关于 CNC 加工工艺、优势和应用

“CNC加工的一个关键特性是它能够生产具有严格公差和出色重复性的零件，从而提高整体生产的可靠性。”

CNC 加工涉及使用计算机来控制切割相关材料的机器。它可用于各种材料，例如泡沫和硬质金属。它用于制造家具和涡轮叶片。它们包括精度、表面光洁度、数量、材料和零件的复杂性，这些都会影响价格。本文将主要讨论如何 数控加工工艺 它如何运作、处理什么类型的材料、以及它适用于哪个行业。 

 

什么是数控加工？

数控加工

CNC 加工是一种制造工艺，其中物体由称为毛坯或工件的固体材料通过切削工具制成。CNC 加工不同于 3D 打印或注塑成型，因为它不会添加或塑造材料，而是减少或移除材料；这一事实影响了它的优点、缺点和设计。 

这种制造技术可以根据 CAD 文件生产出准确且高质量的物理部件，并且不需要工具。由于其自动化，CNC 也适用于小批量生产和中等数量的类似产品。CNC 机器用途广泛，可以切割多种类型的材料，例如铝、钢合金、黄铜等金属以及 ABS、Delrin 和尼龙等塑料。泡沫、复合材料和木材也用于 CNC加工工艺。 

CNC 工艺涉及几个步骤：首先，工程师必须使用计算机辅助设计或 CAD 设计零件。然后，机械师将 CAD 设计转换为 CNC 程序（G 代码）。此代码进一步转换为（M 代码），并允许机器加工预期的设计设备、零件或产品。最后，CNC 系统独自负责 精密加工 将材料的几何形状改变为最终零件所需几何形状的操作。 

（以下是有关 G 代码和 M 代码的更多详细信息指南。您可以从中获得更深入的见解 掌握 CNC 加工的 CNC G 代码和 M 代码.)

 

CNC加工过程的4个阶段

以下是CNC加工的四个阶段：  

第一阶段：CAD 模型设计 

第一步是使用 CAD 软件开发计算机辅助设计模型，以创建二维或三维模型。CAD 有两种形式：免费 CAD 和付费 CAD。在创建模型时，CAD 建模通常相对容易掌握。但是，如果零件很复杂，则可能需要经验丰富的设计师的服务才能获得正确的设计。CAD 模型是要制作的最终设计的数字版本。 

第 2 阶段：将 CAD 模型转换为 CNC 文件 

CNC 机器需要 G 代码才能正常运行。CAD 模型必须转换为 G 代码。一些 CAD 软件可以直接输出 G 代码文件。CAM 软件协助转换过程尽可能高效。有免费工具，但它们不如付费工具那么发达。G 代码是机器移动和执行操作所遵循的指令。

第 3 阶段：设置 CNC 机床 

CNC 机床控制切削刀具以生产高质量的产品。必须正确设置工件才能获得所需的加工结果。确保工件牢固地固定在机床床上。调整切削刀具和其他机床设置。确保所有模具和夹具均已正确定位。确保机床配置符合设计。这个阶段就像在使用打印机进行打印之前对其进行预热一样。 

第四阶段：执行加工操作 

按下机器的控制面板启动 CNC 程序。从提示中选择选项以设置特定设置和选项。程序启动后，机器自行运行。它会一直运行，直到程序完成或遇到异常。如果需要停止机器，操作员可以这样做。电源中断也会影响加工。

 

CNC加工的历史概述

CNC 是由 NC 技术发展而来的，NC 技术于 1952 年在麻省理工学院诞生。早期的 NC 技术诞生于 1949 年，并于 1958 年获得 CNC 专利，这对自动化过程起到了重大推动作用。机械加工的早期可以用发现一个碗来描述，这个碗是公元前 700 年在意大利发现的，当时人们发现了一个用车床制作的碗。机械加工自动化的最初步骤始于 18 世纪使用蒸汽机。第一个 CNC 系统是在 1940 世纪 1950 年代末在麻省理工学院使用穿孔卡设计的。它奠定了现代 CNC 系统的基础。在 1960 世纪 XNUMX 年代和 XNUMX 年代使用计算机之后，CNC 技术开始出现，并通过计算机控制增强了制造业。目前，CNC 机器可以被视为相当复杂的机器人系统，能够借助各种工具在多个轴上执行不同的操作，从而提高当代工业制造的生产率和精度。

 

零件制造的数控加工技术

现在是时候看看主要用于通过切削工具去除材料的数控机床了，这些机床是通用的和多功能的，除此之外，还有激光切割机、等离子切割机和电火花加工机床。还有其他数控机床技术吗

