數控加工是一項應用廣泛且成熟的技術。人們利用它來製造適用於各個領域的零件。您是否好奇數控加工的成本？它的費用是多少？
本文將探討CNC加工的成本及其影響因素。您還可以了解數控加工的生產類型以及如何透過提高產量來降低成本。讓我們開始吧。
數控零件的成本由什麼決定？
客戶經常問我們為什麼有的零件價格是其他零件的兩倍。為了解答這個問題，我們的工程師製作了下表：
| 因子 | 為什麼它會影響成本 |
| 加工時間 | 機器每運轉一分鐘，都會消耗電力、磨損工具，並且需要訓練有素的操作人員進行維護。生產週期越長，成本越高。 |
| 材料 | 有些金屬切削起來像切黃油一樣輕鬆，有些則會損壞工具。鋁材價格低廉且切削速度快，而不銹鋼和鈦材切削速度慢且價格昂貴。 |
| 複雜 | 功能越多，代表需要更換的刀具越多，刀具路徑越多，程式設計工作量就越大。一個帶有一個孔的簡單模組很便宜，但一個帶有十個孔、三個凹槽和兩個斜面的支架則不然。 |
| 公差 | 寬鬆的公差加工速度快。嚴格的公差加工則需要更慢的進給速度、更精細的刀具和更嚴格的檢驗。 |
| 批量大小 | 單一零件的準備工作需要數小時，切割工作只需幾分鐘。一百個零件可以將這些準備時間分攤到多個單元上，從而大幅降低單位成本。 |
| 後期處理 | 每增加一道後處理工序，不僅會耗費數小時，還可能需要引進另一家供應商。因此，成本會呈指數級增長。 |
降低數控加工成本的10種有效方法
NOBLE 的工程師根據真實案例研究和經驗，整理出了一系列提高效率和降低成本的方法。
1. 從一開始就進行可製造性設計 (DFM)
避免加工過深的型腔。深型腔需要使用細長的刀具。長刀具容易產生顫動，進給速度慢，刀具容易斷裂，處理效果差。薄壁在切削壓力下容易變形。
內角需要倒圓角。尖銳的內角需要使用小型銑刀或單獨的電火花加工。這兩種方法都很昂貴。 1毫米或更大的圓角半徑可以讓工具機使用標準刀具並沿著簡單的路徑加工，從而節省時間。
對於大多數應用而言，螺紋深度達到螺紋直徑的1.5倍就足夠了。更深的螺紋深度會增加加工時間和刀具風險，而強度幾乎沒有提升。
堅持使用標準孔徑。標準鑽頭價格低廉且庫存充足。非標準尺寸則需要專用刀具或鉸孔加工。同樣的道理也適用於銑刀直徑。常用尺寸可以降低成本。
2. 放寬不必要的容忍度
容忍度是要付出代價的。人們有時意識不到代價有多高。
公差為正負 0.01 毫米屬於嚴格標準。機器必須降低轉速。操作員必須更頻繁地進行測量。工具必須更新。廢品率上升。公差為正負 0.1 毫米屬於寬鬆標準。機器運轉速度快。操作員對流程充滿信心。零件快速出貨。
明智的做法很簡單。設計時，請考慮以下問題：這個零件或位置的公差真的有必要這麼小嗎？增加公差是否會導致最終產品磨損，甚至使其無法使用？
僅對真正需要嚴格公差的表面施加嚴格的公差要求，例如配合面、軸承軸頸和關鍵對準特徵。其他所有表面均可採用易於保持的寬鬆輪廓公差。
3. 選擇合適的材料
選擇符合實際需求的合金，而不是那些聽起來很厲害的合金。易切削合金的存在是有原因的。 303不銹鋼的切削速度比304快得多。 6061鋁合金價格低廉且容錯性佳。 7075鋁合金強度更高，但對刀具的磨損更大。
鈦合金和因科鎳合金加工速度慢。硬化鋼會損壞刀片。除非應用絕對需要這些材料，否則應避免使用。加工成本差異不小，通常是其他材料的兩到五倍。
近淨成形也大有裨益。鑄件、鍛件和擠壓棒材的初始形狀更接近最終形狀，需要移除的材料更少，加工時間更短，廢料也更少。近淨成形的前期成本雖然較高，但透過減少加工量可以得到回報。
4. 縮短加工時間
機器時間就是金錢。
先用大型刀具進行粗加工。大型立銑刀可以快速去除材料。然後再用小型刀具進行精細加工。試著用小型刀具進行粗加工既慢又低效。
