什么是多轴数控加工？定义、类型、应用和优点

精度和效率驱动现代制造。多轴数控加工已成为航空航天、汽车和医疗等行业的必备工具。

该技术使制造商能够高精度地制造复杂的零件，同时节省时间并降低生产复杂性。对于任何想要突破设计和功能界限的人来说，它都是游戏规则的改变者。

什么是多轴数控加工？ 

多轴数控加工是指使用可以同时在多个方向上移动刀具或工件的机床。

与沿 X、Y 和 Z 轴运行的标准 3 轴机器不同，多轴机器增加了旋转运动。此功能可以用更少的步骤生产复杂零件，从而提高效率和精度。

多轴数控加工如何工作？

多轴数控加工依赖于多个轴的协调运动。这些机器旋转切削刀具或零件本身，使刀具能够到达并塑造原本难以到达的区域。

该过程由计算机数控 (CNC) 系统提供支持。这些系统执行预编程指令来控制工具的路径和运动，确保准确性和效率。这种自动化减少了错误并加快了生产速度，使其成为复杂制造任务的理想选择。

多轴加工的分步过程

1. 设计零件 

该过程从清晰的设计开始。工程师起草零件，重点关注尺寸、公差和材料规格。强大的设计基础可确保最终产品符合所需标准。

2. CAD模型创建 

使用计算机辅助设计 (CAD) 软件将设计转换为数字 3D 模型。该模型作为加工过程的路线图，详细说明了零件的每个角度和特征。

3.将CAD转换为CAM  

接下来，将 CAD 模型导入计算机辅助制造 (CAM) 软件中。在此定义加工策略并创建刀具路径。此步骤还会生成 G 代码，为机器提供有关如何塑造材料形状的精确指令。

4. 机器设置 

然后机器就准备好进行生产。操作员装载材料、安装必要的切削工具并校准机器。正确的设置对于确保加工过程准确且平稳运行至关重要。

5. 程序执行 

最后，机器执行 G 代码指令，将材料成型为所需的零件。切削刀具沿着编程的路径移动，小心地去除材料并使设计栩栩如生。在整个过程中，操作员监控机器以确保零件符合质量标准。

