五轴加工及工作原理

5 轴 CNC 加工是当今最先进的工艺之一。它使用减材加工技术为零件创建提供无限的可能性。该技术使用在五轴上工作的切削刀具将工件切削成所需的形状和尺寸。 5 轴加工提供更高的精度、效率和可靠性。轴数的增加也让五轴铣床拥有比同类产品更好的能力。此外，该过程允许使用计算机数控（CNC）实现完全自动化和管理。因此，许多可靠的 CNC 加工车间都依赖这项技术来提供精密 CNC 加工服务。

什么是五轴数控加工？

该过程涉及切削刀具同时在五个轴上移动。 5 轴 CNC 机床提供同时工作的三个线性轴和两个旋转轴，以实现复杂的零件。这通常涉及增加工作台或工具的倾斜度，从而增加旋转和移动。

第五轴允许机械师在一次操作中制造最多 5 个面。这使得该过程非常高效且精确。它还使其适合以最少的设置创建复杂的结构和功能。由于多个零件需要对 5 个面进行一致加工，因此该工艺对于多个行业来说变得越来越有价值。

为了帮助理解轴 5轴数控铣床下面我们来解释一下数控加工中轴数的重要性。加工轴的数量是切削刀具（或原材料）可以移动以创建所需产品的方向数量。例如，传统的数控机床具有三轴数。因此，他们的工具只能在 X、Y 和 Z 轴上移动。

刀具移动：

水平在X轴上；

Y轴垂直；

在 Z 轴上来回移动。

5 轴加工中心通过倾斜（和旋转）工作台添加线性轴功能。还有两个附加旋转轴，称为 A 轴和 C 轴。 A轴也称为倾斜工作台轴，而B轴是工作台旋转轴。包含这些轴可以加工比 2 轴或 3 轴 CNC 机床更复杂的几何形状。

五轴数控加工如何工作？

与其他数控机床一样，5 轴数控铣床也依赖于计算机指令。机器的编程指令控制切削刀具和工件的运动。 5 轴加工流程从创建所需组件的 3D CAD 模型开始。

此后，CAD 模型被导出到 CAM 软件，该软件将其转换为计算机程序（G 代码）。 G 代码包含 CNC 机床的指令。它包含根据所需零件几何形状创建的刀具路径。这些指令控制切削刀具沿线性轴（X、Y 和 Z）的运动。它还控制工作台沿旋转轴（A 和 B）的方向以创建所需的零件。

此工艺允许一次装夹加工工件的 5 个侧面。因此，它可以节省制造时间和成本，帮助您更快地将产品推向市场。但请注意，运动速度和方向取决于 5 轴机床的类型和配置。

五轴数控机床的类型

5 轴机床可以增强您的加工程序并提高可扩展性。这些加工中心可以有多种类型，以满足制造业的需求。

五轴数控机床的三种主要类型是：

头/头

头部/头部机器的旋转轴位于头部。它们的 5 轴顶点位于一个平台上，该平台在固定工作台上移动，将工件固定到位。因此，您无需担心刀具对机床主轴头的干涉。

这样，顶点就有更大的机会围绕工件移动，使其适合生产大型、重型零件。机台可承受较重的重量而不影响旋转王牌的精度。然而，这些机器的设计限制了它们沿旋转轴的运动。

标题/表格

头部/工作台机器设置在头部具有一个旋转轴，在旋转工作台上具有另一个旋转轴。它们的头部旋转轴范围有限。另一方面，旋转轴具有更宽的范围（无限制）并且位于工作台内。

这种设置是有益的，因为它允许工件一致地旋转而没有任何限制。然而，它可以生产的零件数量是有限的。这是因为工件位于旋转轴上。

桌子/桌子

在此设置中，5 轴机器的旋转轴位于工作台内。因此，所有旋转都发生在桌子上，并且头部不移动。这些机器的设计使其适合加工底切。此外，由于刀头不旋转，机械师可以在编程阶段轻松看到如何进行切割。

然而，该机器布局不太适合加工大型或重型部件。此限制是由于桌子无法支撑太多重量。

五轴数控加工配置|操作方法

如前所述，五轴制造过程中各轴的运动是由 CNC 程序的指令决定的。基本上有两种类型的 CNC 加工操作适合 5 轴：

耳轴样式

耳轴机的工作原理是A轴绕X轴旋转，C轴绕Z轴旋转。工作台的移动代表旋转轴。也就是说，两个旋转轴都位于工作台内，而头部保持静止（工作台/工作台）。耳轴 5 轴数控机床适用于：

