CNC加工是一种通过计算机控制机床进行精密制造的方法。它目前广泛应用于航空航天、汽车、医疗器械等领域。为了在CNC加工中实现高效、高质量的生产，设计阶段的考量至关重要。本CNC加工指南将详细介绍设计原则和优化方法，以帮助设计师和工程师提高生产力。 降低成本，确保零件质量和性能.
目录
CNC加工设计时的基本规则指南
以下是设计 CNC 加工时应遵循的一些基本规则。
- 设计项目时，应使用大直径刀具进行加工，以提供更快的加工速度。此外，应尽可能避免使用专用刀具。
- 腔体的深度不应超过其宽度的四倍，因为这会使加工稍微复杂一些。
- 在创建设计时，请考虑机器支持的主要方向和常规轴数，以尽量减少问题。
- 为了避免雕刻文字出现错误，加工时请勿使用小于 20 点的尺寸。
CNC加工指南的设计限制
诚然，CNC加工适应性强，但并非所有设计都可行。换句话说，为了实现顺畅的加工，您必须了解某些限制和约束。CNC设计的两个主要限制是：
刀具几何形状
大多数数控刀具的切削长度都是固定的。它们都具有圆柱形和几何形状。当从工件上去除材料时，这些刀具会将其圆柱形形状赋予工件。因此，无论刀具尺寸如何，工件的内角总是圆角。
工具访问
当加工深宽比较高的工件时，刀具的获取成为一个关键挑战。这是一个令人担忧的问题，因为数控机床是通过从上方将刀具施加到工件上进行切割的。
换句话说，无法铣削无法从顶角进入的工件。该规则的唯一例外是数控机床零件的底切加工。
解决刀具访问困难的一种方法是将零件或组件的特征与六个主要方向之一对齐。此外，采用具有强大工件夹持能力的五轴数控加工系统，可以消除刀具访问限制。
CNC加工设计指南
在 CNC 加工领域，目前尚无一套被广泛接受的标准化指南。这主要是因为行业和所使用的机器都在不断发展。然而，一些最佳实践和建议可以帮助您保持较高的设计质量。这些建议包括：
内部边缘
构建内边缘时，请确保垂直角半径至少为型腔深度的三分之一。如果遵循规定的角半径，则可以使用具有推荐型腔深度的直径刀具。
略高于建议的刀尖半径，可以让您以圆形路径切割，而不是以 90 度角切割。这样可以实现更高质量的表面光洁度。如果您想要 90 度角，请使用 T 型底切，而不是减小刀尖半径。
洞
机械师可以使用钻头或立铣刀钻孔。确定设计中孔的直径时，请使用常规钻头尺寸。此外，最好使用公制或英制单位进行测量。
从技术上讲，任何大于1毫米的尺寸都可以完成。机床操作员使用铰刀和镗孔工具来填充公差精确的孔。对于小于20毫米且精度要求较高的孔，建议使用标准直径。
在设计用于 CNC 加工的零件时，任何孔的最大建议深度均为公称直径的四倍，但 40 倍也是可行的。公称直径通常是该比率的十倍。
线程
用于开发 CNC 加工产品的最小螺纹尺寸为 M2，但通常首选 M6 或更大的螺纹。机械师可以使用 CNC 螺纹机加工 M6 等小尺寸的螺纹，从而降低丝锥断裂的风险。
螺纹的最小长度应为公称直径的1.5倍，建议长度为通常长度的三倍。对于任何小于M6的螺纹，必须在孔底留出相当于公称直径1.5倍的非螺纹长度。对于大于M6的螺纹，最好在孔的整个长度上进行螺纹加工。
空腔和口袋
由于立铣刀的切削长度有限，因此任何设计的行业标准腔体深度都是其宽度的四倍。深宽比减小会导致排屑增加、刀具挠度和振动。
您的 CNC 设计是否需要更大的深度？解决这个问题的一个方法是使用可变的腔体深度和定制的器械。
小文本或凸起文本
您可能需要在零件上标注零件编号或公司名称。在定制的 CNC 设计上添加文字看起来很棒，但处理起来需要时间。通常情况下，电化学蚀刻或激光打标是更好的选择。
使用 CNC 加工指南进行零件设计的最佳实践
秉持最佳实践并了解 CNC 加工的基础知识有助于确保高质量的零件和产品。为此，以下是一些根据加工类型设计 CNC 加工零件时应遵循的推荐做法。
CNC铣削设计
CNC铣削是一种加工方法 这项技术需要使用圆形刀具快速去除原材料，以达到所需的形状。铣床的设计多种多样，从三轴到十二轴不等。
常用切削刀具
在开发 CNC 组件设计方案时，请考虑 CNC 铣削常用的多种刀具，例如立铣刀。如果可以使用标准刀具生产所需的特征和几何形状，那么零件的成本和交付周期将大大缩短。因此，在构建设计时，请考虑刀具的标准尺寸。这是因为低于标准的半径可能会导致设计问题和成本。
