JS Precision

精良无人机原型机的核心是一个高精度铝合金中心盘，它被一个雕刻的碳纤维支架包裹，并安装在一个精密螺纹黄铜连接器中。

在传统的开发周期中，这需要三到四个供应商，耗时数周。但凭借数控铣削和车削这对“黄金搭档”的巧妙运用，从计算机模型到手持式、可测试、功能齐全的原型机，只需短短几天即可完成。

本教程将探讨这对夫妇如何成为 CNC 快速原型制作的关键，同时详细解释CNC 原型制作的优势，以帮助您了解它们如何缩短开发周期、降低成本并创建接近最终产品的原型。

关键答案概要

为什么值得信赖？JS Precision 的快速迭代经验

为什么你应该相信这份数控铣削和车削指南？因为它基于JS Precision公司15余年快速迭代的实际经验。

在航空航天领域，我们帮助客户将铝钛合金无人机零部件的单件加工时间缩短30%。在医疗器械领域，我们利用数控车削技术生产高精度螺纹零件。我们每年交付超过500个快速原型项目，帮助客户平均缩短产品开发周期40%以上。

我们也处理过许多紧急订单，例如“两周内完成 10 个复杂原型”，并且通过每个项目，我们都学会了流程改进和成本管理的艺术。

本书汇集了从技术检查到成本控制的实际经验，所有内容均通过真实项目验证，可以帮助您更清楚地了解数控原型制作的优势，并为您的快速原型制作需求提供可靠的参考。

如果您需要专业的数控车削和铣削服务来推进您的项目，JS Precision 可提供从设计优化到生产交付的全流程服务。下单后，我们的工程师将迅速响应并制定定制化的加工方案。

数控铣削和车削：快速原型制作的核心功能

在确定了本指南的可靠性之后，让我们首先确定数控铣削和车削在快速原型制作中的基本作用。

• 数控铣削利用多轴刀具运动来切削材料，并从实体材料上雕刻出复杂的轮廓。该工艺常用于无人机机身空气动力学成型的承载部件的加工。
• 然而，数控车削并不旋转棒料，这使得刀具能够“雕刻”出对称的圆形零件。轴承座和轴等部件就采用这种方法来实现高精度加工。

两者都被大量用于快速原型制作，因为它们可以轻松地将 3D 模型快速转化为现实世界的原型，并且易于渲染，具有灵活性，因此可用于加工各种材料，从铝合金到不锈钢都易于加工。

为了简单对比两者，下面是一个对比表格：

揭示差异：数控车削与铣削在快速原型制作中的根本比较

在了解了数控铣削和车削的基本原理之后，现在让我们来探讨一下它们之间的基本区别，以进一步帮助您为您的项目选择正确的技术。

CNC铣削的秘诀在于“多轴运动”。例如， 3轴和5轴加工中心可以让刀具从多个方向与材料接触，从而加工出带有凹槽、键槽和复合曲面等不对称零件，例如将无人机机身的精确形状“雕刻”到铝锭上。

数控车削的本质是“材料旋转”。棒料在主轴上高速旋转，刀具沿预定路径切削。数控车削尤其擅长加工对称零件，例如圆柱形和圆锥形零件。例如，轴承座的圆柱形内孔可以通过数控车削来获得更高的圆度。

但现代多功能加工中心——数控车铣复合机床——已经突破了只能选择单一技术的限制。它将数控铣削和车削功能集成在一台机器上，一次装夹即可完成从对称圆形特征到复杂定制形状结构的零件加工。

例如，在加工带键槽的轴类零件时，无需先在数控车床上加工轴体，然后再转移到数控铣床上加工键槽。所有这些工序都可以在一体机上一次性完成，从而缩短了设置时间，并避免了二次设置带来的精度误差。