五轴数控加工 

3轴数控加工

第一种类型是用于 CNC 铣削和 CNC 车削的 3 轴 CNC 机床。这些机床允许切削刀具沿三个线性轴相对于工件移动：它在四个方向上移动；即在水平面、在垂直面、向前和向后以及上下。 

例如，CNC 铣削涉及将工件直接固定在机床床身上或虎钳上。高速旋转的切削刀具或钻头用于从工件上切削材料。这些刀具安装在可沿三个线性方向平移的主轴上。 

3 轴 CNC 铣床被广泛使用，因为它们可以很好地生成简单的几何形状。它们也不需要太多编程，而且相对容易操作，从而保证了首次加工成本的降低。然而，与 3 轴 CNC 铣削相比，5 轴 CNC 铣削的主要缺点是刀具对工件的接触有限。由于只有几个轴可以移动刀具，因此很难到达工件的某些区域。当工件必须旋转几次时，情况会变得更糟，这增加了劳动力和加工成本。（详细了解 3 轴 VS 5 轴 CNC 机床)

数控车削 

CNC车削

CNC 车削通常在车床上进行，工件安装在主轴上并高速旋转。中心钻或其他切削刀具保持在一定位置，以径向和纵向运动去除零件的外周或内周。 

数控车床更受欢迎，因为它们可以比数控铣床更快地生产零件，并且每个零件的成本更低，这在需要制造许多零件时非常有利。 

然而，CNC 车床的主要缺点是它只能生产圆柱形零件，例如螺钉或垫圈。 在这方面，其他工艺可能包括 CNC 铣削，以向相关零件添加不同的特征。 借助 5 轴铣车 CNC 中心，也可以一次性生产出所需的几何形状。

五轴数控加工 

5轴数控加工

5 轴 CNC 加工包括各种配置：包括 5 轴 CNC 铣削、连续 5 轴 CNC 铣削和带动力刀具的铣车中心。这些系统将额外的自由度集成到传统的铣削或车床工艺中。例如，5 轴 CNC 铣削中心的轴可以围绕机床、刀架或两者旋转，机床和刀架也可以在三个方向上移动。 

这些机器的功能多种多样，需要特定的仪器和专业的操作员，所有这些因素都提高了机器的价格。然而，对于需要拓扑优化的复杂或金属部件，3D 打印在其他时候更胜一筹。 

3+2 或 5 轴 CNC 铣床用于加工过程中，其中切削刀具可在三个方向上移动。在操作中，机床和刀头可以旋转，这就是无需物理移动工件即可改变工件位置的方式。 

分度式 5 轴系统的主要优点是，在处理形状复杂的零件时，加工速度比 3 轴 CNC 铣床更快、更准确。然而，它们不如连续式 5 轴 CNC 加工那样灵活，并且没有自由形状切割。  

5 轴 CNC 铣床允许切削刀具在所有操作过程中沿着工件旋转方向在所有三个线性方向上连续移动。这种布置使得制造复杂且有机形状的部件成为可能，而使用其他技术则无法以相同的精度制造这些部件。  

CNC镗孔 

数控镗孔

铣床，特别是采用 CNC 技术的铣床，用于高精度地定位和自动移动切割头。 数控镗孔 钻孔本身就是将孔加工成比所需尺寸更大的孔，仅此而已。这可以通过将工件旋转地送入固定刀具，将旋转的刀具送入固定工件，或使用固定刀具送入旋转的工件来完成。钻孔也可以水平、垂直或以任何角度进行。通常，操作速度较低，进给率降低以最大限度地减少颤动和噪音，从而获得更好的表面光洁度。 

相关： 中国数控加工服务终极指南

 

影响数控加工成本的因素有哪些？

以下因素影响零件项目的加工成本。

设备和机械 

CNC 加工中使用的工具包括铣床和车床。CNC 铣床的初始投资范围很广：基本型号的成本约为 50,000 美元。相比之下，复杂的多轴型号的成本将超过 XNUMX 万美元。这些成本包括设置系统的成本、维护系统的成本以及对生产零件成本有直接影响的其他成本。 

模具成本 

确实，切削刀具的选择直接影响加工成本。例如，耐磨、耐热和其他类型抗应力的硬质合金刀具每件成本可能约为 100 美元，而不太复杂的工具钢每件成本可能约为 40 美元。此外，刀具成本是设置的一部分，但它提高了制造过程的效率和精度。 

