4軸和5軸cnc加工如何生產(chǎn)復(fù)雜零件

cnc加工改變了制造業(yè)。雖然銑床——使用旋轉(zhuǎn)刀具從未成形的“工件”上切割材料的設(shè)備——自19世紀(jì)以來(lái)就已經(jīng)存在，但20世紀(jì)中葉CNC計(jì)算機(jī)數(shù)控）技術(shù)的出現(xiàn)使加工變得更快、更多準(zhǔn)確的。

今天的cnc加工機(jī)器使用計(jì)算機(jī)來(lái)控制刀具和/或工作臺(tái)的運(yùn)動(dòng)，是非常先進(jìn)的設(shè)備，允許制造商制造具有極低公差的復(fù)雜零件。

然而，由于存在所有不同的cnc加工選項(xiàng)，可能很難知道從哪里開(kāi)始。不同的零件根據(jù)其形狀、尺寸、數(shù)量和最終目的需要不同的cnc加工工藝，因此選擇正確的cnc加工工藝很少是一項(xiàng)簡(jiǎn)單的任務(wù)。

使用cnc加工機(jī)床的公司面臨的最大問(wèn)題之一是機(jī)床提供的軸數(shù)。3軸、4軸、5軸cnc加工機(jī)器都是經(jīng)常使用的，但它們之間的實(shí)際區(qū)別是什么？更重要的是，您應(yīng)該使用哪個(gè)？

數(shù)控機(jī)床的“軸”是什么？
讓您的頭腦圍繞加工的多個(gè)“軸”可能會(huì)令人困惑——這是有充分理由的。 

這個(gè)概念令人困惑，因?yàn)閺闹庇X(jué)上看，三個(gè)軸似乎可以涵蓋所有可能的形狀。通過(guò)使用可以沿 X、Y 和Z軸（左右、前后、上下）移動(dòng)的刀具，機(jī)器應(yīng)該能夠在其表面上的任何點(diǎn)切割工件。通過(guò)以一定的間隔手動(dòng)重新定向工作臺(tái)上的工件（創(chuàng)建新的“設(shè)置”），機(jī)器操作員還可以許切削刀具接近工件的任何一側(cè)。

但是，盡管許多cnc加工機(jī)床僅使用三軸，并且上述三軸cnc加工對(duì)于許多項(xiàng)目來(lái)說(shuō)已經(jīng)足夠了，但也有其他軸可供開(kāi)發(fā)。
這些額外的軸是圍繞 X、Y 和Z軸中的一個(gè)或兩個(gè)旋轉(zhuǎn)的結(jié)果，不僅考慮了位置，還考慮了方向。實(shí)際上，可以通過(guò)旋轉(zhuǎn)切削工具或傾斜固定工件的工作臺(tái)來(lái)利用這些軸。
 
擁有帶有這些額外軸的cnc加工機(jī)床具有許多優(yōu)勢(shì)。由于它們可以從不同角度切割工件，因此4軸和5軸cnc加工機(jī)器可以在更短的時(shí)間內(nèi)完成一個(gè)零件，而無(wú)需多次設(shè)置。這具有消除不正確對(duì)齊的連鎖優(yōu)勢(shì) - 每次必須手動(dòng)重新調(diào)整工件以進(jìn)行新設(shè)置時(shí)都會(huì)帶來(lái)風(fēng)險(xiǎn)。

多軸加工的另一個(gè)相關(guān)好處是它如何消除對(duì)復(fù)雜夾具的需求，通常需要在3軸機(jī)床上將零件固定到位。

然而，從客戶的角度來(lái)看，4軸和5軸cnc加工的最大優(yōu)勢(shì)是它能夠以非常高的標(biāo)準(zhǔn)生產(chǎn)極其復(fù)雜的形狀。使用額外的軸，機(jī)器可以以更大的范圍和靈活性以新的弧線和角度移動(dòng)。這最終導(dǎo)致能夠創(chuàng)建各種不尋常的幾何形狀。