避免尖锐的内角
使用铣刀无法实现尖角。原因在于，在这种情况下使用的刀具是圆形的。使用数控铣刀时，角的半径必须大于加工角的刀具半径。理想情况下，刀具的直径应为其加工半径的两倍。
当倾斜或拔模的表面遇到垂直壁或锋利边缘时，也需要使用倒角。除非表面光滑且与刀具平行，否则使用方头铣刀或球头铣刀总会在壁和下方表面之间留下材料。
避免深而窄的槽
较长的工具经常振动和偏转，导致 表面光洁度因此，立铣刀切割塑料时的最终深度不应超过其直径的15倍。切割铝时，最终深度不应超过其直径的10倍，切割钢时，最终深度不应超过其直径的5倍。
例如，用0.5英寸立铣刀在加工钢制物体上切割出一个槽，宽度为0.55英寸，深度不应超过2.75英寸。考虑到内圆角半径与刀具直径之间的关系，任何内圆角半径都应超过0.25英寸。
采用尽可能最大的内部半径进行设计
更大的刀具每次切除的材料更多，从而减少加工时间和成本。设计时，务必采用允许的最大内圆半径。尽可能避免使用小于 0.8 毫米的半径。
使圆角略大于立铣刀的半径，例如 0.130 英寸（3.3 毫米），而不是 0.125 英寸（3.175 毫米）。这样铣刀会沿着更平滑的路径铣削，使表面抛光得更精细。
CNC车削设计
CNC车削是一种加工技术 在车床上生产轴对称圆柱形工件。该技术需要将工件固定在旋转的卡盘中，同时切削刀具将其切削成所需形状。这种加工工艺可实现更光滑的表面质量和更严格的公差。
以下是利用车床创建 CNC 切割设计的一些建议。
防止尖锐的内角和外角
在进行 CNC 加工设计时，消除内外尖角至关重要。在内角处增加半径有助于防止刀具在更大的表面上滚动。避免尖锐内角的另一种方法是略微倾斜陡峭的侧壁。使用单把车床刀具进行轮廓加工可能更高效，因为所需的工序更少。
避免细长的部分
避免使用细长车削件，因为它们容易旋转不均匀，并会与刀具产生摩擦。制造长部件时，尽量在自由端留出足够的空间安装中心钻，并使用中心钻保持部件旋转直线。此外，一般来说，长径比应为 8:1 或更小。
避免薄壁
过度的材料去除（例如铣削）可能会对部件施加过大的应力。过薄的壁厚也会降低刚性。此外，狭窄的壁厚也难以保持严格的公差。因此，在进行 CNC 加工设计时，应将车削零件的壁厚保持在 0.02 英寸以上。
特征对称性
车削零件上添加的每个特征都应绕车削轴对称。添加非轴对称的几何形状或特征将需要更复杂的加工和设置。台阶、锥度、倒角和曲线是车削的理想选择。有时需要为车削零件提供非轴对称特性，这可能需要采用独特的工艺。即使需要对称性，也可以保留一定的对称性。
优化加工路径和降低成本的方法
通过合理使用标准公差、优化材料去除效率和选择合适的材料， 加工路径可以有效优化 在确保零件质量和性能的同时，减少加工时间和成本。这对于数控加工的设计和制造过程具有重要意义，有助于提高生产效率和成本效益。
标准公差的使用
使用 标准公差 可以显著降低加工成本和时间。标准公差意味着零件在制造过程中无需过于精确的测量和调整，从而简化加工步骤并提高生产效率。通常建议标准公差为±0.1毫米，以满足大多数设计要求，且不会增加额外的加工成本。如果设计要求更高的精度，可以将公差收紧至±0.02毫米，但请注意，这会增加加工时间和成本。
选择合适的材料
这 材料选择 直接影响数控加工设计和成本。较软的材料（例如铝和塑料）比较硬的材料（例如钢和钛）更容易加工，因为它们可以以更高的切削速度加工，并且刀具磨损更少，从而提高加工速度和质量。软材料的另一个优势是它们在加工过程中变形较小，更容易达到所需的公差和表面光洁度。然而，在选择材料时，考虑最终应用和性能要求也很重要。
提高材料去除效率
优化设计以使用标准刀具尺寸并减少换刀次数是提高材料去除效率的关键。应尽可能使用标准尺寸的刀具，因为它们不仅更容易获得，而且成本更低。此外，设计还应考虑减少加工步骤，例如通过减少刀具和刀具的使用。 优化加工路径，提高效率。 设计可以尝试标准化孔和槽的直径，以便使用同一刀具完成多个加工步骤，从而减少更换刀具的次数和调整时间。
复杂几何形状和材料选择的设计意义
