CNC 铣削或计算机数控铣削是一种加工工艺，它采用计算机化控制和旋转多点切削工具逐步从工件上去除材料并生产定制设计的零件或产品。该工艺适用于加工多种材料，例如金属、塑料、玻璃和木材，以及生产各种定制设计的零件和产品。
在精密 CNC 加工服务的保护伞下提供多种功能，包括机械、化学、电气和热加工。CNC 铣削是一种机械加工工艺，与钻孔、车削和各种其他加工工艺一起使用，这意味着材料是通过机械方式从工件上去除的，例如铣床切削工具的作用。
本文重点介绍 CNC 铣削工艺，概述工艺的基础知识，以及CNC 铣床的组件和工具。此外，本文探讨了各种铣削操作并提供了 CNC 铣削工艺的替代方案。
铣削定义
什么是铣削？这是一种使用刀具对工件进行整形的加工类型，通常在可移动的桌面上进行，尽管一些铣床也具有可移动的刀具。铣削最初是由人类执行的手动任务，但现在大多数铣削都是由 CNC 铣床完成的，它利用计算机来监督铣削过程。CNC 铣削提供更高的精度、准确度和生产率，但在某些情况下手动铣削仍然有用。需要大量技术技能和经验的手动铣削可提供更短的周转时间。它还有一个额外的好处，即手动铣床更便宜，而且用户无需担心对机器进行编程。
CNC铣削工艺概述
与大多数传统的机械 CNC 加工工艺一样，CNC 铣削工艺利用计算机控制来操作和操纵切割和成型原材料的机床。此外，该过程遵循与所有 CNC 加工过程相同的基本生产阶段，包括：
- 设计 CAD 模型
- 将 CAD 模型转换为 CNC 程序
- 设置 CNC 铣床
- 执行铣削操作
CNC 铣削过程从创建2D 或 3D CAD 零件设计开始。然后将完成的设计导出为 CNC 兼容的文件格式，并通过 CAM 软件转换为 CNC 机器程序，该程序指示机器的动作和工具在工件上的移动。在操作员运行 CNC 程序之前，他们准备 CNC铣床，方法是将工件固定到机器的工作表面（即工作台）或工件夹具（例如虎钳），并将铣刀连接到机器主轴。CNC铣削工艺采用卧式或立式CNC启用铣床（取决于铣削应用的规格和要求）和旋转多点（即多齿）切削工具，例如铣刀和钻头。当机器准备就绪时，操作员通过机器界面启动程序，提示机器执行铣削操作。
CNC 铣削过程启动后，机器开始以高达数千 RPM 的速度旋转切削刀具。根据所用铣床的类型和铣削应用的要求，当刀具切入工件时，机器将执行以下操作之一以在工件上产生必要的切口：
- 将工件缓慢送入固定的旋转工具中
- 将刀具移过静止的工件
- 相对于彼此移动工具和工件
与手动铣削工艺相反，在 CNC 铣削中，通常机器会随着切削刀具的旋转而不是逆着切削刀具进给可移动的工件。遵守这一约定的铣削操作被称为顺铣工艺，而相反的操作被称为常规铣削工艺。
通常，铣削最适合作为已加工工件的二次或精加工工艺，为零件的特征提供定义或产生零件的特征，例如孔、槽和螺纹。然而，该过程也用于从头到尾塑造一块库存材料。在这两种情况下，铣削过程都会逐渐去除材料以形成零件所需的形状和形式。首先，该工具从工件上切下小块（即切屑）以形成大致的形状和形式。然后，工件以更高的精度和更高的精度进行铣削过程，以完成具有精确特征和规格的零件。通常，一个完整的零件需要多次加工才能达到所需的精度和公差。对于几何形状更复杂的零件，
一旦铣削操作完成，并且零件按照定制设计的规格生产，铣削零件就会进入生产的精加工和后处理阶段。
数控铣床操作
CNC 铣削是一种适用于在原型、一次性和中小型生产运行中生产高精度、高公差零件的加工工艺。虽然零件的生产公差通常在 +/- 0.001 英寸到 +/- 0.005 英寸之间，但一些铣床可以实现高达和大于 +/- 0.0005 英寸的公差。铣削过程的多功能性使其能够可用于广泛的行业和各种零件特征和设计，包括槽、倒角、螺纹和型腔。最常见的 CNC 铣削操作包括：
