為了充分利用CNC加工的能力，設(shè)計師必須遵循特定的制造規(guī)則設(shè)計。但這可能是一個挑戰(zhàn)，因?yàn)椴淮嬖谔囟ǖ男袠I(yè)標(biāo)準(zhǔn)。在這篇文章中，我們用CNC加工的最佳設(shè)計實(shí)踐匯編了全面的指南。

我們專注于描述現(xiàn)代 CNC 系統(tǒng)的可行性，而忽略了相關(guān)成本。有關(guān)為 CNC設(shè)計高性價比零件的指南，請參閱本文。

CNC加工是一種減法加工技術(shù)。在CNC中，使用各種高速旋轉(zhuǎn)（數(shù)千RPM）的刀具從實(shí)體塊中去除材料，以根據(jù)CAD模型生產(chǎn)零件。金屬和塑料都可以CNC加工。

CNC加工零件具有高尺寸精度和嚴(yán)格的公差。CNC適用于大批量生產(chǎn)和一次性工作。事實(shí)上，CNC加工是目前生產(chǎn)金屬原型最具成本效益的方法，甚至與3D打印相比也是如此。

CNC主要設(shè)計限制

CNC提供了極大的設(shè)計靈活性，但存在某些設(shè)計限制。這些限制與切削過程的基本力學(xué)有關(guān)，主要與刀具幾何形狀和刀具訪問有關(guān)。

1. 刀具幾何

最常見的CNC刀具（端銑刀和鉆頭）為圓柱形，切削長度有限。

當(dāng)材料從工件上移除時，刀具的幾何圖形被轉(zhuǎn)移到加工零件上。這意味著，例如，無論使用多小的刀具，CNC零件的內(nèi)角始終具有半徑。

2. 工具訪問

為了去除材料，刀具直接從上方接近工件。無法通過這種方式訪問的功能無法進(jìn)行CNC加工。

這條規(guī)則有一個例外：咬邊。我們將在后一節(jié)中了解如何在設(shè)計中使用咬邊。

一個好的設(shè)計實(shí)踐是將模型的所有特征（孔、空腔、垂直墻等）與6個主要方向之一對齊。將此規(guī)則視為建議，而不是限制，因?yàn)?軸CNC系統(tǒng)提供先進(jìn)的工件保持能力。

加工具有大深寬比的特征時，刀具訪問也是一個問題。例如，要到達(dá)深型腔的底部，需要使用帶有長軸的專用工具。這會降低末端執(zhí)行器的剛度，增加振動并降低可實(shí)現(xiàn)的精度。

CNC專家建議設(shè)計可使用最大可能直徑和最短可能長度的刀具加工的零件。

CNC設(shè)計規(guī)則

設(shè)計用于CNC加工的零件時經(jīng)常遇到的一個挑戰(zhàn)是，不存在特定的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)：CNC機(jī)床和工具制造商不斷提高技術(shù)能力，擴(kuò)大可能的范圍。

在下表中，我們總結(jié)了CNC加工零件中遇到的最常見特征的建議值和可行值。

1. 型腔和凹槽

型腔深度推薦：4倍腔寬

端銑刀的切削長度有限（通常為其直徑的3-4倍）。當(dāng)深寬比較小時，刀具偏轉(zhuǎn)、切屑排出和振動變得更加突出。將空腔的深度限制為其寬度的4倍可確保良好的效果。

如果需要更大的深度，請考慮設(shè)計具有可變型腔深度的零件（示例參見上圖）。

深型腔銑削：深度大于刀具直徑6倍的型腔視為深型腔。使用專用工具可使刀具直徑與型腔深度之比達(dá)到30:1（使用直徑為1英寸的端銑刀，最大深度為30 cm）。

2. 內(nèi)邊緣

垂直拐角半徑：推薦? x型腔深度（或更大）

使用內(nèi)角半徑的建議值可確?？梢允褂煤线m的直徑工具，并與建議的型腔深度的指南對齊。將拐角半徑稍微增加到建議值以上（例如增加1毫米），允許刀具沿著圓形路徑而不是90°角進(jìn)行切割。這是首選，因?yàn)樗梢垣@得更高質(zhì)量的表面光潔度。如果需要銳度90°的內(nèi)角，考慮添加T形咬邊，而不是減少角半徑。