图 1：这展示了 JS Precision 通过 CNC 铣削和车削工艺实现的高精度快速原型制作。

协同效应：四种典型场景揭示铣削和车削技术何时结合使用

由于数控铣削和车削单独使用各有优势，而且也有可以同时进行这两种加工的组合机床，那么在什么情况下才需要将这两种技术结合起来呢？以下四种常见情况可以作为参考：

1. 轴上具有非圆形特征的零件：

此类零件大多是对称的，需要通过数控车削才能达到所需的圆度和同心度。像键槽和轴侧面的平面等非圆弧形特征无法通过车削加工，必须通过数控铣削“雕刻”而成。电机的输出轴通常采用这种设计。

2. 带有精密螺纹孔的壳体：

壳体通常形状不规则，必须采用数控铣削加工才能形成整体轮廓和安装腔。壳体上的精密螺纹孔可以通过数控车削中心的攻丝功能攻丝而成，与普通铣削相比，这种方法能提供更高的螺纹精度，并防止在后续装配过程中发生螺纹卡死。

3. 非对称旋转元件：

该元件的主体轮廓呈旋转对称，例如带有偏心槽的滚轮。滚轮的圆柱形主体首先在数控机床上旋转。为了确保偏心槽的正确定位，非对称槽只能通过多轴数控铣削加工。

4. 需要高精度单次夹具安装的零件：

当零件精度要求极高时，例如公差为±0.025mm，二次夹紧很可能会引入误差。在这种情况下，所有车削和铣削工序均可在一次装夹中完成，使用数控铣车一体机，从而确保最高精度。这尤其适用于航空航天精密连接器。

在这种情况下，单一技术不可能满足零件的所有要求。铣削和车削相结合是快速生产合格原型件的唯一途径。

JS Precision在铣削和车削联合加工方面拥有丰富的经验。根据您零件的特性，我们可以判断是否需要这两种加工工艺，并制定优化的工艺方案，以确保快速制作出满足精度要求的原型，并缩短交货时间。

精度极限：数控车床和铣床可实现微米级原型制作

在快速原型制作中，精度往往决定着原型能否经受住测试和组装的考验。数控车床和铣床所提供的高精度是企业考虑采用这项技术的最主要原因之一。

高质量的数控车床和铣床通常可以提供±0.025mm的加工精度，而某些高端设备甚至具备±0.01mm以上的加工精度。

这种精度足以满足大多数航空航天、医疗和汽车原型制造的要求。例如，无人机轴承座需要精确的圆度以防止轴承卡死，而数控车削可以轻松实现这一点。

然而，数控加工精度取决于多种因素。以下列出了主要影响因素及其相应的控制机制：

除了上述典型因素外， “动态精度补偿”是一种鲜为人知的先进技术，它可以实时自动检测加工误差，例如刀具磨损造成的尺寸偏差，并相应地调整加工参数，以进一步提高精度和稳定性。

如果您需要加工微米级精度的原型零件，JS Precision 的 CNC 车铣复合机床配备动态精度补偿技术，能够满足您的高精度需求。从工艺流程到设备，我们对每一个细节都拥有全程精准把控。

图 2：数控车床与数控铣床的比较。

加速创新：CNC快速原型制作如何缩短产品开发周期

快速原型制作的基本要求之一是“快”。CNC快速原型制作能够以多种独特的方式帮助企业加速创新并缩短产品开发周期。

首先，CNC技术能够实现快速迭代。如果需要重新设计原型测试，只需更改CNC编程参数，无需重新制作模具。例如，一家汽车零部件企业修改了原型尺寸，并利用CNC加工在三天内生产出新的原型，而使用传统模具制造技术则需要两周以上的时间。

其次，数控加工降低了模具成本。小批量（例如10-50个）原型制作通常需要模具，而模具成本高达数千甚至数万美元。数控加工无需使用模具，从而降低了这些成本。

同时，数控加工集成了计算机辅助设计。3D CAD模型可以直接导入数控编程软件，省去了中间的转换过程，节省了更多时间。

统计数据显示，使用 CNC 快速原型制作的公司在产品开发过程中平均缩短了50% 以上的周期，某些紧急项目甚至将周期缩短了 70%。

此外， “虚拟原型”与数控加工的融合正日益成为一种新趋势。软件在制作物理原型之前模拟数控加工过程，以验证刀具路径的一致性和零件几何形状。这减少了物理原型测试的次数，避免了耗时的迭代。

