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在竞争激烈的市场环境下，数控铣削为应对紧迫挑战提供了最可行的解决方案。一方面，制造商面临着对复杂零件高精度和一致性的双重需求；另一方面，他们也需要缩短交货周期、控制成本，以应对日益多样化的小批量市场需求。这些问题主要源于传统方法过度依赖人工，效率低下、误差率高且缺乏灵活性。
通过解决这些基本问题，数控铣削工艺直接奠定了现代精密制造的基石。本文将基于其工作原理、工艺步骤、所用材料、优势以及LS Manufacturing如何应用该技术为客户创造卓越价值的工程案例研究，对这一发展进行深入分析。 这样一来，既能为希望找到负责任的合作伙伴的工程师提供实用见解，也能为希望增进对这项改变生活的技术的了解的管理者提供实用见解。
数控铣削快速参考指南
| 话题 | 总结要点 |
| 工作原理 | 它基于一个非常简单的原理，即使用计算机控制的旋转工具，该工具沿着预定的路线移动，以精确地去除材料。 |
| 主要步骤 | 在 CAD 上进行设计，在 CAM 上进行编程，设置，调整参数，然后进行自动加工。 |
| 共同行动 | 它包括端面铣削、端面铣削、型腔铣削、轮廓铣削和钻孔，从粗加工到精加工。 |
| 合适的材料 | 金属、塑料、复合材料、陶瓷。 |
| 主要优势 | 高精度；可实现自动化；能够加工复杂零件。生产效率高，灵活度强。 |
| 遴选标准 | 零件复杂程度、批量大小、材料、预算以及对表面光洁度的要求。 |
总体而言， CNC铣削的特点是利用计算机控制高精度材料去除工艺。CNC铣削的基本原理，包括设计、编程、设置、自动化加工和检测，是支持各种铣削加工操作和材料加工所必需的。该技术在复杂零件制造方面的主要优势在于精度高、自动化程度高和灵活性强。零件的具体规格、数量、材料和表面处理要求决定了具体技术的选择。此外，该技术还能确保生产高效可靠，适用于众多工业应用。
为何信赖本指南？来自 LS 制造专家的实践经验
本指南中的实用见解源自LS Manufacturing在一线进行的大量五轴数控加工实践。我们推荐的方法——从夹具设计到表面处理——都持续接受美国制造工程师协会（SME）基础标准的检验。 因此，关于刀具选择和加工参数的建议是基于成熟的制造科学，而不仅仅是轶事经验，为您的项目提供了可靠的技术基础。
根据定义，复杂加工意味着需要可控且可预测的工作流程，以实现最高的精度。美国生产与库存控制协会 ( APICS )的原则是我们流程设计的一部分，旨在系统地管理质量和效率。从航空航天加工合金到医用级塑料，我们应用这种严谨的加工方法，确保了可重复的精度和准时交付——这对于我们所有客户行业的先进制造业至关重要。
LS Manufacturing CNC指南汇集了车间验证有效的技术和行业认可的框架，提供切实可行的策略。因此，它完美融合了技术标准和操作规范，奠定了坚实的基础。我们致力于将深厚的实践经验转化为清晰易懂的指导，帮助您的企业轻松应对现代CNC 铣削的复杂挑战。
图 1：LS Manufacturing 公司出品的种类齐全的铣刀系列
什么是数控铣削？
什么是数控铣削？一般来说，它是指利用计算机控制系统，通过旋转刀具相对于工件进行材料去除，从而加工定制零件的过程。工作原理：计算机程序会制定加工方法，选择参数并将程序输入数控机床，然后在伺服电机的控制下，刀具和工件会沿着设定的轨迹进行相对运动，从而完成切削和自动加工。
您的零件设计看起来很复杂吗？立即咨询我们的技术团队，获取免费的CNC加工设计指南和DFM（可制造性设计），这不仅能帮助您从基础开始优化设计，还能提高可制造性并降低成本。
CNC铣削的工作原理是什么？
数控铣削工艺 数控铣削精度高且自动化程度高，通常用于加工金属、塑料及其他多种材料的复杂形状零件。要充分了解数控铣削的工作原理，必须遵循数控铣削的步骤。LS Manufacturing 团队将在下文中详细介绍该流程。
- 产品图：使用计算机辅助设计软件（CAD），根据产品，绘制出待铣削孔的尺寸和位置，并在图纸上标明凹槽。
- 选择切割工具： 切削刀具的选择应与产品所用材料的类型及其加工方式相匹配。例如，如果是铝合金材料，则可以使用硬质合金螺纹钻铣刀进行加工。