繁重的工作量

无需移动头部即可去除重金属

更好的底切能力

旋转 旋转样式

旋转式五轴数控机床的工作原理是B轴绕Y轴旋转，C轴绕Z轴旋转。此动作与耳轴样式的不同之处在于，工作台在整个切割过程中保持水平。因此，它可以支撑较重的组件。旋转式旋转机器适用于：

加工较大的部件

使用较短的切削刀具

五轴数控加工的优势

同时在多达 5 个侧面上移动切削刀具和工件的能力为许多行业提供了多种优势。它可以经济有效地制造复杂零件。

简单的设置操作

5 轴 CNC 机床可以同时加工五个表面。使用传统的 3 轴加工，您可能需要多个设置来加工具有多个面的零件。五轴技术在一个结构中完成异形零件和其他多面零件的加工。这使您能够通过更少的设置来制造具有复杂几何形状的组件。

处理复杂形状（GD&T 注释）

此过程中的额外旋转可帮助您实现更复杂的设计和几何形状。该机器可以无缝加工圆弧和角度，而这在以前只能通过多个特殊夹具才能实现。 5 轴铣削工艺可以通过一次操作旋转零件以获得所需的几何形状，从而无需复杂的夹具。此外，该技术与 GD&T 注释完美配合，可在一次操作中生成基准特征。 5 轴铣削还适用于复杂轮廓表面上需要表面轮廓公差的 CNC 加工应用。

高精度和重复性

与数控加工相比，手动加工涉及的额外设置导致机械师在制造过程中失去精确对准。然而，5 轴 CNC 铣削中涉及的最小设置减少了潜在的错误，并提高了实现卓越质量所需的精度。当今可用的不同类型的 5 轴机床消除了在加工过程中以不同角度重新定位工件的需要。因此，您可以确保提高加工公差。此外，某些机器配置允许使用较短的切削刀具。这可以延长刀具寿命并确保重复性。

高切削速度

5 轴加工确保切削刀具与切削表面相切。这种布置允许每次工具旋转时去除更多材料。因此，它减少了循环时间和总体加工成本。

光滑的表面光洁度

该技术中的附加轴可确保工件的正确方向，使它们更靠近切削刀具。因此，您可以使用较短的切削刀具来创建所需的形状。这些较短的刀具可以以非常高的速度进行切削且振动很小。较少的振动进一步减少了成品上出现“颤振”痕迹的机会。立式加工还提高了加工有角度表面的主轴利用率。这样，您就可以使用该技术获得更好的表面光洁度，并减少与后处理相关的成本和时间。

节省周期时间和金钱

由于加工速度较高，5 轴加工零件通常在一次操作中完成。所涉及的单一设置有助于节省时间和金钱。此外，更长的使用寿命和更短的切削刀具消除了频繁更换刀具的需要，从而节省了金钱和时间。此外，5 轴铣削过程可以实现自动化，减少手动操作和劳动力需求。这减少了与该过程相关的劳动力成本。因此，5 轴 CNC 加工是一种经济高效的解决方案，可帮助您的产品更快上市。

五轴数控加工的缺点

尽管5轴数控技术具有许多优点，但其使用并不适合某些应用。

初始成本高

购买五轴数控机床及其基础软件的成本很高。它比三轴加工中心所需的要高得多。同样，该机器的维护要求也比传统机床更具挑战性。这方面也直接增加了5轴加工零件的加工成本。

编程困难

这两个额外的旋转运动及其空间轨迹是抽象而复杂的。例如，要处理自由曲面，您需要：

通过多次坐标变换；

执行复杂的空间几何运算；

考虑各轴运动的协调性。

所有这些都是避免碰撞和干扰并确保正确的插补运动量所必需的。因此，通过编程来达到所需的加工精度、精度和表面质量是比较困难的。

对操作人员提出更高的要求

5 轴数控铣削是一项先进技术，涉及高级编程、机床设置和操作。因此，该过程需要高度熟练的技术操作人员。这通常会导致劳动力成本增加。

利用五轴数控加工

5 轴功能未充分利用是一种常见现象。一些操作员不了解机器的全部功能。其他人可能不具备尖端操作的编程知识。

以下提示将帮助您利用此制造过程：

选择正确的控件和软件

在决定使用 5 轴技术之前，请尝试获取足够的信息。分析从客户收到的数据并检查准确性和正确性。仔细查看组件并检查是否需要进行预测试。仿真软件将有助于在将 CAD 设计转换为 CAM 模型之前验证流程。该软件将有助于监控刀具长度、干涉和零件尺寸。需要对补充 5 轴机器功能的程序和软件进行投资。此外，最好进行成本分析，以确保您使用最具成本效益的工作流程。

