如今，機(jī)械加工行業(yè)的不斷發(fā)展。有時(shí)，一提到五軸數(shù)控加工，大多數(shù)人腦海中浮現(xiàn)的第一印象就是：技術(shù)含量高、價(jià)格昂貴、操作難度大，但五軸加工真的是這樣嗎？

請(qǐng)繼續(xù)閱讀，我們將為您解答這個(gè)問題，并提供有關(guān)這種加工的全面信息。

什么是 5 軸加工？

五軸加工是一種先進(jìn)的數(shù)控加工技術(shù)，使用具有五個(gè)運(yùn)動(dòng)軸的機(jī)床對(duì)工件進(jìn)行加工。這些軸包括三個(gè)線性軸（X、Y、Z）和兩個(gè)旋轉(zhuǎn)軸（A和B 或A和 C）。這種靈活性使刀具可以從多個(gè)角度接觸工件，輕松加工復(fù)雜幾何形狀。例如，它能夠在一個(gè)操作中完成傾斜面、曲面和復(fù)雜輪廓的加工，而無需頻繁調(diào)整工件的位置，從而減少人為誤差。

5 軸的含義

5 軸中的 “5 ”是指除了傳統(tǒng)的 3 個(gè)軸（X、Y 和 Z 軸）之外，用于 5 軸加工的機(jī)床還增加了兩個(gè)軸，使其總數(shù)達(dá)到 5 個(gè)運(yùn)動(dòng)軸。第 4 軸為 A 軸，表示繞 X 軸旋轉(zhuǎn)；第 5 軸為B軸繞Y軸旋轉(zhuǎn)，或C軸則繞Z軸旋轉(zhuǎn)。

5軸數(shù)控機(jī)床如何工作？

五軸數(shù)控機(jī)床自動(dòng)工作，只需極少的人工干預(yù)。它使用旋轉(zhuǎn)切削工具對(duì)放置在機(jī)床上的工件進(jìn)行加工。下面是5 軸加工的工作流程：

1. 準(zhǔn)備 CAD 模型與優(yōu)化加工路徑

• 使用 CAD 軟件設(shè)計(jì)工件的三維模型。
• 將模型導(dǎo)入 CAM 軟件，生成刀具路徑，包括刀具移動(dòng)和旋轉(zhuǎn)的軌跡。
• 優(yōu)化路徑，確保切削順暢，避免干涉或碰撞。

2. 將數(shù)據(jù)輸入數(shù)控系統(tǒng)

• 將生成的加工程序（通常為 G 代碼）傳輸?shù)轿遢S數(shù)控機(jī)床。
• 數(shù)控系統(tǒng)解析代碼，準(zhǔn)備控制機(jī)床的每個(gè)軸的運(yùn)動(dòng)。

3. 安裝工件與刀具

• 將工件固定在工作臺(tái)上，確保裝夾牢固并對(duì)齊中心。
• 安裝合適的刀具，并校準(zhǔn)刀具位置與機(jī)床坐標(biāo)系一致。

4. 機(jī)床啟動(dòng)與多軸聯(lián)動(dòng)

• 線性軸運(yùn)動(dòng)（X、Y、Z）：刀具沿直線方向移動(dòng)，完成平面位置的定位和切削路徑。
• 旋轉(zhuǎn)軸運(yùn)動(dòng)（A 和 B 或 A 和 C）：旋轉(zhuǎn)軸調(diào)整刀具角度，使其能從多個(gè)方向接觸工件表面，特別是復(fù)雜曲面或傾斜面。

5. 實(shí)時(shí)加工與動(dòng)態(tài)調(diào)整

• 數(shù)控系統(tǒng)根據(jù)加工程序?qū)崟r(shí)控制刀具的移動(dòng)和旋轉(zhuǎn)，同時(shí)調(diào)整切削參數(shù)（進(jìn)給速度、主軸轉(zhuǎn)速等）。
• 傳感器監(jiān)控加工過程，對(duì)位置、角度和切削負(fù)載進(jìn)行反饋，進(jìn)行誤差補(bǔ)償和動(dòng)態(tài)調(diào)整。

6. 一次裝夾完成多面加工

• 機(jī)床在一次裝夾中，通過旋轉(zhuǎn)工件或調(diào)整刀具角度，完成零件多個(gè)面或復(fù)雜幾何形狀的加工，避免多次裝夾帶來的定位誤差。

7. 加工完成與質(zhì)量檢查

• 完成加工后，取下工件并使用測(cè)量設(shè)備（如三坐標(biāo)測(cè)量儀）檢查尺寸精度和表面質(zhì)量，確保符合設(shè)計(jì)要求。