合併工序。一次裝夾即可完成銑削和鑽孔。無需重新夾緊，即可繞第四軸旋轉零件。每次拆卸和重新夾緊零件都會浪費時間，並增加出錯的可能性。
減少換刀次數。將相似的特徵集中加工。先用同一把鑽頭鑽完所有孔，再換用銑刀。每次換刀都會增加時間，大量加工下來，時間就會累積。
避免不必要的表面光潔度。 3.2微米的表面粗糙度Ra是標準的機械加工表面光潔度，適用於大多數零件。如果要求更精細的表面光潔度，例如0.8或0.4微米，則需要額外的拋光或極輕的精加工工序，從而增加加工時間。
5. 優化批量大小
小批量生產（1到50件）的影響最大。設定時間幾乎無法分攤。每個零件都要承擔程式設計、夾持、刀具設定和首件檢驗的全部工作量。單位成本很高，這是無法避免的。
中等產量（50到500件）開始變得划算。前期投入成本分攤到機器上。機器運轉時間從幾分鐘延長到幾小時。單位成本顯著下降。
產量超過五百件時，價格最理想。設定成本幾乎可以忽略不計。單件成本接近原料的加工時間和成本。對於給定的設計而言，這是最低價格。
實際操作很簡單。把未來的訂單合併成一次生產。與其這個月訂五十件，下個月再訂五十件，不如現在就訂一百件。這樣供應商只要生產一次，單位成本就降低了，買家也省了錢。雙方都受益。
6. 簡化工件夾持及夾具
固定零件需要時間。糟糕的設計會使這項工作變得困難。
對任何CNC工具機操作員來說，平底夾具都是一大福音。簡單的平底設計就能讓工件穩穩地固定在虎鉗上，無需任何特殊夾具。無需軟爪，無需客製化夾具，只需使用每個CNC加工廠都配備的標準虎鉗即可。
使用標準尺寸的棒材。許多人設計的零件厚度為 6.3 毫米，而標準棒材的直徑為 6 毫米。這樣一來，機械師就必須去除多餘的 0.3 毫米，這會耗費時間。因此，請按照標準厚度、標準寬度和標準直徑進行設計。 CNC加工工廠會感謝工程師的。
倒扣和懸垂加工成本都很高。倒扣需要特殊的棒棒糖形刀具或多次裝夾。懸垂需要客製化夾具來固定零件，防止振動。盡可能避免這兩種情況。簡單、塊狀的零件不僅固定成本低，而且CNC加工速度也快。
7. 對非關鍵特性採用替代工藝
並非每個洞都需要完美無瑕。人們常常要求過高。
標準鑽孔速度快，而鉸孔或鏜孔速度慢。鑽孔可以形成足夠圓的孔，用於螺栓、銷釘或通孔。如果應用對孔徑精度或表面光潔度要求不高，鑽孔即可。
螺紋加工方式類似。攻絲速度快，絲錐只需幾秒鐘即可完成攻牙和銑削。螺紋銑削速度較慢，需要專用刀具和螺旋刀路。螺紋銑削適用於大直徑或高硬度材料。對於鋁或鋼上的標準小螺紋，攻絲是更經濟的選擇。
非配合面保持原狀。大多數面的標準表面光潔度（銑刀或車刀加工）即可滿足要求。拋光、研磨或砂光會增加時間和成本。
8. 盡可能避免後製
陽極處理外觀美觀，但成本較高。電鍍可以提高耐腐蝕性，但需要額外送到電鍍CNC加工廠。熱處理會改變材料的性能，但有零件變形的風險，並且需要額外的爐內循環。
規則很簡單：只有當零件的功能確實需要後處理時，才進行後處理。裝飾支架不需要陽極處理，汽車內裝卡扣不需要電鍍，鋁製墊片不需要熱處理。
當後處理不可避免時，應合併工序。將零件送至能夠完成多種工序的供應商。在同一工廠內完成陽極氧化和雷射打標。將熱處理和噴丸處理合併為一個批次。這樣可以減少搬運、運輸和文書工作。合併的每個工序都能降低成本。
9. 使零件尺寸與機器加工範圍相符
機器尺寸很重要。並非每個零件都需要一台巨型五軸加工中心。
在一台龐大的機器上加工一個微小的零件純屬浪費金錢。大型五軸加工中心的每小時收費很高，耗電量龐大，佔地面積也很大。操作員技術精湛，收入也與之相符。把一個硬幣大小的零件放到這台機器上，就好比用一輛貨車去送一封信。
