Что такое фрезерный производственный процесс? Полное руководство для начинающих & Плюс

If you’ve ever wondered how precision parts—from smartphone casings to aerospace components—get their detailed shapes, the answer often lies in milling. But you might be asking: What exactly is the milling manufacturing process, and how does it work for different materials? По своей сути, milling is a subtractive manufacturing method that uses rotating cutting tools (called endmills) to remove material from a workpiece, creating custom shapes, отверстия, слоты, or surfaces. Unlike drilling (which only makes round holes) или поворот (which spins the workpiece), milling spins the tool while the workpiece moves—letting it create complex, 2D or 3D features with tight tolerances (often as small as ±0.001 inches).

Whether you’re a hobbyist looking to use a desktop CNC mill or a manufacturer scaling production, this guide breaks down everything you need to know: from the basics of how milling works to choosing the right tools, avoiding common mistakes, and understanding industry trends. К концу, you’ll have the knowledge to tackle milling projects with confidence.

Core Principles of Milling: Как это работает

Before diving into techniques, it’s critical to grasp the foundational mechanics of milling—because small misunderstandings here can lead to wasted material or poor-quality parts. Let’s break down the key components and process flow:

Key Components of a Milling System

Every milling setup relies on four core parts, each playing a role in precision:

1. Milling Machine: The base unit that holds the tool and workpiece. Machines range from small benchtop models (for hobbies, costing $500–$5,000) to large industrial CNC mills (Для массового производства, costing $50,000–$500,000).
2. Endmill: The rotating cutting tool. Unlike drill bits (which have a pointed tip for axial cutting), endmills have cutting edges on the sides and often the tip—allowing them to cut in multiple directions.
3. Workholding Device: Clamps or vises that secure the workpiece. Poor workholding causes vibration, что ухудшает точность; в промышленных установках для обеспечения устойчивости часто используются вакуумные патроны или специальные приспособления..
4. Система управления: Для ручных мельниц, это ручная рукоятка; для станков с ЧПУ, это компьютерная программа (G-код) который автоматизирует перемещение инструмента. Системы управления ЧПУ обеспечивают повторяемость — производство 100 одинаковые детали так же легко, как одна.

The Milling Process in 5 Простые шаги

Фрезерование с ЧПУ добавляет автоматизацию, основной рабочий процесс остается неизменным:

1. Подготовьте заготовку: Отрежьте сырье (металл, пластик, древесина) до грубого размера (оставляя 1–5 мм материала для фрезерования) и очистите его, чтобы удалить масло и мусор..
2. Закрепите заготовку: Закрепите его на столе мельницы с помощью тисков или патрона.. Для деликатных частей (как пластик), используйте мягкие губки, чтобы избежать повреждений.
3. Настройте концевую фрезу: Установите правильную концевую фрезу (НАПРИМЕР., фреза с плоским концом для пазов, шаровая фреза для криволинейных поверхностей) и совместите его с начальной точкой заготовки (называется «обнуление»).
4. Запрограммируйте или отрегулируйте настройки: Для ЧПУ, загрузить программу G-кода, которая определяет путь инструмента, скорость, и скорость корма. Для ручных мельниц, установить скорость шпинделя (Rpm) и проверните стол вручную, чтобы переместить заготовку.
5. Начать фрезерование: Включите шпиндель, начать вращение инструмента, и начинаем удалять материал. Периодически делайте паузу, чтобы проверить износ инструмента или повреждение заготовки..

Пример реального мира: A small automotive parts shop uses a CNC mill to make aluminum brackets. Their process: they cut 6061 aluminum into 100x100mm blocks, secure them with a vacuum chuck, use a 10mm flat-end mill, and run a 15-minute G-code program. Результат: 50 identical brackets per hour with a tolerance of ±0.002 inches—far more precise than manual methods.

Types of Milling Manufacturing Processes

Not all milling is the same—different techniques are used based on the part’s shape, материал, и точные потребности. Ниже приведены наиболее распространенные типы, with use cases and key differences:

1. Face Milling vs. Peripheral Milling

These are the two primary categories, distinguished by how the endmill interacts with the workpiece:

Тематическое исследование: A medical device manufacturer uses face milling to smooth the surface of titanium implant bases (requiring Ra 0.4 mycm finish) and peripheral milling to cut 2mm-wide slots for screws. By combining both techniques, they meet the strict FDA standards for implant precision.

2. Менянка с ЧПУ против. Manual Milling

The choice between automated and manual milling depends on production volume and complexity:

• Manual Milling: Controlled by hand cranks—no computer required. Best for small batches (1–10 деталей) или простые формы (НАПРИМЕР., a single wooden bracket). Плюс: Бюджетный (entry-level machines under $2,000); Легко учиться. Минусы: Медленный (1–2 parts per hour); менее точный (tolerances of ±0.01 inches); prone to human error.
• Сторонний фрезерование: Automated via G-code. Лучше всего для больших партий (100+ части) or complex 3D shapes (НАПРИМЕР., a smartphone’s metal frame). Плюс: Быстрый (20–100 parts per hour); highly precise (± 0,0005 дюйма); повторяется. Минусы: High upfront cost; requires G-code knowledge.