五軸數(shù)控機(jī)床的類型

根據(jù)旋轉(zhuǎn)軸的位置與運(yùn)動(dòng)方式，五軸數(shù)控機(jī)床主要分為以下幾種類型：

1. 雙轉(zhuǎn)臺(tái)型

結(jié)構(gòu)：機(jī)床配備一個(gè)主轉(zhuǎn)臺(tái)（B 軸）和一個(gè)副轉(zhuǎn)臺(tái)（C 軸），兩者分別繞不同軸旋轉(zhuǎn)。
特點(diǎn)：

• 轉(zhuǎn)臺(tái)旋轉(zhuǎn)靈活，適合加工復(fù)雜零件。
• 工件隨轉(zhuǎn)臺(tái)運(yùn)動(dòng)，可能受到尺寸和重量限制。

2. 搖籃式（傾斜頭 + 固定工作臺(tái)）

結(jié)構(gòu)：刀具可通過機(jī)頭的兩個(gè)旋轉(zhuǎn)軸（A 軸和 B 軸）進(jìn)行傾斜和旋轉(zhuǎn)，而工作臺(tái)固定不動(dòng)。

特點(diǎn)：

• 無需移動(dòng)工件，適合加工大型零件。
• 機(jī)頭重量較大時(shí)，可能影響運(yùn)動(dòng)速度和精度。

3. 轉(zhuǎn)臺(tái) + 搖籃式

結(jié)構(gòu)：工作臺(tái)可圍繞一個(gè)軸旋轉(zhuǎn)（B 軸或 C 軸），同時(shí)機(jī)頭具備一個(gè)旋轉(zhuǎn)軸（A 軸）。

特點(diǎn)：

• 轉(zhuǎn)臺(tái)和搖籃結(jié)合提供更大靈活性。
• 能處理中型到大型零件，兼具精度和效率。

4. 雙旋轉(zhuǎn)頭型

結(jié)構(gòu)：機(jī)床的兩個(gè)旋轉(zhuǎn)軸完全集成在刀具機(jī)頭上，工作臺(tái)固定。

特點(diǎn)：

• 刀具運(yùn)動(dòng)靈活，適合加工大型或重型工件。
• 機(jī)頭需承受復(fù)雜運(yùn)動(dòng)的負(fù)載，機(jī)械設(shè)計(jì)要求高。

5. 平行軸式

結(jié)構(gòu)：兩個(gè)旋轉(zhuǎn)軸設(shè)置在獨(dú)立平臺(tái)上，分別用于刀具和工件的旋轉(zhuǎn)。

特點(diǎn)：

• 獨(dú)立控制的旋轉(zhuǎn)軸提高了加工的靈活性。
• 系統(tǒng)復(fù)雜，對(duì)操作要求較高。

5軸CNC加工的優(yōu)點(diǎn)

五軸數(shù)控機(jī)床提供三個(gè)線性軸和兩個(gè)旋轉(zhuǎn)軸，可聯(lián)動(dòng)工作，生產(chǎn)復(fù)雜程度高的零件，為許多行業(yè)帶來了多種優(yōu)勢(shì)。這些優(yōu)勢(shì)包括成本效益和高效加工，以下是 5 軸數(shù)控加工的主要優(yōu)點(diǎn)。

加工復(fù)雜形狀

由于機(jī)床增加了額外的軸，因此可以輕松加工復(fù)雜的設(shè)計(jì)和幾何形狀。此外，需要使用多個(gè)專用夾具才能完成的高難度的角度和弧度加工，使用五軸數(shù)控機(jī)床即可輕松解決。此外，五軸機(jī)床還能在單次操作中不斷旋轉(zhuǎn)零件，無需多次調(diào)整就能實(shí)現(xiàn)所需的復(fù)雜幾何形狀。

高精度和高重復(fù)性

手動(dòng)加工操作需要額外的設(shè)置才能達(dá)到良好的加工效果。但這些額外的設(shè)置往往會(huì)帶來加工上的累積誤差，導(dǎo)致機(jī)械師在加工過程中無法完全對(duì)準(zhǔn)。然而，五軸數(shù)控銑削只需最少的設(shè)置，消除了出現(xiàn)誤差的可能性，同時(shí)提高了精度。