更明智的做法是選擇尺寸合適的最小加工中心。三軸數控銑床的工時費更低，通常比五軸工具機低30%到50%。對於不需要斜孔或複雜曲線的零件，三軸加工完全可以勝任。它速度快、成本低，而且幾乎所有CNC加工廠都提供這種加工方式。
您還應該考慮工具機行程。長度為 300 毫米的零件可能適合標準銑床加工。而長度為 600 毫米的零件則需要更大、更昂貴的工具機。將零件尺寸控制在常用工具機尺寸範圍內，可降低報價。
10. 與合適的CNC加工工廠合作
並非所有CNC加工工廠都一樣。人們通常會將圖紙發送給離自己最近或價格最低的供應商。
送貨速度會更快，但這並不是唯一需要考慮的因素。
合適的CNC加工工廠會專注於特定材料和零件類型。一家每週加工數千個鋁製支架的CNC加工工廠深諳此道。他們備齊了夾具。他們的編程人員已經見過各種各樣的變體。
清晰的技術圖比人們想像的更重要。圖紙上若缺少尺寸標註，數控加工工廠就不得不停工詢問，這會延誤工期，而且往往會導致重新報價。一份清晰的圖紙，包含測量公差、明確的註解以及正確的幾何尺寸和公差（GD&T），就能讓加工人員順利完成零件加工。
這裡有一個能省錢的直接問題。問問CNC加工工廠：「這個零件有哪些特點導致它價格昂貴？」優秀的CNC加工工廠會如實回答。他們會指出一些關鍵部位的嚴格公差，或是需要特殊刀具的深凹槽，或是難以處理的材料。有了這些回饋，設計師就可以在報價最終確定前修改零件。光是這次溝通就能顯著降低成本。
成本降低潛力概覽（表）
| 策略 | 潛在的節省 | 功夫 |
| 放鬆容忍度 | 20-40％ | 非常低 |
| 避免深齲齒 | 15-30％ | 低 |
| 使用易切削材料 | 10-25％ | 低 |
| 增加批量大小（10→100） | 50-70％ | 中度 |
| 從五軸切換到三軸 | 30-50%（每小時） | 高 |
關於CNC加工成本降低的常見誤解
“加工速度越快，成本就越低。”
這聽起來合情合理。機器運轉速度越快，零件生產速度越快，成本就越低。就這麼簡單。
問題是工具損壞、零件報廢和主軸損壞。
加工速度和進給量超過刀具或材料的承受能力會導致災難性的後果。高速旋轉的硬質合金立銑刀會產生熱量，熱量會軟化刀具，導致刀具在幾分鐘內而非幾小時內磨損殆盡，有時甚至會斷裂。斷裂的刀具不僅會損壞零件，還可能損壞夾具或工具機本身。
“更便宜的材料總是有幫助的。”
這個邏輯似乎合情合理。購買更便宜的金屬，降低原料成本，從而節省整體成本。
這通常是錯誤的。
硬度高的材料價格便宜是有原因的。它們切削性能差，容易發生加工硬化，會損壞刀片，需要更慢的進給速度、更小的切削深度和更頻繁的換刀。
考慮兩種不銹鋼。 304 不鏽鋼價格便宜，但質地黏稠，加工難度高。 303 不鏽鋼每公斤價格較高，但切削性能極佳。 303 不鏽鋼的加工時間僅 304 不鏽鋼的一半，刀具壽命更是其三倍。儘管如此，使用價格較高的材料加工的零件，最終總成本反而更低。
同樣的道理也適用於鋁合金。 7075鋁合金比6061鋁合金強度更高，但對許多加工車間來說，它也更容易導致刀具磨損。除非應用需要更高的強度，否則加工成本較低的鋁合金在總成本方面更具優勢。
“一次性下大單總是最好的。”
規模經濟效應是真實存在的。批量越大，單位成本越低。但這條規律也有限制。
只有在設計穩定的情況下，大量訂單才能省錢。例如，有人訂購了五千個零件，結果工程變更來了，一半的零件都報廢了。材料費已經付清，機器工時也浪費了，錢就這麼沒了。
倉儲是另一項隱性成本。五千個零件需要佔用地面空間，而空間租金是必須的。零件還需要貨架、溫控系統和庫存管理。這些成本加起來可不是小數目。對於週轉率低的零件來說，倉儲成本會抵銷大批量生產帶來的單件成本節約。
