数控加工
CNC加工是一种先进的减材制造工艺，使用计算机控制的机床操作和操纵材料。计算机程序指导切削刀具和其他机器部件的操作。
这个自动化且高精度的过程从零件的计算机辅助设计 (CAD) 开始，然后是 CNC 程序创建、机器设置、加工过程，最后是精加工步骤。
CNC 加工不仅是一种能够实现严格公差的精密工艺，而且具有可重复性、成本效益高、不易出错、设计和材料通用性强等特点。
其多功能性延伸至各种可用的操作——数控铣削、数控车削、数控孔加工等等。这些工艺可以根据零件的复杂程度组合使用。
由于 CNC 加工具有如此多的选项和功能，因此值得从加工项目一开始就聘请 CNC 加工专业人员来优化时间、材料选择、成本等。
继续阅读有关 CNC 加工的更多详细信息以及它如何为您的项目增加价值。
什么是数控加工？
计算机数控 (CNC) 加工是一种先进的减材制造工艺，制造商看重其成本效益、精度和准确度。他们用它来制造上市产品，并 原型.
该过程涉及一种特定的机制，使 G 代码程序能够控制精确的材料去除操作。
G代码是数控机床中使用的一种特殊数控编程语言。它是一种“几何代码”，用于指示机床的位置、速度和时间。
大多数 CNC 加工都是通过传统切割操作进行的，但也有激光切割、水刀切割和电火花加工 (EDM) 等操作，其联系在于计算机控制的精度。
数控机床的基本部件包括输入设备、机床控制单元 (MCU)、驱动系统、机床、反馈系统和显示单元。对于数控车床等传统机床，还包括尾座、主轴箱、卡盘和冷却系统。
CNC 加工因其能够重复生产精确的零件、处理不同种类的操作而广受欢迎 物料并大规模、经济高效地运营。
CNC加工的历史
数控 (NC) 机床的先驱可以追溯到 20 世纪 40 年代，当时技术进步尚未带来现代数控加工能力。许多最初的数控加工成果被广泛归功于约翰·帕森斯 (John Parsons) 及其穿孔卡的创新。
打孔卡
CNC加工最初用于铣床自动化，旨在缩短设计和向铣床输入指令的时间。最初，对专业机械师的要求是一个巨大的挑战。
这促使麻省理工学院（MIT）开发一种用于自动坐标生成的编程语言。
随着时间的推移，计算机得到了显著的进步，变得更加普及，使得 CNC 加工变得高效、多功能且经济高效， CNC精密加工件.
数控机床基础知识及工作流程
从根本上讲，数控机床的设计目的是使用数控程序来加工零件。数控机床的制造过程可以分为四个主要步骤：CAD 模型设计、数控机床准备、CAD 文件转换为数控程序以及加工操作。
在这些步骤中，多个机器部件协同工作以实现最终结果。CNC控制器读取程序，机床轴按预定方向移动，切削刀具在主轴上旋转（如适用），工作台固定工件等等。
步骤1：CAD模型设计
CAD 模型
第一步是生成 3D CAD 设计，其中包含几何类型、要加工的材料量以及几何尺寸和公差 (GD&T) 等信息。
步骤2：CAD文件转换
下一步是为 CAD 模型生成 G 代码。您需要向 CNC 机床输入它能理解的指令。此过程涉及 CAM（计算机辅助制造）程序，该程序位于机床的计算机中。转换是手动还是自动完成取决于具体的 CNC 机床。
步骤3：数控机床准备
CNC 机器设置
当谈到为 CNC 机器准备任务时，这主要需要确保 CNC 程序已上传到机器。
第 4 步：加工操作
加工操作之前，需要先设置机床进刀运动。然后，数控机床即可执行程序，使用 G 代码指令加工工件。
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关于 CNC 编程的更多信息
CNC编程是指应用一组命令来指导CNC加工过程。CNC机床最流行的编程语言是G代码，也称为RS-274D。G代码通常以字母“G”开头，每个代码指示特定的机床运动。
以下是一些常见的 G 代码及其含义：
一些 G 代码及其含义
除了 G 代码外，还有 M 代码（杂项代码）。这些命令用于非几何操作，例如关闭机床和激活冷却液。
这些代码以“M”开头。以下是示例：
M00 – 程序停止
M02 – 程序结束
M05 – 主轴停止
CNC加工中的公差
公差规范是数控加工CAD综合设计的核心。设计师必须了解主要公差类别的应用及其成本影响。