此外，如今機(jī)械師使用的大多數(shù)五軸數(shù)控機(jī)床在加工過程中都無需手動(dòng)重新定位工件，這保證了加工的可重復(fù)性。

高效的設(shè)置操作

與三軸機(jī)床相比，五軸數(shù)控機(jī)床的設(shè)置過程相對(duì)較少，因?yàn)槲遢S數(shù)控機(jī)床可同時(shí)加工多個(gè)表面。此外，五軸機(jī)床還可以加工具有結(jié)構(gòu)特征的輪廓零件。然而，對(duì)于傳統(tǒng)的三軸機(jī)床來說，要在多個(gè)面上進(jìn)行加工，必須進(jìn)行多次設(shè)置。

高質(zhì)量的表面光潔度

由于有額外的軸，五軸數(shù)控機(jī)床的表面光潔度更高。這些額外的軸使工件更接近切割工具，從而更容易獲得所需的形狀，它還允許使用較短的切削工具進(jìn)行高速加工，幾乎不會(huì)產(chǎn)生振動(dòng)，從而減少了成品表面的刀具痕跡。

生產(chǎn)效率高

五軸CNC加工可有效縮短零件的加工時(shí)間。它的主軸轉(zhuǎn)速和進(jìn)給量范圍大，可實(shí)現(xiàn)強(qiáng)大的切削能力。五軸數(shù)控系統(tǒng)正在進(jìn)入高速加工時(shí)代，它的快速移動(dòng)和定位以及高速切削加工縮短了零件加工的上機(jī)時(shí)間，提高了生產(chǎn)效率。

5軸CNC加工的局限性

五軸加工在制造零件方面具有許多優(yōu)勢(shì)，然而，五軸加工也并非都是優(yōu)點(diǎn)，也存在一些局限性。

成本高

購買一臺(tái)五軸數(shù)控機(jī)床的成本要比購買一臺(tái)三軸機(jī)床的成本高得多。操作該機(jī)器所需的零配件也是如此。此外，維護(hù)五軸數(shù)控機(jī)床比普通數(shù)控機(jī)床更加困難。因此，成本是使用五軸數(shù)控機(jī)床進(jìn)行加工的主要制約因素之一。

編程復(fù)雜性

三軸機(jī)床所需的編程與五軸機(jī)床不同。這主要是由于增加了兩個(gè)旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，使合成運(yùn)動(dòng)的軌跡變得復(fù)雜。例如，對(duì)五軸機(jī)床進(jìn)行編程時(shí)，必須考慮每個(gè)軸各自的運(yùn)動(dòng)，以避免碰撞和干擾。此外，要獲得更好的表面質(zhì)量和精度，還需要更復(fù)雜的編程。

需要較高的操作技能

五軸數(shù)控加工涉及到先進(jìn)技術(shù)的使用，要想使機(jī)器發(fā)揮出最佳性能，必須要有一名技術(shù)嫻熟的操作員，這會(huì)增加勞動(dòng)力成本。

使用5軸加工中心可以加工哪些類型的零件？

五軸數(shù)控加工可生產(chǎn)各種零件。這些零件通常具有錯(cuò)綜復(fù)雜的形狀。以下是一些可以使用五軸加工中心加工的零件。

復(fù)雜表面零件

復(fù)雜表面零件是您在航空、電子等不同領(lǐng)域經(jīng)?？梢钥吹降牧慵褂闷胀〝?shù)控機(jī)床很難加工出這種復(fù)雜表面。常見的 5 軸加工復(fù)雜表面包括球形表面、渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)葉片、船用螺旋槳、葉輪等。

箱形零件

由于需要多次裝夾和校準(zhǔn)，使用普通加工機(jī)床加工箱形零件相對(duì)困難。五軸機(jī)床能同時(shí)加工多個(gè)表面，因此更容易加工出精度更高的箱形零件。

異形零件

異形零件是指形狀不規(guī)則的零件。例如，點(diǎn)、面、線混合的工件。由于在加工過程中難以控制夾緊壓力，因此用傳統(tǒng)加工方法加工這類零件非常困難，甚至幾乎不可能。然而，使用 5 軸加工，使用多工位點(diǎn)完成加工變得更加容易。

5 軸加工與 3+2 軸加工的區(qū)別

五軸加工和 3+2 軸加工的主要區(qū)別在于軸的聯(lián)動(dòng)方式和適用場(chǎng)景。五軸加工指五個(gè)軸（X、Y、Z 和兩個(gè)旋轉(zhuǎn)軸）同時(shí)聯(lián)動(dòng)，刀具能夠動(dòng)態(tài)調(diào)整角度，適合加工復(fù)雜曲面和連續(xù)幾何形狀，如渦輪葉片和模具。相比之下，3+2 軸加工僅在加工前固定兩個(gè)旋轉(zhuǎn)軸的角度，然后通過 3 軸聯(lián)動(dòng)完成切削，適合傾斜面或多角度的靜態(tài)加工，如鉆孔或銑削。五軸加工效率更高、編程更復(fù)雜，而 3+2 軸加工成本較低、適合中等復(fù)雜度的零件生產(chǎn)。

