前沿技术, 设计

更好适合CNC加工的零件设计思路

简介

产品的物理体现发生在车间；然而，制造过程在数控铣削和车削机床启动之前就开始了。它从关键的设计阶段开始，这对于确定产品或其零件的尺寸和结构至关重要。
在设计阶段充分考虑生产技术的限制，可以通过减少潜在的障碍来促进制造阶段。
本指南提供了基于对数控加工、其设计限制、特定数控服务的深入了解的有价值的设计技巧、最佳实践、材料选择建议以及注意事项。我们希望本指南不仅可以帮助您最大限度地提高产品产量，还可以确保预算最小化。

什么是数控加工？

数控加工是一种通过从固体块或坯料上去除材料层来制造最终产品的减法制造方法。该过程涉及使用高速旋转的切削工具来塑造材料，直到创建出净形状。数控铣削是数控加工的关键类型之一，它使用切削工具，而车床和钻头则用于在成品上创建特征。

 

CAD 模型用于指导数控机床如何创建设计，并且机床在不同数量的轴上运行。3 轴机床在三个线性轴 X、Y 和 Z 上工作，而 5 轴机床在三个线性轴周围的两个旋转轴上工作。

 

数控加工为制造商提供了许多优势，包括高度自动化、可靠性、出色的可重复性和精确的几何精度。它还提供高质量的表面光洁度和耐用的零件。

数控加工的设计限制

然而，数控加工存在一些限制。幸运的是，通过结合考虑这些限制的设计考虑因素，制造商可以优化生产过程、降低成本并最大限度地减少生产时间。

公差

在提交零件设计进行生产时，包括零件尺寸的可接受公差是有帮助的。公差应根据零件所需的功能来确定。

 

数控加工可以达到非常严格的公差；但是，值得注意的是，公差比我们的服务标准更严格可能会导致生产时间延长和成本增加。

 

如果产品设计中没有指定具体公差，我们将按照 ISO 2768 标准执行服务，将金属零件的公差保持在+/-0.127mm，将塑料零件的公差保持在+/-0.254mm。更严格的公差可以实现，但可能需要更长时间，因为需要降低 RPM 转速以满足更高精度要求。

角度

数控铣削使用圆柱形刀具生成内角圆角，而不是直角，从而在内部垂直边缘或墙壁上产生半径。这是因为数控铣削中使用的切削刀具是圆柱形的，无法产生直边。在设计零件进行生产时，必须考虑到这一点。
非标准半径可以提高生产效率，因为切削刀具可以自由切割和转向角落，而无需停止和重新定位。较大半径的圆角比小半径的圆角铣削速度更快、成本更低。

底切

底切是无法使用标准数控铣削工具生产的特征，在数控加工时会带来许多挑战。因此，如果可能，必须避免它们。如果底切几何形状没有标准尺寸，则需要生产定制加工工具才能生产，这将大大增加加工时间和成本。因此，如果零件中需要底切特征，请确保其具有标准尺寸。
此外，应避免太深或位于难以触及的区域的底切。这是因为数控工具的长度有限，太深的底切可能无法生产，因为数控工具可能无法访问它们。

壁厚

在为数控加工设计零件时，最小壁厚是一个重要的考虑因素。建议选择尽可能厚的壁厚，并避免薄壁，因为它们容易振动，可能导致刀具断裂或损坏。
数控加工金属的标准最小壁厚为 0.030 英寸（约 0.76 毫米），塑料的标准最小壁厚为 0.060 英寸（约 1.5 毫米）。遵守这些标准可以确保最佳生产和成本效益。

螺纹

一旦零件加工到指定的尺寸和形状，就可以使用切削丝锥、成型丝锥或螺纹铣刀添加螺纹。在设计零件时，建议选择尽可能大的螺纹尺寸，因为较小的丝锥在生产过程中容易断裂。 此外，最好避免使用深螺纹，因为如果需要定制工具，可能会导致生产成本更高。此外，在零件设计中遵循标准螺纹尺寸可以帮助降低成本和生产时间。