- 设计切割路径： 根据图纸，检查切割路线和产品加工顺序，使整个加工过程有效。
- 机床参数设置：根据材料的硬度和产品要求，选择合适的切削速度、进给速度和切削深度。例如，如果材料是铝合金，则铣刀转速可设置为2000转/分，切削速度为314米/分，铣削进给量为0.06毫米/齿等。
- 安装工件：将工件固定在铣床上，使其稳定，并精确定位以便对工件进行加工，是通过夹具或其他刀具装置来实现的。
- 加工操作：首先，确保工件固定牢固，机床参数设置正确。然后即可开始铣削。加工过程中，注意观察切削情况，以便及时调整切削参数，保证获得良好的加工质量。
- 加工检验：铣削完成后检查表面光洁度。这可能包括尺寸检验、表面质量检验等。
- 后期处理： 结构完善的方法有助于确保即使是需要高精度加工的项目也能高效、高质量地完成。
铣削加工有哪些不同类型？
在金属加工的有效方法中，计算机数控铣削是一种理想的选择。计算机控制机床的优势在于能够利用旋转铣刀实现高精度的材料去除。考虑到不同的需求和实际应用场景，数控铣削衍生出多种类型。一些标准的铣削加工操作包括但不限于以下几种。
- 面铣削： 它是最常见的铣削方式，用于铣削与刀具面平行的平面。铣刀通常安装在主轴上。端面铣削有两种方法：一种是使用特定直径的刀具，一次铣削即可完成工件加工；另一种是使用直径较大的铣刀，需要多次铣削才能完成工件加工。
- 端铣： 端铣加工中，刀具轴线与加工平面垂直。它通常加工的形状包括轮廓、沟槽和型腔；主要应用领域为高级精密加工服务。
- 复制铣削： 这种技术可应用于铣削自由曲面或曲面，其中刀具的路径跟随工件的轮廓。
- 步进铣削： 也称为肩铣或端铣，是一种加工90°肩部或台阶面的方法。刀具的侧面（即切入角）与旋转轴线平行。
- 轮廓铣削： 这是一个加工工件内部或外部轮廓的过程，其中刀具路径经过精心规划，以精确考虑工件的形状。
- 下铣： 对于较深的型腔，这种方法非常有效。这种特殊的铣削加工方式是将一根长刀具垂直插入工件中进行切削。
- 螺旋铣削： 这种铣削方式的刀具路径呈螺旋状，通常用于加工圆柱面或圆锥形表面。
- 点铣：主要用于加工小孔或其他形状复杂的小面积区域。其精度是通过极小的刀具移动实现的。
- 槽铣： 在槽铣削过程中，材料被加工成 T 型槽、燕尾槽和各种类型的槽。
- 钻孔和铣削：虽然钻孔本身通常是一种加工方法，但它确实可以通过铣刀进行加工，而且通常是通过数控机床进行加工，这表明这些集成精密加工服务是多么灵活。
- 型腔铣削： 它指的是铣削加工复杂形状的内腔，例如模具。这种加工方式需要非常精确的刀具路径规划；因此，在所有铣削类型中，它是复杂零件加工中最重要的工序之一。
- 粗磨和精磨： 粗铣是通过较大的切削参数去除大量材料；精铣则是通过较小的切削量获得更精细的表面光洁度。它涵盖了铣削加工的全部过程——从大面积去除到最终的细节加工。
图 2：LS Manufacturing 公司在数控铣削中实现的颤振控制和刀具优化
LS制造精密加工解决方案：克服无人机轻型起落架支架的制造难题
在众多需要精密加工的高风险应用中，很少有像航空航天部件那样要求如此之高，因为每一克、每一微米都至关重要。我们成功制造了一款用于高空长航时无人机的轻型起落架支架，就是一个绝佳的例子，以下章节将详细介绍我们的方法。
客户困境
客户要求其下一代高空长航时无人机的起落架支架在保证强度的同时，还要做到极致轻量化。该部件采用深凹槽、薄壁、几何形状复杂，并由高强度7075铝合金一体成型。传统的多道工序加工会造成定位误差，且无法有效控制变形，从而危及关键部件的性能。 疲劳强度，以及与前供应商合作导致开发进度停滞。
LS制造解决方案
针对这一复杂零件的制造，我们采用了由工程团队主导的定制五轴联动加工工艺。五轴联动加工能力的全面运用，确保了一次装夹即可完成零误差加工。我们运用自主研发的多步切割策略，有效控制了薄壁零件的应力。此外，严格的工序内检测确保了每个零件的尺寸精度均符合航空航天加工的最高标准。
成果与价值
最终加工完成的支架实现了15%的减重，同时满足了强度和使用寿命方面的所有目标。一次合格率达到99.5%，并为客户缩短了30%的开发周期。该部件的成功制造为这款无人机的上市铺平了道路，并为这一关键航空航天部件打造了一条高效的供应链。
