CNC車削
數控車削是一種電腦程式控制的減材製造工藝，其中固定的工具機從旋轉的工件上去除材料，去除方向可以是內徑或外徑。此過程通常在CNC車床上完成，CNC車床可以是臥式或立式。
CNC車削加工流程始於創建CAD模型，然後將CAD設計轉換為CNC工具機可識別的格式，準備CNC車床，最後進行CNC車削加工。
車削專用操作，如車削、端面加工和開槽，以及內部加工操作，如鉸孔和鑽孔，都可以在CNC車床上完成。
面對種類繁多的數控車床、原料、設計考量以及眾多供應商，這個過程可能會讓人感到困惑。本文旨在幫助您消除所有疑惑，為即將進行的專案做好準備。
讓我們來詳細了解一下CNC車削究竟是什麼。
什麼是數控車削？
電腦數控 (CNC) 車削是一種減材製造方法，通常在數控車床上進行，其特點是使用單點切削刀具從旋轉的工件上系統地去除材料。
CNC車削圖示
它是一種數控加工方法，因為加工過程由電腦程式碼控制。 CNC車削主要用於生產圓柱形零件，但透過調整工藝，也可以生產複雜的零件，例如客製化螺紋輪廓、偏心軸、曲軸和內花鍵。
CNC車削的歷史
數控車削的歷史可以追溯到幾千年前，確切地說是公元前1300年的古埃及。這項技術在不同的時代都得到了長足的發展，包括古希臘時期、古羅馬時期以及後來的中世紀。
在數控技術出現之前，經歷了文藝復興和前工業時代的進步、工業革命，以及隨後的自動化浪潮，這些都極大地推動了汽車和航空航太工業的發展。
20 世紀中葉，CNC 加工和 CNC 車削成為中心技術，其特點是電腦輔助設計 (CAD) 和電腦輔助製造 (CAM)。
CNC車削的基本原理是什麼？
CNC車削 普羅林科技 車削加工的特點是單點車刀與工件之間進行可控的相互作用。無論是在車床上或車削中心上，車削加工過程都很大程度上由電腦控制。
CNC車削可以概括為以下基本步驟：CAD建模、CAM和G代碼步驟、CNC車床的設定、執行CNC車削操作以及後處理活動。
第一步：電腦輔助設計（CAD）
CNC車削數位設計
CAD軟體用於產生所需零件的詳細數位設計圖。該模型可以透過使用向量切割路徑描繪圖像或透過圖像自動轉換來產生。
步驟二：電腦輔助製造（CAM）
數控車削的第二步是使用電腦輔助製造（CAM）軟體，根據CAD模型建立指令和刀具路徑。 CAD模型文件到機器可讀文件的轉換借助了諸如初始圖形交換規範（IGES）和產品資料交換標準（STEP）等工具。
第 3 步：機器設置
數控車床的設置是指在加工過程開始前做好所有準備。數控車床服務商的工作重點包括工件夾具、切削刀具、刀塔、數控程序微調以及加工過程中的安全要求。
步驟 4：CNC車削步驟
一切準備就緒後，就可以啟動車削程序，讓刀具和其他相關零件開始運作。啟動過程包括接通電源、啟動控制器以及從控制器載入CNC程式。
第 5 步：後處理
由於數控車削零件通常需要精加工，因此熟悉後處理步驟也至關重要。數控車削的典型後處理包括熱處理、化學處理和機械加工。
你可以參考 常見問題 本節將詳細介紹如何啟動您的CNC車削專案。
CNC車削的關鍵設計考量
CNC車削服務供應商在設計CNC車削方案以及執行上述步驟之前，會考慮以下幾點。;
- 工具訪問
- 零件的壁厚
- 表面光潔度要求
- 材料可加工性
- 零件的長徑比
什麼是 CNC 程式設計？
數控編程是一種編碼系統，它產生指令集，供工具機製造零件。 CNC工具機利用這些指令，依照詳細的藍圖來加工各種複雜程度的零件。
對於數控系統，代碼分為 G 代碼和 M 代碼，分別用於刀具位置和材料控制以及刀具旋轉和機器功能。 CNC編程可以是手動的、CAM的或對話式的。
- 手動 CNC 編程 手動加工是最早採用的方法，難度遠高於其他方法。操作人員必須了解機器的運作規律。這種方法最適合加工簡單的零件。