更严格的加工公差通常成本更高，因为实现起来更具挑战性。如果未提供公差，建议至少采用±0.1毫米的标准公差。否则，设计师应提供包含三个公差的二维图纸。
定义 CNC 加工零件的主要公差类型是尺寸公差、几何公差 (GD&T)、表面纹理公差、配合和极限公差（孔/轴系统）以及位置和基于基准的公差。
尺寸公差
它适用于直径、厚度、长度和其他特征尺寸。角度公差和线性公差属于此类。如果图纸中未注明，机械师应使用 ISO 2768-1 来规定一般公差。
表 1：CNC 加工中的线性公差
几何公差（GD&T）
GD&T 类别用于描述特征的方向、位置和形状。具体考虑的公差包括形状公差、位置公差、方向公差和跳动公差。
与 ISO 1101 相关的英国标准 BS 8888 定义了 GD&T。
表面纹理公差
表面纹理公差定义了 CNC 加工零件的表面光洁度或粗糙度。这些公差的管理标准是 BS EN ISO 1302，现为 ISO 21920-1:2021。
配合和极限公差（孔/轴系统）
这些公差适用于两个配合部件，由 BS EN ISO 286（以前称为 BS 4500）定义。这里适用间隙配合、过渡配合和过盈配合。
表 2：ISO 孔公差表的一部分（来源： https://www.tribology-abc.com/calculators/iso_holes.htm)
位置和基于基准的公差
这些公差与特征相对于其他特征的位置有关。
CNC加工有哪些优势？
数控 精密加工 CNC加工服务能够将企业推向意想不到的高度，因为它们具备诸多优势，例如能够提供始终如一、精度最高的加工结果，能够灵活应对各种需求，并且还能有效节省成本和时间。以下列出了CNC加工的优势。
卓越的精度
与替代技术或更多手动加工方法相比，数控机床的精度通常是用户和零件客户注意到的第一个优势。
CNC加工以计算机控制为核心，可实现高达±0.0025毫米的公差！手工加工甚至无法达到这样的精度。因此，无论生产次数多少，加工结果始终保持一致。
节省成本和时间
CNC 加工可以节省大量成本和时间。程序准备就绪后，机器只需极少的人工即可完成剩余工作。由于无需处理人为错误，零件可以在规定时间内生产出来。此外，还可以避免与人为错误相关的成本。
还有各种增强方法 CNC加工成本 产品节省，包括；
- 优化设计元素
- 正确选择材料
- 批量生产
- 使用自动换刀装置
- CNC机床的预防性维护和保养
多功能——材料选择
制造商可以使用多种材料进行 CNC 加工，并取得显著成效。无论是不锈钢、铝合金和钛合金等金属，还是聚酰胺、丙烯酸和 PEEK 等塑料，CNC 加工通常都是零件生产的首选。
CNC加工的缺点/局限性是什么？
CNC 加工受到其初始成本高、速度慢以及需要培训的限制。;
初始成本高
CNC 机床的购置成本很高，后续的安装成本也令人望而生畏。然而，值得注意的是， 大型CNC加工 通常适合大规模生产。
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相对较慢的过程
与压铸和注塑等替代方法相比，CNC 加工可能比较慢。
培训要求
需要数控机床师
尽管数控加工已实现自动化，但并非人人都能胜任。事实上，机械师是公认的专业人士，他们精通数学、机械软件、机器维护，并且具备解决问题的技能。
尤其是对于 多轴加工， 例如， 五轴 加工。甚至 3轴数控加工 需要超出普通工厂工人的专业水平。
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数控机床的主要类型
数控机床种类繁多，每种机床都用于不同的任务，包括数控车床、数控铣床、数控磨床、数控钻床和数控走心式车床。其他机床还包括电火花加工机床 (EDM)、等离子切割机、激光切割机、水刀切割机和数控刳刨机。
数控车床
数控车床专为车削加工而设计，该加工过程需要使用固定式切削刀具加工旋转工件，从而产生对称形状。根据数控车床的优势和特点，数控车床可分为以下几类：
- 车床 – 一种使用电机代替皮带轮驱动系统的标准车床类型
- 工具室车床 – 专为制造工具和模具以及类似的小批量、高精度作业而设计 数控加工车间.
