一文读懂3D打印技术

如果让你评选当今最能改变世界的一项技术，你会选什么?人工智能、区块链、AR与VR技术，还是默默无闻的3D打印技术呢?相比于前几位火爆全场的科学技术，3D打印仿佛流星一般，爆发刹那的闪耀后就消失眼前，实际上，3D打印技术正在以更快的速度改变着世界。

 

 

3D打印机(3D Printers)是一位名为恩里科·迪尼(Enrico Dini)的发明家设计的一种神奇的打印机，它不仅可以“打印”出一幢完整的建筑，甚至可以在航天飞船中给宇航员打印任何所需的物品的形状。

 

3D打印机，即快速成形技术的一种机器，它是一种数字模型文件为基础，运用特殊蜡材、粉末状金属或塑料等可粘合材料，通过逐层打印的方式来构造物体的技术。常常在模具制造、工业设计等领域被用于制造模型或者用于一些产品的直接制造，意味着这项技术正在普及。

 

 

3D打印的技术原理

 

3D打印并非是新鲜的技术，这个思想起源于19世纪末的美国，并在20世纪80年代得以发展和推广。中国物联网校企联盟把它称作“上上个世纪的思想，上个世纪的技术，这个世纪的市场”。三维打印通常是采用数字技术材料 打印机来实现。这种打印机的产量以及销量在二十一世纪以来就已经得到了极大的增长，其价格也正逐年下降。

 

使用打印机就像打印一封信：轻点电脑屏幕上的“打印”按钮，一份数字文件便被传送到一台喷墨打印机上，它将一层墨水喷到纸的表面以形成一副二维图像。而在3D打印时，软件通过电脑辅助设计技术(CAD)完成一系列数字切片，并将这些切片的信息传送到3D打印机上，后者会将连续的薄型层面堆叠起来，直到一个固态物体成型。3D打印机与传统打印机最大的区别在于它使用的“墨水”是实实在在的原材料。

 

 

堆叠薄层的形式有多种多样。有些3D打印机使用“喷墨”的方式。例如，一家名为Objet的以色列3D打印机公司使用打印机喷头将一层极薄的液态塑料物质 喷涂在铸模托盘上，此涂层然后被置于紫外线下进行处理。之后铸模托盘下降极小的距离，以供下一层堆叠上来。另外一家总部位于美国明尼阿波利斯市的公司Stratasys使用一种叫做“熔积成型”的技术，整个流程是在喷头内熔化塑料，然后通过沉积塑料纤维的方式才形成薄层。

 

还有一些系统使用粉末微粒作为打印介质。粉末微粒被喷撒在铸模托盘上形成一层极薄的粉末层，然后由喷出的液态粘合剂进行固化。它也可以使用一种叫做“激光烧结”的技术熔铸成指定形状。这也正是德国EOS公司在其叠加工艺制造机上使用的技术。而瑞士的Arcam公司则是利用真空中的电子流熔化粉末微粒。

 

以上提到的这些仅仅是许多成型方式中的一部分。当遇到包含孔洞及悬臂这样的复杂结构时，介质中就需要加入凝胶剂或其他物质以提供支撑或用来占据空间。这部分粉末不会被熔铸，最后只需用水或气流冲洗掉支 撑物便可形成孔隙。如今可用于打印的介质种类多样，从繁多的塑料到金属、陶瓷以及橡胶类物质。有些打印机还能结合不同介质，令打印出来的物体一头坚硬而另一头柔软。

 

3D打印技术的发展历史

 

3D打印源自100多年前美国研究的照相雕塑和地貌成形技术，上世纪80年代已有雏形，其学名为“快速成型”。

 

在20世纪80年代中期，SLS被在美国得克萨斯州大学奥斯汀分校的卡尔Deckard博士开发出来并获得专利，项目由DARPA赞助的。1979年，类似过程由RF Housholder得到专利，但没有被商业化。

 

1995年，麻省理工创造了“三维打印”一词，当时的毕业生Jim Bredt和Tim Anderson修改了喷墨打印机方案，变为把约束溶剂挤压到粉末床的解决方案，而不是把墨水挤压在纸张上的方案。

 

说到3D打印，就不得不提3D打印机。3D打印机又称三维打印机，是一种累积制造技术，通过打印一层层的粘合材料来制造三维的物体。现阶段三维打印机被用来制造产品。 2003年以来三维打印机的销售逐渐扩大，价格也开始下降。

 

该技术可用于珠宝，鞋类，工业设计，建筑，工程和施工(AEC)，汽车，航空航天，牙科和医疗产业，教育，地理信息系统，土木工程，和许多其他领域。

 

3D打印技术的核心制造思想最早起源于19世纪末的美国，到20世纪80年代后期3D打印技术发展成熟并被广泛应用。3D打印是科技融合体模型中最新的高“维度”的体现之一。

 

目前，三维打印机的使用范围还很有限，不过在未来的某一天人们一定可以通过3D打印机打印出更实用的物品。

 

3D打印能做什么?