此外，通過(guò)擁有一臺(tái)可以將刀具定位在任何角度的機(jī)器，可以對(duì)作業(yè)進(jìn)行編程，以最有效的方式切割工件 - 以提供最佳切割速度和切屑去除的角度進(jìn)入，從而獲得更高質(zhì)量的工件完成的部分。

該布置也非常適合生產(chǎn)輪廓表面。對(duì)3軸機(jī)器，彎曲邊緣需要多次小切口，這可能需要很長(zhǎng)時(shí)間才能完成，而且很少能留下完美的光潔度。但是對(duì)于多軸機(jī)器，逐漸旋轉(zhuǎn)——調(diào)整第四或第五軸——可以產(chǎn)生近乎完美的輪廓和光滑的表面。

5軸cnc加工或3+2cnc加工：尋找合適的簡(jiǎn)短指南

對(duì)于切削工具，您必須考慮的主要因素之一是選擇適合您的工作流程的軸數(shù)。對(duì)于相對(duì)簡(jiǎn)單的工作，您可以使用3軸系統(tǒng)，但對(duì)于更復(fù)雜的零件，您可能需要升級(jí)。這就是5軸和3+2軸機(jī)器的用武之地。

雖然5軸加工在某種程度上一直是最受歡迎的，但3+2也有其獨(dú)特的地方，并提供了一些明顯的優(yōu)勢(shì)。3+2或5軸索引（或其各種替代名稱）是一種在模具車間和打印要求不太復(fù)雜的公司中流行的加工形式。

那么讓我們仔細(xì)看看：
工作流程差異
兩種技術(shù)之間的核心差異歸結(jié)為角度加工和連續(xù)加工與分度加工。這意味著3+2 加工或5軸“分度”加工不會(huì)通過(guò)所有旋轉(zhuǎn)軸保持刀具和工件的連續(xù)接觸。與這種加工方式相反，聯(lián)動(dòng)或真5軸加工同時(shí)使用機(jī)床的三個(gè)直線軸（X、Y和Z）和兩個(gè)旋轉(zhuǎn)軸（A和B），從而導(dǎo)致更復(fù)雜的輪廓表面加工。
在代碼方面，3+2cnc加工通常也使用不太復(fù)雜的G代碼。許多5軸cnc加工軟件供應(yīng)商都包含3+2加工的規(guī)定。然而，3 + 2cnc加工簡(jiǎn)化了刀具運(yùn)動(dòng)，因?yàn)樗鼘?shí)際上是一臺(tái)三軸機(jī)床，沒(méi)有主軸頭的“扭曲和轉(zhuǎn)動(dòng)”來(lái)操縱刀具。

用戶可能要記住的是，他們應(yīng)該評(píng)估CAM軟件的防撞和程序模擬能力。盡管如此，3+2能夠變得如此受歡迎的原因之一是大量可用的編程實(shí)用程序的出現(xiàn)，所以它不應(yīng)該是一個(gè)障礙。

 五軸cnc加工和3+2cnc加工相似之處

就共同優(yōu)勢(shì)而言，它們都由于更少的設(shè)置和使用更短的工具改善了表面光潔度而帶來(lái)了尺寸穩(wěn)定性。3+2過(guò)程對(duì)銑削過(guò)程使用相同的3軸控制，但加工臺(tái)可以在兩個(gè)附加方向上重新定向和旋轉(zhuǎn)。因此，加工對(duì)象可以從各個(gè)方面進(jìn)行加工，減少了設(shè)置的需要并降低了總成本。較短的循環(huán)時(shí)間還降低了這兩種技術(shù)的運(yùn)行成本。

任何人都可以猜到，使用單一設(shè)置處理所有五個(gè)方面的零件需要更少的準(zhǔn)備工作，并且可以從更短的交付周期中受益，同時(shí)以更高的精度運(yùn)行，并且無(wú)需將您的物體從一個(gè)設(shè)備轉(zhuǎn)移到另一個(gè)設(shè)備。