- 转塔车床 – 该类型具有独特的工具系统，可实现更完美的零件生产
转塔车床
- 快速车床 – 它具有简单的设置，可实现快速、高效的车削作业
- 数控车削中心 – 这款机床比其他机床更先进，配有转塔功能和铣削能力，并可配备双主轴。有些机床是垂直的，有些是水平的。
数控铣床
数控铣床使用旋转刀具从工件上去除材料，从而加工出从简单到复杂的几何形状。它适用于加工从金属到非金属的各种材料。
CNC 铣床的两大类是立式加工中心 (VMC) 和卧式加工中心 (HMC)。
立式加工中心 (VMC) – 主轴垂直放置
卧式加工中心 (HMC) – 主轴水平放置
卧式加工中心（HMC）
数控磨床
CNC磨床包含一个砂轮，该砂轮借助计算机控制精确地去除工件上的材料。该机器可以进行平面磨削、外圆磨削、无心磨削、内圆磨削和特殊磨削。
数控磨床
数控钻床
数控钻孔机用于在材料上钻孔，并能制造复杂的零件。
数控钻孔机
CNC瑞士车床
CNC 瑞士车床或瑞士车床专门用于制造微小、复杂的零件。
电火花加工机（EDM）
该技术利用电火花将工件加工成设计的形状，非常适合加工传统方法无法加工的硬质材料。
等离子切割机
在 CNC 等离子切割中，精确控制的高速电离气体（等离子）喷射可切割导电材料。
数控等离子切割机
激光切割机
激光切割机使用可控的强激光来切割或雕刻材料。计算机程序控制激光头的运动，引导激光熔化或汽化材料。
水刀
强力喷射通常与磨料结合使用，由计算机控制切割材料。它可以切割花岗岩、金属、复合材料和木材。
CNC路由器
CNC 雕刻机通常用于木工行业，可进行精确切割、雕刻和轮廓加工。它们也可用于其他软质材料。
不同的数控加工操作
由于零件种类繁多，CNC加工工序数量众多。这些工序大致可分为车削、铣削、孔加工和其他。
CNC 车削操作
这些操作由旋转的工件和固定的切削刀具定义。切削刀具改变工件表面，去除材料。车削操作可生产圆柱形或圆形零件，例如轴和杆。
轴
以下是 CNC 列表 车削类型;
- Boring
- 钻探
- 切槽/切断
- 穿线
- 谈到
数控铣削操作
In CNC铣削工件静止不动，多点切削刀具移动/旋转。旋转刀具以剥离的方式从工件上去除材料。
CNC铣削操作非常适合在工件上加工凹槽、底切和平面。与CNC车削一样，铣削可用于多种材料，包括金属、塑料和木材。
CNC铣削中的具体选项是：
- 板坯（周边）铣削
- 面铣
- 平铣
- 角度铣削
- 型腔铣削
CNC加工孔加工
CNC加工的多功能性体现在其能够加工孔洞的能力上，通常使用钻头。除了钻头加工之外，CNC还可以通过铰孔和镗孔进行加工。
钻孔可形成基本孔，而铰孔和镗孔可改善现有孔。 数控镗孔 减少缺陷，降低表面粗糙度。这是一个非常缓慢的过程，就像铰孔一样，其作用是提高孔的表面质量和尺寸精度。
其他数控加工操作
其他 CNC 加工操作不在上述基本类别中，但它们在 CNC 制造中同样重要。最受欢迎的操作包括：
- 电火花加工 (EDM)
- 研磨
- 数控激光切割
- 数控水射流切割
数控水射流切割
- 数控等离子切割
- 数控珩磨
- 数控拉削
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CNC加工材料