多轴数控机床的类型

不同类型的多轴数控机床旨在满足特定的制造需求。每种类型都有其独特的功能和应用，使其适合各种行业和零件复杂性。

三轴数控加工

3 轴机器沿 X、Y 和 Z 轴运行。这些机器适用于刀具仅垂直和水平移动的基本切削、钻孔和铣削任务。

应用：

● 简单的零件几何形状

● 原型制作和小批量生产

● 板、支架和基本外壳等组件

4 轴数控加工

4 轴机床增加了一个旋转轴，允许工件绕 X 轴旋转。此功能可实现更复杂的切割并减少多次设置的需要。

应用：

● 圆形或圆柱形零件，如齿轮和凸轮

● 雕刻及复杂表面加工

● 需要加工多面的零件

5 轴数控加工

5轴机器 除了 X、Y 和 Z 线性轴之外，还提供两个旋转轴。这使得切削刀具几乎可以从任何角度接近工件。

应用：

● 具有复杂几何形状的航空航天部件

● 植入物和假肢等医疗设备

● 需要复杂曲线的高精度零件

3+2轴数控加工

3+2 轴加工涉及三个线性轴和两个在操作过程中固定的旋转轴。与标准 3 轴加工相比，它提供了更高的灵活性。

应用：

● 模具制造

● 具有倾斜表面或特征的零件

● 中等复杂度组件

6 轴数控加工

6 轴机器增加了另一个旋转轴，进一步提高了灵活性。他们可以处理设计更复杂的零件并显着缩短生产时间。

应用：

● 汽车发动机零部件

● 需要多角度连续加工的零件

● 工业机械精密零件

7 轴数控加工

7 轴机器增加了更多的移动性，通常包含倾斜和旋转运动。它们非常适合在一次设置中生产高度复杂的零件。

应用：

● 复杂的航空航天零件

● 手术器械

● 具有详细轮廓和形状的组件

9 轴数控加工

9 轴机床将多轴的特性与附加功能相结合，通常包括在一台机床上进行车削和铣削。

应用：

● 一次操作即可完成复杂的几何形状

● 大批量生产

● 适用于国防和电子等行业的精密零件

12 轴数控加工

12 轴机床是 CNC 技术的巅峰之作，提供无与伦比的灵活性和精度。它们结合了车削、铣削和钻孔功能，可在单一设置中实现完整的零件生产。

应用：

● 先进的航空航天和汽车零部件

● 高性能设备组件

● 专门行业的复杂设计

多轴机械系统的主要组成部分

现代多轴数控机床由各种协同工作的组件组成，以确保精度、效率和灵活性。每个组件都有特定的角色，有助于系统的整体运行。

1. 底座及框架： 为机器提供结构支撑，确保运行过程中的稳定性。刚性框架可最大限度地减少振动并提高加工精度。

2、主轴： 主轴保持并高速旋转切削刀具或工件。它是材料去除的关键部件，决定精度和表面光洁度。

3. 换刀装置： 在加工过程中自动交换刀具，实现不同操作之间的无缝过渡。这减少了停机时间并提高了效率。

4、工作台： 支撑正在加工的材料。它沿着指定的轴移动，以正确定位工件以进行切割。

5. 控制面板： 用于对机器进行编程和操作的用户界面。它提供实时反馈并允许操作员在此过程中调整设置。

6. 直线导轨和轴承： 确保机器部件沿轴平稳、精确地移动。这些部件在保持精度方面发挥着至关重要的作用。

7. 驱动系统： 控制机器轴的运动。它们通常由伺服电机供电，确保精确的定位和速度控制。

8.冷却系统： 在加工过程中冷却切削刀具和工件。该系统可防止过热、减少工具磨损并提高成品零件的质量。

9. 传感器和反馈系统： 监控机器的性能，提供数据以确保准确性并检测潜在问题。这些系统有助于保持一致的质量。

10.数控控制器： 机器的大脑，执行G代码指令并协调所有部件的运动。它确保加工过程准确地遵循编程路径。

这些组件协同工作，提供定义多轴 CNC 加工的精度和灵活性。

是什么使多轴数控加工成为高精度零件的理想选择？

高精度零件需要准确性、效率以及处理复杂设计的能力。多轴数控加工能够很好地满足这些要求，使其成为具有严格标准的行业的理想选择。

生产复杂几何形状的能力： 

多轴机床可以切割复杂的形状和轮廓，而这对于标准加工来说是不可能或极具挑战性的。例如，使用 5 轴数控机床可以轻松创建具有复杂曲线和精确尺寸的涡轮叶片。 

提高表面光洁度和精度： 

通过更少的设置和连续加工，多轴数控机床可提供卓越的表面光洁度。这种精度减少了后处理的需要，并确保零件从机器出来就符合精确的规格。

减少设置时间和手动干预： 

多轴加工无需在加工过程中重新定位零件。这可以节省时间并减少错误，特别是对于需要在多个面上加工的零件。

提高效率和成本效益： 

虽然多轴机器需要较高的初始投资，但它们能够以更少的步骤处理复杂零件，从而降低了劳动力成本并提高了吞吐量。例如，生产航空航天支架或汽车发动机零件变得更快、更经济。

多轴数控加工有哪些限制？

虽然多轴 CNC 加工具有显着的优势，但它也有一些需要重点考虑的限制。

初始成本较高

多轴机器的先进技术伴随着高昂的价格。购买、维护和修理这些机器的成本高于传统数控设备，这使得它们成为小型企业的一项重大投资。

更陡峭的学习曲线

这些机器的操作和编程需要熟练的人员。培训成本可能会增加，并且寻找精通多轴加工的操作员对于一些公司来说可能是一个挑战。

维护复杂性

多轴机器具有更多的运动部件和先进的系统，需要定期维护才能发挥最佳功能。维修或校准造成的停机可能会扰乱生产计划。

材料和零件限制

由于刀具限制或切削限制，某些材料或设计可能不适合多轴加工。例如，在复杂的操作过程中，某些金属可能会导致切削工具过度磨损。

空间要求

这些机器通常比传统的数控设备更大，并且需要车间内的专用空间。对于占地面积有限的企业来说，容纳多轴机器可能具有挑战性。

多轴数控加工的应用

多轴数控加工通过生产复杂、精密和高质量的部件，改变了现代制造业。它的多功能性使其在多个行业中不可或缺。以下是对其应用的详细了解，包括示例和实践见解。

航空航天工业 

航空航天工业要求零件具有极高的精度和耐用性。多轴 CNC 加工使制造商能够制造复杂的部件，如涡轮叶片、结构面板和发动机零件。

例如，涡轮叶片具有复杂的曲线和严格的公差，这对于保持喷气发动机的效率至关重要。多轴机器可以用一块材料铣削这些刀片，从而减少浪费并提高结构完整性。此外，加工钛和铝等轻质合金的能力使该技术成为航空航天领域的理想选择。

汽车行业

在汽车世界中，速度和精度就是一切。多轴数控机床以无与伦比的精度生产发动机部件、变速箱壳体和原型。

例如，发动机气缸盖需要精确的钻孔和轮廓加工，以确保适当的配合和性能。 5 轴 CNC 机床可以在一次设置中处理此问题，从而消除手动重新定位带来的错误。此功能还可以加快原型开发速度，帮助汽车制造商更快地将创新设计推向市场。