- CAMCNC編程 – 一種根據CAD設計產生程式的軟體。這種類型的軟體可以實現加工自動化。
- 對話式數控編程 這是最先進、最簡單的數控程式設計類型。雖然不需要G代碼，但零件的複雜度也較低。
對話式程式設計
CNC車削的主要參數
數控車削的主要參數有主軸轉速、切削速度、進給速度、切削深度、刀具直徑和刀具長度。 下表列出了這些數控車削參數的更多詳細資訊：
| CNC車削參數 | 信息 |
| 主軸轉速，𝑛 | 工件旋轉速度，通常以每分鐘轉數 (rpm) 表示。 |
| 切削速度，𝑉𝑐 | 工件表面與切削刀具之間的相對速度 |
| 進料速率，𝑓𝑛 | 切削刀具相對於工件旋轉一週的位移量，單位為毫米/轉 (mm/r)。 |
| 切削深度，𝑎𝑝 | 每次走刀徑向去除工件材料量，單位為毫米（mm）。 |
| 切削刀具的長度和直徑 | 這些是影響切削刀具精度、準確度和表面光潔度的關鍵尺寸。 |
這些參數對精度和準確度的影響
主軸轉速、進給速度和切削深度直接影響加工精度。加工人員應仔細平衡這些因素，以獲得最佳加工效果。 例如，較慢的進給速度可以獲得極佳的表面光潔度，但去除的材料較少，這可能會增加加工時間。
什麼是CNC車削加工？
數控車削加工是指在CNC（電腦數控）車床或CNC車床上進行的任何機械加工。工件可以是任何可加工材料，通常為圓柱形，並且必須符合工具機的尺寸要求。 工件牢固地固定並快速旋轉，固定的切削刀具則去除材料。數控車削加工的常見零件包括襯套、接頭和軸。
CNC車削操作的類型
數控車削加工選項包括鏜孔、鑽孔、切槽、滾花、端面加工和車削。滾花加工中採用多種技術，包括錐度車削和輪廓車削。這些加工操作可分為車削專用（外部加工）和車削專用（內加工）。
CNC車削操作的類型
轉向特定（外部）操作
外車削加工是對工件外表面進行的加工。它包括切槽、切割、端面加工、車削和硬車削，以下將對此進行討論。
開槽
在開槽加工中，使用鋒利的切削刀具在旋轉的工件上沿長度方向的特定截面進行加工，直到形成空腔或凹槽。
臨別的
當開槽操作完成直到切削貫穿工件直徑，例如工件一端脫落時，此操作稱為切斷。機械師使用切斷將成品部分與剩餘坯料分離。
面對
此工序可在工件端部形成一個平面。此平面垂直於工件的縱軸。
開啟
車削是指使用固定的單點車刀從工件表面去除材料的加工操作。車削的例子包括： CNC 階梯車削倒角車削、輪廓車削和 錐度車削.
硬車削
硬車削是指對硬度範圍為 58 至 70 HRC 的材料進行上述車削加工。用於硬車削的CNC車床必須足夠堅固，能夠承受產生的巨大切削力。
非特定操作（內部）
非特定數控車削加工包括鑽孔、鏜孔、滾花、鉸孔和攻牙。其詳細資訊如下：
CNC鑽孔
鑽孔是在工件上加工出圓形孔的過程。鑽頭或工件都可以旋轉。
CNC鏜孔
鏜孔操作通常在鑽孔之後進行，因為它需要從工件內徑去除材料。其目的是擴大已形成的孔。
滾花
滾花工藝在工件表面形成帶紋路的波峰和波谷，以增強美觀性和摩擦力。加工過程中，工件緩慢旋轉，滾花輪壓在工件表面，從而將紋路轉移到工件上。
擴孔
這種數控車削操作用於擴大和打磨工件上已鑽好的孔。它使用一種稱為鉸刀的工具來完成，該工具的設計旨在幫助實現孔的質量和尺寸精度。
埋線拉提
數控車削還可以透過預設循環在軸上加工螺旋螺紋。操作人員需要指定重要的螺紋加工參數，例如長度、偏移量和尺寸。
CNC車床的類型
CNC車床主要分為四大類：立式CNC車床、臥式CNC車床、垂直CNC車削中心及臥式CNC車削中心。這些工具機的差異在於其安裝方向和加工能力。
立式CNC車床
立式數控車床專為加工大型工件而設計，能夠提供穩固的支撐，避免水平車床常見的下垂風險。這種CNC車床在機械加工車間中用途廣泛，因為它還可以執行數控銑削加工。 主軸箱和卡盤位於一端，尾架位於另一端。特殊的可移動支架用於支撐切削刀具。