数控铣削

在l零件通，我们提供一系列数控加工服务，其中包括最常见的数控加工工艺之一：数控铣削。在这个过程中，将材料毛坯安装在机床床上，使用诸如立铣刀之类的旋转切削工具来切削原材料。这些工具以每分钟数千转的极高速度旋转，以去除材料并创建最终零件。

为了使数控铣削过程尽可能高效，最初要移除的材料使用较大的工具以更高的转速切割掉。这使得大部分材料可以快速移除。当零件快要切割成形状时，使用转速较少的更高精度工具来完成零件。
一旦零件成功切割到尺寸，就会仔细检查以确保符合所需的公差并且质量达到标准。从那里，零件可以进行后处理并交付给客户。

数控铣削的快速提示

坚持使用圆形内角：由于数控铣削使用圆形旋转工具，因此无法创建锐角内角。
尽可能使用最大半径：使用的切削刀具越大，移除材料的速度就越快。确保将尽可能大的内角半径集成到设计中，这将有助于数控铣削过程。

数控车削

在数控车削过程中，将材料毛坯安装在旋转卡盘上，旋转卡盘在固定刀具工作时移动零件。数控车削非常适合生产沿其中心轴对称的零件，并且通常比数控铣削产品更快、更便宜。

数控车削刀具（或车床）在原材料高速旋转时保持静止，与之接触以精确去除材料，直到获得最终几何形状。由于数控车削的性质，该过程主要用于生产圆柱形零件，但是也可以使用多轴数控车削和铣削系统生产非圆柱形轮廓。

数控车削的快速提示

远离尖锐的内角：与数控铣削一样，数控车削能够制造外部和内部的圆角。 对称，但不要太薄或太长：如果零件设计太长或太薄，生产过程中的旋转可能会变得不稳定，从而导致制造问题。

材料选择

作为一种减材制造工艺，数控加工使用一块原材料（金属或塑料）来制造零件。该块被称为材料毛坯。无论您使用什么材料，在生产过程之前选择正确尺寸的材料毛坯都至关重要。通常，明智的做法是选择一个毛坯，其每个尺寸至少比最终零件的尺寸大 0.125”（约 0.3 厘米），以考虑原始材料的任何不一致性。同时，重要的是不要使用太大的毛坯，以最大限度地减少材料浪费。 在订购数控加工零件之前要牢记的另一件关键事情是，您的材料选择会影响生产时间和成本。这是因为某些材料的可加工性比其他材料更好，这意味着它们更容易和更快地加工。更快的加工速度最终会转化为更低的生产成本。

金属

一般来说，延展性好的金属更容易加工，因为 CNC 铣床可以更轻松地切割它们并实现更高的转速。例如，黄铜由于其良好的延展性，是最容易加工的金属之一。铝合金也非常适合 CNC 加工，生产时间很快。
另一方面，钢是一种坚固的金属，其可加工性比铝低得多，这意味着生产速度会较慢且成本较高。然而，需要注意的是，不同等级的钢根据其碳含量具有不同的可加工性水平。碳含量非常低和非常高的钢通常难以加工。
例如，碳含量相对较低的不锈钢 304 很难加工，因为它会变得粘稠并且硬化速度过快。硫和磷等添加剂可以使不锈钢更容易加工，如不锈钢 303 的可加工性更好所示。
为了说明这些金属的可加工性，碳钢的加工时间通常是铝的四倍，而不锈钢的加工时间则是铝的两倍。
我们为 CNC 加工提供以下金属合金：
铝
6061 T6、7075 T651、5052、2024、1060、LY12 2A12、1100、3003、3004、5083、5754、6082、6063、6083、7050、5A12、5A02
黄铜
黄铜 C360、黄铜 260、C932 M07 轴承青铜
铜
铜 H62、铜 H65、铜 H70、铜 H80、铜 H90、铜合金特殊

