CNC 是用于快速零件和原型生产的众多减材加工工艺之一。它使用从车床到激光切割机的各种切削工具来确保精确的公差，而且由于一切都是自动化的，CNC 加工是如何工作的？您从哪里开始了解 CNC 加工？
在本指南中，您将了解 CNC 技术如何制造复杂零件、制造业对自动化的需求以及开始您的第一个 CNC 项目的技巧。
为什么 CNC 对于现代制造业如此重要？
当前的制造工艺要求极高的精度、效率和生产力。CNC 是唯一能够结合这三种品质来生产任意规模零件的制造工艺。
CNC 技术可以与其他技术（如设计中的 CAD 和制造中的 CAM）集成。这意味着您可以使用计算机辅助设计软件设计某些东西，然后使用 CAM 软件和简单的 G 代码输出对其进行优化，以进行大规模制造。
您甚至可以直接编辑 CNC 程序来调整每个步骤的角度、旋转方向和切割深度。
此外，还有专门用于铣削、钻孔和车削等特定操作的 CNC 机床，有些甚至将这些操作组合成一个，提供超过 3 个轴的自由度。这意味着切削刀具可以在 X、Y 和 Z 方向上移动，并围绕 X 和 Y 方向旋转。
这种可定制性和多功能性使得加工定制零件变得简单、快捷。
从这里开始：什么是 CNC 加工？
CNC 加工零件是通过使用单个或多个切削刀具从毛坯上去除材料来生产的。该刀具使用安装在 CNC 机器上的微型计算机进行操作，该微型计算机可解释 CNC 编程语言（称为 G 代码或 M 代码）。
计算机数控 (CNC)
CNC 通过数字控制进行操作。它涉及使用一组预编程的指令，使用一种称为 G 代码（几何代码）的语言来定义切削刀具的路径和速度。
CNC 加工依赖于控制单元，该控制单元读取编码指令并向不同组件发送信号，打开和关闭它们，例如冷却液供应。
CNC加工简史
CNC 加工起源于 1940 世纪 XNUMX 年代，当时 John Parsons 与麻省理工学院合作生产磁性打孔卡来控制机器运动。打孔带上有一列孔，这些孔位于特定位置。每列都有特定的指令，例如 Y 轴上的运动、切割速度和方向。
1960世纪XNUMX年代，为了标准化不同的数控机床和穿孔带，在微型计算机的帮助下，数控改为计算机数控或CNC。
到了1980世纪XNUMX年代，CNC技术采用CAD软件进行精确绘图和制造。
CNC加工如何工作？
CNC 机床通过解释 2D 或 3D CAD 程序中的标准化 G 代码来运行重复命令和材料去除循环，整个过程无需人工参与。
还可以在机器本身中加载指令或编辑预编程指令。CNC 机械师可以通过手动控制 CNC 机器轻松添加命令。
CNC 机械师更喜欢闭环系统，它可以确定坐标中的任何错误并进行纠正。闭环 CNC 路由器通常有一个传感探头，可以接触床身上的已知坐标，以便在更换工具后重新校准。
CNC加工过程的步骤
无论您使用的是 CNC 铣床、CNC 车床还是多轴 CNC 机床，CNC 加工过程都是通用的，并且大多具有以下顺序。
从 CAD 文件开始
您无需学习 CNC 编程即可了解 CNC 流程。使用计算机辅助设计工具（如 Autocad）制作 2D/3D 设计文件。此文件应考虑加工中的所有细节，如零件的严格公差、尺寸和形状。
使用此文件，您可以生成技术图纸或从头开始制作 2D 图纸，这将告知 CNC 操作员有关加工操作和质量检查尺寸的信息。
使用 CAM 软件导出 CNC 文件
您可以使用计算机辅助制造软件创建 CNC 可读的加工指令作为 G 代码文件。CNC 机械师可以将此文件上传到 CNC 机器并放置毛坯以开始加工。