例如，JS Precision 之前曾为一家电子公司工作，并利用虚拟原型技术及时发现零件加工干涉问题，从而能够一次性创建专家级原型，并比计划提前五天交付。

为了借助 CNC 快速原型制作缩短产品开发时间，JS Precision 提供从虚拟原型制作到实际零件加工的全流程服务，从而加快您的设计成为原型的速度，并抓住市场机遇。

图 3：无人机组件的 CAD 图纸和 CNC 加工的实体零件。

车削技术专长：最适合数控车削的快速原型零件类型

在数控铣削和车削相结合的情况下，数控车削提供了宝贵的经验，尤其是在切割一些快速原型零件时。

首先，电机轴和驱动轴等轴类部件必须保持极高的圆度和同心度。数控车削通过棒料绕其中心轴旋转，可确保所有横截面尺寸一致，且表面光洁度极高，通常Ra值小于0.8μm，从而减少了二次磨削的需要。

其次，螺栓、螺母和螺纹接头等螺纹零件需要精确的螺距和深度，而手工攻丝容易出现精度误差。这使其成为需要频繁组装和测试的原型件的理想选择。

此外，对于旋转零件，如滚子和轴承套筒，其外径或内孔具有旋转对称性，数控车削具有很高的加工速度，并且能够保证每批原型件的尺寸一致性。

除了常见的加工方式外，非对称车削是数控车削中一种不太常见但却非常有用的方法。它可用于车削非对称旋转零件，例如带有偏心孔的圆盘。通过将材料固定在专用夹具中，数控车床能够在旋转过程中对偏心部分进行车削，从而满足特殊的原型制作需求。

例如，JS Precision 此前曾为一家自动化设备生产商车削过一个带有偏心槽的滚轮原型。利用非对称车削技术，该工序一步完成，省去了后续复杂的铣削工序，加工时间缩短了 20%。

如果您需要原型数控加工，例如轴和螺纹零件，JS Precision 的技术能力和设备可以利用其技术专长为您提供高精度、高效率的加工服务。

案例研究：高性能无人机项目

以下示例展示了 CNC 铣削和车削技术如何在快速原型制作项目中得到应用，以及 JS Precision 如何解决客户面临的挑战。

客户需求

一家工业检测无人机技术公司需要为新一代无人机设计一款原型中架。该原型机需要满足两个关键技术规格：

• 所用金属应具有高强度和轻质的特点，因此采用了7075航空铝合金。
• 生产部门必须严格按照两周内生产出 10 套设备用于现场测试的进度计划完成。

为了进一步增加任务的复杂性，该部件还采用了先进的非标准承载结构（以承受无人机飞行时的振动）和六个紧密同轴的轴承座（以防止轴承在组装过程中粘连）。仅靠数控车削或数控铣削是无法完成这项任务的。

JS Precision 的解决方案

1.对于中间框架独特的轴承结构，我们采用了5 轴数控铣削技术。

利用这项技术，我们能够从不同方向铣削材料，并精确加工中框的复杂型腔和支撑结构。我们还优化了7075铝合金的切削参数，从而在保证结构强度的前提下，避免加工过程中材料发生变形。

2.对于轴承安装座，我们将其转移到数控车铣床上进行精密加工。

轴承座需要一个直径为10毫米、圆度公差为±0.01毫米的内孔。车削加工能更好地保证这一精度，而使用多功能机床进行加工则无需二次夹紧，从而最大限度地减少夹紧误差。

3. 我们的数控车削和铣削服务团队优化了刀具路径，例如合并常用的铣削和车削工序。他们还运用智能布局，将多个零件组合在一张7075铝合金板材上，最大限度地减少了材料浪费。最终，每个零件的加工时间从4小时缩短至2.8小时，减少了30%。

结果

最后，客户在10天内收到了全部10个原型，比原计划提前了4天。测试证实，这些原型符合设计承载强度要求（能够承受50公斤的静载荷），六个轴承座的圆度公差在±0.008毫米以内，并且在组装过程中轴承旋转平稳，无顿挫感。