- 面铣
- 平铣
- 角度铣削
- 成型铣削
面铣
面铣是指切削刀具的旋转轴垂直于工件表面的铣削操作。该工艺采用的面铣刀在周边和工具面上都有齿，周边齿主要用于切削，端面齿用于精加工应用。通常，面铣用于在成品上创建平面和轮廓，并且能够产生比其他铣削工艺更高质量的光洁度。立式和卧式铣床都支持这一过程。
面铣的种类有端铣和侧铣，分别使用端铣刀和侧铣刀。
平铣
平面铣削，也称为平面铣削或平板铣削，是指切削刀具的旋转轴平行于工件表面的铣削操作。该工艺采用平面铣刀其周边有齿，可执行切割操作。根据铣削应用的规格，例如切削深度和工件尺寸，可以使用窄铣刀和宽铣刀。窄刀具允许更深的切割，而更宽的刀具用于切割更大的表面积。如果平面铣削应用需要从工件上去除大量材料，操作员首先使用粗齿刀具、低切削速度和快速进给率来生成定制设计零件的近似几何形状。然后，操作员采用更细齿的刀具、更快的切削速度和更慢的进给速度来生产成品零件的细节。
角度铣削
角度铣削，也称为角度铣削，是指切削刀具的旋转轴线与工件表面成一定角度的铣削操作。该工艺采用单角铣刀（根据被加工的特定设计成角度）来生产角度特征，例如倒角、锯齿和凹槽。角铣削的一种常见应用是生产燕尾槽，它根据燕尾槽的设计采用 45°、50°、55° 或 60° 的燕尾槽铣刀。
成型铣削
成型铣削是指涉及不规则表面、轮廓和轮廓的铣削操作，例如具有曲面和平面的零件，或完全曲面的零件。该工艺采用专用于特定应用的成形铣刀或飞刀，例如凸形、凹形和圆角刀具。成型铣削的一些常见应用包括使用单一机床设置生产半球形和半圆形型腔、珠和轮廓，以及复杂的设计和复杂的零件。
其他铣床操作
除了上述操作外，铣床还可用于完成其他专门的铣削和机加工操作。可用的其他类型的铣床操作示例包括：
跨式铣削：跨式铣削是指机床通过一次切削加工两个或多个平行工件表面的铣削操作。该工艺在同一个机床心轴上使用两个刀具，刀具布置在工件的两侧，可以同时铣削两侧。
排铣：什么是排铣？排铣是指在同一机床心轴上使用两个或多个刀具（通常具有不同尺寸、形状或宽度）的铣削操作。每台切割机都可以同时执行相同或不同的切割操作，从而在更短的生产时间内生产出更复杂的设计和复杂的零件。
轮廓铣削：轮廓铣削是指机床在工件上沿垂直或倾斜表面创建切削路径的铣削操作。该工艺采用仿形铣削设备和切削工具，它们可以平行或垂直于工件表面。
齿轮切削：齿轮切削是一种铣削操作，它使用渐开线齿轮刀具来生产齿轮齿。这些刀具是一种成型铣刀，可根据特定齿轮设计所需的齿数提供各种形状和螺距尺寸。该工艺还可以使用专门的车床刀头来生产齿轮齿。
其他加工工序：由于铣床支持使用除铣刀以外的其他机床，因此可以用于铣削以外的加工工序，如钻孔、镗孔、铰孔、攻丝等。
CNC 铣削设备和部件
根据所执行的铣削操作，CNC 铣削过程采用各种软件应用程序、机床和铣削机械。
数控铣床支持软件
与大多数 CNC 加工工艺一样，CNC 铣削工艺使用 CAD 软件生成初始零件设计，并使用 CAM 软件生成 CNC 程序，该程序提供加工指令以生产零件。然后将 CNC 程序加载到所选的 CNC 机器以启动和执行铣削过程。
数控铣床部件
尽管可用的铣床种类繁多，但大多数机器在很大程度上共享相同的基本组件。这些共享机器部件包括：
- 机器接口
- 柱子
- 膝盖
- 鞍
- 工作表
- 主轴
- 乔木
- 内存
- 机床
图 1 – CNC 铣床配置和组件
机器接口：机器接口是指操作员用来加载、启动和执行 CNC 机器程序的机器组件。