创建刀具路径
通常，在预编程计算机软件 (CAM) 的机器设置中生成刀具路径并在制作 G 代码文件之前选择切削刀具是一种很好的做法。计算机数控加工允许您更改刀具路径甚至控制刀具路径，但这可能会在加工阶段引入错误。
开始加工
将工件毛坯放入夹具后，CNC 操作员只需点击启动按钮即可执行整个加工过程。这是完全自动化的，停止指令也包含在 CNC 程序文件 (G 代码) 中。
数控机床的类型
CNC 机床种类繁多，其中有些甚至是液压 CNC 机床。本指南将重点介绍电动 CNC 机床，因为它们是最常见且最高效的 CNC 机床。
大多数 CNC 机床用于减材制造或从标准毛坯上去除材料。CNC 机床类型的差异通常在于切削刀具和旋转轴。
五轴数控机床
这些是最常见的 CNC 机床类型。CNC 车削和 CNC 铣削操作通常使用 3 轴 CNC 加工。切削刀具或工件可以利用 X、Y 和 Z 轴上的运动。
换句话说，工具可以在水平和垂直方向上移动并增加深度。三轴加工是一种多功能的 CNC 制造方法，可以为小型企业生产价格合理的零件。
在大多数CNC设备中，刀具在3个轴上运动，这意味着3个轴上的操作主要是CNC铣削。
五轴数控机床
除了三个平移轴外，5 轴 CNC 加工还利用了两个额外的旋转轴。这样，刀具就可以在三个轴上移动，工件就可以围绕两个刀具轴（通常是 X 和 Y）旋转。
涡轮机或无人机的斜角螺旋桨等复杂机械可以利用 5 轴 CNC 制造。
新品：多轴数控机床
多轴 CNC 设备是一系列具有 X、Y、Z、A、B、C 和附加旋转轴的新型 CNC 技术。这意味着 CNC 铣床和 CNC 车床不再需要是单独的机器，使车铣复合机床具有线性和旋转功能。
大多数 CNC 机床用于减材制造或从标准毛坯上去除材料。CNC 机床类型的差异通常在于切削刀具和旋转轴。
数控铣床
在 CNC 铣床中，切削刀具使用主轴旋转。刀具可以平移到 3 个轴并使用旋转主轴切削材料。切削刀具可以改变，但旋转和轴运动不会改变。
一些 CNC 铣床还可以使用更多自由轴，为复杂形状添加两个旋转轴。CNC 铣床主要用于端面加工。
数控车床
在数控车床中，切削刀具是固定的，工件在数控车床卡盘中高速旋转。数控车床的轴平移受到限制，大多数数控车床在 X 轴和 Z 轴上操作。
现代 CNC 系统使用转塔 CNC 车床，该车床具有多个刀具（最多 12 个），可以快速更换刀具。
数控等离子切割机
等离子切割机适用于金属等导电材料。它使用由易燃气体和电弧制成的等离子炬。火花与气体结合，形成可切割金属的等离子射流。
CNC 等离子切割机广泛应用于金属板材行业，可快速切割横截面。大多数 CNC 等离子切割机在 X 轴和 Y 轴上操作，非常适合切割厚度均匀的板材。
数控放电加工机
CNC EDM 使用火花技术从导电材料中去除材料。这种 CNC 加工具有极高的精度和精密度。EDM 工艺使用导电线和浸没在介电流体中的工件。它反复产生极高温度的微小火花，以微米级熔化材料并冲出切屑。
线切割机床的电极（线）之间没有直接接触，这意味着应力形成最小。CNC 电火花加工机床通常专用于专用工具和部件。
数控激光切割机
CNC 激光切割机通过向工件发射强大的激光来熔化材料。您可以使用激光切割机进行雕刻和标记，但切割材料时操作成本较高。
这些激光切割机使用二氧化碳激光切割木材和塑料等非金属
光纤激光器纯粹依靠掺杂在矿物质中的放大光来产生较短的波长，从而可以切割钢和铝等金属。
