CNC加工已成為制造業(yè)中生產零部件和產品最靈活可靠的方式之一，該工藝可用于加工包括金屬、塑料和復合材料在內的不同材料。

然而，盡管CNC加工靈活且高效，但如果你想要制造出高質量的產品，了解加工設計和機床操作非常重要。本文我們將討論有關CNC加工設計的基本原則、加工限制以及優(yōu)化建議。請繼續(xù)閱讀。

CNC加工設計的基本原則

以下是設計CNC加工時需要考慮的一些方面。

• 設計零件時，應考慮能用常規(guī)刀具進行加工，這有助于確保加工速度更快，同時無需使用專用刀具；
• 溝槽的深度不應超過其寬度的四倍，否則會使加工變得困難；
• 在設計時，要考慮機床的加工行程機器參數(shù)，避免出現(xiàn)加工問題。

CNC加工設計的限制

誠然，CNC加工具有多功能性，但并非所有設計都能實現(xiàn)。換言之，你需要了解一些限制和約束條件，以確保加工順利進行。CNC加工設計的兩大主要限制是：

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，這些切削刀具會將其圓柱形幾何形狀傳遞給工件。這就是為什么無論切削刀具的尺寸有多么小，工件的拐角處總會有一個圓角半徑的原因。

刀具可達性

在加工深度與寬度比較大的工件時，刀具可達性成為一個主要問題。這個問題是因為CNC機床是從上方將切削刀具作用于工件上進行切割的。

將零件或組件的特征與六個主要方向之一對齊是減輕刀具可達性問題的一種方法。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加工設計指南

在CNC加工領域，通常沒有一套被廣泛接受的設計標準。這主要是因為該行業(yè)和所使用的機床在不斷發(fā)展。然而，一些實踐和建議將有助于提高你的CNC設計可制造性。

內部邊緣

在創(chuàng)建內部邊緣時，垂直角半徑應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，從而產生質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，最好使用標準鉆頭尺寸作為參考，其單位可以是公制或英制。

從技術上講，任何在工具尺寸范圍內的孔都是可行的。機床操作人員通常使用鉸刀和鏜刀工具來完成需要在精確公差范圍內的孔。對于需要高精度且小于20毫米的孔，建議使用標準尺寸。
在設計CNC加工的零件時，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，但通常這個比值不超過十倍。

螺紋

在設計CNC加工產品時使用的最小螺紋尺寸通常是M2，但M6或以上會更為理想。制造商可以使用CNC螺紋切削機床來切割小至M6的螺紋，從而降低絲錐斷裂的風險。

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

型腔和凹坑

由于端銑刀工具的切削長度有限，建議CNC設計的型腔深度為其寬度的四倍。較低的深度與寬度比值會導致切屑排出量增加、刀具偏轉和振動。

標記或凸起文字

你可能需要在零件上標記零件編號或公司名稱。在定制CNC設計中添加文字看起來很酷，但處理起來很耗時。通常，電化學蝕刻或激光打標效果更好。

CNC加工零件設計的實踐

掌握加工實踐并了解CNC的基礎知識，有助于確保零件的高質量。以下是根據(jù)加工類型，在CNC加工零件設計時需要考慮的一些因素。

1. CNC銑削設計

CNC銑削是一種使用圓形刀具快速從工件上去除材料以獲得所需形狀的加工技術。銑床有多種設計，從3軸到12軸不等。

1.1 常用切削刀具

在構思CNC零件設計想法時，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，在設計時還要考慮刀具的標準尺寸，因為半徑小于標準的設計會導致設計復雜化和成本增加。

1.2 避免尖銳的內角

使用銑削刀具無法實現(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，零件中角加工后會有一個非常小的半徑，且半徑大于用于創(chuàng)建它們的刀具。當斜面與垂直壁或銳邊相遇時，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

較長的刀具通常會振動和偏轉，從而導致表面粗糙。因此，端銑刀的切削深度對于切削塑料件不應超過其直徑的15倍，對于切削鋁等軟金屬不應超過其直徑的10倍，對于切削鋼等硬金屬不應超過其直徑的5倍。

例如，在一個經過機加工的鋼制零件上，使用寬度為0.55英寸的0.5英寸端銑刀切割的槽不應深于2.75英寸。由于前面提到的內倒角半徑也取決于此處的刀具直徑，因此其內半徑都應大于0.25英寸。

1.4 采用盡可能大的內半徑

刀具越大，每次去除的材料就越多，從而減少了加工時間和成本。在設計時，應始終使用允許的最大內半徑。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，使表面更加光滑。

2. CNC車削設計

CNC車削是一種在車床上加工出具有軸向對稱和圓柱幾何形狀的零件的加工過程。該過程包括將工件固定在旋轉卡盤上，同時用切削刀具將其切割成所需形狀。這種加工過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行CNC切割的設計技巧：

2.1 避免尖銳的內角和外角

在設計CNC加工零件時，重要的是要避免內角和外角都過于尖銳。給內角添加半徑是確保刀具不會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壁，由于所需工序更少，因此使用單一車床刀具加工輪廓會更簡單。

2.2 避免細長零件

避免使用細長且經過車削的零件，因為它們更容易旋轉不均勻并與刀具發(fā)生顫動。在制作細長零件時，請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。此外，作為一般準則，請保持長度與直徑的比率在8:1或以下。

2.3 避免薄壁

與銑削類似，過度去除材料會對零件造成不必要的應力。壁太薄也會降低剛性。然而，薄壁使得難以保持緊密公差。這就是為什么在CNC加工設計中，最好將車削部分的壁厚保持在0.02英寸以上。

2.4 特征對稱性

添加到車削零件上的每個特征通常都需要圍繞旋轉軸對稱。如果添加不是軸向對稱的幾何形狀或特征，將需要更復雜的加工和設置。

有時需要在車削零件上添加不是軸向對稱的特征，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稱性。

3. 鉆孔設計

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，使其能夠在加工過程中深入材料。
在創(chuàng)建旨在用于CNC鉆孔的設計時，請考慮以下建議：

3.1 適當?shù)目咨?/h4>

鉆孔深度建議不超過鉆頭直徑的12倍。原因是長度等于或超過此長度的鉆頭會失去剛性，無法保持緊密公差，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鉆孔。請注意，由于這需要二次加工設置，因此制造過程將花費更長的時間和更高的成本。

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入。最好使用導向孔來解決這一挑戰(zhàn)，盡管這一選擇在CNC機床編程中是必要的。

3.3 避免穿過型腔鉆孔

在規(guī)劃CNC設計的鉆孔位置時，請確保該孔不會穿過工件的型腔。如果必要，鉆孔可以略微與型腔相交，但不能直接穿過。

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常見問題

用于設計CNC零件的軟件是什么？

用于CNC設計的軟件稱為計算機輔助設計（CAD）。該軟件創(chuàng)建設計，然后將其傳輸?shù)接嬎銠C輔助制造（CAM）。CAM再將設計轉換為G代碼，這是CNC機床能理解的語言。

選擇CNC機床的標準是什么？

選擇CNC機床時，需要考慮速度、剛度、承重能力和刀具壽命這四個主要因素。采用直線導軌的CNC機床通常速度更快，但更適合輕載應用。