5 轴 CNC 加工：终极指南

5 轴 CNC 加工：终极指南

5轴CNC加工技术是现代制造业中一项重要的加工工艺，它通过同时控制五个轴（三个线性轴和两个旋转轴）的运动，能够加工出复杂形状的零件。本文将详细介绍5轴CNC加工的工作原理、不同类型、优点和缺点，以及其在航空航天、汽车、医疗等领域的典型应用。

什么是五轴数控加工？

5轴CNC加工是一类CNC加工，它依赖于使用可以同时移动和旋转五个轴（三个线性轴和两个旋转轴）的5轴CNC机床。一般来说，三个直线轴是辅助切削的基本轴。三个旋转轴是辅助轴，机器只能访问两个。它们仅有助于正确定位工件（它们不参与切割）。

可以同时链接到五个轴的数量也受到限制，因为它可能导致更高的控制系统复杂性、编程复杂性和机械约束。5轴CNC设置比传统的更加多样化，五轴和五轴CNC设置取决于它可以移动和旋转的轴数量。此外，其配置消除了多次设置的需要。因此，监管需求减少，生产效率提高。

5 轴代表什么？

CNC加工技术中的“5轴”是指刀具可以同时移动和旋转的五个轴。典型的CNC机床具有三个线性轴（基本轴）和三个旋转轴（A、B和C），5轴机床将沿着线性轴和两个旋转轴移动。

X轴

X轴代表刀具沿床身长度的水平运动，它可以从左到右或从右到左，具体取决于机器配置。沿X轴的移动可实现铣削、钻孔和轮廓加工等CNC加工操作。

Y轴

Y轴代表刀具的横向运动，它可以是从前到后或从后到前，具体取决于机器配置。沿Y轴的移动可实现侧铣、开槽和仿形等CNC加工操作。

Z轴

Z轴代表刀具的垂直运动。根据5轴CNC机床类型，可以上下移动。沿Z轴移动可实现钻孔、攻丝和镗孔等CNC加工操作。

A轴

A轴代表刀具绕X轴的旋转运动——倾斜或旋转。该轴具有更大的灵活性以及与底切、倒角和成角度特征的兼容性。

B轴

B轴代表刀具绕Y轴的旋转运动。该轴可实现多面加工和深型腔、复杂轮廓和曲面等加工特征。

C轴

C轴代表刀具绕Z轴的旋转运动——它垂直倾斜或旋转。

3轴、4轴、3+2轴、5轴CNC加工对比

不同类别的数控机床之间的显着差异在于刀具可以移动或旋转的轴数。下表重点介绍了3轴、4轴、3+2轴和5轴CNC机床之间的差异和相似之处。

5 轴 CNC 机床的类型

不同类型的5轴CNC机床之间的主要区别在于旋转轴位置（机床主轴头或工作台）。以下是三种常见类型的5轴CNC系统，以便您可以为您的项目选择合适的一种。

头/头

Head/Head 5轴机床的机床主轴头上有两个旋转轴。因此，由于工作台固定，因此不存在刀具干涉，从而确保了工件的静止。

旋转轴的位置也确保了该类别下的5轴机床可以围绕工件移动。因此，它们适合加工大型零件。相反，由于头部和固定工作台中两个旋转轴的焦点，运动仍然受到限制。

桌子/头

工作台5轴

具有工作台/头部配置的CNC机床在头部和工作台上有两个旋转轴。头部的旋转轴因其位置而受到限制，而放置在工作台上的旋转轴则没有限制。

工作台/头轴加工相对于头/头轴加工的优点是没有限制，因为零件始终旋转。相反，由于工件放置在旋转轴上，因此可加工的工件数量有限。

表/表

工作台/工作台5轴机床的两个旋转轴均位于工作台上。这限制了旋转轴，使得该机床仅适合加工底切。此外，工作台/工作台具有最小的工作范围，并且比其他5轴CNC机床类型更慢（不配备电机）。它不适合加工大型或重型零件。

5 轴 CNC 加工的优点

5轴CNC系统仍然是许多零件制造商的良好加工选择，因为它具有以下突出的巨大优势：

适用于复杂的设计

零件制造商选择5轴数控机床的最常见原因是它们适合复杂的机器形状。在开发之前，此类零件是通过铸造制造的，这种工艺以其较长的交货时间而闻名。相比之下，5轴机床速度很快，并且其额外的运动使得可以以不同的角度和弧度加工零件，而无需特殊的夹具或额外的设置。

减少重新安装

5轴CNC加工无需分段制造零件，而零件需要夹具。该机器可以通过更少的设置以不同角度接近工件。

降低每个零件的劳动力成本

5轴CNC加工消除了时间和成本，因为机器操作员不接触工件；无需重新固定。

更好的表面光洁度

其他数控机床，尤其是3轴机床，需要更长的交货时间才能获得更好的表面光洁度。然而，5轴机器可以在更短的时间内实现更好的表面光洁度。您可以通过使用短切工具减少振动来确保更好的表面光洁度

