先进的数控加工技术：多轴、高速和激光切割 | 精密制造

探索最新的多轴、高速和激光数控加工技术。了解先进的加工方法如何提高航空航天、医疗、汽车等领域复杂部件的精度、效率和设计灵活性。了解集成 CAD/CAM 对优化制造流程的益处。

探索复杂几何形状的高级数控加工技术

文章讨论了与数控加工技术相关的许多问题，第一部分是数控加工简介，其中定义了工作主题，即计算机数控，并讨论了其从最初的三轴到更高层次的发展。接下来是高级加工技术，讨论多轴加工技术。 数控加工 高精度数控方法和定制的数控输出。

该部分解释了多轴系统的基本概念，随后讨论了三轴加工和五轴加工之间的区别，以及它们的优势，如几何复杂性高和设置数量减少。高精度数控技术 "部分重点介绍了增量加工、五轴加工和高速加工，并强调了精度和生产控制。

定制数控加工技术解决方案部分考虑了冲压模具和工具、激光切割、水刀切割和等离子切割；它解释了所有这些方法如何满足特定的制造要求。本文还对 CAD/CAM 集成进行了研究，探讨了自动数控软件、CAM 集成、CAE 分析和设计措施的作用，以及这些工具如何促进制造过程。

最后，"结论 "部分介绍了高等无损检测技术对制造业的总体影响，并提出了一个常见问题部分，主要涉及在工业中应用数控加工技术的材料、设计和优势等问题。

先进的加工技术

除了三轴数控加工技术之外，还有一些方法将设计的极限进一步推向前进。多轴加工利用旋转刀具运动，超越了形状的限制。五轴加工提供了在一次装夹中加工物体侧面的能力。 定制数控加工零件 激光切割利用光束制作形状，水刀切割也利用喷射水流制作零件。

如今，制造业采用的计算机数控机床可提供更高水平的定制化生产和精度。此外，特别是在产品开发过程中，其精度也成为一个重要特征，因为它产生了对特定制造的要求。这就导致在传统的三轴数控零部件加工技术框架内出现了许多问题，尤其是在使用复杂、非标准的几何配置和严格的公差要求时。

但是，后来出现了这些不可预见的局限性，并出现了许多新技术来解决这些问题。这里讨论的数控加工工艺包括多轴、高速和激光加工复杂工件。这些方法的适当应用需要最大限度的设计自由度，同时还需要较高的效率。专业数控加工技术解决方案在各行业中的需求量仍然很大，因为需要设计原型和批量生产、随时应用的通用部件，而且精确度要高得多。

什么是 CNC 加工？

CNC（计算机数控）加工是一种通过计算机控制机床来生产产品的技术，计算机可以在切割过程中提供指令，并从原材料中制造出其他零件。早期的 数控加工的未来 应用三个线性轴和 XY 轴生产简单的长方体块状零件。

但如今的新方法允许多面加工，并且由于有了额外的旋转轴，所需的几何形状也变得更加复杂和精细。数控加工技术具有精确性、一致性和多功能性，因为进给速度、切削深度和刀具放置位置都可以通过数字来控制。

以下是与应用先进技术相关的各种优势

数控技术：

事实上，使用现代定制的基本数控加工技术（从铣削到车削）可以获得许多好处，并发现与传统技术相比，这些技术如何提高制造精度、速度和效率。高综合数控加工技术为复杂零件的制造提供了更好的能力，并进一步提高了精度。这使其能够满足航空航天和医疗等领域的更高标准要求。

多面加工还提供了设计灵活性，从而提高了多步制造能力。它们包括：由于只需一次装夹，因此装夹的成本和时间更少，而且移除材料的时间也更短。应用该技术的方法可以通过以前无法想象的几何形状推出产品。

多轴数控加工

什么是多轴加工？
多轴加工意味着除了传统的 X、Y 和 Z 三个线性运动轴之外，还有其他旋转轴。在一次操作中，切削工具可以同时进行线性和旋转运动，这为该技术带来了优势，因为它可以在一次操作中完成复杂的几何形状，而这可能需要相当长的时间和大量的操作。

3 轴加工与 5 轴加工
3 下轴数控加工技术提供沿 X、Y 和 Z 轴方向的正交直线进给运动。 5 轴数控加工服务 在两个额外的旋转轴上增强工具；这些额外的旋转轴称为 "A "轴和 "B "轴。现在，给定的工具或工件可以旋转，以允许右侧、顶部、底部或任何其他侧在一个位置上相继使用。这不仅增强了设计过程的灵活性，而且提高了效率。这优化了设计空间，提高了工艺效率。

多轴加工的优势

复杂几何图形
多轴加工使加工人员能够切入复杂三维形状的下刀口和内部区域。

减少设置
通过对所有表面的全面接触，可以避免重新定位，从而缩短生产周期。据观察，复杂零件的重新装夹次数要少得多。

更高精度
传统的数控加工技术需要在不同操作之间对零件进行重新定位，与之相比，多轴加工只需要较少的位置变化，因此可以在很大程度上减少误差，提高加工精度。LCM 加工的一些优势包括：在复杂几何形状上进行加工时，可以获得更小的公差。

