数控铣削解释：工艺、类型和优点

数控铣削解释：工艺、类型和优点

创建者：

陈智思

刊登：

24/01/2024

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数控铣削解释：工艺、类型和优点

内容

隐藏

I.

什么是数控铣削？

二。

数控铣床是如何工作的？

第三。

数控铣床的类型

四。

数控铣床零部件

V.

CNC 铣削加工的类型

六。

数控铣削的优点

七。

结语

如果您刚刚开始使用计算机数控 (CNC) 铣削或任何其他形式 数控加工，它可能首先显得令人困惑和具有挑战性。几十年来，计算机技术在制造业中的使用取得了巨大的增长。先进技术正在控制机械的运行方式，为制造过程带来许多好处。

最好的制造商使用数控机床或服务来生产具有可重复结果的复杂零件。 CNC铣削 是这些业务中最重要的流程之一。其他包括数控钻孔、数控车削和数控铣削。在这本综合指南中，我们深入探讨了数控铣削的世界。我们希望这里提供的铣床见解能够帮助您开展下一步工作 CNC铣削 项目令人满意。

什么是 是数控铣削吗？

CNC铣削 是结合使用特殊切削工具和计算机程序从工件上去除材料。在此过程中使用铣床以高精度获得零件所需的形状和尺寸。

作为现代先进制造工艺之一， CNC铣削 彻底改变了零件的制造方式。这是一种快速、精确的减材制造工艺，需要极少的操作员输入。

这一进步带来了多功能性的增加。 CNC 加工可涉及多种材料，包括复合材料、塑料和不同类型的金属。铣刀的品种也是层出不穷。机床和机床组合在工件上产生不同的特征——槽、倒角、凹槽、插座等。

为了准确、快速地实现面铣削和其他结果，数控系统具有不同的组件。该机床有工作台、主轴、立柱、鞍座、机床、膝关节等部件。

让我们详细了解一下如何 数控铣削加工，因为我们还讨论了有关这些部分的更多信息。

怎么办? 数控铣床工作原理？

我们将通过将过程分为四个步骤来介绍数控铣床的工作原理：

第 1 步：计算机辅助设计 (CAD) 软件设计生成

考虑到 CNC 铣削过程是计算机控制的，该过程从计算机辅助设计 (CAD) 软件中的设计开始。机械师可以使用各种软件来执行此步骤。流行的有 Creo、SolidWorks、Catia 和 Autodesk Inventor。

此外，生成 CAD 模型设计的方法也有多种。机械师可以从零开始进行设计。他或她负责构建形状的所有工作，其中涉及大量数据输入。

关于如何设计的第二个选项 数控铣件 是应用逆向工程的地方。工程师从一个对象开始，然后逆向获取 CAD 模型详细信息。获取 CAD 模型的方法有很多种，但我们可以用不同的方法来介绍它们。现在我们来看一下数控机床操作的第二步。

第 2 步：用于设计转换的 CAM（计算机辅助制造）软件

CAD 设计准备就绪后，下一步是将其更改为机器语言或指令。 CAD设计指令需要改为机器可以理解的语言——CNC机器程序。典型的 CNC 机床使用 CNC 程序或称为 G 代码的语言。 G 代码有助于机械师处理加工过程，例如主轴速度和进给速率。

一些 CAD 软件选项与 CAM 软件集成，而另一些则单独提供。任一选项都适用于这种情况。指定 CAM 参数（刀具、机床类型、切削速度和进给速率）后，现在就可以生成 G 代码以创建 CNC 程序了。 CNC 程序是可编辑的，因此人们可以从加工程序中获得他们想要的任何输出。

创建 CNC 程序时需要特别注意。例如，CNC 程序应允许在拐角处进行较慢的切割速度。这与圆角铣刀完美配合。

将 G 代码或 CNC 程序传输到 CNC 铣床是将 CAD 设计转换为 CAM 参数的最后一步。

第 3 步：数控铣床设置

该机器可以归类为自动的，但它仍然需要操作员的输入。这种干预的程度将取决于机器的进步。较新的模型不需要太多的人类角色。有些可以根据铣削工艺的要求自动更换铣削刀具。

设置 CNC 铣床的基本步骤如下：

从启动前的活动开始 - 检查冷却剂液位、机器维修细节、工作区域的清洁度、空气供应压缩机（如有必要）、机床

启动机器/通过主断路器为其供电。通过通常靠近控制面板的按钮打开机器。

按照 CNC 铣削程序中的指示加载 CNC 铣床切削刀具

设置刀具长度偏置 (TLO)