特征到特征的准确度

5轴机器具有归零或归位功能，可减少由于设置更改或从机器上移除零件而导致失去对准而导致的不准确性。此外，加工过程中不正确对准的可能性也降低了。

更快的切割速度

5轴数控机床的刀具较短，可确保更快的切削速度、减轻刀具负载、减少振动和破损，从而延长刀具的使用寿命。此外，由于额外的旋转轴可以促进更好的头部定向，因此钻孔速度比传统数控机床更快。

5 轴 CNC 加工的缺点

当然，这些类型的数控机床也有其局限性，其中包括：

费用

将5轴CNC机床纳入您的机床设置中将产生比传统CNC加工中心高出的大量成本。此外，由于其较高的复杂性，维护成本也较高。您可以通过外包给提供5轴加工服务的CNC加工提供商来降低成本。

CAD/CAM编程

对每个轴的运动进行编程更加困难，因为两个附加旋转轴与三个线性运动并存。这意味着您必须考虑每个轴的运动以防止干扰和碰撞。由于复杂性以及对加工精度和表面质量的要求，您可能需要合格的CAD/CAM程序员的服务。

需要高级操作技能

除了复杂的CAD/CAM编程之外，5轴加工由于技术先进，还需要高技能的操作人员。

如何配置 5 轴 CNC 机床

配置5轴数控机床很容易，因为它不需要复杂的夹紧系统或夹具来固定工件。

准备固定设备

使用零夹虎钳、液压夹或牢固安装的块将工件牢固地安装在机床工作台中心。加工前，工件必须固定并可从所有五个侧面进行操作。

准备切削工具

准备、测量切削刀具和刀架并将其装入机器的自动换刀装置(ATC)库中。

执行校准

在生产开始之前，使用特定软件和自动测量探头校准机器。这可确保所有轴上的精确校准并最大限度地减少公差累积。

检查潜在的碰撞

在开始加工循环之前，仔细检查是否有任何潜在的碰撞区域。验证每个位置的正确性以及每次换刀的准确性。

运行预编程检查

让整个程序逐步运行，以验证每个位置和换刀的正确性。这有助于防止崩溃并确保平稳运行。

五轴数控加工的应用

5轴数控加工减少人为错误，提高一致性，确保高质量加工。以下行业在零件制造中使用数控加工技术。

航空航天工业

航空航天工业越来越依赖5轴加工，因为它的精度高，而且许多航空航天零件设计复杂，需要机器对加工、难以到达的区域。5轴机加工零件的典型示例是涡轮机叶片，首先铸造，然后机加工以获得所需的形状和表面光洁度。

汽车行业

由于制造工具需要一致性和严格的公差，汽车行业依赖5轴机床。该行业主要青睐低成本制造选择，例如压铸和注塑成型，5轴数控机床用于模具制造和其他模具加工。

医疗行业

医疗行业需要一种能够达到质量并且与不同材料兼容的制造工艺。虽然3轴和4轴加工适合该行业，但在处理复杂零件时，5轴加工更好。此外，数控机床还适用于医疗叶轮和CT扫描仪部件。

能源工业

能源工业是所有其他部门的支柱；它需要先进的组件来突破工程和材料使用的限制。因此，它持续依赖5轴CNC加工。能源行业中的5轴CNC加工零件的示例包括钻头、活塞、气缸、杆、气缸和阀门。

工业部门

工业领域范围广阔，需要复杂的组件，而五轴机床也适用。然而，它们更多地起到辅助作用，因为由于成本和生产的零件的通用类型，通用CNC机床（例如5轴和3轴机床）是常见的选择。

5 轴 CNC 加工技巧

为了最大限度地提高5轴加工过程中的生产率和效率，您可以探索下面重点介绍的实践和技巧：

优化您的刀具路径

优化刀具路径涉及选择最高效和有效的路径，以确保加工过程中的浪费最小化和精度最高。软件工具可用于优化刀具路径。还可以使用自适应铣削，它允许数控机床根据工件调整切削速度和深度。

使用正确的工具和材料

使用正确的工具并材料确保加工零件的高质量、减少浪费并缩短加工时间。

选择工具时，请考虑以下因素：

• 被切割材料
• 切深
• 期望的完成。

高速钢(HSS)刀具最适合加工软质材料，硬质合金刀具适用于加工较硬的材料，金刚石涂层刀具适用于加工复合材料和陶瓷等磨料。

选择材料时，请考虑其属性以及它们如何与应用的最终部分保持一致。例如，选择钛或不锈钢作为高强度零件，选择铝或镁作为轻质零件。

维护您的机器和工具

定期维护5轴数控铣床和其他工具将确保您以最佳性能运行、减少停机时间并提高零件质量。维护实践包括：

• 定期保持机器清洁
• 按照制造商的建议润滑机器部件
• 按照制造商的建议磨利和更换工具

优化您的切削参数

优化切削参数，例如切削速度、进给率和切削深度，以减少加工时间并提高零件质量。您可以从较低的值开始，然后逐渐增加它们以获得所需的结果。此外，应在加工过程中对其进行监控并根据需要进行调整。

使用模拟软件

借助仿真软件，例如维里卡特，您可以在加工开始之前可视化5轴CNC加工过程。因此，您可以优化刀具路径、切削参数来改进刀具路径。