材料成本 

所用材料的类型是决定 CNC 加工成本的最关键方面之一。定价取决于材料的类型和等级： 

• 铝的购买价格大约为每磅2美元。 
• 不锈钢的购买价格为每磅 5 至 20 美元，具体取决于等级和当前市场价格。 
• 材料成本还取决于强度、耐腐蚀性和易于加工等因素。 

设计和 CAM 准备 

首先在计算机上借助 CAD（计算机辅助设计）系统设计要加工的部件。设计优化和 CAM（计算机辅助制造）编程的设置成本根据复杂性而有所不同：设计优化和 CAM 编程成本基于以下内容： 

• 一个项目的 CAD 设计费用通常在 500 美元到 5,000 美元之间，具体取决于零件的复杂性和优化水平。 

生产量 

CNC 加工的生产量直接影响单位成本。由于设置成本不变，将这些成本分摊到更多零件上可以降低每个零件的成本。例如，由于规模成本和机器的有效使用，制造 100 个零件可能比制造 10 个零件更便宜。 

精加工作业 

其他操作，如表面处理和质量控制，也会影响 CNC 加工部件的成本。其他费用，例如阳极氧化或粉末喷涂操作，每件成本约为 10 至 50 美元。这些流程可以改善项目的美观性和功能性，但会增加成本。

相关： CNC 加工成本优化策略

 

CNC加工常用材料

CNC 机床可以加工各种材料，所有这些材料都有切削条件，例如速度和进给。最常用的材料包括

金属制品

金属是最常见的材料，具有出色的 可加工性 CNC 加工中使用的所有材料中，金属加工使用的最多。这些机器可以加工任何类型的金属，从相对容易加工的 CNC钛合金 和黄铜到复杂的镍材料，如 Inconel。这些用于制造金属原型，例如注塑模具、轴、齿轮等。 

（从我们的综合指南中了解有关材料特性和加工属性的更多信息， 采用先进数控加工技术生产铝制散热器.)

塑料

几乎所有的塑料部件都是通过注塑成型制造的，但偶尔也会使用数控加工来成型一些 热塑性材料 零件。最受欢迎的材料类型是 ABS、尼龙和聚碳酸酯。阀体、衬套和注塑成型的原型都是使用塑料加工制成的，因为它们比实际的注塑成型工具便宜；在制造实际的注塑成型工具之前，这些零件会进行功能测试。（详细了解  塑料 CNC 加工 – 用于 CNC 加工的塑料类型)

木材 

CNC 路由器主要用于切割木材，比大多数金属切割 CNC 机器便宜。木材加工在木工中应用广泛，尤其是装饰木材的加工。其中一些用途包括生产家具、窗户和装饰门，以及木制品的其他用途。 

发泡

闭孔和开孔聚氨酯泡沫也适用于 CNC 加工。泡沫块可以借助 CNC 路由器雕刻，以制作专属于所需物品及其价值的包装。该产品的另一个例子是工具箱中使用的泡沫插入物，这种插入物的主要功能是防止工具在运输过程中移动。 

复合材料

CNC 加工也用于加工芳纶、玻璃纤维和碳纤维等复合材料。这些 数控复合材料 复合材料是刚性材料，切削刀具很快就会变钝。在航空航天和船舶工业中，复合材料在成型后被切削成紧固件孔和装饰件。 

 

数控加工优势

精密 CNC 加工具有多种优势。让我们来探讨一下其中的一些核心优势；

精密且准确

CNC 加工可以描述为一种过程，其定义是由于工具的控制和机器的操作，能够在工作过程中实现高精度。这使得制造的零件能够具有较小的 CNC加工公差 各个批次的尺寸均保持精确，并且不同区域的质量均保持较高水平。 

生产效率

CNC 机床的另一个优点是速度快，因为它们的材料去除率和几何生产效率高。此功能有助于减少 生产周期时间 并增强制造灵活性以满足客户的需求。 

成本效益

开始 CNC 加工时会产生一些费用，但从长远来看，费用会少得多。通过减少生产特定产品所需的设备数量、合理使用资源和减少浪费，它有助于长期降低单位成本。第二个优点是自动化减少了雇用劳动力的程度，同时提高了公司的生产力。 

先进的技术能力

现代 CNC 系统的一些功能包括多轴加工和自动换刀装置。这些功能使机器能够在很少或根本不需要人工输入的情况下完成加工操作中的各种工序。这可以提高生产率和生产线的多功能性，同时将 CNC 加工缺陷降至最低。