 

打印服装

 

早在2013年，维多利亚的秘密时装秀上早已开始展示由3D打印技术制作的服装，当时超模indsayEllingson穿戴着由3D打印机打印的一对翅膀、紧身胸衣和头饰惊艳亮相，至今依旧让人惊叹。

 

 

打印人体假肢

 

2012年，一位苏丹的男孩因为在两军对峙中受伤失去了自己的双手，这件事被MickEbeling了解到，他当时在苏丹成立了一个实验室，同时配备一台3D打印机，可以帮助截肢患者重新用3D打印技术，打印出自己最适合的假肢。

 

 

2016年，湖南的3D打印技术企业开发出打印人体骨骼的技术，并开始正式应用。前不久，韩国延世大学卫生系统更宣布他们已经开发出可以正式商业化的3D打印人工义眼，几乎可以以假乱真，由此可见，以后我们也许再也不会在大街上看到任何肢体残疾的人士。

 

打印你想要的任何东西

 

实际上，发展到现在，生活中常见的物品几乎都可以用3D打印技术进行制造。例如汽车，早已经可以用3D打印技术制作出来，目前各大发动机厂家甚至还尝试利用3D打印技术制作汽车的引擎。再比如，我们的房子，早前上海的一家建筑公司就已经展出利用3D打印机制作的房屋，虽然看起来不怎么好看，但成本却极为低廉，只需要五万块不到，你就可以拥有属于自己的三方一厅了，前提是那块地得是你的。除了房子，汽车，3D打印还能制作糖果，完全可以食用的糖果，无需担心会出现任何问题，甚至连艺术品、枪支等都可以进行打印。

 

 

3D打印技术种类

 

SLA(Stereo lithography Appearance，立体光固化成型技术)

 

用特定波长与强度的激光聚焦到光固化材料表面，使之由点到线，由线到面顺序凝固，完成一个层面的绘图作业，然后升降台在垂直方向移动一个层片的高度，再固化另一个层面。这样层层叠加构成一个三维实体。

 

SLA是最早实用化的快速成形技术，原材料是液态光敏树脂。其工作原理是：将液态光敏树脂放入加工槽中，开始时工作台的高度与液面相差一个截面层的厚度，经过聚焦的激光按横截面的轮廓对光敏树脂表面进行扫描，被扫描到的光敏树脂会逐渐固化，这样就可以产生了与横截面轮廓相同的固态的树脂工件。此时，工作台会下降一个截面层的高度，固化了的树脂工件就会被在加工槽中周围没有被激光照射过的还处于液态的光敏树脂所淹没，激光再开始按照下一层横截面的轮廓来进行扫描，新固化的树脂会粘在下面一层上，经过如此循环往复，整个工件加工过程就完成了。然后将完成的工件再经打光、电镀、喷漆或着色处理即得到要求的产品。

 

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1. 白钢刀转速不可太快。

2. 铜工开粗少用白钢刀，多用飞刀或合金刀。

 

3. 工件太高时，应分层用不同长度的刀开粗。

 

4. 用大刀开粗后，应用小刀再清除余料，保证余量一致才光刀。

 

5. 平面应用平底刀加工，少用球刀加工，以减少加工时间。

6. 铜工清角时，先检查角上R大小，再确定用多大的球刀。

 

7. 校表平面四边角要锣平。

 

8. 凡斜度是整数的，应用斜度刀加工，比如管位。

 

9. 做每一道工序前，想清楚前一道工序加工后所剩的余量，以避免空刀或加工过多而刀。

 

10. 尽量走简单的刀路，如外形、挖槽，单面，少走环绕等高。

 

11. 走WCUT时，能走FINISH 的，就不要走ROUGH 。

 

12. 外形光刀时，先粗光，再精光，工件太高时，先光边，再光底。

 

13. 合理设置公差，以平衡加工精度和电脑计算时间。开粗时，公差设为余量 的1/5，光刀时，公差设为0.01。

14. 做多一点工序，减少空刀时间。做多一点思考，减少出错机会。 做多一点辅助线辅助面，改善加工状况。

 

15. 树立责任感，仔细检查每个参数，避免返工。

 

16. 勤于学习，善于思考，不断进步。铣非平面,多用球刀,少用端刀,不要怕接刀；小刀清角,大刀精修；不要怕补面,适当补面可以提高加工速度,美化加工效果。

 

17.毛坯材料硬度高：

逆铣较好 毛坯材料硬度低：顺铣较好 机床精度好、刚性好、精加工：较适应顺铣，反之较适应逆铣 零件内拐角处精加工强烈建议要用顺铣。 粗加工：逆铣较好，精加工：顺铣较好 刀具材料韧性好、硬度低：较适应粗加工（大切削量加工） 刀具材料韧性差、硬度高：较适应精加工（小切削量加工）。

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一迈推出间接金属3D打印，FFF与MIM的技术工艺结合

一迈（IEMAI）基于高性能材料3D打印的技术经验，拓展到间接金属3D打印，这是多材料兼容的一次突破。

 

基于MIM原理的间接金属3D打印技术，是使用金属线材，通过FFF工艺打印为生胚体，再经过脱脂烧结，最终制备为直接使用的金属制件。

 

进入新领域，一迈深入学习、探究、测试、实践

 1、研发线材：对于不同工艺、不同形状、不同大小的金属粉末做了深入调研以及测试，目前研发版本的金属线材已经成功测试；

 2、打印设备：基于一迈对高性能材料3D打印的经验积累，我们测试了金属打印的不同参数和挤出结构，目前稳定打印且保持良好的尺寸精度和表面效果；

 3、脱脂烧结：在脱脂烧结工艺方面，我们请教了业内人士，查阅了资料，并且进行反复测试，核心解决控制精度（收缩比例）、提高致密性和提高制件性能。传统的脱脂和烧结的设备相对比较大型，为适合3D打印市场，还专门定制开发小型脱脂烧结设备。