查找工件的 XY 基准

查找夹具的偏移 Z

CNC 铣削设备现已准备就绪，可以加载 CNC 铣削程序。

第 4 步：数控铣削过程开始

这标志着数控铣床工作方式的最后一步。现在我们有了一个固定的工件，因为切削刀具在平坦的表面上完成工作。它将预设形状切割成工件，即所谓的板坯铣削。

CNC 加工刀具以设定速度旋转并从工件上去除物质。这种减材制造过程一直持续到工件获得 CAD 模型中设想的形状和尺寸。

如前所述，铣削过程中使用的 CNC 程序和组件应遵循最佳实践和工程原理。例如，对于较轻的切割，需要使用更细齿的刀具。

类型 数控铣床

市场上数控铣床的品种很多。这些机器也有不同的分类方法。值得注意的是，铣床的基本工作原理并没有太大变化。只需进行少量修改即可产生不同的数控铣床。

在本文中，我们将根据轴类型对数控铣床进行分类。我们通常指三个主轴——X 轴、Y 轴和 Z 轴。这些轴分别指左右、前后和上下运动。

三轴铣床

这是数控多轴铣床最简单的形式。当工件就位时，该机床的主轴可以在 CNC 铣削过程中沿 X、Y 和 Z 线性方向移动。

三轴铣床主要适用于加工二维几何形状。他们可以加工工件的所有方向，但这既昂贵又耗时。必须为每一侧设置固定装置。

将 3 轴 CNC 设备限制在更简单的任务上更具经济意义。 CNC 机床的此类任务的示例包括钻孔、切削边缘、螺纹加工和创建铣削轮廓。

三轴铣床

除了 X 轴、Y 轴和 Z 轴之外，4 轴 CNC 机床还增加了 A 轴。 A 轴的效果是围绕 X 轴的旋转的结合。通过这种额外的运动，铣削过程可以在工件的四个侧面进行，而不需要多个机器设置。

由于无需更换夹具，4 轴 CNC 机床通常比 3 轴 CNC 铣床更经济。

三轴铣床

添加额外的两个旋转轴就形成了 5 轴 CNC 铣床。这意味着铣床现在有 A 轴、B 轴和 C 轴。值得注意的是，根据 5 轴铣床的类型，这些旋转轴中只有两个起作用。这种先进的数控铣床在精密工程中很受欢迎，用于制造飞机零件和此类复杂零件。

从更简单的 3 轴铣床到更先进的 5 轴铣床，每一类铣床都有各自的优点和缺点。了解每个班级的能力对于确定最适合您的项目要求的班级至关重要。有关数控铣床的更多详细信息，现在让我们看一下组件。

数控铣床 机器部件

主轴

无论您使用的是立式铣床还是卧式机床，这都是最基本的机器部件之一。它在设置中的作用是促进铣刀通过刀架旋转。

在卧式铣削和立式铣削操作中，主轴可以根据操作员设定的不同速度旋转，具体取决于材料和加工工艺的类型。它还可以倾斜和旋转以获得复杂的加工结果。常见的主轴类型有独立式、盒式和装配式。