为了有效提高复杂几何形状的设计和加工效率并确保零件的质量和功能，Yonglihao Machinery 编制了最佳实践和注意事项列表，以帮助您做出更好的决策。
设计复杂几何形状的最佳实践
设计具有复杂几何形状的零件时，需要牢记以下几点关键事项。首先，避免过于复杂的内部特征，例如深孔、窄槽和尖锐的内角，这些特征会增加加工难度和成本。其次，尽量使用较大的内圆角，以最大限度地减少应力集中并提高零件强度。此外，在设计过程中应考虑刀具的可达性，以确保所有特征都能用标准刀具加工。
推荐的设计工具包括 CAD 和 CAM 软件，例如 AutoCAD 和 SolidWorks，它们可以帮助设计师精确创建复杂的几何形状并生成优化的加工路径。使用这些工具可以减少反复试验的时间，并提高设计的准确性和可制造性。
防范措施
在加工具有复杂几何形状的零件时，您可能会遇到一些常见问题。
深孔和窄槽容易导致刀具破损和加工误差。为了避免这些问题，可以通过分阶段切削来减少每次进给的深度，并使用专门设计的刀具来提高加工稳定性。其次，复杂的内部特征可能会阻碍刀具完全接触加工表面，可以考虑使用多轴数控机床或电火花加工 (EDM) 等特殊加工方法。
不同材料在 CNC 加工中的表现不同，钛和不锈钢等较硬的材料加工难度更大且成本更高，而铝和塑料等较软的材料则更容易加工。设计应基于零件的应用需求，并考虑材料的加工特性。例如，铝易于加工且成本较低，但可能不适合需要高强度的应用。
材料选择及其设计含义
通过了解不同材料的加工特性和设计要求，设计师可以优化 CNC 加工零件的设计，以确保最佳性能和成本效益。
不同材料在数控加工中的表现
在 CNC 加工中，不同材料的加工特性差异很大。常见的加工材料包括铝、钢、钛和塑料。选择材料时，应综合考虑零件的使用环境和功能要求，选择最佳的加工材料。
铝：铝是最常用的数控加工材料之一。它具有重量轻、强度适中、易于切削等特点。铝还具有较高的导热性，有助于快速散热，从而减少刀具磨损。
钢：钢具有高强度和耐磨性，但加工难度较大。加工钢需要更坚固的刀具和更低的切削速度，这会增加加工时间和成本。
钛合金：钛合金具有极高的强度和耐腐蚀性，但加工难度极高。钛合金硬度高、导热性低，导致刀具磨损迅速，因此需要使用特殊的刀具和冷却液。
塑料：ABS 和聚碳酸酯等塑料材料易于加工且成本低廉。然而，塑料的热稳定性较差，加工过程中需要控制温度以防止变形。
材料特性对设计的影响
材料特性直接影响零件的设计。铝的高导热性和易加工性使其能够实现更复杂的几何形状，而钢和钛的高硬度则限制了设计的复杂性。塑料的柔韧性和低强度要求在设计过程中添加支撑结构，以确保零件的稳定性和耐用性。通过了解这些材料特性，设计师可以优化设计，最大限度地提高加工效率和零件性能。
结论
本文重点阐述了数控加工设计指南中的基本设计原则、优化的加工路径以及合理的材料选择。避免深孔、窄槽和尖锐内角的设计有助于降低加工难度和成本。使用较大的内圆半径和标准刀具尺寸可以提高材料去除效率并缩短加工时间。选择合适的材料，例如铝、钢、钛和塑料，可以满足不同应用的需求并提高零件质量。
遵循这些设计原则和优化方法不仅可以提高CNC加工的效率和质量，还可以显著降低生产成本。通过合理设计和优化加工路径，您可以确保零件的耐用性和功能性。
如果您有任何 CNC 加工指南需求或需要进一步的技术支持，请联系 Yonglihao Machinery，我们提供专业的 数控零件 并将为您提供最佳的解决方案，确保您的项目顺利完成！
常问问题
什么是CNC加工?
CNC 代表计算机数控，指的是使用计算机实现机床自动化。这意味着该过程使用计算机程序来控制机床，例如车床、铣床和磨床。这项技术提高了零件和产品生产的准确性、效率和一致性。
CNC加工设计中最常见的问题有哪些？
常见问题包括深孔和窄槽导致加工困难且成本高昂，尖锐的内角难以加工，以及材料选择不当影响加工效率和质量。
如何选择适合CNC加工的材料？
材料选择应基于应用和性能要求的结合。铝适用于轻量化要求，钢适用于高强度要求，钛适用于高性能部件，塑料适用于低成本应用。
优化 CNC 加工路径的最佳方法是什么？
优化路径包括使用标准刀具尺寸以减少换刀次数、减少刀具使用以优化设计以及使用 CAD/CAM 软件生成优化加工路径以提高效率。