间接金属3D打印仍有很多突破点和需求，真正实现低成本、高精度、高性能的桌面间接金属3D打印，是一迈未来努力的方向，同时欢迎更多专业人士共同探讨研究，为间接金属3D打印培育市场应用，这需要整个行业的努力。

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一、简单CNC加工编程补师

　　会使用坐标系统，知道加工坐标与设计坐标的关系。熟悉二维刀路，熟悉等高，平行加工，三维等距加工，会分割浅面陡面，了解公差与留量关系，了解加工面边界的计算，了解浅陡面分割线计算，了解表面粗糙度的控制方法。会三种控制系统的后处理方法，熟悉ISO代码，会手工编程。了解模具结构，会拆铜公。熟悉常用刀具的切削参数。熟悉切削材料的硬度对参数的影响。勉强能写出来完整刀路，对二次开粗无法控制，对光刀理解不深刻。懂的软件只是表达思想的工具，愿意对金属切削工艺、刀具、材料、产品和模具本身去深入学习。

　　二、简单CNC编程员

　　在“一”基础上，有过一个月的经验，基本能完整锣出来软料的加工，如铜公，尺寸基本准确。基本能加工出来简单的二维钢料并熟悉流程，能把误差控制在一个丝之内。

　　三、初级的CNC编程员

　　在“一”“二”基础上，能够边写边对着加工结果写出下一个刀路，刀路基本能够准确切削到想要切削的高度或外形处。空刀比较小。刀路的节奏感比较若。刀路繁琐，思路不是很清晰，重复的浪费的地方很多。

　　四、需要模具工程师带领工作

　　在前三种高度上，能够独立不看机床加工结果，不出大问题，写出三维刀路，顺利后处理出来，并在断电等情况下修改好程序。基本不能独立分模，需要依赖模具工程师或者模具结构2D图纸。对刀具反弹，断刀，过切，角落问题，光不到位等情况有一定了解。空刀仍然比较多。但对软件参数了解已经比较深入。

　　五、基本能够独立工作，但是速度较慢

　　软件操作比较熟练，但速度不是很快，能独立分出来简单的包括五种基本模具结构的模具，能够锣简单手办。问题不多，加工基本到位，但是加工效果一般，不是很漂亮。留量不均匀，两刀路接口不顺，抛光难度大。

　　六、基本能够熟练工作

　　软件熟练，快捷键熟练，操作行云流水，了解模具装配，知道加工面的留量如何配合模具的装配，知道加工面的留量导致的产品问题并进而导致的产品将来的装配问题，知道如何保守加工以防止未来出现的模具装配和产品结构和装配问题。熟悉数据的安全。知道如何加工六面均需要加工的制品的定位。对容易变形的铜公筋，钢料懂的如何下刀。对用铣床半开粗过的模具，了解如何测绘残料，节省时间或防止撞刀。

　　七、能够独立处理问题

　　能够面对产品设计的问题，主动更改产品设计，以满足模具结构和加工的合理性。能准确计算加工时间，能够面对产品进行CNC加工的报价。对设计费用、加工费用计算准确。擅长与客户沟通。能够出线切割图纸。出铜公定位图纸。会拆不复杂的铜公。

　　八、能够有效沟通各部门并做出处理并有大公司的工作经验

　　软件熟悉，能够拆出复杂的铜公，能对铜公进行定料，熟悉铜公的避空，几个铜公的整合制作以降低材料成本，并出定位图。会做旋转体的铜公。会修补由于数据输入和输出导致的变形。熟悉模具价格，模架定制，顶针位置，热流道。在一定高度上控制整个从产品零件到装配到变形到模具的思路及过程中遇到的各种问题。熟悉模具坐标与装配坐标系统在图纸中的表达，使公司各个部门之间能够充分共享数据，能够快速反映出零件装配与模具定位关系，快速查出关键尺寸，明确在工程图中需要表达的关键数据，知道那些不需要表达。

 

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详解3D打印的优势

近年来，3D打印机在制造业掀起了一场风暴。从汽车到计算机零件以及人体服装等各方面，3D打印机制造产品无疑在当今许多人的生活中扮演了重要角色。3D打印是使用数字绘图制作3D产品的过程。3D打印机通过一种称为“增材制造”的过程来实现这一点。与使用减法制造的CNC加工相比，增材制造会分层添加材料，直到产品完成。使用3D打印机对大企业和个人都有许多好处。随着它的不断发展，3D打印机注定会对每个人在未来的日常生活方式中发挥重要作用。

 

速度

3D打印机最大的优点之一是减少了创建产品所需的时间。在3D打印机大规模投入生产之前，研发团队必须在批量生产产品之前制作几个原型。现在，一个原型可以用一个3D打印机制造，并且很容易在计算机中更新以再次打印。复杂的设计可以从一个CAD模型上传并在几个小时内打印出来。其优点是设计思想的快速验证和发展。过去要花几个月的时间现在要少得多。

制造成本低

　　从采购到打印，整个过程都非常划算。3D打印机的材料价格往往会有所不同，但在大多数情况下，价格相当便宜。与传统制造相比，低产量的增材制造成本极具竞争力。对于验证形状和配合的原型的生产，它比其他替代制造方法（例如注射成型）便宜得多，而且在制造一次性功能部件方面往往具有竞争力。随着产量的增加，传统的制造技术变得更具成本效益，大量生产证明了高安装成本的合理性。