柱：柱是指为所有其他机器部件提供支撑和结构的机器部件。该组件包括一个固定底座，并且可以包括有助于铣削过程的其他内部组件，例如油和冷却液储罐。
膝：膝是指固定在立柱上并为鞍座和工作台提供支撑的可调节机器部件。该组件可根据铣削操作的规范沿 Z 轴进行调整（即能够升高或降低）。
鞍座：鞍座是指位于膝盖上方，支撑工作台的机器部件。该部件能够平行于主轴轴线移动，从而允许工作台并通过代理工件进行水平调整。
工作台：工作台是指位于鞍座顶部的机床部件，用于固定工件或工件夹具（如卡盘或虎钳）。根据所用机器的类型，该组件可在水平、垂直、两个或两个方向上调节。
主轴：主轴是指由支撑和运行所用机床（或心轴）的立柱支撑的机器部件。在立柱内，电动机驱动主轴旋转。
刀杆：刀杆是指在可安装多台机床的卧式铣床上插入主轴的轴组件。根据铣削应用的规格，这些组件有各种长度和直径。可用的刀杆类型包括标准铣床、螺杆、纵切锯铣刀、立铣刀和外壳立铣刀刀杆。
滑枕：滑枕是指机器部件，通常在立式铣床中，位于支撑主轴的立柱顶部并固定在立柱上。该组件可调节以适应铣削操作期间的不同位置。
机床：机床代表由执行材料去除操作的主轴固定的机器部件。铣削工艺可根据铣削应用的规格（例如，被铣削的材料、所需的表面光洁度质量、机器方向等）使用各种铣床工具（通常是多点铣刀）。机床可以根据牙齿的数量、排列和间距，以及它们的材料、长度、直径和几何形状而变化。使用的卧式铣床的一些类型包括平面铣床、倒齿铣床、交错齿铣刀和双角铣床，而使用的立式铣床包括平面铣床和球头铣床，倒角、端面和麻花钻铣刀。铣床还可以使用钻孔、镗孔、铰孔和攻丝工具来执行其他加工操作。
铣床注意事项
通常，铣床分为卧式和立式机器配置，并根据运动轴的数量进行区分。
在立式铣床中，机床主轴是垂直定向的，而在水平铣床上铣床的主轴是水平定向的。卧式机床还采用心轴在铣削过程中提供额外的支撑和稳定性，并具有支持多种切削工具的能力，例如联铣和跨式铣削。立式和卧式铣床的控制取决于所用机器的类型。例如，一些机器可以升高和降低主轴并横向移动工作台，而其他机器具有固定的主轴和工作台，可以水平、垂直和旋转移动。在选择立式和卧式铣床时，制造商和车间必须考虑铣削应用的要求，例如需要铣削的表面数量以及零件的尺寸和形状。例如，卧式铣削操作，而开模应用更适合立式铣削操作。还提供修改立式或卧式机器以支持相反过程的辅助设备。
大多数 CNC 铣床都有 3 到 5 个轴——通常提供沿 XYZ 轴的性能，如果适用，还可以绕旋转轴。X 轴和 Y 轴表示水平运动（分别在平面上左右和前后），而 Z 轴表示垂直运动（上下）和 W -axis 表示垂直平面上的对角线运动。在基本的 CNC 铣床中，可以在两个轴 (XY) 上进行水平运动，而较新的型号允许额外的运动轴，例如 3、4 和5 轴CNC 机床。下面的表 1 概述了按运动轴数分类的铣床的一些特性。
表 1 – 按运动轴划分的铣床特性
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轴数 |
特征 |
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3个 |
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4个 |
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5个 |
