CNC 快速成型：速度、精度和灵活性

原型设计在产品开发中至关重要，因为它允许开发人员测试和改进他们的设计以优化性能。有不同的方法或技术可以创建快速原型，并且 CNC原型设计 就是其中之一。它包括测试、修改和多次迭代。

CNC 快速成型提供了有关产品功能、经济可行性和整体范围的想法。人们普遍认为原型与生产相同。本文将简要介绍 CNC 成型过程以及如何在产品开发项目中利用这项技术。

 

什么是快速 CNC 成型

数控快速成型

首先，快速成型是使用精简的生产流程在尽可能短的时间内创建用于测试目的（在某些情况下包括市场测试）的功能原型的过程。通常，3D 打印用于创建快速原型。然而，CNC 加工在快速成型中也很受欢迎，因为 3D 打印仅限于高性能合金，并且无法保持结构完整性。

快速 CNC 原型制作使用各种加工工艺，包括铣削、钻孔、攻丝、螺纹加工、开槽等。首先，CAM 软件会找到最佳加工路径，然后 CNC 机器会在设置适当的刀具并夹紧工件后执行该信息。

这意味着您可以选择多种用于原型制造的加工操作，从而为工程师提供设计灵活性。

• 材料通用性： CNC 机器可以加工金属、合金、塑料、复合材料和其他材料。
• 经济高效：使用 CNC 生产一些原型是具有成本效益的，并且还有一个简单的扩展选项可供您使用。
• 表面处理： CNC 机器为原型提供均匀的表面纹理。
• 结构完整性：CNC原型是一种减材制造方法，可以保持工件的原始属性完好无损。
• 缺陷和其他问题： 您可以使用 CNC 原型轻松检测设计中的各种缺陷。

此外，快速成型为未来的可扩展性提供了空间。经过不断的测试和寻找精细的解决方案，它可以轻松地完成从原型到成品的生产。 小批量生产 从中批量生产到最终的量产。同时，规模化生产的成本更高，因为它不需要单独的加工和程序。

CNC 原型制作操作

CNC 原型制作利用各种机械加工操作，包括 CNC 铣削、车削、钻孔等。对于这些过程，需要单独的工具，而某些要求可以执行所有这些操作。

1. 数控铣削

CNC 铣削原型

这是机械加工过程，其中旋转切削工具负责从固定工件上去除材料。多轴 CNC 铣床（3 轴、4 轴和 5 轴）可以精确制作高度复杂的原型。它可以切割、压平、钻孔、攻丝、镗孔并执行其他许多操作。 数控铣削原型 可用于平面和复杂的 CNC 加工原型。

2. 数控车削

CNC 车床或车削中心执行车削操作，其中机床为旋转工件提供动力并从表面去除材料，直到达到所需的几何形状。它非常适合圆柱形（轴对称）原型。此外，车削使用单点刀具。它们有助于在圆柱表面上创建线性图案或特征。

3. CNC车铣复合

它是 CNC 车削和铣削的结合，可以加工复杂和不规则的轮廓。在这里，工件和切削都可以旋转。事实上，铣削机可以使用多种工具来处理具有挑战性的几何形状。它可能比常规加工工艺更昂贵，最适合高性能和精密敏感的原型。

CNC 快速原型制作涉及的步骤

开发原型 数控加工 涉及从设计到表面处理的几个步骤。同时，每个步骤对于实现原型的预期规格至关重要。

CNC快速成型的时间步骤

以下是 CNC 原型制作过程的步骤；

第 1 步：设计最终确定

设计的最终确定是 CNC 加工原型制作的第一步。众所周知，数控机床根据上传的 3D 模型（或 2D 图纸）创建需要最终确定的零件。在此步骤中，设计师和专家工程师创建多种可能的设计，而不改变所需零件或产品的功能。该设计包括完整的尺寸， 公差、特点和定位。 一旦所有设计准备就绪，专家工程师就会选择少数最佳设计进行进一步处理。

第 2 步：创建 技术绘图（3D模型或2D绘图）

CNC 机床处理 3D 文件，例如 CAD 设计。因此，有必要将所选设计转换为 DWG 和 SLDPRT 等 3D 文件。在开发 3D 文件时，应根据成品的需求检查和验证所有尺寸、公差、特征和美观要求。

步骤3：识别加工工序

在此阶段，根据 3D 设计确定并最终确定加工步骤。确定制造顺序对于优化生产时间和材料至关重要。 CNC 机床可以执行许多任务，包括铣削、 CNC车削, 钻孔及 CNC铣削。因此，有必要根据设计中包含的功能来决定需要哪些程序以及按什么顺序进行。

第 4 步：生产

CNC加工操作

创建完成后，数控面板接收上传的 CNC 程序。 当工件安装在工具上时，机器开始运行。

一旦机器运行，它就会按照输入设置完成所有加工操作。 经过多次 CNC 加工操作，生产出所需的原型。 如果原型有多个零件，则需要单独制作原型并稍后进行组装。 此步骤对于原型是必要的，其中包括机械联动和互连组件.

