車床、銑床?──三分鐘帶你認識 CNC加工工具

CNC加工的機器有許多種,包含車床、銑床、雕刻機、磨床,利用不同的刀具,可以進行不同的加工製造。視機器的規模大小,所需要的馬達種類有所不同。使用這些機器進行CNC加工時,背後都需要CAD軟體,才能讓機具移動。今天就讓我們跟大家介紹在CNC加工時,你不可不知的五種 CNC加工工具。

CAD軟體

CAD(Computer-aided design)為電腦輔助設計的簡稱,透過CAD軟體,可以幫助設計師繪製2D工程圖,或製造3D模型。運用3D CAD模型,設計過程中的各項步驟,包含分享、檢視、模擬、修正,都可變得更加容易,讓流程變得更有效率。以下介紹幾種常用於CNC加工建模的CAD軟體。

Auto CAD

AutoCAD是一套多維的CAD軟體,利用AutoCAD進行CNC加工,可以自動化從設計到生產之間的工作流程。 

Tinker CAD

2011年推出的Tinker CAD,是一款免費的線上3D CAD軟體,至今已相當普及。由於介面容易上手,且適用性廣,從教師、學生、業餘人士,到設計師等,Tinker CAD都是一項非常適合的軟體。

Free CAD

2002年初次發行的Free CAD,是一款圍繞著參數化建模而設計的免費開源軟體,主要用在機械重產品設計,也可用於建築或電氣工程等領域。

Blocks CAD

Blocks CAD是一款免費的3D CAD軟體,介面以彩色區塊堆疊而成,很像樂高玩具。儘管建模仍不容易,透過這款軟體,可以幫助孩子或是想要開始學習建模卻遇到頻頸的建模初學者。

Fusion 360

Fusion 360是一套專業的3D CAD軟體,具有強大的參數化工具與分析網格工具,對於工業設計師而言是一大利器。Fusion 360提供學生或教育工作者免費使用軟體,如果是商業用途,則需負擔一些費用。

Open SCAD

2010年發行的Open SCAD是一套為了創建實體而設計的免費軟體,允許設計人員創建精確的3D模型,以及參數化設計。OpenSCAD的適用門檻相較於其他軟體略高一些,適合對於建模有高度要求的人,目前也逐步用於研究與教育。

 

車床

車床是CNC加工過程中的一項工具機,其歷史可追溯至古埃及時期。工業革命時期,車床扮演了重要的角色,因此又被稱為萬業之母。在CNC車床加工的過程中,加工刀具會固定在車床上面,高速旋轉來削減原料,直到完成加工。

車床的使用範圍很廣,機械製造、金屬加工、設備維修等,經常使用CNC車床來協助作業。組成車床的成分包含鑄鐵框架、平面切削用刀座、各式刀具、驅動設備,以及控制設備。電動馬達透過傳輸系統的皮帶、機具、凸輪、轉盤,以不同的速率運作,來帶動整個驅動設備。不同的車床的自動化程度也不同,當車床的運作是由電腦程式所帶動的,便稱之為CNC車床。

 

銑床

車床的加工方式是車床本身的工件旋轉,而刀具不會自己旋轉。銑床與車床相反,銑床的加工方式則是由刀具旋轉,銑床本身不會旋轉,透過刀具旋轉削減原料,以完成加工。

銑床是常見的工業機具,因此種類很多,不同銑床之間常常僅有微小差異,因為加工目的、設計或功能不同,便須使用不同種的銑床。銑床經常用來鑽孔、切割不同的材料,一般而言,使用銑床所達到的加工目的與車床相似,差異主要是在機具的旋轉。

與車床相同,銑床的作業可由手動進行,或由電腦控制。以電腦控制的銑床稱為CNC銑床,由電腦程式控制銑床以完成CNC加工流程。銑床的種類非常多,如立式、臥式、柱式、刀塔式、弓架式(C式)、床式、龍門式等。

CNC加工工具 1

刀具

利用車床或銑床加工時,必須配合不同刀具來完成加工作業。分為車刀與銑刀,車刀適用於車床的切削工件,而銑刀是用於銑床的銑削工件。在CNC加工的過程中,將刀具固定於車床或銑床上,移除材料,以完成加工。

車刀是在車床上用來旋轉、鏜孔、開槽、螺紋加工的刀具,銑刀,銑床本身移動,來完成銑削。刀具的尖端因應需求的不同,而有不同的形狀、大小。

立銑刀

立銑刀可以多角度銑削,或沿著軸線銑削。立銑刀可用於輪廓銑削、靠模銑削、平面銑削、螺紋銑削等用途。

粗銑刀

粗銑刀利用波浪狀的刀齒,可在加工初期用來移除大量的材料,切除之後的部分會產生碎塊,清理容易。

球型銑刀

球型銑刀與槽鑽類似,但它的銑刀是半球型的,適合用在中心進行立體的銑削,例如模具的製造。

馬達

首先,CNC雕刻機的大小不同,所適用的馬達種類也有所不同。較小規模的CNC雕刻機,較適合使用驅動馬達。一般而言,驅動馬達比較適合線性的加工路徑,如皮帶驅動、導螺桿、滾珠螺桿等範圍比較小的工作上。在規模比較大的CNC雕刻機上,由於尺寸較大,容易彎曲。為了防止形變,因此較適合使用尺寸較大、重量較重的伺服馬達。

兩種馬達的移動方式也不同,驅動馬達的移動式依既定的步數前進,機台本身無法知道驅動馬達的移動狀況,而伺服馬達的移動狀況會回傳到機台,因此可以隨時馬達在運作過程中是否出錯。

速度與力矩方面,驅動馬達的運轉速度約1,200 RPM,且在低速時可以產生高力矩,速度愈快,力矩愈小。而伺服馬達可達2,000 RPM,轉速高於驅動馬達,且力矩高於驅動馬達。

維修的部分,驅動馬達除了軸承之外,其他部分無法維修。而伺服馬達相較於驅動馬達,較容易維修。

CNC加工工具 2

小結

看完了五種CNC加工過程中會用到的軟硬體,相信你對CNC加工的各項工具有了更多的了解!包含用來設計各種的CAD軟體,用來加工的車床和銑床,安裝在車床上面的各種刀具,和帶動整個製造過程的馬達,如果想更了解適合你的CNC材料,可以閱讀這篇《四種常見的 CNC 加工材料》

 

參考資料:Servo vs Stepper For CNC-Which Motor Do You Need?

延伸閱讀:什麼是 CNC加工?──認識 CNC加工 的第一堂課

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