风险缓解

　　使用3D打印机可以减少生产过程中的风险。即使制造公司不打算用3D打印机批量生产零件，它们在其他方面仍然有用。3D打印机可以在您涉及到其他设备（如CNC加工或传统机器）之前提前打印原型。这有助于在降低风险的同时建立对现有设计的信心。

 

 　　3D打印机的拥有量已经增长到只有少数公司没有这种技术。即使3D打印机比以往任何时候都更容易使用，已在全球生产和运输超过300万件零部件。这一过程快速、简单、经济。

      科技的快速发展，越来越多的人成为了“低头族，人们无时无刻都盯着手机或者是电脑，因此大多数现代人都存在着一定的脊椎疾病。脊椎侧弯是指一个人的脊柱轴有一个偏差，100个人当中大约就有3个人患有此病。许多患者并未对此进行治疗，这导致轻微的背部疼痛和不适。但当脊柱弯曲比较严重时，病人应该及时就诊，以过上正常而舒适的生活。传统的脊柱侧弯治疗包括物理疗法、支撑、铸造，最极端的是手术。支撑是其中一种比较常见的疗法，它能保持脊柱在正确的位置上，甚至可以逐渐减少弯曲的程度。当然，支架的质量、精准度以及调整支架的能力对一个正确的治疗来说是最很重要的。

 

 

 

Lelio Leoncini是WASP Medical的一名外科医生，专门从事物理治疗与修复。2014年以来，他一直在研究并完善一项特别的富有创新，就是为脊柱侧弯患者定制化3D打印胸衣。

 

 

　　制作3D打印胸衣的第一步是CAD-CAM捕捉，其中低成本的红外传感器能对病人的躯干进行有效的3D扫描和捕捉。该技术还能同时在数字模型上纠正病人的弯曲部分。据Leoncini说，建模仅需30分钟。3D打印胸衣的好处是显著的，并且即使胸衣被打印出来，也可以对其进行回收和修改。这些胸衣是轻量的，自定义安装，并有一个明显提高的感官质量。Leoncini一直在使用 Deltawasp 40 70 3D打印机打印他的胸衣。

 

 

 

　　可以想象，支架的精准度对充分的治疗是至关重要的，3D打印在这方面可以帮很大的忙。Leoncini 说出了在医疗领域技术进步的重要意义：“总体上，我个人一直对计算机科学与技术等相关领域抱有极大的兴趣，并成功的将这些兴趣与我的工作结合在一起。医学是一门从来不会到达终点的科学，它总是需要发展，以提供更多的可能性。创新能打破障碍，并为最弱势群体提供机会。”

 

 

 

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毫无疑问，五轴加工技术在生产中的应用越来越广泛。但是，我们在工厂里看到的切削刀具却仍然是那些简单的平底、球头铣刀，甚至与几十年前没有什么区别，久而久之，大家都认为这是理所当然的。



五轴加工刀具的形状只能这样简单？

当然不是。五轴加工中心可以进行复杂联动，支持使用更智能灵巧的加工刀路来提升加工效率。切削刀具制造商们陆续推出一系列大圆弧新型的铣削刀具，通过更合理地使用各种便捷可靠的加工策略，可以充分挖掘出五轴机的加工潜力。



01大圆弧铣刀与超弦精加工技术

大圆弧铣刀也被称为鼓形铣刀、抛物线铣刀，可以针对各种形状的工件进行表面精加工，特别是在模具加工中。合理的加工刀路编程是有效使用大圆弧刀具的关键。在刀路规划中需要基于刀具切削刃的几何形状，使刀具中特殊形状的切削刃在切削过程中，以合适的角度与工件表面接触。

为了满足这一需求，刀具制造商与CAM软件开发商合作研发了能够实现这类刀具设计理念的编程算法，未来的CNC精加工技术已经来临。

Mastercam的超弦精加工技术，在高表面质量工件（例如模具）的精加工过程中，基于圆弧刀具的精确轮廓，在刀路中控制刀具以适当的角度与工件轮廓形状进行精确拟合，可以在保证表面质量的前提下大幅减少加工循环时间。

大圆弧刀具几乎都需要配合五轴机床使用，特别是在模具加工领域，以保持它们以所需的角度切削。Mastercam的超弦精加工技术可以结合刀具形状和五轴机床的复杂运动性能进行有机结合，大幅提高精加工的效率。

 

02怎么看待这类新型铣刀？CAM软件扮演怎样的角色？

CNC Software公司在大圆弧刀具的理念刚刚提出时就开始与刀具制造商进行深入技术交流，进行协同研发。CNC Software的工程师Jesse Trinque 深度参与了Mastercam针对大圆弧刀具的编程方案的研发。他是怎么看待这类新型铣刀？以及这种新的切削理念中CAM软件可以扮演怎样的角色？

 

 

 

“在过去，CAM软件实际上还没有将切削刀具进行精确实体建模，”他说。“因为没有必要。刀具的形状太简单了：立铣刀的形状是个圆柱体，球刀是带半球形底端的圆柱体，这些简单的几何实体形状足以精确地表达CAM 刀路中的刀具形状。但大圆弧刀具改变了这一点，它们的切削刃由不规则的圆弧段构成，形状十分复杂。涉及这种刀具的编程，首先需要在CAM软件中针对刀具的形状进行精确定义，通过特殊算法将刀具的切削刃与工件表面的复杂曲面进行拟合，最后生成刀路。这就是Mastercam的超弦精加工技术。

 