Ключевые данные: СогласноManufacturing Technology Insights 2024 отчет, 78% of manufacturers now use CNC milling for production—up from 55% in 2019—due to its ability to reduce labor costs by 40% and material waste by 25%.

3. 2D vs. 3D Метринг

These refer to the complexity of the part’s geometry:

• 2D Метринг: The tool moves only in two axes (X and Y), cutting flat features like slots or holes. Used for simple parts (НАПРИМЕР., a plastic spacer with two holes).
• 3D Метринг: The tool moves in three axes (Х, У, Z.), creating curved or contoured surfaces. Используется для сложных частей (НАПРИМЕР., a turbine blade or a guitar neck).

Для чаевого: For 3D milling, use a ball-end mill—the rounded tip creates smooth curves without sharp edges. A flat-end mill would leave “stepped” marks on curved surfaces.

Critical Factors for Successful Milling

Even with the right equipment, milling can fail if you ignore key variables. Below are the four most important factors to master, with actionable tips:

1. Choosing the Right Endmill

The endmill is the “engine” of milling—pick the wrong one, и вы получите некачественные порезы или сломанные инструменты. Учтите три фактора:

• Совместимость материала: Используйте высокоскоростную сталь (HSS) концевые фрезы для дерева или пластика (бюджетный, Легко заточить). Для металла (алюминий, сталь, титан), используйте твердосплавные концевые фрезы — они тверже и лучше сопротивляются нагреву. Для сверхтвердых материалов (Титановый сплав), использовать карбид кобальта (повышает износостойкость на 10–15 %).
• Количество флейт: Канавки — это канавки на концевой фрезе, которые удаляют стружку.. Используйте 2-зубые концевые фрезы для дерева/пластика. (они быстрее очищают фишки, предотвращение засорения). Используйте концевые фрезы с 4–6 зубьями для металла. (больше канавок означает более плавный рез, но им нужны более медленные скорости подачи, чтобы избежать перегрева).
• Покрытие: Coatings reduce friction and extend tool life. Для алюминия, use an aluminum titanium nitride (Золото) coating—it resists heat up to 600°C. For steel, use a titanium carbonitride (Тикн) coating—it’s harder and works well at lower speeds.

Пример: A machinist tried using a 2-flute HSS endmill for stainless steel—after 5 минуты, the tool overheated and lost its sharpness. Switching to a 4-flute carbide endmill with TiCN coating let them mill 50 parts before needing a tool change.

2. Скорость шпинделя (Rpm) and Feed Rate

Скорость (how fast the endmill spins) и скорость корма (how fast the workpiece moves) determine cut quality and tool life. Использование неправильных значений приводит к:

• Слишком высокая скорость: Перегревает концевую фрезу, приводит к износу или плавлению инструмента (для пластика).
• Слишком низкая скорость: Оставляет шероховатую поверхность и увеличивает время резки..
• Слишком высокая скорость подачи: Ломает концевую фрезу (особенно для хрупких материалов, таких как керамика).
• Слишком низкая скорость подачи: Вызывает «натирание» (концевая фреза не режет, просто царапает материал), приводит к накоплению тепла.

Формула скорости шпинделя: об/мин = (Скорость резания × 12) / (π × диаметр концевой фрезы). Скорость резки зависит от материала:

• Алюминий: 300–500 SFM (Поверхностные ноги в минуту)
• Сталь: 100–200 SFM
• Титан: 50–100 SFM

Пример: Для твердосплавной концевой фрезы диаметром 0,5 дюйма, предназначенной для резки алюминия. (400 УЛМ): об/мин = (400 × 12) / (3.14 × 0.5) ≈ 3,057 Rpm.

3. Workholding

Плохое трудоустройство – это #1 причина ошибок фрезерования. Следуйте этим правилам:

• Надежно защитите: Заготовка вообще не должна двигаться, даже 0.001 дюймы движения разрушают точность. Используйте тиски с зубчатыми губками для металла., или вакуумный патрон для плоских деталей (как пластиковые листы).
• Распределяйте давление равномерно: Для больших частей, используйте несколько зажимов — слишком сильное давление в одном месте может деформировать заготовку. (особенно для тонких металлов, таких как алюминий толщиной 0,5 мм.).
• Не блокируйте путь инструмента: Убедитесь, что зажимы не мешают концевой фрезе — это распространенная ошибка новичков., приводит к поломке инструментов.