立式CNC車床
立式CNC車床的優勢
- 適用於大型、重型工件
- 重力作用下的自然木屑排出
- 佔用空間相對較小
- 非常適合加工圓盤形零件
立式CNC車床的局限性
- 不適用於較長部件
- 需要更大的屋頂或天花板空間
- 裝載重型工件具有挑戰性
臥式CNC車床
臥式CNC車床採用的是左右加工方式，而非直立式CNC車床的上下加工方式。市面上臥式車床和立式車床都有不同的規格和尺寸。
臥式CNC車床的優勢
- 由於採用側向放電，晶片管理變得容易。
- 可採用多種夾具及夾緊機構
- 零件裝卸更方便
臥式CNC車床的局限性
- 可能無法容納大直徑工件
- 需要更大的佔地面積
- 如果晶片管理不善，晶片很容易堆積。
立式CNC車削中心
立式車削中心類似於立式CNC車床，但具有額外的功能。 CNC車床技術這些功能包括銑削、攻牙、鑽孔和自動換刀裝置（ATC）。 垂直放置方式借助重力，能夠提高工件的穩定性。這種設定可以降低對夾緊力的要求。
立式CNC車削中心的優勢
- 剛性足夠，可以支撐大直徑工件
- 高維度精度
- 與水平版本相比，設定複雜度更低
- 雙轉塔設計，縮短循環時間
- 重力式切屑去除能力
立式CNC車削中心的局限性
- 投資成本相對較高
- 通常需要使用橋式起重機，這會增加資本投資。
- 刀具路徑策略與水平數控車削中心不同—可能需要重新訓練。
水平式CNC車削中心
水平式數控車削中心的特點是主軸軸線水平放置。它設計用於執行多種車削和銑削操作。水平車削中心比立式車削中心更常見，不僅因為其用途廣泛，還因為這種類型的工具機可以加工大多數直徑的工件。
水平式CNC車削中心
水平式CNC車削中心的優勢
- 具有卓越的多軸加工能力，包括動力刀具和Y軸銑削。
- 結合了偏心銑削和鑽孔等傳統車削工藝。
- 輔助主軸功能最大限度地減少了零件設定的手動操作需求。
- 通常情況下，對二次操作的需求極少，甚至不需要。
水平式CNC車削中心的局限性
- 高資本投入
- 程式設計複雜
- 高維護要求
- 動力刀具和專用刀具的需求量大，需要大量資金投入。
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CNC車床的組成部分
每台數控車床的基本組成部分包括數控控制器、控制面板、底座和立柱、進給機構以及工作台。其他組成部分還包括主軸、刀庫和切削刀具。
CNC車床零件
主軸箱和尾架
主軸箱和尾架彼此相對。主軸箱內包含工具機的傳動系統、主軸和驅動馬達。 尾架橫跨在主軸箱上，用於定位長工件並沿床身移動。
刀塔
此定位機構可容納多個刀具，並在車削操作過程中將刀具置於正確的位置。
夾頭和夾頭
卡盤是一種工件夾持裝置，而筒夾是一種精密夾緊裝置。形狀不規則的工件用四爪卡盤夾持，而形狀規則的工件用三爪卡盤夾持。
車床
車床床身是CNC車床的主要結構支撐。它剛性強，直線度高，並具有最大限度減少振動的能力。
馬車
車床滑架是承載切削刀具並在車床床身上移動的系統。其主要部件包括刀塔、鞍座和橫向滑板。
CNC控制器
數控控制器負責處理CNC車床的功能和運動。換句話說，它是機器的大腦。該組件代替人工進行加工，因為它執行通過各種代碼輸入到機器的指令。
控制面板
此組件是操作員控制機器各項功能（例如輸入數控程序）的工具。它包括鍵盤、顯示器、按鈕和開關。
底座和柱子
底座和立柱支撐著CNC工具機的其他部件。這些部件設計堅固，能夠吸收加工振動。通常使用環氧花崗岩來增強這些零件的減振性能。
進料機構
每台CNC車床都配備進給機構，這是一種控制縱向、垂直和橫向移動的機電系統。該機構的關鍵部件是電機，電機與控制器相連。