这个项目凸显了这样一个事实：任何此类挑战都需要一个拥有深厚的五轴数控加工能力、丰富的工艺知识和严格的质量体系的合作伙伴。我们通过与工程团队的整合，将瓶颈转化为客户的竞争优势。
制造复杂的结构件（包括轻量化和高精度部件）是否仍然令您头疼？无论您需要加工何种材料、工艺或性能，LS Manufacturing 的专业团队都能为您提供量身定制的CNC 铣削服务。立即联系我们的航空航天项目专家，提交您的零件图纸，即可获得量身定制的可行性分析和初步的CNC 加工报价！
定制铣削通常使用哪些材料？
铝
铝具有诸多优异特性，例如重量轻、强度高、易于加工、耐腐蚀等，因此在工业领域有着非常广泛的应用。其密度约为2.7 g/cm³，仅为铜和钢的三分之一，却拥有极高的强度。此外，铝的导电性和导热性也十分出色，因此在电力、电子、热交换器等领域有着广泛的应用。它也是我们综合数控铣削服务中的核心材料之一。
常用的铝合金包括2024、5052、6061和7075铝合金等。2024铝合金强度高、抗疲劳性能好，因此广泛应用于飞机结构； 5052铝合金耐腐蚀性优异，常用于制造油箱和管道； 6061铝合金焊接性和加工性好，因此常用于制造汽车车架；高强度7075铝合金是制造高应力零件的优质材料，由于其加工条件特殊，因此加工成本也较高。
钢
多种钢合金可用于数控加工。当需要更高的成形性和焊接性，以及加工齿轮、轴类零件或承受应力的应用时，可考虑使用钢合金。数控加工用钢的主要类型包括不锈钢、低碳钢合金和工具钢。当零件需要高强度、高延展性、优异的耐磨性和耐腐蚀性时，强烈推荐使用不锈钢。此外，不锈钢具有良好的加工性能，易于焊接和抛光。低碳钢则适用于成本较高且应用较为广泛的场合。
铜
铜是另一种在机械加工中非常受欢迎的材料，它具有许多独特的性能。铜具有极佳的导电性和导热性。凭借其高导电性，铜在电气和电子领域有着广泛的应用。由于其美观的特性，铜合金也常用于珠宝制造。典型的应用包括制造电线、磁性设备和珠宝首饰。
了解铜的特性是整个数控铣削工艺流程中至关重要的一部分。一些具有独特性能的常见铜合金包括黄铜和青铜。通常，黄铜是铜和锌的合金。它是一种非常柔软的金属，无需润滑即可进行加工。黄铜的常见特性包括优异的导电性、良好的耐腐蚀性和可加工性。因此，这种材料广泛应用于强度要求不高的场合，例如制造低强度紧固件、电气设备、消费品和管道设备。
另一方面，青铜由铜和锡组成，并添加了其他复合元素。它密度高、质地坚实、耐腐蚀。青铜具有良好的加工性能，因此可用于制造需要轴承、齿轮等精密机械部件。添加铝和磷有助于提高其冲击韧性和强度。
钛
这种CNC加工金属强度极高，重量轻，因此具有优异的强度重量比。此外，它还具有良好的耐腐蚀性、导热性和生物相容性，使其非常适合用于生物医学应用零件的CNC加工。钛的加工工艺包括焊接、钝化和阳极氧化，以获得良好的外观和保护。低导电性、高导热性和高熔点是钛的一些主要特性。
此外，钛还可用于制造医疗、军事、航空航天和汽车等行业的高性能机械零件。更值得一提的是，钛还适用于制造数控机床的切削刀具。
塑料
由于种类繁多且成本相对较低（加工速度更快），它们在常用加工材料中名列前茅。根据特性和用途，这类材料种类繁多，例如POM、ABS、PVC等等。它们密度低、强度高、塑性好。其应用范围涵盖电子和汽车制造、环境保护等诸多领域。与金属加工相比，这类材料的CNC铣削工艺有所不同，而这种差异也是影响最终CNC加工成本的因素之一。
陶瓷制品
除此之外，另一种常见的非金属材料是陶瓷。陶瓷具有一系列优点：强度高、硬度高、耐磨性好、耐腐蚀、耐高温。其中，在工业制造、电子和航空航天等领域常见的有氧化铝陶瓷、氮化硅陶瓷、碳化硅陶瓷等。
图 3：LS Manufacturing 公司生产的立式 CNC 铣床的功能结构图
数控铣削有哪些优势？
下表列出了数控铣削的诸多主要优势：
优势 | 描述 |
高度自动化和精确性 | 凭借高度的自动化和精确性，复杂的程序可以通过已为该任务编写的程序在无需人工干预的情况下完成，从而有效地提高生产效率并降低人为错误的可能性。 |