CNC加工材料主要为金属和塑料。金属零件因其强度、耐用性、耐热性和硬度而广受青睐。而塑料加工零件则因其重量轻、耐化学腐蚀和电绝缘性而广受青睐。
用于数控加工的金属合金
最常见的 CNC 金属合金零件有：
铝合金
铝合金在CNC加工中很常见，因为它们具有良好的加工性能、较高的强度重量比、耐腐蚀性和导电性。这类合金的CNC加工服务通常侧重于5083铝、6061铝、7075铝和6082铝。
CNC 加工铝制零件
合金钢
除了碳之外，合金钢还含有其他合金元素，以增加硬度和耐用性。尽管合金钢的耐腐蚀性和耐化学性较差，但它具有良好的机械性能。数控加工中使用的合金钢种类有4140和4340。
低碳钢
低碳钢是低碳钢的别称，是一类可焊接和可加工的金属。低碳钢也很常见，尤其是在数控加工中常用的1018钢。
不锈钢
不锈钢合金加工零件以其强度和耐腐蚀性而闻名。这些金属还具有可焊接性和高度可加工性。一些常见的选择包括 钢材CNC加工 包括不锈钢304、不锈钢316、不锈钢303、双相2205不锈钢。
工具钢
工具钢极其坚硬，具有优异的耐磨性和耐热性。这种材料可用于制造高度可靠的模具、铸模和其他制造工具。D2工具钢和A2工具钢是最受欢迎的选择。
CNC 加工用塑料
CNC加工的常见塑料有：
- ABS（丙烯腈丁二烯苯乙烯）
- 乙缩醛/POM（聚甲醛）
- PC(聚碳酸酯)
- PMMA（聚甲基丙烯酸甲酯）或丙烯酸
- HDPE（高密度聚乙烯）
- PEEK（聚醚醚酮）
这些塑料和其他塑料各有优缺点，因此在选择之前需要考虑几个方面。选择用于数控加工的塑料时，需要注意的要点如下：
- 外观
- 可加工性
- 耐温性
- 收缩
- 成本
CNC加工的不同应用
多功能性、精确性、成本效益、 CNC加工切削速度与CNC加工进给速度 适用于各个行业的广泛应用，包括航空航天、汽车、医疗保健、电子、国防、能源、自动化和机器人、海洋和体育。
电子数控加工
下表总结了这些应用程序：
| 产业应用 | 数控加工应用 |
| 航空航天 | 起落架零件、座椅框架、驾驶舱零件、发动机部件 |
| 汽车 | 气缸盖、活塞、悬挂部件、变速箱盖、方向盘 |
| 医疗保健 | 骨科植入物、手术器械和成像设备零件 |
| 电子行业 | 散热器、外壳 |
| 国防 | 车辆零件、武器零件 |
| 新能源 | 钻井设备、阀门 |
| 自动化与机器人 | 齿轮、机器人框架 |
| 船舶 | 发动机零件、螺旋桨 |
| 运动 | 滑板、齿轮、高尔夫球杆头 |
| 消费产品 | 电子产品、厨房电器 |
CNC加工的成本是多少？
CNC加工成本可以按零件成本或小时成本来衡量。由于涉及诸多因素，每种方法的答案各不相同。
每小时成本主要取决于 数控机床类型 所用材料及其附带的专业知识。每件产品的费率取决于原材料等因素 材料、零件的复杂性以及生产量。
当然，价格范围是有的，但这些只是基准。高于这些起点，CNC加工成本会根据批量大小而有很大差异， CNC零件的生命周期以及原材料的可用性/成本。
为了准确估算 CNC 加工成本，最好从经验丰富的 CNC 加工服务提供商那里获得见解。
结语
CNC加工是许多行业的标志性技术，为众多应用提供精准、耐用且美观的零件。航空航天、汽车、国防和机器人等行业只是这项技术的受益者。
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