值得注意的是，卧式铣床中主轴的方向是水平的。立式铣床与卧式铣床的不同之处在于，立式铣床的主轴是垂直定向的。

柱

这是数控铣床的立式组件，支撑主轴和其他零件。该部件带有 Z 轴装置，固定在立式铣床的床上。对于卧式铣床，立柱位于水平方向并连接到一个相当大的框架上。

工具托架

在铣削过程中，切削刀架将刀具牢固地固定到位。立式和卧式铣床的切削刀具紧密地固定在刀架上，以防止加工过程中的振动。

拥有最高的稳定性对于工作精度非常重要。该组件是主轴和刀具之间的接口。

床身

数控铣床包括一个床身，它是其他部件的大型铸铁支架。鉴于它支撑如此多的零件，床身通常是为了强度和阻尼能力而建造的。

它旨在防止卧式和立式铣床中铣削力产生任何形式的偏转。

工作表

数控铣床的工作台是进行切削操作的平台。您将在此组件中找到用于固定工件的机构（T 形槽）。

它通常是矩形的，由铸铁制成。 CNC机床控制器（稍后介绍）带有提示电机驱动工作台的代码。工作台可纵向、横向移动。

驱动组件

铣削部件包括驱动器，它提供各种数控机床元件的受控运动。主要驱动部件是滚珠丝杠和电机。

驱动电机接收来自控制单元的信号。因此，电机启动滚珠丝杠，导致主轴旋转或 CNC 机床工作台移动。

冷却液箱

CNC 机床配有冷却系统，有助于工件和机床的冷却，以及清除该区域的碎屑。该系统的一部分是冷却液箱，它存储冷却液，以便在铣削过程中持续供应。

控制器

数控铣床还包含控制器，它是所有操作的核心。当它接收到用户输入的 CNC 代码时，控制器会对其进行解释。因此，它在数控铣床各部分自动运动的背后。

该计算单元执行以下功能：

解释 G 代码指令

生成正确的信号

控制轴的运动

检测系统中的错误，例如极限速度

机器接口

CNC 机床的接口使操作员能够与机床连接。该界面可以是计算机屏幕或控制面板。也有将计算机屏幕和控制面板结合在一起的情况。通过该界面，操作员可以输入 CNC 加工命令、跟踪流程并根据需要操纵加工参数。

类型 数控铣削操作

数控铣床能够进行开槽、螺纹、倒角和许多其他操作。这些操作的组合使机器能够生成各种复杂的设计。可能还有其他铣削工艺，但以下是数控机床最流行的铣削操作：

面铣

在此铣削操作中，工件的表面与铣刀的轴线成直角。切削刀具的端部和侧面都有齿。您想要在表面铣削操作之后执行面铣削（我们将在此处突出显示）。

面铣可产生精确的轮廓和光滑的表面光洁度。值得注意的是，侧齿完成了大部分切割工作。铣刀末端的齿专用于表面光洁度。

平铣

平面铣削的另一个名称是平面铣削。工件表面与切削刀具的旋转轴线相互平行。换句话说，磨机是卧式的。用于普通铣削的铣刀有很多种，其应用取决于操作员想要的结果类型。

例如，窄刀具有利于缓慢去除工件材料。当然，您可以使用其他几个参数来获得不同的结果 - 进给率、切削速度、牙齿粗糙度等。

角度铣削

如果您对工件上的凹槽或倒角感兴趣，可以使用 CNC 加工操作。在数控铣床上可以通过不同的方式实现角度铣削。对于典型的三轴铣床来说，使用不同的刀具来实现轮廓或形状更为实用。

比如说，您想在工件上创建有角度的凹槽。使用燕尾铣刀可以获得极好的效果。如果您想创建相反的形状（倒角），请在铣床上使用锥形切削头。在角铣削的情况下，刀具的旋转轴线可以平行或垂直于工件表面。

成型铣削

成形铣削是一种数控铣削工艺，可在工件表面上形成复杂的轮廓。正如您已经猜到的，这里使用的工具类型更加复杂。这些工具的例子是凹面刀具和凸面刀具。成形铣削最有趣的地方在于，复杂的轮廓是在一次切削中产生的。

对机械师来说最重要的要求是确保铣床的刀具参数正确。成形铣削还可能需要排铣（如下所述）和其他类型的操作，其目标是在表面上创建复杂的轮廓。

仿形铣削

仿形铣削是一种多步骤 CNC 加工工艺，以半精加工或精加工凹凸表面而闻名。通常从粗加工开始，去除不规则表面，然后进行半精加工或精加工。

仿形铣削通过粗加工去除了最大比例的材料。为了进行精加工和半精加工，数控铣床使用其他专用工具，例如球头立铣刀。进行这种 CNC 铣削工作是值得的，多轴加工操作可以加快工作速度并提供高质量的表面处理。

排铣

如果您想知道是否可以同时加工多个表面，是的，可以。这种类型的铣削正是这样做的。单个心轴带有多个不同直径的刀具。您需要考虑使用这种加工工艺来铣削大量工件。

设置组合铣刀有一个基本原则。齿数最少的刀具决定进给速度。最大直径刀具决定了用于计算主轴每分钟转数 (RPM) 的圆周速度。该工艺与跨铣不同，后者的铣刀数量通常限制为两个。