数控加工技术
CNC 加工通常根据切削运动进行分类。在制造业中，CNC 车削和铣削经常与 CNC 铣床和 CNC 车床交替使用。要完全理解什么是 CNC 加工，您应该了解 CNC 操作。
数控车削
CNC 车削是一种基于车床的操作。与需要旋转齿轮来控制进给并使用可读标记调整切削角度的手动车床不同，CNC 车削涉及使用旋转工件和固定切削刀具，由沿 2 或 3 个轴的平移运动引导。
切削工具以直线或弧线运动来在轴、圆柱体和圆锥体上产生圆形末端。
数控铣床
CNC 铣削涉及旋转切削刀具与固定工件的配对。除此之外，CNC 机械师经常使用方形或矩形毛坯进行铣削成型，这与车床中使用的圆柱形毛坯不同。
大多数 CNC 铣床沿 3 个轴移动，但功能更强大的 CNC 铣床可以沿 5 个轴移动。CNC 铣削包括
轮廓铣削
周边铣削
方肩铣削
面铣
CNC钻孔
CNC 钻孔也是一种铣削操作，但在 CNC 制造业中，有专门用于钻孔的 CNC 钻头。它使用高速旋转的钻头从工件上去除材料，留下孔。立铣刀也可用于此过程。
数控电火花加工
电火花机床的工作原理是利用金属丝产生火花，腐蚀导电材料。CNC EDM 可实现高精度的 CNC 加工零件，通常用于碳硬化或热处理部件的重复金属切割。
CNC研磨
研磨是一种抛光操作，可实现光滑的表面光洁度。在这里，CNC 是研磨过程中的计算机数控，可使其可重复并确保产品的表面质量相同。
CNC切割
CNC 切割是用于描述高精度材料修整的通用术语。此类别用于
CNC激光切割： 使用高功率气体或光纤放大激光来蒸发材料。
数控水射流切割： 使用加压水流切割材料。
CNC路由器切割： CNC 路由器是一种半手动类型的 CNC 切割机。它们配有一系列工具，主要依靠旋转切割工具。CNC 路由器可以钻孔、雕刻、切割、铣削、创建轮廓和凹槽，甚至可以修改以用于打印。
CNC 加工完成
CNC 零件的表面光洁度已经很好，很难注意到任何不平整的凸起或明显的工具痕迹。大多数异常在 CNC 研磨中被抛光，但有些应用需要耐候性、增强耐用性或只是颜色变化。
为了实现这一点，CNC加工零件需要根据材料经过许多精加工工序。
阳极氧化
CNC 零件尤其是铝制航空部件可以经过电解氧化过程形成比标准铝表面更坚韧、更耐用的天然氧化层。
打磨
刷涂包括在表面添加细纹和细槽以增加美感。这在不锈钢金属部件中很常见。
抛光
许多 CNC 零件主要面向消费者，例如油漆刷、智能手机外壳和戒指。CNC 加工可制作复杂的设计，但需要抛光以去除痕迹并增加光泽。钢制珠宝通常通过抛光获得银色外观。
电镀
为了保护部件免受天气和水的损害，您可以在钢部件上电镀一层其他金属，如锌或铜，以增加耐化学性。这也具有美观和装饰作用。例如，许多 CNC 加工的玻璃框架都镀有金。
粉末涂料
粉末涂料可让您的部件经久耐用、防锈且坚固。它可应用于塑料、金属和各种材料，并使用聚氨酯或环氧树脂来获得出色的硬度。
数控加工应用
CNC技术的发展源于航空航天和汽车工业的苛刻应用，但其应用范围并不局限于此。
航空航天与国防
该行业需要精密的 CNC 加工，因为如果叶片不匹配，涡轮叶片等部件会导致气流变化。许多航空航天部件由铝和碳纤维等轻质材料制成，最好使用电火花机床进行加工。
翼梁
燃油系统部件，如阀门
发动机喷嘴
面板
汽车
汽车行业使用 CNC 技术的频率高于其他任何行业。汽车行业每年生产数百万个零部件，相同的零件需要使用预编程软件来重复执行任务。
发动机缸体
钛合金刹车卡钳
排气提示