主軸
主軸內裝有卡盤，用於在車削加工過程中夾持工件。主軸由工具機主馬達驅動。主軸的轉速由G代碼決定，G代碼由控制器轉換執行。
換刀裝置
數控車床上的自動換刀裝置在加工過程中攜帶並提供不同類型的切削刀具。它對於必須一次完成的加工操作非常方便。
切割用具
切削刀具負責實際的車削加工，是整個系統的關鍵部件。如下一節所示，車削刀具有多種類型，每種刀具都針對特定的加工操作和不同的材料類型而設計。
CNC車床的安全性
安全的CNC車削措施包括以下幾點：;
- 操作人員應隨時配戴個人防護裝備
- 固定工件
- 穿著合適的衣服－緊身衣
- 穿著工業靴
- 監控CNC車削過程
- 定期檢查和維護機器
CNC車削刀具類型
應用於以下不同CNC車削刀具類型的 數控車削服務 大致可分為粗車刀具和精車刀具。
粗車工具
這些數控車削加工刀具專為快速去除材料而設計。它們在精加工車削刀具之前使用。
精加工車削工具
精車刀具用於達到零件最終的尺寸精度和表面品質要求。 這兩種刀具的主要區別在於它們的切割深度，粗車刀的切割深度比精車刀更深。您可以在[此處插入連結]閱讀更多關於此概念的內容。 數控加工切削深度指南.
除了上述總體分類之外，針對本文已討論的不同操作，還有專門設計的刀具。事實上，這些刀具大多以其各自的車削操作命名。
該工具還可以呈現不同的形狀，如下圖所示。
不同形狀的車削刀具
下表列出了其中一些工具：
| CNC車削刀具類型 | 簡介 |
| 鑽孔工具 | 一種用於擴大和精修現有孔的工具 |
| 開槽工具 | 用於切割溝槽或凹槽的窄型工具 |
| 滾花工具 | 一種在工件上壓印圖案以形成紋理表面的工具 |
| 分型工具 | 用於將成品零件與原料分離的窄型工具 |
| 穿線工具 | 用於切割內螺紋和外螺紋的工具 |
| 車刀 | 用於一般車削加工的單點切削刀具 |
CNC車削材料選項
數控車削的優點之一在於其用途廣泛，因為它可以加工金屬、塑膠、木材和複合材料。這是一項至關重要的特性，因為大多數現代工業環境中的零件都包含多種材料。
金屬CNC車削
如您所料，CNC車削零件通常由金屬製成，可選材料包括：
銅CNC車削
塑膠CNC車削
塑膠CNC車削
塑膠還可以透過CNC車削加工成耐化學腐蝕、經久耐用且輕巧的零件。最常見的CNC車削塑膠類型包括：
- 丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物（ABS）
- 聚碳酸酯（PC）
- 丙烯酸樹脂，或聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）
- 尼龍 (PA)
- 聚乙烯（PE）
- 聚醚醚酮 (PEEK)
- 聚丙烯（PP）
木工CNC車削
木材CNC車削
數控木工車削也是一種流行的加工方式，為家具業提供木製零件。木工車削的材料選擇包括橡木、櫻桃木、紅木、胡桃木和楓木。
複合材料CNC車削
複合材料除了可以進行數控銑削、數控雕刻和數控鑽孔之外，還可以進行CNC車削。是的，這種材料在CNC加工過程中需要特別注意，尤其要防止分層問題。 只要工件支撐正確、切削速度合適、刀具鋒利，複合材料的數控車削就能取得非常好的效果。
CNC車削的不同應用
CNC車削具有非常精確、用途廣泛和可重複性好的特點，因此車削應用遍及航空航太、汽車、電子、能源和醫療等產業。
航空航天業
此關鍵產業所需的精密CNC車削零件包括接頭和渦輪葉片。一流的CNC加工服務商能夠使用最先進的設備，利用鈦合金、鋁合金和其他高強度重量比材料，生產安全可靠的精密CNC車削零件。
航空航太軸
汽車產業
數控車削是汽車產業廣泛應用的製造方法。它能夠以極高的精度生產傳動軸、懸吊桿和其他零件。該行業的數控車削加工供應商可以證明，這種方法對於零件的品質、精度和耐用性至關重要。
