎo)致表面粗糙。因此，端銑刀的切削深度對(duì)于切削塑料件不應(yīng)超過(guò)其直徑的15倍，對(duì)于切削鋁等軟金屬不應(yīng)超過(guò)其直徑的10倍，對(duì)于切削鋼等硬金屬不應(yīng)超過(guò)其直徑的5倍。

例如，在一個(gè)經(jīng)過(guò)機(jī)加工的鋼制零件上，使用寬度為0.55英寸的0.5英寸端銑刀切割的槽不應(yīng)深于2.75英寸。由于前面提到的內(nèi)倒角半徑也取決于此處的刀具直徑，因此其內(nèi)半徑都應(yīng)大于0.25英寸。

1.4 采用盡可能大的內(nèi)半徑

刀具越大，每次去除的材料就越多，從而減少了加工時(shí)間和成本。在設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)始終使用允許的最大內(nèi)半徑。在可行的情況下，避免使用小于0.8毫米的半徑。

此外，使倒角略大于端銑刀的半徑；例如，使用0.130英寸（3.3毫米）的半徑而不是0.125英寸（3.175毫米）。銑刀將沿著更平滑的路徑移動(dòng)，使表面更加光滑。

2. CNC車削設(shè)計(jì)

CNC車削是一種在車床上加工出具有軸向?qū)ΨQ和圓柱幾何形狀的零件的加工過(guò)程。該過(guò)程包括將工件固定在旋轉(zhuǎn)卡盤上，同時(shí)用切削刀具將其切割成所需形狀。這種加工過(guò)程可獲得更好的表面光潔度和更緊密的公差。

以下是一些使用車床進(jìn)行CNC切割的設(shè)計(jì)技巧：

2.1 避免尖銳的內(nèi)角和外角

在設(shè)計(jì)CNC加工零件時(shí)，重要的是要避免內(nèi)角和外角都過(guò)于尖銳。給內(nèi)角添加半徑是確保刀具不會(huì)觸及更大表面的一種方法。另一種方法是稍微傾斜陡峭的側(cè)壁，由于所需工序更少，因此使用單一車床刀具加工輪廓會(huì)更簡(jiǎn)單。

2.2 避免細(xì)長(zhǎng)零件

避免使用細(xì)長(zhǎng)且經(jīng)過(guò)車削的零件，因?yàn)樗鼈兏菀仔D(zhuǎn)不均勻并與刀具發(fā)生顫動(dòng)。在制作細(xì)長(zhǎng)零件時(shí)，請(qǐng)嘗試在自由端留出中心鉆孔的空間，并使用中心裝置使零件保持直線旋轉(zhuǎn)。此外，作為一般準(zhǔn)則，請(qǐng)保持長(zhǎng)度與直徑的比率在8:1或以下。

2.3 避免薄壁

與銑削類似，過(guò)度去除材料會(huì)對(duì)零件造成不必要的應(yīng)力。壁太薄也會(huì)降低剛性。然而，薄壁使得難以保持緊密公差。這就是為什么在CNC加工設(shè)計(jì)中，最好將車削部分的壁厚保持在0.02英寸以上。

2.4 特征對(duì)稱性

添加到車削零件上的每個(gè)特征通常都需要圍繞旋轉(zhuǎn)軸對(duì)稱。如果添加不是軸向?qū)ΨQ的幾何形狀或特征，將需要更復(fù)雜的加工和設(shè)置。

有時(shí)需要在車削零件上添加不是軸向?qū)ΨQ的特征，這可能需要不同的操作。即使在這種情況下，也可以保持一定的對(duì)稱性。

3. 鉆孔設(shè)計(jì)

這是指在工件上創(chuàng)建孔的操作。此操作使用的工具具有錐形尖端，使其能夠在加工過(guò)程中深入材料。
在創(chuàng)建旨在用于CNC鉆孔的設(shè)計(jì)時(shí)，請(qǐng)考慮以下建議：

3.1 適當(dāng)?shù)目咨?/h4>

鉆孔深度建議不超過(guò)鉆頭直徑的12倍。原因是長(zhǎng)度等于或超過(guò)此長(zhǎng)度的鉆頭會(huì)失去剛性，無(wú)法保持緊密公差，并且更容易斷裂。此外，如果需要挖得更深，請(qǐng)考慮增大孔徑。

但是，如果必須鉆深孔，另一種選擇是從零件的兩側(cè)鉆孔。請(qǐng)注意，由于這需要二次加工設(shè)置，因此制造過(guò)程將花費(fèi)更長(zhǎng)的時(shí)間和更高的成本。

3.2 保持鉆頭軸線垂直于表面

為防止鉆頭尖端偏移，鉆頭軸線應(yīng)與表面垂直。在圓形物體表面加工出的淺而平坦的凹坑通常可以使鉆頭垂直于零件表面進(jìn)入。最好使用導(dǎo)向孔來(lái)解決這一挑戰(zhàn)，盡管這一選擇在CNC機(jī)床編程中是必要的。

3.3 避免穿過(guò)型腔鉆孔

在規(guī)劃CNC設(shè)計(jì)的鉆孔位置時(shí)，請(qǐng)確保該孔不會(huì)穿過(guò)工件的型腔。如果必要，鉆孔可以略微與型腔相交，但不能直接穿過(guò)。

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盡管CNC加工功能多樣，但如果在加工中設(shè)計(jì)沒(méi)有得到很好的優(yōu)化，就會(huì)生產(chǎn)出低質(zhì)量的零件。這還可能造成浪費(fèi)，并大幅增加CNC加工成本。那么，有什么解決方案呢？那就是選擇韋克的CNC加工服務(wù)。

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常見(jiàn)問(wèn)題

用于設(shè)計(jì)CNC零件的軟件是什么？

用于CNC設(shè)計(jì)的軟件稱為計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)（CAD）。該軟件創(chuàng)建設(shè)計(jì)，然后將其傳輸?shù)接?jì)算機(jī)輔助制造（CAM）。CAM再將設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)換為G代碼，這是CNC機(jī)床能理解的語(yǔ)言。

選擇CNC機(jī)床的標(biāo)準(zhǔn)是什么？

選擇CNC機(jī)床時(shí)，需要考慮速度、剛度、承重能力和刀具壽命這四個(gè)主要因素。采用直線導(dǎo)軌的CNC機(jī)床通常速度更快，但更適合輕載應(yīng)用。