数控加工（CNC machining） 是将原材料加工成高精度金属和塑料零件的可靠方法，服务领域涵盖航空航天、电子等行业。在众多 CNC 工艺中，立铣加工（end milling） 无疑最为灵活。通过一次装夹、配合合适的刀具，数控铣床即可完成粗加工去除毛坯、雕刻自由曲面、以及镜面精加工——往往都在同一件工件上完成。
对于采购、工程师和制造商而言，掌握立铣基础可帮助优化设计、准确预算、并与供应商顺畅合作。本文阐述立铣的定义、与其他工序的区别、常用刀具，以及其在现代制造中的关键地位。
什么是 CNC 立铣？
立铣是一种减材工艺，旋转的刀具——立铣刀（end mill） 从静止（或受伺服控制）工件上切除材料。立铣刀的显著特征是刀体周围的螺旋切削刃 flute。若刃口在刀尖处相交，则称为 center-cutting，可实现垂直下刀。
由于刀具既可纵向进给，又能横向移动，几乎可向任意方向加工：
- 轴向：垂直下刀或螺旋插补钻孔
- 径向：侧刃切削
- 多轴联动：三维曲面加工
简单类比：一支不仅能钻孔，还能立刻横向切削口袋、沿曲面走刀、或切削外形的“多功能雕刻刀”。
立铣与其他 CNC 加工的区别
| 工艺 | 主要切削方式 | 常见用途 | 局限 |
| 钻削 | 刀具自转并沿轴向进给 | 快速成孔 | 不能侧向切削 |
| 面铣 (Face Milling) | 大直径刀具主要用端面刃切削 | 快速铣平大平面 | 不适合深腔特征 |
| 车削 (Turning) | 工件旋转，刀具静止 | 回转体 | 仅限旋转对称形状 |
| 开槽 (Slot Drill/Slotting) | 2/3 刃槽铣刀一次性开出等宽槽 | 标准宽度槽 | 宽度受刀具直径限制 |
| 立铣 (End Milling) | 刀具可轴向、径向、斜向切削 | 腔体、轮廓、3-D 曲面、外形 | 需精确刀具与程序 |
立铣刀概览
(内容与英文结构一致，仅列要点)
- 平底铣刀 (Flat/Square) —— 台阶、槽、锐角内角
- 球头铣刀 (Ball-Nose) —— 3-D 曲面、模具型腔
- 圆鼻铣刀 (Bull-Nose) —— 带圆角底面，口袋粗精兼顾
- 倒角铣刀 (Chamfer/Angle) —— 倒角、去毛刺、沉孔
- 粗铣刀 (Roughing/Hog) —— 玉米铣齿，高效去除材料
立铣流程
- 设计与 CAM：3-D CAD → 选刀与刀路 → 输出 G-code
- 机床装夹：夹紧毛坯、设基准、装刀
- 切削：数千-数万 RPM，精度 ± 0.013 mm，冷却方式 flood / MQL / 气刨
- 特征生成：腔、槽、外形、3-轴或 5-轴三维曲面
立铣的优势
- 高精度与重复性 ± 0.0005 英寸 (≈ 0.013 mm)
- 极高的通用性 同一装夹完成 2-D & 3-D
- 广泛材料兼容 铝、镁、不锈钢、钛、工具钢、工程塑料、复合材料等
- 高速/五轴效率 缩短周期，减少多次装夹误差
典型行业应用
| 行业 | 代表零件 |
| 航空航天 / 国防 | 整体翼肋、钛合金机身框、5 轴涡轮叶片、轻量支架 |
| 汽车 | 发动机缸体、冲压模具、铝合金变速箱壳体 |
| 医疗 | 钛合金关节假体、PEEK 椎间融合器、手术导向器 |
| 电子 / 消费品 | 一体成型笔记本外壳、散热片、微型射频连接器 |
高品质立铣的关键
- 刀具材料与涂层：HSS vs. 硬质合金，TiN/TiAlN/AlCrN 等
- 正确的转速与进给：合适切削负荷防止摩擦或崩刀
- 冷却与排屑策略：侧排/中心出冷却、高压内冷或 MQL + 气刨
- 机床刚性与人员经验：防振、在线测量、实时调整
设计注意事项
- 内圆角 ≥ 刀具半径；设计 R0.5 mm 以上可避免电火花或手工修角
- 刀具伸长比 > 3× 直径需降低参数或选加长刀，注意挠度
- 粗精余量 粗铣后保留 0.5–1 mm 余量精铣
- 表面粗糙度 对关键面标注 Ra 要求
结语
立铣是 CNC 加工的基石，可在金属、塑料、复合材料上高效实现复杂、高精度、可重复的零件生产。选择合适的刀具、优化参数，并与卓越的加工伙伴合作，能显著提升项目质量与成本效率。
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