活塞杆
医疗和牙科
医疗植入物采用生物相容性不锈钢和钛制成。这些金属相当难以加工，大多数需要高精度的小型工具来生产与骨骼和牙腔轮廓相匹配的定制植入物。
骨板
骨螺钉
钳子
假肢
建筑与建筑
许多建筑项目都是从 CNC 加工较小的模型开始的，以检查装饰元素、承重性能和审查特征。
研究和开发
CNC 加工也为行业开辟了一个新的领域，即快速成型。由于该流程是标准化的，您可以使用 CNC 服务来制作复杂的零件并将其送到您家门口。
CNC加工材料
材料不再是 CNC 加工的顾虑。过去，加工钛等坚硬金属是一个难题，但现在有了专用加工工具，可以使用硬质合金刀具，这些刀具可以顺利加工任何金属。
金属制品
加工金属的原因有很多。
不锈钢 耐用、坚固且可在多种温度范围内工作。
铝板 是制作金属零件原型的轻质、耐用且常见的材料
黄铜 是少数几种不会因摩擦产生火花的金属之一，而且用于管道配件和电子连接器的 CNC 加工黄铜部件具有美感。
镁 属于软金属材料，简单的换刀即可降低刀具硬度，准确加工镁电子外壳。
塑料
塑料不仅限于柔软、可塑性强的板材，还有一些强度极高的塑料，如 ABS，用于汽车行业。大多数塑料部件都是通过注塑成型制成的，但许多消费电子产品、尼龙齿轮和垫圈都是通过 CNC 加工制成的。
复合材料及其他材料
碳纤维、FRP 和泡沫等复合材料通常用于汽车行业的零件制造。它们坚固且重量轻。这些材料的切割过程通常使用金刚石涂层工具，因为它可以保持锋利度并且分层效果最小。
好处和局限性
CNC 加工提供无与伦比的精度和快速的零件制造。CNC 加工也很容易实现规模化生产，因为该过程只需重复给定的次数即可。
CNC加工的好处
平台精度
CNC 加工可让客户获得质量受控的零件，制造商可以自由使用各种方法来确保公差严格。自动化可消除任何人为错误。
Cost Effective
现在有多种床架尺寸的 CNC 机器可供选择。购买 CNC 机器的初始成本很高，但它可以提供高产量、高精度，并且随着时间的推移，成本效益也会提高。
各种材料
您不需要不同的 CNC 机器来切割金属和塑料。您只需更换切削刀具即可加工不同的材料。
CNC加工的局限性
初期投资大
CNC 机器的安装成本很高。随着轴数的增加，CNC 机器的成本会大幅增加。此外，制造商还必须聘请 CNC 机械师来校准和维护 CNC 机器。
大多数 CNC 都配有一套基本工具，而专门切割则需要您投资购买更多工具。
零件复杂度
虽然 CNC 机床可以生产多种形状，但有些形状很难使用 CNC 机床实现。具有内部特征的组件不适合 CNC 机床加工，通常使用放电加工来加工此类零件。
尺寸范围
您可以在封闭的环境中加工 CNC 零件，因为冷却液可以循环使用，而且切屑不会到处飞出。但这种封闭的环境也限制了零件的尺寸。对于大型零件，尤其是大型内齿轮和外齿轮，需要采用铸造和锻造工艺。
大型零件需要重新定位、新设置、分段加工，这会增加零件的时间和成本。
刀具磨损
CNC 机床的最大运行成本是刀具磨损。虽然这取决于材料、进给率、切削深度和速度，但几乎所有刀具最终都会磨损并需要更换。
业余 CNC 操作员可能会很快导致刀具烧坏，而熟练的操作员会增加制造成本。
结语
CNC 加工是一种多功能、精确且可重复的制造工艺，被各行各业广泛接受。它具有精度高、成本低的优点，但会产生材料浪费，并且可能面临内部零件复杂性的挑战。
尽管如此，它仍然是从小型到大型组件的原型制作的最佳制造工艺，并且其效率使其成为现代制造业的理想选择。