对于这些在新技术研发上的投入，最好的回报就是大幅提升的精加工效率。大圆弧刀具使用特殊弧度的切削刃沿着曲面边缘轮廓进行精铣。使用球刀进行精加工时，切削点的弧度受限于其刀身半径。相比之下，圆桶型式（barrel-form）或椭圆型式（oval-form）之类的大圆弧刀具，可以在小半径刀身上使用非常大弧度的切削刃进行加工。

 

 

 

CAM软件对于使用圆弧段工具至关重要。保持所需的精确啮合角度需要针对每种不同的圆弧段工具类型定制的刀具路径。

 

球刀的优点是在使用时不用考虑刀尖形状与工件表面形状的啮合角度。无论使用何种角度，刀尖接触点的形状始终是圆形。Jesse说，使用球刀精加工的缺点是加工循环时间长。球刀需要较小的步进增量来保证精加工表面质量，被加工表面较大时，加工时间会变的非常长。而使用大圆弧刀具则可以更大的步进量来达到同样的表面质量，这样一来就可以大幅缩短循环时间。但使用大圆弧刀具时必须保持在切削刃以合适的角度与工件接触，以便大半径刀刃轮廓起到作用。

 

 

 

通过使用比球刀大的多的刀尖圆弧，大圆弧刀具可以更高效的进行精加工。这里的锥度型式刀具是一种极端的情况 - 它的切削刃看起来几乎是直的。这种刀具需要以非常精确的啮合角度进行精加工。

 

以怎样的接触角度进行精加工？Jesse说，椭圆型式（Oval-Form）刀具在有效接触区域内，使用的接触角度仅限于15度以内。锥度型式（Taper-Form）比这更有限，它的啮合角度变化不能超过0.1度。相比之下，球刀在其运动范围内的角度实际上是无限的。这就是为什么球刀几乎可以用在所有的加工中心上，但大圆弧刀具主要应用于五轴机床。

 

他说，圆弧型铣刀适用于铣削工件上的开放式大曲面特征，例如使用透镜型式（Lens-Form）刀具精铣模具中模穴的底部区域，使用锥度型式（Taper-Form）或椭圆型式（Oval-Form）刀具对模芯的侧壁精加工。一般来说使用球刀进行这些区域的加工都可能耗时好几个小时，而使用几种大圆弧铣刀的组合策略，可以把加工时间降低到一小时以内。

 

 

 

相比球刀，大圆弧刀具是这样节省循环时间的：利用更大的刀尖弧度，可以使用更大步进增量达到相同的残脊高度。用这种方式不仅提高了生产率，而且所得到的表面光洁度也更好。

 

他说，超弦精加工不仅仅可以用在模具加工上。具有大曲面特征的航空航天零件和医疗植入器械也非常适用超弦精加工。特别是航空航天和医疗器械零件的加工很多已经在使用五轴机床进行加工“我们最近协助一家公司加工钛合金膝盖部件，”他说。“这个零件使用五轴机床加工，原来的精加工循环时间是70分钟。我们使用大圆弧刀具结合Mastercam的超弦精加工技术，将精加工循环时间缩短到10分钟，其表面质量甚至比之前更好。”

 

 

 

球刀仍然很重要。有时，复杂工件中会有一些细小间隙特征、只有球刀才能以合适的角度伸入间隙进行精加工。确实，Jesse先生说这是用户接受新型刀具和新的精加工理念时需要认识到的现实。

 

“那些听说过超弦精加工和大圆弧刀具的公司往往希望将它们应用到所有加工中，但这样的加工方式有它的局限性：它们不适用于粗加工，而且每种形状的刀具都有自己的优点和局限性。了解这些不同形状的刀具和它们适用的工件特征可以帮助CNC工程师拓展编程思路，以更灵活的方式处理工件上的不同特征，提高整体精加工的效率“在过去，在编程时可能只用一把球刀去慢慢地精加工一个复杂型腔，”他说。“理解了超弦精加工技术，在编程时可以根据型腔中不同区域的特点，选用不同形状的刀具和不同的刀路，以更高效的效率，更低的成本完成精加工。”

 

Jesse说，这就是未来CNC工程师需要的思考方式。在他看来，使用切削刃形状更复杂的刀具是精加工的未来。刀具的进化，可以将CAM软件所能实现的复杂刀路与五轴加工中心所能实现的复杂机床运动相结合，是精加工效率提升的下一个决定性因素。他说，事实上，许多刀具制造商也在推出实用高效的，不同形状的刀具。Mastercam不再将刀具定义为简单的形状，而是作为高效精加工中不可或缺的重要组成部分。

 

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在工厂，CNC加工中心主要用于模仁、镶件等模具关键件及铜公等加工。模仁、镶件的质量，直接决定着模具成型部分的质量。而铜公加工质量直接约束着EDM加工影响。对于CNC加工质量的保证，关键在于加工前的准备，就本岗位而言，除要具有丰富的加工经验和模具知识外，在工作中也要注意良好沟通，特别是和制作组、同事的沟通。