底板半徑推薦 0.5毫米、1 毫米或無半徑；任何半徑立都可行

立銑刀的下刃為平刃或略圓刃。其他地板半徑可使用球頭工具加工。使用推薦值是一種良好的設(shè)計實(shí)踐，因?yàn)檫@是機(jī)械師的首選。

3. 薄壁

最小壁厚推薦：0.8毫米（金屬）、1.5毫米（塑料）；0.5毫米（金屬）、1.0毫米（塑料）都可行

減小壁厚會降低材料的剛度，從而增加加工過程中的振動并降低可達(dá)到的精度。塑料容易翹曲（由于殘余應(yīng)力）和軟化（由于溫度升高），因此建議使用較大的最小壁厚。

4. 孔

直徑推薦標(biāo)準(zhǔn)鉆頭尺寸；任何大于1毫米的直徑都可行

使用鉆頭或端銑刀加工孔。鉆頭的尺寸標(biāo)準(zhǔn)化（公制和英制單位）。鉸刀和鏜刀用于精加工要求嚴(yán)格公差的孔。適用于小于?20 mm，建議使用標(biāo)準(zhǔn)直徑。

最大深度推薦4 x標(biāo)稱直徑；典型的為10 x標(biāo)稱直徑；可行的為40 x標(biāo)稱直徑

非標(biāo)準(zhǔn)直徑的孔必須使用端銑刀加工。在這種情況下，適用最大空腔深度限制，并應(yīng)使用建議的最大深度值。使用專用鉆頭（最小直徑3毫米）加工深度超過典型值的孔。用鉆頭加工的盲孔有一個錐形底板（135°角），而用端銑刀加工的孔是平的。在CNC加工中，通孔和盲孔之間沒有特別的偏好。

5. 螺紋

螺紋尺寸最小為 M2；推薦為 M6或更大

內(nèi)螺紋用絲錐切削，外螺紋用模具切削。絲錐和模具可用于將螺紋切割到M2。

CNC螺紋工具很常見，機(jī)械師首選，因?yàn)樗鼈兿拗屏私z錐斷裂的風(fēng)險。CNC螺紋工具可用于將螺紋切割至M6。

螺紋長度最小值為1.5 x標(biāo)稱直徑；推薦為3 x標(biāo)稱直徑

施加在螺紋上的大部分載荷由少數(shù)第一個齒承擔(dān)（最大為標(biāo)稱直徑的1.5倍）。因此，不需要超過3倍公稱直徑的螺紋。

對于用絲錐切割的盲孔中的螺紋（即所有小于M6的螺紋），在孔底部添加等于1.5 x標(biāo)稱直徑的無螺紋長度。

當(dāng)可以使用 CNC 螺紋刀具（即螺紋大于M6）時，孔可以貫穿其整個長度。

6. 小特征

最小孔直徑推薦為 2.5毫米（0.1英寸）；0.05毫米（0.005英寸）都可行

大多數(shù)機(jī)械車間將能夠使用直徑小于2.5毫米（0.1英寸）的工具精確加工空腔和孔。

低于此限值的任何東西都被視為微加工。加工此類特征（切削過程的物理變化在此范圍內(nèi)）需要專用工具（微型鉆頭）和專家知識，因此建議避免使用，除非絕對必要。

7. 公差

標(biāo)準(zhǔn)：±0.125毫米(0.005英寸)

典型：±0.025毫米 (0.001英寸)

可行： ± 0.0125毫米(0.0005英寸)