傳動軸
電子行業
該行業的製造商安全地使用精密數控車削設備來製造圓柱形零件，例如連接器、緊固件和銷釘。
能源產業
能源產業需要軸、轉子和其他圓柱形零件。這些零件都可以透過CNC車削輕鬆製造。該方法可以加工該行業所需的所有可加工材料，從不銹鋼到鋁合金。
能源產業的CNC車削
醫療行業
CNC車削用於生產醫療行業的圓柱形零件，例如外科螺絲、牙科植入物、離心機軸和輪椅軸。
CNC車削的優勢
CNC車削具有以下優點；
- 軟體和自動化最大限度地減少了人為錯誤
- 用途廣泛－可適應不同的設計和尺寸
- 更短的交貨時間
- 高品質零件
- 可靠地生產安全、精密的CNC車削零件
工業傳動軸
CNC車削的局限性
數控車削的限制及建議解決方案如下：
- CNC車床的設置成本高 – 整合訂單並與CNC加工服務提供者合作
- 它可能不適用於較大的工件。 – 從擁有大容量工具機/車床的供應商處採購，並考慮其他技術。
- 材料浪費 堅持材料優化策略
- 咔嗒聲或振動 使用高品質的夾具和工具
- 表面光潔度差 清晰地傳達最終要求
- 刀具磨損 – 使用預防措施和優質工具
CNC銑削和CNC車削有什麼區別？
CNC車削與銑削
數控銑削和CNC車削的主要區別在於刀具動力學和工件特性。以下概述了數控銑削和數控車削之間的這些及其他區別。
| Property | 數控車削 | 數控銑床 |
| 切割工具 | 固定式單切削刀具 | 旋轉式多點切削刀具，例如立銑刀和麵銑刀 |
| 工件移動 | 工件旋轉 | 工件是靜止的。 |
| 零件複雜度 | 對稱的圓柱形部件 | 複雜的幾何形狀，例如口袋和三維形狀 |
| 軸數 | 通常情況下，會使用 X 軸和 Z 軸，但在動力刀具加工中會額外使用一個軸。 | 通常情況下是 X、Y 和 Z 軸，但在高級設計中可以使用更多軸。 |
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數控車削的替代方案
在進行比較的同時，也必須提及其他製造方法，例如瑞士型車床加工、手工車削、3D 列印原型和鑄造。
瑞士機械加工 – 此技術採用導引襯套，支援多軸同步操作，並最大限度地減少小直徑零件的撓度，公差可達±0.0001″。
瑞士機器
手動旋轉 – 由於該設備沒有自動化功能，因此適合小批量或客製化零件製造。
3D列印用於原型製作 – 適用於快速製作複雜零件原型，無需高額投資。然而，3D列印的表面光潔度和尺寸精度不如數控車削。
選角 鑄造過程雖然交貨週期可能較長，精度也可能較低，但它可以大量生產複雜的零件。
了解更多:
選擇合適的CNC車削服務
在了解了CNC車削的方方面面之後，現在或許是時候考慮選擇最佳的CNC車削服務提供者了。以下幾點可以幫助您找到最適合的CNC車削服務夥伴。
- 選擇擁有 ISO 9001 及其他認證的供應商。
- 確保供應商具備必要的物料能力
- 決定公司的最小訂貨量（MOQ）
- 詢問品質檢驗流程
- 考慮經濟和環境因素（詳見下文）
數控車削的經濟與環境考量
最後，決定如何處理CNC車削服務或零件需要考慮幾個經濟和環境因素。
以下是關於這兩個要素需要考慮的一些要點：
經濟/成本考量
- CNC車床的投資成本差異很大。
- 零件單價取決於原料和加工時間
- 設定和工具成本很重要
- 大批量生產可節省成本
環境考量
- 最好的CNC車削服務供應商會進行切屑回收和冷卻液回收。
- 現代CNC車床比老式機器更節能。
- 有ISO 14001－環境管理體系
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