▌ CNC加工的流程

1）阅读图纸、程序单

2）将相应程序传输至机床

3）检查程序头，切削参数等

4）工件上工序加工尺寸、余量的确定

5）工件的合理装夹

6）工件的精确找正

7）工件坐标的精确建立

8）合理刀具、切削参数的选取

9）刀具的合理装夹

10）安全的试切方式

11）加工过程的观测

12）切削参数的调整

13）加工过程中问题与相应人员的及时反馈

14）加工结束后工件质量的检测

▌ 加工前的注意事项

1）对于新模，加工图要符合要求，且数据清楚；新模的加工图要有主管的签名，加工图的各栏已填写。

2）工件有品质部的合格标识。

3）接到程序单后，核对工件基准位与图纸基准位是否相一致。

4）看清楚程序单上的每一项要求，确认程式与图纸的要求是否一致，如有问题，必须同编程师及制作组一起解决问题。

5）根据工件的材料及其大小，判断编程师开粗或光刀程序选用刀具之合理性，若发现刀具应用不合理，应立即通知编程师作出相应改动，以便提高加工效率及工件加工精度。

▌ 装夹工件的注意事项

1）在夹持工件时，要注意码仔的位置及压板上螺帽螺栓的伸出长度适中，另外在锁角仔时螺丝不可顶底。

2）铜公一般为锁板加工，上机前应对照程序单上的开料数确保相符，同时应检查收板螺丝是否收紧。

3）对于一板收多块铜料的情况，应检查方向是否正确，各铜料加工时是否干涉。

4）根据程序单之图形状以及工件尺寸之数据进行收夹工件，必须注意：工件尺寸数据的写法为XxYxZ， 同时，若有散件图者，须核对程序单的图形与散件图的图形是否相符，注意哪个方向向出，以及X，Y轴的摆法。

5）装夹工件时必须核对工件尺寸是否符合程序单的尺寸要求，有散件图的须核对程序单的尺寸与散件图的尺寸是否相同。

6）工件上机前应清洁工作台及工件底部。机床台面及工件面应用油石推掉毛边及碰坏的位置。

7）码码仔时，确保码仔不会被刀碰伤，必要时可与编程师沟通。同时，如果底部垫正方，则码仔必须对准垫正方之位置，以达到受力均衡之目的。

8）使用虎钳装夹，必须了解刀具加工深度，以防被夹位置过长或过短。

9）螺丝必须收入T型块内，不得只用一部份螺纹，如需接驳螺丝时，上下螺丝必须各用一半接头的螺纹，压板上螺帽的螺纹必须完全使用，不得只收几牙螺纹。

10）定Z深度数时要看清程序单碰数之位置，以及Z最高点的数据，输好数据入机床后，须再核对一次。

▌ 装夹刀具的注意事项

1）具要装夹牢靠，不可于刀柄中过短。

2）每次索刀前都应检查刀具是否符合要求，索刀长度都应根据程序单指示之加工深度确定，一般应略长于加工深度值2mm并要考虑刀柄是否碰撞。

3）遇到加工深度很深的情况可以与编程师沟通，酌情采用两次索刀的办法，即先索得一半至2/3的长度，待加工到较深位置时再索得长些，这样可提高加工效率。

4）使用加长索咀时，尤其应了解下刀深度、所需刀长等数据。

5）刀头安装上机前，其锥度配合位置，应用清洁布抹干净，机床刀套的相应位置亦同样清洁，避免配合面有铁屑影响精度及损坏机床。

6）通常对刀具长度采用刀尖对刀方式（特殊情况用刀中对刀的情况），对刀时应仔细核对程序单指示。

7）当程式中断或再行必须重新对刀时，应注意深度是否能与前面相接，一般情况下可先行调高0.1mm行，然后根据情况再作调整。

8）旋转收拆式的刀头，如采用水溶性切削液，应每半月用润滑油浸数小时作保养，可使刀头内部机件有润滑不致磨损。

 

▌ 校正找正工件的注意事项

1）工件拖表时必须注意垂直度，一边拖平，再去拖垂直边。

2）工件分中时，必须分中两次进行验证。

3）分中碰数后，应根据程序单提供之外形尺寸及散件图上之尺寸进行核对中位。

4）所有工件必须使用分中方式分中，零位在工件边亦须用分中方式分中后再移到边上，必须确保两边余量一致。如特殊情况必须单边取数时，必须再次获得制作组确认才可通过。单边取数完，紧记补偿回分中棒的半径。

5）工件中心的零位输入必须与工作站电脑图三轴中心相同。

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沃尔沃卡车北美公司在美国弗吉尼亚州都柏林有一处工厂——New River Valley（NRV）工厂，这里生产的卡车供应整个北美市场。近日沃尔沃卡车利用3D打印技术生产卡车零部件，每个零件能节省大约1000美元，大大降低成产成本。

 

 

沃尔沃卡车3D打印 每个零件省1000美元

 

NRV工厂先进制造技术部正在为全球12家沃尔沃卡车工厂，探索先进制造技术和3D打印应用。目前初获成果，在NRV工厂的创新项目实验室中测试并使用了500多种3D打印装配工具和夹具，提升卡车生产效率。

 

沃尔沃卡车选择了SLS 3D打印技术，并利用高性能工程塑料材料制作、测试工具和夹具，最终用在卡车制造和装配过程中。工程师在三维建模软件中设计的部件可以直接导入并3D打印出来，所需时间仅几小时到几十个小时不等，相比传统方法制作装配工具大大减少了所花费的时间。

 

 

沃尔沃卡车 NRV工厂

 

另外3D打印还给沃尔沃卡车带来了更充分的灵活性，不必再将工具制作的项目外包而是在工厂内3D打印制作。既优化工具制作的流程，又减少库存随用随造，从而降低卡车交付给最终用户的成本，提升竞争力。

 

 

