改進CNC加工 CAD 設計的10個技巧

遵循以下提示，您將能夠顯著提升CNC加工設計的品質。儘管CAD軟件包為工程設計帶來了極大的便利，但在CNC加工設計領域，對精度和準確性的追求仍是實現高品質設計的關鍵。以下為您介紹了改進CAD設計的十種方法。

1. 謹慎處理薄壁設計

雖然某些工程項目（如無人機部件或哨子）需要薄壁結構，但在CNC加工設計中，過度追求薄壁設計可能會帶來問題。研究表明，材料的壁厚與其剛度直接相關，因此，減少壁厚意味著材料剛度的降低，這可能導致加工過程中因不可避免的振動而降低加工精度。因此，建議在設計中保持合理的壁厚，對於金屬材料，建議最小壁厚為0.794毫米，而塑膠材料則建議最小壁厚為1.5毫米。

在確實需要設計薄壁結構的情況下，採用其他製造工藝（如鈑金製造）往往是一個既明智又經濟的選擇。

2. 避免設計無法進行CNC加工的特徵

在CNC加工設計中，並非所有設計特徵都能被順利加工。不必要的複雜特徵或超出加工能力的特徵會使設計變得難以製造。因此，在設計過程中，深入了解CNC加工能力至關重要，這有助於確保設計出的特徵能夠符合機床加工要求。

例如，部分CNC機床可能無法直接加工「弧形孔」等特徵。若遇到此情況，而您的設計又確實需要此類特徵，可考慮採用放電加工（EDM）等替代工藝來實現這些複雜特徵的加工。如此既能滿足設計需求，又能確保加工的可行性與經濟效益。

3. 合理控制公差範圍

設計師在進行尺寸設計時，應明智地應用公差。過度設置公差不僅會無謂地增加加工時間和成本，還可能影響產品的整體性能。不同的數控機床具有不同的公差標準，若您的設計中未明確公差要求，機床將自動按照其默認的公差標準進行加工。為了優化生產效率和成本控制，僅在真正需要時才指定嚴格的公差範圍。此外，保持公差設置的一致性至關重要，因為它能夠顯著降低不必要的加工時間和複雜度。

4. 減少非功能性美觀特徵

正如上文所述，提高CAD設計中，有些設計僅出於美觀考慮而不能有效促進工藝。在決定去除這些特徵之前，請仔細評估所需去除的材料量以及所需的加工工藝。作為設計師，您應當始終自問：「這個特徵需要哪種加工技術？」或「這是否可以通過五軸或三軸加工實現？」通過專注於設計的功能性而非僅追求美觀，您可以優化整體設計。同時，記住，後加工工藝如電拋光等可用於增強最終產品的外觀。

5. 優化型腔的深寬比

在設計型腔時，深寬比是一個關鍵考慮因素。過深的型腔可能導致刀具懸空、刀具偏斜、排屑困難甚至刀具斷裂。

型腔的深度應控制在工具直徑的六倍以內，為了確保加工效率和刀具壽命，建議將型腔的最大深度限制為其寬度的四倍。具體來說，如果一個型腔的寬度為15毫米，那麼其深度不應超過60毫米。通過精確控制型腔的深寬比，您可以顯著改進設計的可加工性和最終產品的質量。

6. 設計內邊緣時引入合理半徑

在設計內邊緣時，必須考慮到加工工具的物理限制。由於多數切削工具具有圓柱形結構，它們無法直接加工出尖銳的內邊緣。為了確保加工工具的順暢運作並延長其使用壽命，設計時應適當增加內邊緣的半徑。一個好的做法是，將內邊緣的半徑設定為所用銑刀半徑的130%。例如，若使用的銑刀半徑為5毫米，那麼建議在內角上增加6.5毫米的半徑。這樣的設計不僅減少了刀具上的應力，還提高了切削效率，從而確保了更優質的加工成果。

當設計要求包含90度的內緣時，為保持設計的可行性和加工效率，可考慮在邊緣處增加一個底切，而非試圖減小邊緣的半徑。

7. 合理控制螺紋長度

根據工程常識，螺紋連接的牢固性主要依賴於最初的幾圈螺紋。因此，在設計螺紋孔時，並非越長越好。為優化設計及降低成本，只需設計足夠長的螺紋長度即可。通常，超過孔直徑3倍的螺紋長度是不必要的。

不過，在設計盲孔時，最好在孔底增加一個未穿線的長度，當使用數控穿線工具時，孔可以完全穿線。

8. 避免設計過小特徵

在CNC加工中，過小的特徵可能會成為加工的瓶頸。大多數CNC機床的最小刀具直徑為2.5毫米，因此任何小於此尺寸的特徵都可能導致加工困難。過小的尺寸通常需要使用特殊刀具，這不僅增加了機床的成本，還可能延長加工時間。因此，除非設計上有絕對需要，否則應避免設計過小的特徵。

9. 遵循標準尺寸設計孔

在CNC加工設計中，應盡可能使用標準鑽頭尺寸來銑削孔。這樣不僅可以顯著提高加工效率，節省機器時間，還能降低加工成本，因為非標準尺寸的孔通常需要使用立銑刀等更複雜的工具進行加工。

對於非標準尺寸的孔，如果無法避免，那麼在確定孔的深度時，應參考空腔深度的經驗法則，即孔的深度一般不應超過其直徑的四倍。

10. 簡潔文字與字母設計

在CAD設計中，應盡量避免在零件上添加不必要的文字和字母。這些標識和標記通常可以在零件精加工完成後，直接噴塗於零件表面。直接在零件設計中添加這些文字或字母只會增加加工時間和成本。

然而，如果設計確實需要包含特定的文字或字母，則應遵循以下建議來優化設計：

• 應使用雕刻文本，因為這種情況下去除的材料較少。
• 若您的設計軟件支援自訂字母字體，建議選用簡潔且無襯線的字體（如San Serif）。此類字體在每個字母筆畫末端沒有多餘線條，能降低加工時的複雜度與成本。同時，建議字體大小至少為20號，因為小於20號的字體在加工時會被視為細小特徵字體，不僅增加加工難度，成本亦會相應提高。