高灵活性 | 高灵活性是指，当产品设计发生变化时，只需对程序进行少量修改即可调整工作模式。因此，数控系统能够满足小批量、多样化生产的需求。 |
提高生产效率 | 这类机械设备可进行多坐标联动，加工形状复杂的零件。如果需要更改零件的形状或尺寸，数控机床只需修改程序，从而节省生产准备时间。大多数数控机床在整个运行周期内无需人工干预，提高了生产效率。 |
高安全性 | 加工过程中，机床的大部分操作都是自动化的；这样可以减少工人与危险机械的直接接触，使工作场所更加安全。 |
应用范围广泛 | 其用途十分广泛，涵盖航空航天、汽车制造、医疗、模具制造及其他相关领域。 |
数控铣削有哪些缺点？
尽管数控铣削工艺具有诸多优势，但也存在一些缺点。下表详细列出了数控铣削的一些主要缺点：
缺点 | 描述 |
对操作和维护人员的高素质要求 | 与普通机床相比，数控加工对操作人员的质量要求较低，而对维护人员的技术要求较高。 |
加工过程中难以控制 | 与普通机床相比，数控加工流程并不直观。此外，它对编程和调试技能及经验也有一定的要求。 |
维修不便 | 因为数控机床中组装了大量的电子和机械设备，一旦出现故障，维修起来可能会很复杂和困难。 |
可能存在的处理问题 | 由于加工过程中可能出现多种因素，如刀具磨损、切削参数不正确、机床刚性差等，可能会出现以下缺陷，如表面光洁度差、振动或颤动、刀具断裂、零件超出公差范围、尺寸精度差等。 |
正在权衡数控铣削与其他工艺（例如3D 打印）的优缺点？联系我们获取免费的工艺选择指南，帮助您根据成本、材料和性能做出最佳决策。
图 4：LS Manufacturing 公司生产的CNC 铣削中心的基本子组件
常见问题解答
1. CNC铣削和车削的主要区别是什么？
数控铣削依靠旋转刀具对静止的工件进行切削，适用于加工平面、沟槽等；车削则依靠旋转的工件和旋转刀具进行加工，因此专门用于加工旋转体，例如衬套。两者在减材制造系统中相辅相成。
2. LS Manufacturing采用CNC铣削加工的精度是多少？
LS Manufacturing CNC导轨的标准精度为±0.025mm。在尺寸要求严格的场合，使用高端设备和稳定的工艺条件，精度可低至±0.005mm 。具体指标取决于您的材料和结构，因此需要进行评估。
3. 数控铣削零件价格最重要的驱动因素是什么？
核心定价因素包括：几何复杂度（编程时间） 、材料类型、订单数量、后处理以及检验标准。我们建议您提供详细图纸，以便我们能够为您提供透明的成本分析。
4. 您如何处理客户的知识产权保护问题？
我们使用分层加密系统存储设计文档。所有员工均签署了保密协议，生产现场也已进行物理隔离。您的知识产权将始终归您所有，任何技术细节都不会透露给任何第三方。
5. 您能否管理从小批量原型制作到大规模生产的流程？
我们提供从单个原型到数万件批量生产的详细生产要求，并通过标准化的流程体系确保产品在整个生命周期内保持质量。我们保证质量标准不受产量影响。
6. 从收到图纸到发货的平均时间是多少？
标准复杂度的原型交付时间约为5-7 个工作日。批量订单的交货时间根据具体数量而定，数量直接影响数控加工成本。我们已建立敏捷的生产体系，并持续优化供应链，以缩短所有数控铣削服务的交付时间。
7. 如果在生产过程中出现一些设计问题，你会提供反馈吗？
是的，我们提供免费的CNC加工设计指南和DFM分析。在审核图纸以确保您的零件针对CNC铣削工艺进行优化时，我们的工程师会主动就可能影响制造成本、交货时间和质量的设计要点提供建议。
8. 除了铣削之外，LS Manufacturing 还提供哪些其他支持服务？
我们提供从数控车削到钣金加工、3D打印和金属冲压等一站式服务。这意味着我们可以从同一供应商处采购多个零件，从而简化供应链管理。
概括
CNC铣削的巅峰之作：CNC铣削是现代制造业的核心基础，即使在最复杂的加工中，也能实现无与伦比的精度和效率。从CAD设计到刀具路径编程、加工、检测和后处理，这一端到端的流程确保了零件加工结果的高度一致性和可重复性。从航空航天到医疗器械领域，CNC铣削不断革新并推动着对精度和重复性要求极高的创新。
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