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根据所用铣床的类型，机床、机床工作台或这两个组件都可以是动态的。通常，动态工作台沿 XY 轴移动，但它们也能够上下移动以调整切割深度并沿垂直或水平轴旋转以增加切割范围。对于需要动态刀具的铣削应用，除了其固有的旋转运动外，机床还沿多个轴垂直移动，从而允许刀具的圆周，而不仅仅是其刀尖切入工件。具有更大自由度的 CNC 铣床允许所生产的铣削零件具有更大的通用性和复杂性。
铣床的类型
有几种不同类型的铣床可供选择，适用于各种加工应用。除了仅根据机器配置或运动轴数量进行分类外，铣床还根据其特定特性的组合进一步分类。一些最常见的铣床类型包括：
- 膝型
- 滑枕式
- 床型（或制造型）
- 刨床式
膝式：膝式铣床采用固定主轴和垂直可调的工作台，工作台位于由膝部支撑的鞍座上。膝盖可以根据机床的位置在立柱上降低和升高。膝式铣床的一些示例包括落地式和台式平面卧式铣床。
滑枕式：滑枕式铣床采用固定在立柱上的可移动外壳（即滑枕）上的主轴，允许机床沿 XY 轴移动。两种最常见的滑枕式铣床包括落地式通用卧式和旋转刀头铣床。
床型：床型铣床采用直接固定在床身上的工作台，防止工件沿 Y 轴和 Z 轴移动。工件位于切削刀具下方，根据机器的不同，切削刀具能够沿 XYZ 轴移动。一些可用的床身铣床包括单缸、双缸和三缸铣床。单缸机使用一个沿 X 轴或 Y 轴移动的主轴，双缸机使用两个主轴，三缸机使用三个主轴（两个水平和一个垂直）分别沿 XY 和 XYZ 轴进行加工。
刨床式：刨床式铣床类似于床身式铣床，因为它们具有沿 Y 轴和 Z 轴固定的工作台以及能够沿 XYZ 轴移动的主轴。然而，刨床可以同时支持多台机床（通常最多四台），从而缩短了复杂零件的交货时间。
可用的一些特殊类型的铣床包括转台、滚筒和行星式铣床。转台铣床具有围绕垂直轴旋转的圆形工作台，并使用位于不同高度的机床进行粗加工和精加工操作。滚筒铣床类似于转台机器，除了工作台被称为“滚筒”并且它绕水平轴旋转。在行星机器中，工作台是固定的，工件是圆柱形的。旋转机床在工件表面移动，切削内部和外部特征，例如螺纹。
材料考虑
CNC 铣削工艺最适合作为二次加工工艺，为定制设计的零件提供精加工功能，但也可用于从头到尾生产定制设计和特种零件。CNC 铣削技术允许加工各种材料的零件，包括：
- 金属（包括合金、稀有金属、重型金属等）
- 塑料（包括热固性和热塑性塑料）
- 弹性体
- 陶瓷
- 复合材料
- 玻璃
与所有机加工工艺一样，在为铣削应用选择材料时，必须考虑多个因素，例如材料的特性（即硬度、拉伸和剪切强度以及耐化学性和耐温性）以及材料的成本效益加工材料。这些标准分别决定了材料是否适合铣削工艺和铣削应用的预算限制。所选材料决定了所用机床的类型及其设计，以及最佳机床设置，包括切削速度、进给率和切削深度。
备择方案
CNC 铣削是一种机械加工工艺，适用于加工各种材料并生产各种定制设计的零件。虽然该工艺可能显示出优于其他加工工艺的优势，但它可能并不适合所有制造应用，而且其他工艺可能被证明更合适且更具成本效益。
其他一些更传统的机械加工工艺包括钻孔和车削。钻孔与铣削一样，通常使用多点工具（即钻头），而车削则使用单点工具。然而，在车削中，工件可以像某些铣削应用那样移动和旋转，而在钻孔中，工件在整个钻孔操作过程中是静止的。
一些非常规机械加工工艺（即，不使用机床但仍使用机械材料去除工艺）包括超声加工、水射流切割和磨料喷射加工。非常规、非机械加工工艺——即化学、电气和热加工工艺——提供了从工件上去除材料的其他替代方法，这些方法不使用机床或机械材料去除工艺，包括化学铣削、电化学去毛刺,激光切割, 和等离子弧切割. 这些非常规的加工方法支持生产更复杂、要求更高、更专业的零件，而传统的加工工艺通常无法生产这些零件。