多种材料的多功能性

CNC 机床可加工任何类型的材料，包括铝、钢和钛等金属、ABS 和尼龙等塑料以及碳纤维等复合材料。每种材料类型的加工根据材料而不同，可用于许多行业。 

 

CNC 加工与其他制造技术的比较

让我们将 CNC 制造工艺与其他制造方法区分开来。

3D打印

3D印刷

数字设计和 3D 打印使用不同材料分层构建组件，适合快速成型和大规模定制。不过，其生产速度相对较慢，与 CNC 加工相比，可用于生产的材料类型最适合大规模生产。 

 注塑

注塑模具

注塑成型迫使材料通过喷嘴进入模具，以快速廉价地生产大量类似物品。当需要同时生产许多产品时，此过程最适合，最终产品应便宜、高质量且生产速度快，尤其是在需要高周转率的行业。如果您想通过比较两者的优缺点和选择条件来了解两者之间的区别，以下是我们的帮助指南， CNC 加工与注塑成型：有何区别?

压铸

压铸

压铸是一种将熔融金属在高压下压入模具以制造薄壁复杂部件的技术。它在汽车工业中用于制造汽车车架和飞机机身，以及制造强度、耐用性和准确性至关重要的机器和工具。

 

CNC加工零件制造中使用的基本术语

许多数字软件在设计零件的宏观方面受到阻碍 微型数控加工 项目。一些最常用的软件如下：

计算机辅助设计（CAD） 

CAD 在 CNC 加工中非常重要，因为它涉及通过计算机设计零件并创建 2D 或 3D 模型。它将设计分为易于可视化的部分，如果设计复杂，则可准备生产。一些流行的 CAD 软件包括 AutoCAD 和 FreeCAD，但 FreeCAD 更加用户友好。CAD 可以创建精确的模型并规定零件设计的复杂细节，因为设计在制造之前会得到改进。 

（您想了解更多关于在计算机加工中解释 CAD 二维和三维模型的信息吗？以下是我们的详细指南， CNC 加工的 2D 绘图解释 & CNC 加工 3D 绘图解读指南) 

计算机辅助制造 (CAM) 

CAM 是 CNC 加工中必不可少的步骤，因为它可以从 CAD 文件生成机器代码。这种自动化有利于从设计概念到制造时间优化加工指令。CNC 机器连接到 CAM 软件，这有助于确定最佳刀具路径和制造流程，从而能够在最短的时间内以极高的精度完成复杂的动作。这可以提高效率，因为一些流程是自动化的，并且 CNC 机器的利用率得到了很好的控制。 

分布式数控（DNC） 

DNC 系统允许将多台 CNC 机床连接到服务器进行数据处理和命令传输。这种设置提高了对加工操作的控制，尤其是在受各台机床内存限制的领域。 

制造数据收集 (MDC) 

制造数据收集 (MDC) 对于获取特定时间生产线上的 CNC 机器和操作员的状态至关重要。它控制生产和 KPI 的主要指标，并尽快识别关键点。MDC 软件有助于 CNC加工制造商 根据获得的数据和对制造过程的了解来提高生产线效率。  

G代码和M代码 

G 代码和 M 代码在 CNC 加工中非常重要，因为它们控制设备的运动和活动。G 代码是一种代码语言，用于在加工过程中控制轴（X、Y、Z）和刀具路径。它是字母和数字的混合。G 代码上的每个符号都等同于机器应该执行的一些动作，因此是预期的。另一方面，M 代码控制不同的方面，例如冷却液流动和刀具更换等，使 CNC 机器在制造过程中更加灵活。 

 

小批量生产与大批量生产：该选择哪一个？

小批量生产和大批量生产各有优缺点，因此，选择取决于业务需求。以下是比较结果，以帮助您做出决定。

小批量制造

小批量制造涉及少量产品的生产。它适合新公司和那些投资资金有限的公司。它也有助于将新产品推向市场。通常，它是一个小批量生产，范围从十到几百个单位。这种方法通常应用于原型设计阶段。它有助于在开始实际大批量生产之前增强产品。 

小批量生产的好处

小批量制造的好处如下； 

小批量制造非常灵活。组织可以轻松地在业务环境中更改设计或流程。这对于测试和校准目的很有用。它还支持产品的定制。它可以轻松满足客户的特定需求。另一个优点是初始成本也较低。降低生产的单位数量直接导致材料和设备支出减少。这降低了财务风险。这对初创企业和小型企业有利。 