客户不仅成功地对这些原型进行了现场测试，而且由于其质量已经得到验证，因此直接用于小批量试生产，从而加快了三周的产品测试，并为后续的市场推广节省了宝贵的时间。

图 4：采用 CNC 铣削和车削工艺制造高强度铝合金无人机机架原型。

成本效益：通过数控车削和铣削服务实现最大程度的成本节约

选择数控铣削和车削进行快速原型制作，不仅能确保速度和精度，还能通过享受专业的数控车削和铣削服务最大限度地节省成本，因此，企业将这项技术置于优先地位。以下四个方面至关重要：

面向优化的设计（DFM）

JS Precision 的工程师会在加工前审核您的零件设计，并提出优化建议，以降低加工成本和复杂性。

例如，他们可以将狭窄深槽改造成宽而浅的槽，从而无需使用特殊刀具；或者将复杂的内腔分割成两个较小的腔体并连接起来，以最大限度地缩短加工时间。我们的DFM优化方案帮助一位客户节省了15%的零件加工成本。

智能布局和材料效率

加工前，我们会根据零件尺寸和材料等级，在板材或棒材上进行最佳定位。例如，在 1000mm x 500mm 的铝合金板材上，布局可以容纳两到三个额外的零件，从而减少材料浪费，并将材料利用率提高20% 以上，直接降低材料成本。

批次效应

即使是小批量原型生产（例如 10-30 件），有效的工艺规划也能节省设置时间和成本。例如，通过批量加工相似零件，可以同时进行刀具调整和编程，避免重复换刀和参数调整，从而将单件加工成本降低约 10% 。

避免二次操作

专业服务供应商可以在一次操作中完成铣削、精密车削孔、攻丝和研磨等所有工序，从而避免寻找其他供应商进行进一步的二次加工，并避免二次运输和通讯费用。

例如，一位客户最初需要寻找三家供应商分别提供铣削、车削和攻丝服务。通过来我们这里，他们一次性就找到了合适的供应商，节省了高达 25% 的费用。

下表列出了不同成本节约技术的实际效果：

常见问题解答

问题1：数控加工是否无法处理复杂的内部空腔？

数控刀具必须与机床表面接触才能进行切削，因此对于极其复杂的内部空腔，3D打印或许是更合适的选择。但JS Precision通过创新的工艺设计克服了这些挑战，完成了比想象中更为复杂的空腔加工，并满足了大多数原型制作要求。

Q2：如何使用数控加工来选择最适合原型制作的材料？

材料的选择取决于您原型机的应用需求，主要考虑四个关键因素：强度重量比、耐磨性、耐腐蚀性以及热/电性能。JS Precision 的专家将根据您的具体需求推荐合适的材料。

Q3：使用数控加工可以实现的最小细节尺寸是多少？

数控加工的最小细节尺寸主要取决于刀具。数控铣削通常可以加工出 0.1 毫米的细节，例如细小的沟槽或孔。由于刀具刚性的限制，加工又细又深的沟槽比较困难。对于更精细的特征，则需要采用微铣削工艺。设计人员应考虑刀具的最小直径，以避免加工失败。

Q4：我只有想法或概念草图，可以使用你们的服务吗？

当然可以。不过，为了确保加工精度，我们建议您提供完整的二维图纸或三维CAD模型。如果您只有初步构想或模型，JS Precision的设计团队非常乐意协助您将构想转化为标准化的设计文档。我们将全程陪伴您完成设计流程，确保CNC加工顺利进行。

概括

CNC铣削和车削远不止是传统的制造技术，它们既是现代CNC快速原型制造业务中强大又不可或缺的工具。

它们实现了计算机设计的绝对自由与实际材料的真实性能之间的理想结合，提供了从概念验证到市场推出的最可靠、最快捷的途径。

无论您的产品需要车削加工复杂的形状，还是需要铣削加工精密旋转的零件，或者两者兼而有之，我们都能为您提供全面的数控车削和铣削服务。

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