侧铣

侧铣刀是在普通铣刀的两侧或一侧添加齿的结果。如果齿仅存在于一侧，则称为半侧铣刀。因此，该铣削操作需要同时铣削端面和侧面。

这意味着侧铣也可用于形成凹槽，特别是深窄的凹槽。侧铣刀还可以互锁以加工更宽的槽。

铣槽或槽

谈到凹槽或狭槽铣削，这是一种数控铣削工艺，可在工件上形成凹槽或狭槽。这种铣削操作在型腔、键槽等的生成中很流行。

它与其他加工（例如端铣）的区别在于它的凹槽或槽更深。表面光洁度也趋于更清洁、更光滑。

钻孔

最后但并非最不重要的一点是，数控铣床可以执行钻孔操作。精确定位孔没有问题，因为进给螺杆顺序可以帮助实现这一点。机床主轴可以通过钻夹头固定麻花钻。角板或夹具可以固定工件以进行钻孔操作。

优点 数控铣削

制造业正在从计算机数控铣削中获益匪浅。大多数数控铣床具有以下优点：

制造复杂零件

与传统方法相比，数控铣削能够制造高度复杂的机器零件。现代数控机床设计用于在多个轴上运行。机床和工件可以从不同的角度相互作用。 CNC 加工过程产生的轮廓细节是传统机器无法实现的。

当 CNC 铣削工艺与 CAD 和其他设计软件相结合时，生产复杂机器零件的能力会更加强大。将数字设计无缝地转移到有形物品上。零件的精度不是问题，因为 CNC 设置允许进行原型设计和模拟。

快速高效的数控铣削工艺

使用数控铣削的生产流程快速高效，使得制造高度先进。考虑以下特征以及它们对铣削工艺和 CNC 铣削成本的影响：

多轴同时运行

铣床快速更换

复杂设计的步骤更少

最大限度地减少手动操作

连续铣削操作

经济高效的铣削工艺

仅靠效率不足以让制造工艺具有竞争优势。成本效益是企业可以受益的另一个因素。对于大多数 CNC 铣削操作，可以轻松实现这一优势。

这种好处出现的一个领域是材料浪费。传统的铣削工艺因材料浪费高而臭名昭著。由于该过程的手动性质，错误计算很常见。

然而，数控铣削工艺通过更精确的切割减少了浪费。由于大多数铣削过程都是自动化的，因此人为错误的情况也很少。输出的变化也更少。由于结果一致，浪费越来越少。其他具有成本效益的领域包括降低数控加工的劳动力成本和提高能源效率。

目标材料多样性

在数控铣削方法出现之前，机床根据材料的不同而具有独特性。数控铣床与众不同，因为它们可加工多种材料。这包括钨、银、金、不锈钢和铜等金属。

在复合材料类别下，数控铣削可以处理混合复合材料、石墨复合材料、碳纤维增强塑料 (CFRP) 和玻璃增强塑料 (GRP) 等。铣削能力甚至扩展到塑料和聚合物——尼龙、ABS、聚丙烯等。

聚四氟乙烯（具有优异的耐化学性和耐温性）和其他聚合物也可能适合 CNC 铣削工艺。

数控机床的精度和精密度

准确度和精密度与 CNC 加工工艺密切相关。该技术可产生一致且准确的结果，直至最细微的细节。人为错误不是 CNC 铣削过程的一部分。最终产品通常会满足设计预期，因为消除了疲劳或注意力不集中等问题。

现代铣削技术的错误率不超过 1%，比传统替代技术要好得多。平均公差也更好，设计灵活性无与伦比。将所有这些结合在一起，用户可以获得可重复且经济高效的 CNC 加工结果，从而提高客户满意度。

结语

正如我们在此强调的，数控铣削是一种流行的自动化加工工艺。通过自动化取代手动加工，数控铣床可减少错误、提高产量并最大限度地减少浪费等优点。

有时，数控铣床的类型令人眼花缭乱。用户在区分最适合其加工工艺的类型时面临着挑战。经济优先事项也可能意味着您还没有准备好立即投资先进的铣床。

如果您正在考虑分包 CNC 铣削服务，Aria Manufacturing Ltd 将为您提供支持。我们拥有现代化的多轴 CNC 铣床、最好的机床/多点切削刀具以及专家机械师来完成所有定制制造服务巧妙地。

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作者

加文·利奥 是 Aria 的技术作家 8年工程经验，精通各种材料的加工特性和表面光洁度工艺。并参与开发了100多个复杂注塑和数控加工项目。他热衷于分享他的知识和经验。