聚合物

虽然可以加工热塑性塑料，但聚合物的材料特性可能会给 CNC 加工带来挑战。首先，由于热导率较低，许多热塑性塑料在接触 CNC 铣床或钻头时会熔化或翘曲。尽管如此，对于不需要金属强度和刚性的零件，热塑性塑料可以提供更便宜的替代品。
在热塑性塑料的范围内，Delrin（POM）、高密度聚乙烯（HDPE）和 ABS 具有良好的可加工性。虽然 PEEK、Ultem、尼龙和许多复合材料因其强度和耐用性而受到欢迎，但它们更难加工。
我们为 CNC 加工提供以下热塑性塑料：
ABS
ABS 米色、ABS 蓝色、ABS 黑色
ABS 阻燃、透明 ABS 特殊
亚克力 Delrin
POM 白色、POM 黑色、POM 特殊
HDPE 尼龙

数控加工表面处理

数控加工过程的最后一步是后处理。在零件通，我们提供多种表面处理方法来完成您的最终零件并使其达到您的特定要求。需要注意的是，使用数控加工，后处理是可选的，因为加工零件的质量已经很高（见机加工）。

阳极氧化（II 型或 III 型）

阳极氧化为机加工零件提供了出色的耐腐蚀性，提高了表面的硬度和耐磨性，同时散热。阳极氧化是涂漆和底漆最常见的表面处理方法，因为它提供了高质量的表面处理。我们提供两种类型的阳极氧化：II 型，具有耐腐蚀性；和 III 型，更厚并增加了耐磨层。两种阳极氧化工艺都允许广泛的颜色饰面。

机加工

机加工表面处理不需要后处理，可为零件提供最快的周转时间。机加工零件的表面光洁度与 125 µin Ra 相当，而要求可以提高到 63、32 或 16 Ra µin。在最终零件上仍可能看到轻微的工具痕迹。

粉末涂料

在粉末涂料过程中，粉末涂料直接喷涂在机加工零件上。然后将涂覆的零件在烘箱中烘烤，形成耐用、耐磨和耐腐蚀的层。粉末涂料过程中提供多种颜色选择。

喷丸

喷丸是将小玻璃珠受控地吹向机加工零件表面。这种技术产生具有哑光纹理的光滑表面。在喷丸处理中，使用各种材料（如沙子、石榴石、胡桃壳和金属珠）来清洁零件或为后续的表面处理做准备

快速提示以优化您产品的数控加工

保持设计简单

如果可能，尽可能保持零件设计简单，通常会缩短生产时间，从而降低成本。这是因为复杂结构和表面的创建使用了许多小切口，这些切口比平面表面上更简单、更大的切口需要更长的执行时间。

尽量减少刀具更换

遵循保持简单的提示，确保零件设计集成一致的内角半径和孔尺寸，可以大大减少加工时间。换句话说，尽可能使用相同的尺寸将减少所需的刀具更换次数，每次刀具更换都会增加额外的时间和成本。

明智地选择材料

如前所述，材料选择对数控加工的生产时间和成本有很大影响。如果可能，选择具有良好可加工性的材料，例如黄铜或铝。对于不需要金属刚度和强度的应用，数控加工塑料材料也有助于降低成本，因为材料毛坯更便宜。

考虑公差和壁厚

对于数控加工，较高的公差和较薄的壁厚通常意味着较高的成本，因为实现更高精度切割所需的时间。如果您的产品或零件有允许的公差范围，请选择较低的公差以减少生产时间和成本。壁厚度也是如此：在可能的情况下，选择较大的壁厚公差。

尽量一种表面处理

数控加工过程的最后阶段，表面处理，也会影响整个项目的成本。为您的零件或产品选择单一表面可以提高时间和成本效率。如果需要多种表面处理，仍然有助于尽量减少所需的不同表面处理的数量。

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