近日沃尔沃卡车3D打印制作了油漆雾化清洗器的零件，相比传统制造方式，每生产一个零件可以节省大约1000美元花费，显著降低卡车制造和装配过程中的生产成本。另外沃尔沃卡车还利用3D打印技术生产车顶密封工具、保险丝安装压板、钻孔夹具、刹车制动压力计、真空钻杆、引擎盖钻具、动力转向适配器支架、行李仓门量具、行李仓门栓等多种工具或夹具。

 

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一、工件过切：

原因：

1、弹刀，刀具强度不够太长或太小，导致刀具弹刀。

2、操作员操作不当。

3、切削余量不均匀。（如：曲面侧面留0.5，底面留0.15）

4、切削参数不当（如：公差太大、SF设置太快等）。

改善：

1、用刀原则：能大不小、能短不长。

2、添加清角程序，余量尽量留均匀，（侧面与底面余量留一致）。

3、合理调整切削参数，余量大拐角处修圆。

4、利用机床SF功能，操作员微调速度使机床切削达到最佳效果。

二、分中问题：

原因：

1、操作员手动操作时不准确。

2、模具周边有毛刺。

3、分中棒有磁。

4、模具四边不垂直。

改善：

1、手动操作要反复进行仔细检查，分中尽量在同一点同一高度。

2、模具周边用油石或锉刀去毛刺在用碎布擦干净，最后用手确认。

3、对模具分中前将分中棒先退磁，（可用陶瓷分中棒或其它）。

4、校表检查模具四边是否垂直，（垂直度误差大需与钳工检讨方案）。

三、对刀问题：

原因：

1、操作员手动操作时不准确。

2、刀具装夹有误。

3、飞刀上刀片有误（飞刀本身有一定的误差）。

4、R刀与平底刀及飞刀之间有误差。

改善：

1、手动操作要反复进行仔细检查，对刀尽量在同一点。

2、刀具装夹时用风枪吹干净或碎布擦干净。

3、飞刀上刀片要测刀杆、光底面时可用一个刀片。

4、单独出一条对刀程序、可避免R刀平刀飞刀之间的误差。

四、撞机-编程：

原因：

1、安全高度不够或没设（快速进给G00时刀或夹头撞在工件上）。

2、程序单上的刀具和实际程序刀具写错。

3、程序单上的刀具长度（刃长）和实际加工的深度写错。

4、程序单上深度Z轴取数和实际Z轴取数写错。

5、编程时座标设置错误。

改善：

1、对工件的高度进行准确的测量也确保安全高度在工件之上。

2、程序单上的刀具和实际程序刀具要一致（尽量用自动出程序单或用图片出程序单）。

3、对实际在工件上加工的深度进行测量，在程序单上写清楚刀具的长度及刃长（一般刀具夹长高出工件2-3MM、刀刃长避空为0.5-1.0MM）。

4、在工件上实际Z轴取数，在程序单上写清楚。（此操作一般为手动操作写好要反复检查）。

五、撞机-操作员：

原因：

1、深度Z轴对刀错误·。

2、分中碰数及操数错误（如：单边取数没有进刀半径等）。

3、用错刀（如：D4刀用D10刀来加工）。

4、程序走错（如：A7.NC走A9.NC了）。

5、手动操作时手轮摇错了方向。

6、手动快速进给时按错方向（如：-X 按 +X）。

改善：

1、深度Z轴对刀一定要注意对刀在什么位置上。（底面、顶面、分析面等）。

2、分中碰数及操数完成后要反复的检查。

3、装夹刀具时要反复和程序单及程序对照检查后在装上。

4、程序要一条一条的按顺序走。

5、在用手动操作时，操作员自己要加强机床的操作熟练度。

6、在手动快速移动时，可先将Z轴升高到工件上面在移动。

六、曲面精度：

原因：

1、切削参数不合理，工件曲面表面粗糙·。

2、刀具刃口不锋利。

3、刀具装夹太长，刀刃避空太长。

4、排屑，吹气，冲油不好。

5、编程走刀方式，（可以尽量考虑走顺铣）。

6、工件有毛刺。

改善：

1、切削参数，公差，余量，转速进给设置要合理。

2、刀具要求操作员不定期检查，不定期更换。

3、装夹刀具时要求操作员尽量要夹短，刀刃避空不要太长。

4、对于平刀，R刀，圆鼻刀的下切，转速进给设置要合理。< 收起阅读 »

 

 

 

增量编码器（Increment pulse coder）

回转式位置测量元件，装于电动机轴或滚珠丝杠上，回转时发出等间隔脉冲表示位移量。由于没有记忆元件，故不能准确代表机床的位置。只有在机床回零，建立了机床坐标系的零点后，才能表示出工作台或刀具的位置。使用时应该注意的是，增量编码器的信号输出有两种方式：串行和并行。个别数控系统与此对应有串行接口和并行接口。

绝对值编码器（Absolute pulse coder）回转式位置测量元件，用途与增量编码器相同，带有记忆元件，可以实时地反映机床的实际位置。关机后的位置也不会丢失，机床开机后不用回零点，即可立即投入加工运行。与增量编码器一样，使用时应注意脉冲信号的串行与并行输出。

主轴定向（Orientation）为了执行主轴定位或者换刀，必须将机床主轴在回转的圆周方向定位与于某一转角上，作为动作的基准点。一般有以下4种方法：用位置编码器定向、用磁性传感器定向、用外部一转信号（如接近开关）定向、外部机械方法定向。

双驱动控制（Tandem control）对于大工作台，一个电动机的力矩不足以驱动时，可以用两个电动机协同驱动。两个轴中一个是主动轴，另一个为从动轴。主动轴接收CNC的控制指令，从动轴增加驱动力矩。

