CNC 雕刻机、数控铣、高速铣的区别和选型分析

CNC 雕刻机在国内的发展上从最近的一两年才有较大的发展，相关加工厂和使用单位时刻以敏锐的眼光盯着厂家的动向，这也是身为雕铣机主机生产厂一点也不敢松懈的真正原因所在。 

 

    作为用户当然要选合适的设备，如果选型不当，不但不能赚钱反而令陷入为机器打工的苦涩局面。那么什么样的机床才是好机床？ 

 

    我们认为好机床的定义是这样的： 

 

    能够在短期内收回投资的机床才是好机床。 

 

    数控机床的设计使用寿命一般为 7 年，主要是数控方面的使用寿命为准，这样花钱和挣钱的比例关系将直接影响您的生意，所以仔细分析功能进行选型是有效投资的必要条件。 

 

    在国外很早就有雕铣机的名词（ CNC engraving and milling machine ），严格地讲雕是铣的一部分，是购买雕刻机还是购买数控铣式
加工中心是经常要问自己的问题。另外，还有目前盛行的高速切削机床（ HSC MACHINE ）。 

 

    还是让我们首先搞清楚三个机型区别： 

 

    1 、 — 数控铣和加工中心 用于完成较大铣削量的工件的加工设备 

 

    2 、 — 数控雕铣机 用于完成较小铣削量，或软金属的加工设备 

 

    3 、 — 高速切削机床 用于完成中等铣削量，并且把铣削后的打磨量降为最低的加工设备    

 

    深入分析上述设备的结构可以帮我们做出正确的选择 

 

一、 — 从机械角度 

 

    机床的机械分为两个部分，移动部分和不移动部分：工作台，滑板，十字花台等为移动部分，床座，立柱等为非移动部分 

 

    1 、 — 数控铣加工中心： 

 

    非移动部分钢性要求非常好 移动部分钢性要求非常好 

 

    优点：能进行重切削； 缺点：由于移动部分同样庞大，牺牲了机床灵活性，对于细小的部分和快速进给无能为力。 

 

    2 、 — 数控雕铣机 

 

    非移动部分钢性要求好 移动部分钢性要以灵活为前题下，尽可能的轻一些，同时保持一定的钢性。 

 

    优点：可进行比较细小的加工，加工精度高。对于软金属可进行高速加工； 缺点：由于钢性差所以不可能进行重切削。 

 

    3 、 — 高速切削机床 

 

    非移动部分钢性要求非常好 移动部分钢性要求比较好，而且尽可能的轻巧。 

 

    优点：能进行中小量的切削（例一般 φ10 的平底刀，对于 45 号钢（ 300 ）深切深度以 0.75 为好）；   缺点：正确使用下能发挥高效，低成本，使打磨量变为极少。不正确使用，马上就会使刀具的废品堆积如山。 

 

 

    如何从机械上做到上面又轻、刚性又好矛盾的要求，关键在于机械结构上的功夫。 

 

    1 、 — 床体采用高低筋配合的网状架构，有的直接采用蜂巢的相接的内六角网状结构 

 

    2 、 — 超宽的立柱和横梁，大家知道龙门式的结构由于其极好的对称性和极佳的钢性被高速切削设备 厂家一直做为首选结构。 

 

    3 、 — 对于移动部分有与数控铣显著的不同之处是加宽了很多导轨与导轨之间的距离，以克服不良力矩的问题。 

 

    4 、 — 从材料上讲一般采用了米汉那铸铁，也就是孕育铸铁，在浇注铁水时加入一定比例的硅（ Si ）从而改变了铁的内部结构，使之更加耐冲压，刚性上有显著提高。 

 

    5 、 — 机床的刚性主要用于克服移动部分在高速移动时对非移动部分的强大冲击，所以导轨、丝杆要求粗一些，以及加强连接部分刚性 

 

二、 — 从数控角度分析 

 

    1 、 — 数控铣加工中心 对数控系统要求速度一般，主轴转速 0~8000RPM 左右 

 

    2 、 — 雕铣机 要求高速的数控系统，主轴转速 3000~30000RPM 左右 

 

    3 、高速切削机床 要求高速的数控系统以及极好的伺服电机特性，主轴转速 1500~30000RPM 左右 

 

三、 — 编程软件上分析 

 

    从软件的角度上讲，数控铣加工中心，高速切削机床雕铣机都可以使用标准的 CAD/CAM 软件如： MasterCam Cimatron PE UG 等。 

 

    铣床通常以为 Cimatron 刀路 较好一点，新版的软件充分考究到刀具的每时每刻的切削量的均匀性，尤其是刀进入走出工作的一刻的速度和圆滑性，以及在拐点的跟随差算法问题（ following Error ），使结果和设计图形更加贴进， CAD 部分刚大量采用直观的三维实体造型如 Solidworks 等再通过 IGS 等转入 CAM 软件进行加工。 

 

    不过不用担心， CAD/CAM 的发展速度远胜于机床的 CNC 的发展速度。 

 

    雕刻加工因其刀具的特殊性的有相当的细小的角度控制，用 TYPE3 为好。 

 

四、 — 刀库自动换刀和全自动对刀要求 

 