汽车行业应用
复杂的变速箱部件、具有复杂端口配置的发动机缸体以及具有弧形轮廓的悬挂臂，都得益于多轴加工的设计自由度和简化的设置，以满足严格的汽车应用要求。

高精度数控技术

Geater 机械加工
Geater CNC 加工技术注重严格的公差要求，利用优化的机床和切削策略将精度控制在微米以内。

5 轴数控加工
如上所述，使用 5 轴运动，可以在一次设置中以更高的精度在工件内外进行复杂的切割。

高速加工
通过使用高主轴转速和快速刀具速率，高速数控加工技术缩短了加工周期，同时也获得了相当的表面光洁度。

高精度技术的优势

更快的生产
材料被侵蚀的速度更快，从而减少了材料去除所需的总体时间，使制造商的时间更加集中。

延长工具寿命
涂层刀具和优化的速度/进给使刀具的使用寿命更长，从而避免了刀具到了需要打磨/更换的阶段。

细部处理
由于工艺更精细，可制造出改进的微型几何设计，适用于公差更小的微型元件。

医疗设备应用
工具、植入物和假肢几乎都可以通过易于获得的高精度数控加工技术，按照生物兼容性要求的微米级公差进行复制。高度复杂的关节植入物可以根据病人的解剖结构进行制造和安装。

定制数控解决方案

冲压模具和工具
冲压模具需要在计算机控制下进行高精密的多轴加工，从金属板上冲压出相同的冲压件。

激光切割
激光数控加工技术使工程师能够控制零件的几何形状和布局。相干高强度激光可烧蚀多种材料，应用于航空航天、医疗、汽车和类似行业。

水刀切割
水刀使用嵌入高压流的磨料进行切割，即使在热敏感材料上也不会留下一层热影响区。水射流切割设备可高速切割金属复合材料和石材，以制造材料的特定部分。

等离子切割
数控加工技术等离子切割机将电离气体激发到可编程的切割空间，切割从低碳钢到铝合金等各种导电材料。

定制技术的优势
除了提高效率和设计灵活性外，客户解决方案还能生成按订单生产的专用零件。由于是手工生产，与自动化生产相比，手工生产会出现很多错误。
航空航天应用
单个或孤立的飞机截面和部件，包括一次性航空结构和标准重复制造及生产部件，通过激光切割可增强复杂的细节和复杂的轮廓，而水刀可定制复合装甲板，等离子可切割机身面板。有效的解决方案都是量身定制的，可以将装配精确到螺丝钉。

CAD/CAM 集成

数控软件
CAD 涉及以数字形式创建零件模型，而 CAM 则涉及将 CAD 设计转换为机器可读代码。它们与 CAE 一起构成了从设计到制造的集成套件。

CAM 集成
CAM 程序可调整刀具路径，并保证其使用的可能性。刀具路径的预生产实现可在零件制造前检查流程并指出错误。

CAE 分析
由于这些原因，工程师可以使用 CAE 通过应力/热力测试确认零件设计是否能够支持其设计功能，而无需进行原型设计。可对设计进行优化。

数控设计考虑因素
有一些计算软件工具可以帮助进行可制造性设计，从公差设计到基本的数控加工技术，从铣削到车削，并探索它们如何提高制造几何规则的精度、速度和效率。在这一过程中，复杂的适当表面会被减少，以促进 自动化数控加工 过程。

加工参数
根据所选材料和数控加工技术的工作能力，在软件中定义速度、进给率、深度和冷却液等切削参数。

CAD/CAM 集成的优势
全数字化流程可实现从设计阶段到成品部件的全过程。复杂、耗时的手动编码和猜测工作被定量、分析性的优化代码生成和模拟检查所取代，并在最初的成功尝试中运行。只有在系统集成的工程环境中，才能获得一致的结果。

结论

数字 CNC 加工技术是在过去几年中出现的，它极大地改变了加工的灵活性和精度。早期的设计人员只能局限于 "棱柱形状 "和有限轴向的加工，而目前的先进技术则提供了无限的解决方案，使零件的复杂性和微小公差都得到了提高。从 多轴方案从提高速度和精确加工能力，到集成激光和水刀，加工技术不断发展。

集成的 CAD/CAM 解决方案可加强从设计到生产的流程，因此，当今的制造计量部门发展速度更快，规模更大。随着对设计规格的要求越来越高，更先进的数控加工技术将提高复杂结构的设计和制造水平。在数字技术的推动下，各行各业将部署更广泛的专业加工服务，以满足对原型多功能性和大规模生产标准化的需求。

常见问题

问：先进的数控加工能制造出什么产品？

答：金属是最常见的材料之一，有铝、钢、钛和铬镍铁合金等多种类型，它们在不同用途上具有不同的特性。其他热塑性塑料包括 ABS、尼龙和 PEEK。新技术的发展使复合材料、陶瓷和致密木材/竹材的适用性成为可能。可以根据物品或部件的用途、操作条件和成本等方面做出正确的决定。正确的材料可以提高零件的性能，同时最大限度地发挥数字加工的优势，使其适用于任何几何形状。

问：在考虑先进的数控加工时，应考虑哪些因素？

答：一些重要的因素包括减少不可加工的区域、适当的壁厚，以及对半径和/或脊尺寸的限制。矩形轮廓间的平面曲线有问题，因此需要圆角。螺纹长度不必超过螺纹孔尺寸的三倍。目前的孔径尺度便于施工。使用 CAM 软件模拟零件程序可消除生产前出现复杂问题的可能性。因此，与机械师保持密切协作，对此类严格公差设计进行有效的协调，可在不发生任何冲突的情况下实现零件的可制造性。

问：哪些行业从先进的数控技术中受益最多？

答：首先是航空航天领域，根据 CAD CAM 数据铣制复杂的喷气式飞机和航天器部件。其他用于人体的部件则采用数控加工技术进行精密加工。汽车行业在制造高速发动机零件时采用多轴铣削。光学功能中的机械设备从 5 轴动力中获得复杂的镜片支架。电子设备中的小型重复电路采用高速铣削加工。在建筑领域，激光切割用于可持续建筑外墙，而吹雪机则通过多工厂合作，采用符合人体工程学的喷水式进气内衬。在所有行业中，复杂的工艺都在抽象地促进突破。