更好的方法通常是分批少量訂購。先訂購五百個零件，在生產過程中驗證設計，然後再訂購接下來的五百個。雖然單位成本會略高，但整批產品報廢的風險為零。忽視這種權衡的人有時會付出慘痛的代價。
在NOBLE取得CNC加工零件，節省成本
NOBLE是一家專業的CNC加工工廠，專注於精密金屬零件的製造。我們的員工來自汽車、醫療器材、航空航太、機器人和工業設備等行業。每個行業都有不同的標準，而我們都能滿足這些標準。
為什麼與我們合作？
降低成本－我們積極幫助客戶重新設計零件，以提高其可製造性。本文中的策略並非抽象概念，我們每天都在運用這些策略來降低CNC加工成本。
快速報價－客戶可在24至48小時內收到報價。每份報價均包含DFM回饋。無需等待數週才發現某個零件的製造成本很高。
無任何隱藏費用－價格透明。費用包括：機器使用時間、材料、刀具、設備折舊。僅此而已。
從原型到量產－客戶需要一個零件進行測試。我們進行測試。之後，同一客戶需要一萬個零件來生產。我們擴大生產規模。同樣的流程。同樣的品質體系。
ISO 13485:2016 – 歡迎醫療器材客戶。我們提供完整的驗證服務包，包括可追溯性、過程控制以及監管申報所需的文件。
交貨週期短－標準零件五到十個工作天內即可出貨。緊急訂單可提供加急服務。客戶僅在需要時才需支付加急費用。
我們致力於降低您的CNC加工成本
我們不僅僅是加工零件，我們更專注於打造高性價比的解決方案。每份報價都包含四項具體內容。
- DFM分析免費設計審核。在切割任何金屬之前，我們會提出節省成本的建議。許多客戶採納了這些建議後，報價立即降低。
- 替代材料建議有時，某些應用並不需要特殊的合金。如果更便宜或加工速度更快的替代方案適用於特定應用，我們會推薦這些方案。
- 耐受性審查我們會指出不必要的嚴格公差。許多工程師在未意識到成本影響的情況下過度設計參數。我們提出的一個簡單問題往往能促成設計變更，進而大幅降低成本。
- 大量優化建議我們幫助客戶合併訂單。例如，每月五十件，持續六個月，合併成一個三百件的訂單。這樣一來，單價降低，客戶節省成本，供應商也提高了營運效率。雙方都從中受益。
常見問題
產量會影響成本嗎？
是的。低產量會導致單位成本高。原因在於固定成本。編程、設定、刀具調校和首件檢驗所花費的時間，無論訂單是一個零件還是一百個零件，都是一樣的。如果將這些固定成本分攤到單一零件上，單位成本就會非常高。但如果分攤到一百個零件上，單位成本就會大幅下降。
我可以在不改變設計的情況下降低成本嗎？
是的，有很多方法可以降低成本。首先，增加批量生產。僅此一項就能降低單位成本。其次，選擇不同的加工廠。有些加工廠專門承接小批量訂單，小批量訂單的工時費更低。最後，使用近淨成形材料。鑄件、鍛造件或擠壓棒材可以減少機器需要去除的材料量。加工時間越短，成本越低。
最有效的成本削減方法是什麼？
放寬非關鍵公差。這樣做無需任何成本。無需更改設計。無需更改材料。無需新模具。
優化刀具路徑可以節省多少成本？
通常情況下，可以節省百分之十到百分之二十的時間。具體數字取決於零件的複雜程度。一個只有幾個孔的簡單塊體幾乎沒有路徑優化的空間。而一個帶有深凹槽和急角的複雜模芯則有很大的優化空間。節省的時間來自於減少空切、減少換刀次數以及更聰明的粗加工策略。
Is 三軸 總是更好？
不。三軸機床的工時費更低，通常低30%到50%。三軸銑床結構更簡單，能耗更低，操作人員也更常見，因此每小時的成本更低。
五軸加工在某些特定情況下能帶來價值，例如帶有倒扣的零件、複合角度的特徵以及刀具長度成為問題的深腔。如果零件幾何形狀不需要這些功能，五軸加工就只是更昂貴的三軸加工方式。只有當零件形狀必須使用五軸時才應該考慮。否則，堅持使用三軸加工可以降低成本。