步骤5：原型测试

生产完成后，原型要经过测试，这是使用数控机床快速原型制作最关键的步骤。在此阶段，将测试原型的功能和所有可能的故障情况。

其他几个因素，例如 CNC加工缺陷、耐用性、整体效率以及功能性在测试阶段进行分析。进行测试后，生产专家批准原型进行进一步生产。如果原型无法满足要求，则会分析替代设计并按照相同的快速原型制作顺序进行生产。

 

CNC 原型制作的优点

使用 CNC 加工进行快速原型制作具有多种优势，从材料选择选项到修改灵活性。 让我们详细概述其中一些。

1. 多样化的工作材料

与 3D 打印等增材制造方法不同，CNC 加工可与多种材料兼容。 它可以加工难加工材料。 CNC 加工的快速原型设计为开发人员选择材料提供了灵活性。 使用不同原材料制成时，也很容易了解其性能、经济可行性和外观。

我们公司提供多种材料用于快速数控加工服务，以下是一些常见的 CNC加工材料;

2. 原型设计的准确性

由于快速原型制作需要精确的制造，因此数控机床可以制造高精度的零件。 由于自动化生产，每次加工操作（例如切割、钻孔、车削、铣削等）都可以轻松实现严格的公差。 ±4 μm 的 CNC 公差很容易实现，这对于几乎所有类型的零件和产品来说都足够精确。

如果我们将数控快速原型制造与传统方法进行比较，它要准确得多。 它消除了人为错误的风险，并且可以将精确的零件创建为上传的 3D 设计。

3. 快速交货时间

由于自动化生产的性质，数控机床可以在几个小时内创建原型。 然而，从设计到测试的完整过程可能需要几天的时间。数控机床减少了制造和装配时间。 所有工具和设置都可以快速运行。 主轴转速、进给速度等情况并不限制原型的生产时间。

它提供了快速的交付时间，并允许开发人员在短时间内测试原型。如果出现任何缺陷，进行修改是非常有利的。使用 CNC 进行原型设计至关重要，特别是对于想要保持市场优势并超越竞争对手的开发人员而言。

4。 经济有效

使用 CNC 机床开发原型时，并不需要经常更换切削刀具。 这种现象缩短了生产时间。 凭借管理资源和质量的能力，原型制作的成本显着降低。 因此，这是一种经济高效的原型开发方法。

5. 易于修改

由于 CNC 原型制作是一个快速的过程，因此工程师可以在几个小时内修改零件和产品，以防出现缺陷或功能缺陷。 开发者可以在测试后快速刷模型。 它简化了测试并减少了出错的可能性。

6. 易于更改

数控机床是完全计算机控制的系统，可以将设计快速更改为 CNC G代码和M代码。如果您使用持续改进的概念，您可以快速适应和修改您的原型。另一方面，使用不同技术（例如 3D 打印和注塑成型）来修改和更改原型的成本会更高。快速设计和程序更改不仅可以节省金钱，还可以节省时间。

7. 优异的成绩

CNC 机器可为数百个原型提供高质量的制造。成品 CNC 加工原型具有功能性和高强度。加工后的表面光洁度也提供了 粗糙度 在范围内 Ra 3.2 微米， 与 3D 打印（Ra 15 微米）等其他方法相比，这相当不错。

8.复杂原型

CNC 制造的汽车零件复杂原型

原型与 复杂的几何形状 可以通过一系列 CNC 加工操作轻松创建，例如铣削、钻孔、车削、铣削等。 由于自动化生产，它还可以提供复杂零件的精度。

 

CNC 原型制作的缺点

CNC 加工在快速成型方面只有两个主要缺点，即材料浪费和某些功能的限制。  作为一种减材制造方法，CNC加工通过从工件上去除材料来生产零件。 

材料在去除过程中以碎屑的形式被浪费。实际上，您需要的材料比最终使用的材料要多。 接下来，当工具从上到下移动时，一些隐藏的几何图形可能难以制作。

 

快速数控成型的应用

CNC 原型用于不同行业，以测试新设计以及现有设计中的任何更改或优化。因此，汽车、航空航天、国防、医疗和许多其他行业都使用快速 CNC 加工来生产原型。

以下是最常见的行业；

汽车

无论是自行车、汽车、卡车还是公共汽车，每辆汽车的制造都需要测试和改进其零部件设计。这样，零部件才能执行预期的任务，并能长期可靠地运行。例如，悬架部件、传动齿轮、发动机部件等。