    加工中心是一个体面的名词，但我觉得对刀库的要求一定要结合实际。 

 

    加工中心是为了完成多种工序于自动状态的数控设备，主要是对于一些固定的大批量的生产作业，如果我们加工一个很多孔、牙的箱体，而且要天天做差不多的（一批量最小 2 百个以上）那就一定选加工中心，对于模具行业和小批量生产单位千万不要动不动就上加工中心，因为见过太多的厂家买加工中心，当数控铣来使用，使用刀库对数控系统的成本上来讲很简单，但主轴和刀库、空压机以及各种刀柄等会增加成本，所以对于一台设备的差价大于 10 万元人民币，而且编程人员要头脑清醒。不然悲剧就会发生，问题也相对增多了不少。效率上如何，对于生产量同一品种不到一、二百个的工件尽量不要使用加工中心，效率太低。 

 

    有什么好办法提高效率，不使用刀库，又不会造成人为的换刀误差，只有全自动对刀系统，刀往上一装，一个按钮，机床自动对刀，直接加工，误差在 0.001~.0003μm 内 , 与自动换时间来比 , 慢不了一点效率。如果是加工中心又无自动对刀装置机床与不带刀库，但是自动对刀的机床相比，实践中的效率后者远高于前者。又好请您注意自动对刀仪的最好品牌的价格如（ Marposs ）不过一万元左右，而且不太可能损坏，如此分析对于劳动力大把的国内模具加工，以及小批量工业零件的加工如果充分考虑资金的利用价值一定不应采用加工中心设备，另外，国内厂家的刀库基本上还很多问题。进口的也相当贵。（ BT40 的 10 把刀库不会低于 10 万人民币）。 

 

五、高速切削设备的看法 

 

    精明的加工商一定会大量时间考虑机床的准备时间和人员的人为因素所造成的损失，我们永远记住不用在这方面提醒他们。而我们该做的是如何从机床的加工时间上来给他们更高的加工效率，以及进可能的降低他们的打磨时间。甚至零打磨。高速切削设备的闪亮登场是让加工商砰然心动的事件。先不要考虑其昂贵的造价（ 150 万左右），单从使用上讲我认为一定是那句老话：它对有些人来讲是一块香香的肉，对另外一些人来讲是剧毒的毒药，日本人以及欧洲人不遗余力的宣传高速切削的好处而让人采用他们的设备。当然有些不实用的做法。在数控机床行业 8 年内实战经验告诉我他们的成本应在 60~70 万左右。如此之高的利润率是让我看到了他们的本质。国内的数控机床的毛利应为（ 30~40% ）之间。这是合理的，正直的利润。如果您愿意维护他们高利润我想在相同时间就不可能挣更多的钱。更要考虑到售后服务等等。我不敢相信他们的服务可以在 1~2 天内解决所有的问题。因为我们现有的科技还不能实现 “ 固体传真 ” 。 

 

    从振兴民族工业的角度上看应该支持国内机床厂的发展。 高速切削的本质是把刀具的行走的长度在短时间内走完。大家知道 

 

    距离 = 速度 × 时间 

 

    刀具的说明已经固定国 切削的方式决定长了就意味着无利可图 提高速度就等于把时间缩短。 

 

    高速切削因当前的机床本身的主轴和采用的刀具的限制决定了它不可能是一定好，目前国外通用的做法是第一台设备不采用高速切削，而第二台或第三台则可考虑这种设备。 

 

    成功的做法例如： 

 

    1 台仿形铣把大部分切削量完成（重切削）而剩于 2~3mm 的加工余量 

 

把剩余的切削量在高速机床上快速完成，这样做有很多好处 ： 

 

    1 ） — 重切削机床很多，加工费很低 

 

    2 ） — 加工量大，精度要求不高极易达到 

 

    3 ） — 刀具便宜 

 

    4 ） — 转入高速切削后，因为加工对象已接近成形，所以第一刀的切削量很均匀 

 

    5 ） — 成形快速准确 

 

    6 ） — 免太多打磨，配合尺寸精确 

 

    7 ） — 刀具虽贵，但时间短，切削量不大，性能价格比率很好 

 

    8 ） — 很多细微之处，如小角度导度等，细致加工一次完成而不用电火花帮快， 

 

    9）–极好的表面光洁度（镜面效果） 

 

    如此看来，设备的协条本是取胜之道，因为它的剩余量有 2~3 个 mm 所以在工作台上 XY 上做两个校准 G54 的档板就完成工件装夹的问题，而对于切削量不大的工件则直接在高速机床完成了。 

 

六、还有一个问题要讨论是主轴的问题 

 

    对于数控铣和加工中心因为要求低转速大扭据，所以一定需要主轴变速箱来的减速比来提升扭力的转速低而精度差是不可避免的，所以不大可能用小半径刀具。 对于雕铣机来说要主轴工作在 2~3 万 RPM 才可工作，回转精度一般 2 个 μ 左右，不然断刀现象全很严重，所以一定要用电主轴，即电机和主轴是一体的。 对于高速切削设备来讲，要求内藏式电主轴，而且在低转速时也要用一定的扭矩要有油水冷却机来保持主轴工作温度恒定主轴功率要在 7.5~8KW 以上 , 转速要超过 25000RPM 。