刚性攻丝（Rigid tapping）攻丝操作不使用浮动卡头而是由主轴的回转与攻丝进给轴的同步运行实现。主轴回转一转，攻丝轴的进给量等于丝锥的螺距，这样可提高精度和效率。金属加工微信，内容不错，值得关注。欲实现刚性攻丝，主轴上必须装有位置编码器（通常是1024脉冲/每转），并要求编制相应的梯形图，设定有关的系统参数。

刀具补偿存储器A,B,C（Tool compensation memory A,B,C）刀具补偿存储器一般可用参数设为A型、B型或C型的任意一种。其外在表现是：A型不区分刀具的几何形状补偿量和磨损补偿量。B型是把几何形状补偿与磨损补偿分开。C型不但将几何形状补偿与磨损补偿分开，将刀具长度补偿代码与半径补偿代码也分开。长度补偿代码为H，半径补偿代码为D。

DNC运行（DNC Operation）是自动运行的一种工作方式。用RS-232C或RS-422口将CNC系统或计算机连接，加工程序存在计算机的硬盘或软盘上，一段段地输入到CNC，每输入一段程序即加工一段，这样可解决CNC内存容量的限制。

提前预测控制（Advanced preview control）（M）该功能是提前读入多个程序段，对运行轨迹插补和进行速度及加速度的预处理。这样可以减小由 于加减速和伺服滞后引起的跟随误差，刀具在高速下比较精确地跟随程序指令的零件轮廓，使加工精度提高。预读控制包括以下功能：插补前的直线加减速；拐角自动降速等功能。

极坐标插补（Polar coordinate interpolation）（T）极坐标编程就是把两个直线轴的笛卡尔坐标系变为横轴为直线轴，纵轴为回转轴的坐标系，用该 坐标系编制非圆型轮廓的加工程序。通常用于车削直线槽，或在磨床上磨削凸轮。

NURBS插补（NURBS Interpolation）（M）汽车和飞机等工业用的模具多数用CAD设计，为了确保精度，设计中采用了非均匀有理化B-样条 函数（NURBS）描述雕刻（Sculpture）曲面和曲线。金属加工微信，内容不错，值得关注。因此，CNC系统设计了相应的插补功 能，这样，NURBS曲线的表示式就可以直接指令CNC，避免了用微小的直线线段逼近的方法加 工复杂轮廓的曲面或曲线。

自动刀具长度测量（Automatic tool length measurement）在机床上安装接触式传感器，和加工程序一样编制刀具长度的测量程序（用G36，G37），在程序中要指定刀具使用的偏置号。在自动方式下执行该程序，使刀具与传感器接触，从而测出其与 基准刀具的长度差值，并自动将该值填入程序指定的偏置号中。Cs轴轮廓控制（Cs Contour control）Cs轮廓控制是将车床的主轴控制变为位置控制实现主轴按回转角度的定位，并可与其它进给轴插 补以加工出形状复杂的工件。

手动绝对值开/关（Manual absolute ON/OFF）用来决定在自动运行时，进给暂停后用手动移动的坐标值是否加到自动运行 的当前位置值上。

手轮中断（Manual handle interruption）在自动运行期间摇动手轮，可以增加运动轴的移动距离。用于行程或尺寸的修正。

PMC控制轴（Axis control by PMC）由PMC（可编程机床控制器）控制的进给伺服轴。控制指令编在PMC的程序（梯形图）中，由 于修改不便，故这种方法通常只用于移动量固定的进给轴控制。

Cf轴控制（Cf Axis Control）（T系列）车床系统中，主轴的回转位置（转角）控制和其它进给轴一样由进给伺服电动机实现。　　该轴与其它进给轴联动进行插补，加工任意曲线。(常见于较老式车床系统中)

位置跟踪（Follow-up）当伺服关断、急停或伺服报警时若工作台发生机械位置移动，在CNC的位置误差寄存器中就会 有位置误差。位置跟踪功能就是修改CNC控制器监测的机床位置，使位置误差寄存器中的误差变为零。当然，是否执行位置跟踪应该根据实际控制的需要而定。

简易同步控制（Simple synchronous control）两个进给轴一个是主动轴，另一个是从动轴，主动轴接收CNC的运动指令，从动轴跟随主动轴 运动，从而实现两个轴的同步移动。CNC随时监视两个轴的移动位置，但是并不对两者的误差进行补偿，如果两轴的移动位置超过参数的设定值，CNC即发出报警，同时停止各轴的运动。该功能常用于大工作台的双轴驱动。

三维刀具补偿（Three-dimension tool compensation）（M）在多坐标联动加工中，刀具移动过程中可在三个坐标方向对刀具进行偏移补偿。可实现用刀具 侧面加工的补偿，也可实现用刀具端面加工的补偿。

刀尖半径补偿（Tool nose radius compensation）（T）车刀的刀尖都有圆弧，为了精确车削，根据加工时的走刀方向和刀具与工件间的相对方位对刀 尖圆弧半径进行补偿。

刀具寿命管理（Tool life management）使用多把刀具时，将刀具按其寿命分组，并在CNC的刀具管理表上预先设定好刀具的使用顺 序。加工中使用的刀具到达寿命值时可自动或人工更换上同一组的下一把刀具，同一组的刀具 用完后就使用下一组的刀具。刀具的更换无论是自动还是人工，都必须编制梯形图。

 

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