医疗行业

医疗领域很大程度上依赖于根据个人需求量身定制的定制零件和设备。多轴 CNC 加工非常适合制造假肢、植入物和手术器械。

以髋关节植入物为例。这些设备必须具有光滑的表面和精确的尺寸，以完美贴合并最大限度地减少不适。多轴机器确保满足这些高标准，减少大量精加工工作的需要。同样，手术钻或骨锯等工具需要复杂的功能，而多轴加工可以轻松生产这些功能。

其他行业

多轴数控加工将其优势扩展到许多其他领域，包括：

● 模具制作： 为消费品、包装和工业产品创建具有复杂几何形状的注塑模具。例如，塑料瓶或电子设备外壳的模具通常需要多轴加工来实现复杂的设计。

● 电子产品： 散热器、电路板外壳和其他需要严格公差的部件的精密加工。

● 活力： 制造风力涡轮机、太阳能电池板和发电设备的组件，其中可靠性至关重要。

如何为您的项目选择多轴机器？

选择合适的多轴数控机床取决于您项目的具体要求，包括零件复杂性、材料、产量和预算。这是帮助您做出明智决定的指南。

1.了解您的项目要求

首先定义项目的详细信息。问自己这样的问题：

● 您需要生产的零件的复杂程度是多少？

● 您将加工什么材料？

● 所需的精度或公差水平是多少？例如，涉及复杂航空航天部件的项目可能需要 5 轴机器，而更简单的设计可能只需要 3 轴或 4 轴功能。

2. 评估零件尺寸和几何形状

零件的尺寸和几何形状会影响您所需的机器类型。较大的零件或需要多面加工的零件可能需要具有更多轴和更大工作范围的机器。

例如，制造具有倾斜表面的模具可能需要 3+2 轴机器，而小型复杂的医疗设备可能需要 6 轴机器。

3. 考虑产量

产量在选择合适的机器时起着重要作用：

● 小批量/原型制作： 4 轴或 5 轴机器可能足以满足需要灵活性和精度的小批量或原型。

● 高容量： 对于大规模生产，自动化水平较高的机器（例如 9 轴或 12 轴型号）可以用更少的步骤处理复杂的零件，从而缩短总体生产时间。

4. 评估材料兼容性

不同的材料有不同的加工要求。例如：

● 钛或不锈钢等较硬的材料可能需要具有坚固主轴和切削工具的机器。

● 铝或塑料等较软的材料可能更容易加工，需要的设备功率较小。

选择能够处理特定材料特性的机器，以避免磨损并确保效率。

5. 考虑预算和投资回报率

多轴数控机床是一项投资，因此平衡前期成本与长期效益至关重要。具有先进功能的机器最初可能成本更高，但可以节省劳动力、减少设置时间并提高吞吐量。

考虑随着时间的推移的投资回报 (ROI)，特别是当您的项目涉及高价值或大批量生产时。

6. 评估编程和操作员技能要求

更先进的机器需要熟练的操作员和程序员。如果您的团队缺乏复杂数控系统的经验，您可能需要预算培训或聘请熟练的专业人员。

另外，更简单的机器可能更适合 CNC 专业知识有限的小型团队或公司。

7.查看品牌和支持服务

选择提供可靠支持和服务的信誉良好的品牌。像 Yangsen 这样的制造商提供技术援助、维护和培训，以确保您的机器在其使用寿命内顺利运行。

8. 优先考虑可扩展性和未来需求

如果您预计扩大业务或承担更复杂的项目，那么投资具有附加轴或功能的多功能机器可能是一个明智的决定。

这可确保您的设备能够满足不断变化的需求，而无需频繁升级。

示例场景：为医疗设备项目选择机器

假设您的项目涉及创建具有详细轮廓和严格公差的手术器械。 5 轴 CNC 机床因其精度和在一次设置中加工复杂几何形状的能力而成为理想选择。

如果您要进行大批量生产，带有换刀装置和自动化功能的机器将进一步提高效率。

结论

多轴数控加工彻底改变了现代制造业，提供了无与伦比的精度、灵活性和效率。从航空航天和汽车零部件到医疗设备等，它可以创建具有卓越品质的复杂组件。

虽然它具有更高的前期成本和更陡峭的学习曲线，但对于要求高精度和复杂几何形状的项目来说，其好处远远超过了这些挑战。

选择多轴机器时，了解项目的要求、材料考虑因素和生产目标是关键。投资合适的机器可以简化操作、缩短生产时间并提供卓越的结果。

无论您是制作原型还是进行大规模生产，多轴 CNC 加工都是突破设计和制造界限的宝贵工具。

通过利用这项技术，您可以提高效率并为您的项目释放新的可能性。