4. Coolant and Lubrication

Охлаждающая жидкость снижает нагрев и трение., extending tool life and improving surface finish. The type depends on the material:

• Metal Milling: Use water-soluble coolant (for aluminum/steel) or oil-based coolant (для титана). Coolant can increase tool life by 50–100%, per the Journal of Materials Processing Technology.
• Wood/Plastic Milling: Use compressed air to blow away chips—coolant can warp wood or melt plastic.

Пример случая: A furniture maker switched from dry milling to air cooling for oak wood parts. They reduced chip buildup by 80% and eliminated “burn marks” on the wood surface, improving product quality.

Common Milling Problems and How to Fix Them

Even experts run into issues—here are the top 5 problems, their causes, and step-by-step solutions:

1. Rough Surface Finish
   • Причины: Dull endmill, too high feed rate, or vibration from loose workholding.
   • Исправить: Replace the endmill; reduce feed rate by 20%; re-tighten the workpiece or use a stiffer vise.
2. Endmill Breakage
   • Причины: Too high feed rate, too low spindle speed, or tool collision with clamps.
   • Исправить: Lower feed rate by 30%; increase RPM to the recommended value; перед запуском проверьте траекторию инструмента на предмет пересечения зажима.
3. Деформация заготовки
   • Причины: Слишком большое давление зажима (для тонких материалов) или накопление тепла (для пластика/мягких металлов).
   • Исправить: Используйте мягкие губки или уменьшите давление зажима.; переключиться на систему охлаждения для снижения температуры.
4. Неточные размеры
   • Причины: Неправильное обнуление (инструмент не совмещен с заготовкой), изношенная концевая фреза, или проблемы с калибровкой машины.
   • Исправить: Повторно обнулите инструмент с помощью сенсорного щупа.; заменить концевую фрезу; калибровать оси мельницы (следуйте инструкциям производителя).
5. Засорение чипа
   • Причины: 2-флейта концевая фреза (для металла), низкая скорость шпинделя, или недостаточно охлаждающей жидкости/воздуха.
   • Исправить: Switch to a 4-flute endmill; increase RPM; use compressed air or coolant to clear chips.

Yigu Technology’s Perspective on Milling Manufacturing

В Yigu Technology, we’ve supported hundreds of manufacturers in optimizing their milling processes—from small workshops to large aerospace suppliers. Our biggest takeaway: milling success isn’t just about buying expensive CNC machines—it’s about matching the right tools, настройки, and workflows to your specific part. Например, a client making plastic medical trays was struggling with warping; we recommended switching from a 2-flute HSS endmill to a 4-flute carbide endmill with air cooling, which reduced warping by 90%. We also see a growing trend toward “hybrid milling” (combining CNC with additive manufacturing) for complex parts—milling shapes that 3D printing can’t achieve, while using 3D printing for custom jigs that improve workholding. Для начинающих, we advise starting small: invest in a mid-range benchtop CNC mill ($3,000–$10,000) and practice with aluminum (it’s forgiving and affordable) before moving to harder materials. Окончательно, уделяйте приоритетное внимание профилактическому обслуживанию — еженедельная очистка стола станка и смазка осей могут продлить срок службы машины на 3–5 лет..

Часто задаваемые вопросы: Common Milling Manufacturing Questions

1. What materials can be milled?

Почти любой твердый материал: металлы (алюминий, сталь, титан, латунь), пластмассы (АБС, ПВХ, поликарбонат), древесина (дуб, клен, фанера), композиты (углеродное волокно, стекловолокно), и даже керамика (со специализированными твердосплавными концевыми фрезами).

2. How much does a milling machine cost?

Затраты сильно различаются:

• Настольная ручная мельница: $500- 2000 долларов (for hobbies).
• Настольная мельница с ЧПУ: $3,000- 15 000 долларов (Для небольших партий).
• Промышленный станок с ЧПУ: $50,000–$500,000+ (Для массового производства).

3. Do I need to know G-code for CNC milling?

Для базовых проектов, нет — многие станки с ЧПУ поставляются с программным обеспечением (НАПРИМЕР., Слияние 360, VCarve) который позволяет вам проектировать детали и автоматически генерировать G-код. Для сложных частей, изучение базового G-кода (НАПРИМЕР., G00 для быстрого перемещения, G01 для линейной резки) помогает устранить неполадки.

4. What’s the difference between a mill and a router?

Маршрутизаторы меньше, использовать высокие скорости (10,000–30 000 об/мин), и лучше всего подходят для мягких материалов (древесина, пластик). Мельницы больше, используйте более низкие скорости (1,000–10 000 об / мин), и может резать твердые материалы (металл, композиты) с более высокой точностью.

5. How long does it take to learn milling?

Ручное фрезерование: 1–2 недели, чтобы освоить базовые стрижки (слоты, отверстия). Сторонний фрезерование: 1–2 месяца на изучение программного обеспечения для проектирования и создания G-кода для простых деталей.. Продвинутые навыки (3D Метринг, резка твердых материалов) брать 6+ месяцы практики.