小批量生产的局限性 

小批量生产有以下缺点：  

然而，这种方法也有缺点。一个缺点是，单位成本高于其他生产方法。固定成本分摊到较少的单位上。这使得每个单位的成本更高。挑战大型制造商变得更加困难。另一个挑战是，生产时间比生产铝门的时间更长。这意味着生产较少的单位可能会很耗时。这可能会抑制公司进入市场和按时交付订单的能力。  

大批量制造

大规模生产或大批量制造意味着生产许多产品。它适用于客户流量稳定的组织。通常，它指的是生产大量产品，无论是数千件还是数百万件。这种方法有助于保持产品在市场上的持续供应。 

大批量生产的好处：  

大批量生产有以下好处： 

大规模生产相对其他形式的生产来说更便宜。单位成本较低。这些成本分摊到许多单位。这使得可以为客户提供有吸引力的价格。速度和一致性也是其中的一些好处。实现了规模经济。交货时间更短，产品质量在任何时候都不会受到影响。这使得企业能够在尽可能短的时间内快速满足高需求。 

大批量数控加工的缺点

也有缺点。一个是灵活性有限。建立生产线后，改变生产线变得困难且成本高昂。这妨碍了企业响应市场趋势或客户需求的灵活性。该系统的另一个缺点是最初需要大量资金来建立。大批量生产需要大量投资于机械和设施。这是小型企业或初创企业面临的挑战。在全面生产之前，很难测试新产品。如果您仍未决定选择哪一个，请从我们的综合指南中获取更多信息， 为什么小批量数控加工对您的企业来说是一个优势？)

 

CNC 加工应用和能力

以下是 CNC 加工在各个领域的一些常见用途；

航天：

CNC 加工是航空航天制造中的关键工艺，因为它用于制造对飞机安全和性能至关重要的部件。它用于制造复杂形状的部件，例如涡轮叶片和飞机结构部件，精密 CNC 加工公差严格至 ±0. 005 毫米。这些是最小的间隙，这使得零件即使在不利条件下也能很好地配合并正常工作。 

CNC 技术至关重要，尤其是在零件的精确几何形状至关重要且无法妥协的行业中。它能够重复制造复杂形状和高精度零件，这对于航空航天零件的耐用性至关重要。从发动机到机身结构的强度，CNC 加工是航空航天制造的核心工艺，因此是航空技术和安全性进步的重要因素。 

汽车：

在汽车行业，数控加工至关重要，因为它为汽车制造提供了精度，尤其是在发动机气缸和传动系统的生产中。该技术提供了高精度公差带，通常约为±0 毫米至±01 毫米，这对于汽车零件的性能和耐用性至关重要。保持这些公差可消除装配问题并提高车辆质量。数控加工在需要满足特定标准且精度至关重要的行业中至关重要。它有助于汽车行业经济地生产复杂形状，从而提高汽车的效率和耐用性。从高性能发动机到可靠的传动系统，汽车制造过程仍然受益于数控加工。 

医疗设备：

CNC 加工在精密医疗器械和仪器制造中至关重要，因为精度决定了患者的安全和治疗的效率。它特别适合生产精度为 ±0 毫米的手术工具和单个骨科植入物，从而确保医疗应用中的正确配合和性能。在形状复杂的医疗器械中，CNC 技术可满足医疗行业的要求。它还通过在医疗保健系统中使用技术和新的医疗创新来帮助改善生活质量。 

电子产品： 

外壳组件

CNC 加工可生产公差最小的外壳、连接器和散热器，公差通常在 ±0.03 毫米至 ±0.1 毫米范围内。值得注意的是，如此小的尺寸对于维持不同应用领域中各种电子设备的质量和可靠性至关重要。CNC 技术用于获得电子设备及其功能所必需的更精细的细节。在消费电子和工业用途中，CNC 加工在开发技术和市场上电子产品的可靠性方面的作用不可低估。 

 

尾注

有了上面强调的信息，您现在对 CNC 加工有了足够的了解。虽然 CNC 加工是一种古老的工艺，但它作为一个行业仍在不断进步。无论是在为即将到来的制造过程寻找机器的过程中，还是在比较各种类型的 CNC 技术的过程中，这些知识都将帮助您做出正确的决定以满足您的制造需求。如果你想要高品质 机加工服务，您可以加入我们的平台。我们是中国一家通过 ISO 认证的服务提供商。无论您需要从小批量到大批量的零件，我们的教职员工都会从头到尾为您提供帮助。立即上传您的 CAD 文件或联系我们获取即时 CNC 报价

了解更多：

加工机器人：精度和速度

锌加工：合金、工艺和应用