充分利用五軸數(shù)控系統(tǒng)的策略

由于大多數(shù)操作員并不了解五軸數(shù)控機(jī)床的全部功能。因此，以下策略可幫助您最大限度地利用五軸數(shù)控機(jī)床。

選擇正確的軟件和控制

在使用五軸數(shù)控銑床之前，您必須獲得正確的信息。獲取正確的信息包括分析設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和正確性。同樣重要的是，在將 CAD 設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)化為 CAM 等效設(shè)計(jì)之前，要對(duì)設(shè)計(jì)過程進(jìn)行驗(yàn)證。

選擇刀具檢測(cè)系統(tǒng)

在工作中使用錯(cuò)誤的工具會(huì)增加出錯(cuò)的風(fēng)險(xiǎn)。此外，錯(cuò)誤的刀具容易磨損，或在加工過程中斷裂，從而增加生產(chǎn)成本并降低產(chǎn)品質(zhì)量。減少這種情況的方法之一是使用刀具檢測(cè)系統(tǒng)，該系統(tǒng)可幫助您分析要使用的刀具，確保刀具適合工作需要，最大限度地減少錯(cuò)誤。

防止碰撞

碰撞會(huì)導(dǎo)致部件缺陷和機(jī)器損壞。幸運(yùn)的是，有一些軟件工具可以幫助降低這種風(fēng)險(xiǎn)。那么，它是如何工作的呢？這種軟件可以模擬設(shè)計(jì)過程，通常在碰撞發(fā)生之前就能看到，從而提供改變?cè)O(shè)計(jì)指令的方法。這種軟件有很多，但常用的有 Predator 和 ModuleWorks。

受益于 5 軸數(shù)控加工的行業(yè)應(yīng)用

五軸數(shù)控加工可為各行業(yè)帶來多種好處，包括減少加工中的累積誤差、提高產(chǎn)品質(zhì)量和一致性等。許多行業(yè)都采用這種加工方式來制造產(chǎn)品和部件，主要行業(yè)包括：

醫(yī)療行業(yè)

在外科手術(shù)、測(cè)試或病情診斷過程中，一個(gè)零件的故障就可能帶來災(zāi)難，因此精度和準(zhǔn)確性對(duì)該行業(yè)至關(guān)重要。5 軸數(shù)控加工在醫(yī)療行業(yè)的應(yīng)用包括生產(chǎn)研究設(shè)備、核磁共振成像設(shè)備、外科植入物、醫(yī)療器械和矯形設(shè)備。

電子設(shè)備

由于電子設(shè)備是商業(yè)和消費(fèi)品的一部分，因此構(gòu)成了我們?nèi)粘Ｉ畹拇蟛糠帧? 軸數(shù)控加工有助于生產(chǎn)這些電子設(shè)備正常運(yùn)行所需的最微小部件。它可用于生產(chǎn)電子外殼、半導(dǎo)體、五金件、金屬板條、散熱器和印刷電路板。

能源工業(yè)

為防止發(fā)生災(zāi)難性故障，能源行業(yè)的零件必須符合精確的標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)格。此外，如果該行業(yè)使用的零件不合適，往往會(huì)導(dǎo)致整個(gè)系統(tǒng)癱瘓，給相關(guān)公司造成收入損失。該行業(yè)采用 5 軸加工來生產(chǎn)鉆頭、活塞、活塞桿、氣缸和閥門。

航空航天業(yè)

該行業(yè)需要具有復(fù)合形狀和輪廓邊緣的零件。此外，由于使用幾何形狀復(fù)雜的零件，五軸加工也成為該行業(yè)機(jī)械師的首選加工工藝。此外，使用 5 軸加工還有助于生產(chǎn)高質(zhì)量的零件，從而達(dá)到行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。

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結(jié)論

五軸數(shù)控加工有助于生產(chǎn)具有高質(zhì)量表面光潔度的復(fù)雜零件。雖然初始成本較高，但從長遠(yuǎn)來看，這種加工方式有助于節(jié)省成本和時(shí)間。由于其零件精度高，它是一種應(yīng)用于航空航天、電子和醫(yī)療行業(yè)等廣泛行業(yè)的加工工藝。