特殊應(yīng)用

5軸cnc加工總體上可能提供更復(fù)雜的最終產(chǎn)品，但3+2軸在某些方面脫穎而出。3+2cnc加工非常適合不需要極端輪廓控制的零件，如夾具、固定裝置、外殼和其他此類組件。如果您需要制造具有極其精細(xì)特征的設(shè)計(jì)，真正的5軸加工可能最適合您。

由于5軸cnc加工可提供更高的質(zhì)量和精加工，因此它特別適用于汽車、航空航天或醫(yī)療零件。簡(jiǎn)而言之，更嚴(yán)格的公差和更復(fù)雜的幾何形狀更適合5軸cnc加工。然而，這并不是討論的結(jié)束。如前所述，3+2軸加工有一些明顯的好處，可以使它更受歡迎。

一方面，它比5軸加工便宜。3 + 2cnc加工操作的常見(jiàn)應(yīng)用包括粗加工和其他激進(jìn)的高速加工技術(shù)。較短的工具長(zhǎng)度還可以在型腔和陡峭壁上進(jìn)行底切，這種能力非常適合模具制造和其他涉及曲線或有角度的管狀形狀的工件應(yīng)用。與傳統(tǒng)的3軸cnc加工相比，3+2cnc加工使用更短的剛性切削刀具，該刀具可以向工作表面傾斜，以實(shí)現(xiàn)更快的進(jìn)給和速度。. 它還體現(xiàn)了5軸加工的許多優(yōu)勢(shì)，但沒(méi)有更高的價(jià)格標(biāo)簽，盡管5軸機(jī)床在過(guò)去幾年中在價(jià)格方面取得了長(zhǎng)足的進(jìn)步。

在某些情況下，這兩種技術(shù)可以同時(shí)使用。例如，3 + 2cnc加工可能適用于粗加工操作，然后進(jìn)行五軸同步加工進(jìn)行精加工操作。由于3 + 2允許的刀具長(zhǎng)度更短，因此它適用于諸如此類的更具侵略性的高速加工技術(shù)。

3+2cnc加工機(jī)床在很多情況下也可以有效地進(jìn)行剩余加工。

同時(shí)，3+2cnc加工系統(tǒng)和設(shè)置不應(yīng)被認(rèn)為是五軸聯(lián)動(dòng)加工的替代品。某些幾何形狀絕對(duì)需要5軸cnc加工系統(tǒng)，例如用于在型腔中加工尖角的平頭立銑刀。由于3+2cnc加工通常使用類似于3軸加工的球頭立銑刀，因此這種設(shè)置可能會(huì)降級(jí)。使用帶有圓錐、棒棒糖或其他特殊幾何形狀的切割工具的各種其他切割模式可能需要完整的五軸運(yùn)動(dòng)才能獲得精確的結(jié)果。

5軸cnc加工和3+2cnc加工在制造業(yè)中占有一席之地。只需選擇最適合自己的工作流程、投資水平和最終產(chǎn)品的方法即可。

哪個(gè)流程適合我？
由于4軸cnc加工和5軸cnc加工機(jī)器可以生產(chǎn)高度復(fù)雜的零件，因此它們通常受到航空航天等高預(yù)算、高風(fēng)險(xiǎn)行業(yè)客戶的青睞。但是，并非每個(gè)作業(yè)都需要多軸設(shè)置。

如果成本是第一要?jiǎng)?wù)，3軸cnc加工可能是Z佳選擇。3軸cnc加工機(jī)器的購(gòu)買成本較低，操作所需的技能也較少，因此零件的3軸cnc加工往往比一種更先進(jìn)的工藝便宜。即使不考慮成本，有時(shí)也最好將極其簡(jiǎn)單的形狀留給3軸機(jī)床。

當(dāng)這兩個(gè)標(biāo)準(zhǔn)都不適用時(shí)，決策就會(huì)變得更加棘手。這就是為什么通常最好咨詢CNC加工專家以獲取適合給定工作的機(jī)器類型的建議。
除了更常見(jiàn)的3軸cnc加工品種外，還可以提供4軸cnc加工和5軸cnc加工。