避免碰撞

创建 5 轴刀具路径通常需要在高速切削和降低碰撞风险之间进行权衡。碰撞可能会导致部件损坏、机器损坏或导致零件报废。幸运的是，可以使用某些软件工具来消除这种情况。软件程序提前检查工具的每一个动作，看看它是否会遇到什么。只要 CNC 加工设计建模正确，软件就能在碰撞发生之前检测到。

选择刀具检测系统

5 轴 CNC 加工可确保高生产率，但也会增加出错的风险。这可能表现为使用了错误的工具或损坏的切削工具。使用工具检测系统可以最大限度地减少此类错误。该系统将帮助分析您想要使用的工具，确保您选择正确的工具。

跑步动态

运行动态会更准确地实现每个功能的细节。它将帮助您了解切削刀具相对于轴转动点的正确定位。

五轴数控加工的常见应用

该制造工艺适用于需要高精度、复杂形状和严格公差的多个行业的应用。

典型应用有：

航空航天零件

航空航天工业需要具有有机形状、轮廓边缘和复合形状的零件。航空航天零件具有独特且复杂的几何形状，使 5 轴加工成为理想的技术选择。此过程实现了高水平的细节，并减少了重新固定切割头的需要。因此，航空航天应用的零件尽可能保持精确并符合行业标准。

医疗设备

制造医疗设备时，质量和精度不能妥协。 5 轴制造工艺的高精度功能有助于植入物、装置和其他设备的生产，以满足严格的医疗保健要求。大多数组件都较小且复杂。其他的是精密的电子扫描和监控设备。 5 轴技术为生产这些组件提供了一种高效且经济高效的方法。

能源生产

能源行业通常需要复杂且先进的组件，包括太阳能发电系统和发电站。五轴加工的快速兴起，为能源装备精细化、专业化零件的数控精密加工提供了保障。这些零件经过加工，经久耐用，并为工作空间提供稳定性。

为什么选择五轴数控加工而不是其他技术

在 5 轴加工中心和其他技术之间做出选择可能非常具有挑战性。有许多因素需要考虑，以确保您做出最佳选择。以下是该技术与其他方法之间的比较。

五轴数控加工与3+2轴数控加工

许多人容易混淆这两种技术。五轴数控加工也称为连续五轴加工，涉及刀具沿五个轴连续旋转。相比之下，5+5 轴加工执行 3 轴程序。在此过程中，工具被锁定在一定角度。两个旋转轴决定了这个角度。

5轴相对于3+2轴数控加工的主要优势是速度。后者涉及在每个工具方向之间不断停止和启动机器。然而前者一口气完成了切割。另外，5轴加工更适合复杂曲面，而3+2轴数控加工主要用于平面加工。

由于5轴机所需的夹具较少，无需专用夹具，因此加工成本比3+2轴机低。但是，您应该注意，5 轴技术涉及的编程比 3+2 轴加工复杂得多。

五轴数控加工和 3D 打印

与 5 轴 CNC 加工不同，3D 打印是一种增材制造工艺，一次构建一层组件。虽然这些技术具有不同的操作模式，但它们的应用程序有更多的重叠之处。它们都具有高精度、快速周转、改进的重复性和出色的表面光洁度。

3D 打印不需要特殊的夹具或工具。因此，初始设置成本也很低。然而，5 轴 CNC 机床提供比 3D 打印更好的尺寸精度。他们可以精确地加工小型和大型零件。通过 3D 打印获得极其严格的公差将需要额外的后处理操作。

结论

扬森是一家领先的数控加工服务提供商，业务遍及全球。我们拥有多台五轴数控机床，包括YSMT-6042、YSMV-3018、YS650-5AX、YSV-855等。我们强大的五轴数控加工服务可以制造高质量、快速交货的高精度数控加工零件时间和有竞争力的价格。

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