航空航天

每个部件的精度和可靠性对于航空航天安全至关重要。因此，航空航天制造业大量使用快速 CNC 原型制作来确保最高的质量和安全标准。一些 CNC 加工原型示例包括歧管、衬套、翼梁、保险丝玻璃部件、螺旋桨转子部件等。 

医疗行业

这是另一个精度和性能对于患者安全和正确的诊断结果至关重要的行业。CNC快速加工用于各种设备组件、手术器械和医疗植入物的原型制作。

CNC 加工医疗原型的一些例子是假肢部件、颅颌面植入物、骨科和牙科植入物、手术器械、定制骨板、医疗设备外壳等。

国防/军事 

国防工业在各种国防设备和战争的研发 (R&D) 项目中使用 CNC 原型制作。CNC 机器可以进行导弹部件、军用飞机、雷达外壳、战术装备原型等的原型制作。

 

CNC 原型金属和塑料

主要使用金属和塑料来生产快速 CNC 原型。选择取决于最终要求（属性、表面和特征）以及可用 CNC 设备的能力。

表：CNC 原型制作材料

课程教材	关键属性	典型原型	相对成本
铝板	重量轻、耐腐蚀、可加工性高	飞机部件、外壳、支架	$$
不锈钢	强度高、耐腐蚀、耐用	手术器械、结构件	$ $ $
钛	强度高、重量轻、耐腐蚀	航空航天部件、医疗植入物	$ $ $ $
黄铜	机械加工性能好、耐腐蚀、美观	装饰件、配件、电子元件	$$
铬镍铁合金	耐高温、耐腐蚀	涡轮叶片、排气系统	$ $ $ $
铜	优异的导电性和导热性	电气元件、热交换器	$$
ABS	坚韧、耐冲击、易于加工	外壳、消费产品原型	$
Polycarbonate	高抗冲击性、光学清晰度	保护盖、镜头、外壳	$$
PEEK	耐化学性高、高温下强度高	医疗植入物、航空航天部件	$ $ $ $
亚克力/PMMA)	光学透明度、耐候性好	展示盒、镜头、灯罩	$ $ $

 

为什么选择 CNC 加工进行快速成型？

CNC 原型展示了最终产品的行为方式，并为详细分析预期功能和性能提供了样本。这种科学的制造方法可以识别故障点并提供改进空间。 

如果您认为3D打印主要用于快速成型，您的想法可能不准确，可以查看《CNC 加工与 3D 打印” 来区分差异。用于快速成型。 

制造商和研究人员更喜欢 CNC 加工的原型，因为结构完整性和机械性能对于测试至关重要。它还提供各种材料选择，可以轻松选择最符合所需特性和性能的材料。此外，  按需制造 如果您向他们提供设计，服务就可以加工您的原型，这使得原型制作更容易、更快捷。

 

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常见问题

原型设计是什么意思？

原型设计是指根据概念创建零件或整个产品，以了解其外观和工作方式。原型的数量可以从几个到上百个不等，具体取决于产品的复杂程度和所需的验收测试。 

这种方法非常适合制作高精度、功能齐全且可重复性极佳的原型，使工程师和设计师能够快速高效地测试和验证其设计。访问 https://proleantech.com/cnc-machining/ 有关 CNC 加工服务的更多信息。

CNC 加工快速原型制作涉及哪些步骤？

共有五个步骤：设计定稿、创建 3D 文件、确定加工顺序、生产和测试。

1. 使用 CAD（计算机辅助设计）软件创建设计的 3D 数字模型。
2. 为您的原型选择合适的材料。
3. 寻找信誉良好的 CNC 加工服务提供商，例如 ProLean Tech（https://proleantech.com/cnc-machining/），提供 CNC 快速原型制作服务。
4. 将您的 3D 模型和材料规格发送给服务提供商。
5. 审查服务提供商提供的报价，如果满意，则继续原型制作过程。

为什么 CNC 加工是快速原型制作的最佳方法？

与注塑成型和 3D 打印等其他方法相比，它提供了广泛的材料选择、快速的交货时间、低成本、修改灵活性和精度。

使用 CNC 加工生产原型需要多长时间？

CNC 快速原型制造的周转时间取决于设计的复杂性、所选材料以及服务提供商的工作量。 通常，单个原型只需 1-3 天即可完成。 但是，交货时间可能会有所不同，因此最好与您选择的服务提供商讨论您的具体时间表。

CNC快速成型的费用是多少？

CNC 快速原型制作的成本取决于多种因素，例如：

• 材料类型和体积
• 设计的复杂性
• 所需原型数量
• 交货时间

要获得特定项目的准确报价，最好联系 CNC 加工服务提供商，例如 ProLean Tech (https://proleantech.com/cnc-machining/）以及您的项目详细信息。