4轴和5轴cnc加工如何生产复杂零件

cnc加工改变了制造业。虽然铣床——使用旋转刀具从未成形的“工件”上切割材料的设备——自19世纪以来就已经存在，但20世纪中叶CNC计算机数控）技术的出现使加工变得更快、更多准确的。

今天的cnc加工机器使用计算机来控制刀具和/或工作台的运动，是非常先进的设备，允许制造商制造具有极低公差的复杂零件。

然而，由于存在所有不同的cnc加工选项，可能很难知道从哪里开始。不同的零件根据其形状、尺寸、数量和最终目的需要不同的cnc加工工艺，因此选择正确的cnc加工工艺很少是一项简单的任务。

使用cnc加工机床的公司面临的最大问题之一是机床提供的轴数。3轴、4轴、5轴cnc加工机器都是经常使用的，但它们之间的实际区别是什么？更重要的是，您应该使用哪个？

数控机床的“轴”是什么？
让您的头脑围绕加工的多个“轴”可能会令人困惑——这是有充分理由的。 

这个概念令人困惑，因为从直觉上看，三个轴似乎可以涵盖所有可能的形状。通过使用可以沿 X、Y 和Z轴（左右、前后、上下）移动的刀具，机器应该能够在其表面上的任何点切割工件。通过以一定的间隔手动重新定向工作台上的工件（创建新的“设置”），机器操作员还可以许切削刀具接近工件的任何一侧。

但是，尽管许多cnc加工机床仅使用三轴，并且上述三轴cnc加工对于许多项目来说已经足够了，但也有其他轴可供开发。
这些额外的轴是围绕 X、Y 和Z轴中的一个或两个旋转的结果，不仅考虑了位置，还考虑了方向。实际上，可以通过旋转切削工具或倾斜固定工件的工作台来利用这些轴。
 
拥有带有这些额外轴的cnc加工机床具有许多优势。由于它们可以从不同角度切割工件，因此4轴和5轴cnc加工机器可以在更短的时间内完成一个零件，而无需多次设置。这具有消除不正确对齐的连锁优势 - 每次必须手动重新调整工件以进行新设置时都会带来风险。

多轴加工的另一个相关好处是它如何消除对复杂夹具的需求，通常需要在3轴机床上将零件固定到位。

然而，从客户的角度来看，4轴和5轴cnc加工的最大优势是它能够以非常高的标准生产极其复杂的形状。使用额外的轴，机器可以以更大的范围和灵活性以新的弧线和角度移动。这最终导致能够创建各种不寻常的几何形状。

此外，通过拥有一台可以将刀具定位在任何角度的机器，可以对作业进行编程，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进入，从而获得更高质量的工件完成的部分。

该布置也非常适合生产轮廓表面。对3轴机器，弯曲边缘需要多次小切口，这可能需要很长时间才能完成，而且很少能留下完美的光洁度。但是对于多轴机器，逐渐旋转——调整第四或第五轴——可以产生近乎完美的轮廓和光滑的表面。

5轴cnc加工或3+2cnc加工：寻找合适的简短指南

对于切削工具，您必须考虑的主要因素之一是选择适合您的工作流程的轴数。对于相对简单的工作，您可以使用3轴系统，但对于更复杂的零件，您可能需要升级。这就是5轴和3+2轴机器的用武之地。

虽然5轴加工在某种程度上一直是最受欢迎的，但3+2也有其独特的地方，并提供了一些明显的优势。3+2或5轴索引（或其各种替代名称）是一种在模具车间和打印要求不太复杂的公司中流行的加工形式。

那么让我们仔细看看：
工作流程差异
两种技术之间的核心差异归结为角度加工和连续加工与分度加工。这意味着3+2 加工或5轴“分度”加工不会通过所有旋转轴保持刀具和工件的连续接触。与这种加工方式相反，联动或真5轴加工同时使用机床的三个直线轴（X、Y和Z）和两个旋转轴（A和B），从而导致更复杂的轮廓表面加工。
在代码方面，3+2cnc加工通常也使用不太复杂的G代码。许多5轴cnc加工软件供应商都包含3+2加工的规定。然而，3 + 2cnc加工简化了刀具运动，因为它实际上是一台三轴机床，没有主轴头的“扭曲和转动”来操纵刀具。

用户可能要记住的是，他们应该评估CAM软件的防撞和程序模拟能力。尽管如此，3+2能够变得如此受欢迎的原因之一是大量可用的编程实用程序的出现，所以它不应该是一个障碍。

 五轴cnc加工和3+2cnc加工相似之处

就共同优势而言，它们都由于更少的设置和使用更短的工具改善了表面光洁度而带来了尺寸稳定性。3+2过程对铣削过程使用相同的3轴控制，但加工台可以在两个附加方向上重新定向和旋转。因此，加工对象可以从各个方面进行加工，减少了设置的需要并降低了总成本。较短的循环时间还降低了这两种技术的运行成本。

任何人都可以猜到，使用单一设置处理所有五个方面的零件需要更少的准备工作，并且可以从更短的交付周期中受益，同时以更高的精度运行，并且无需将您的物体从一个设备转移到另一个设备。

特殊应用

5轴cnc加工总体上可能提供更复杂的最终产品，但3+2轴在某些方面脱颖而出。3+2cnc加工非常适合不需要极端轮廓控制的零件，如夹具、固定装置、外壳和其他此类组件。如果您需要制造具有极其精细特征的设计，真正的5轴加工可能最适合您。

由于5轴cnc加工可提供更高的质量和精加工，因此它特别适用于汽车、航空航天或医疗零件。简而言之，更严格的公差和更复杂的几何形状更适合5轴cnc加工。然而，这并不是讨论的结束。如前所述，3+2轴加工有一些明显的好处，可以使它更受欢迎。

一方面，它比5轴加工便宜。3 + 2cnc加工操作的常见应用包括粗加工和其他激进的高速加工技术。较短的工具长度还可以在型腔和陡峭壁上进行底切，这种能力非常适合模具制造和其他涉及曲线或有角度的管状形状的工件应用。与传统的3轴cnc加工相比，3+2cnc加工使用更短的刚性切削刀具，该刀具可以向工作表面倾斜，以实现更快的进给和速度。. 它还体现了5轴加工的许多优势，但没有更高的价格标签，尽管5轴机床在过去几年中在价格方面取得了长足的进步。

在某些情况下，这两种技术可以同时使用。例如，3 + 2cnc加工可能适用于粗加工操作，然后进行五轴同步加工进行精加工操作。由于3 + 2允许的刀具长度更短，因此它适用于诸如此类的更具侵略性的高速加工技术。

3+2cnc加工机床在很多情况下也可以有效地进行剩余加工。

同时，3+2cnc加工系统和设置不应被认为是五轴联动加工的替代品。某些几何形状绝对需要5轴cnc加工系统，例如用于在型腔中加工尖角的平头立铣刀。由于3+2cnc加工通常使用类似于3轴加工的球头立铣刀，因此这种设置可能会降级。使用带有圆锥、棒棒糖或其他特殊几何形状的切割工具的各种其他切割模式可能需要完整的五轴运动才能获得精确的结果。

5轴cnc加工和3+2cnc加工在制造业中占有一席之地。只需选择最适合自己的工作流程、投资水平和最终产品的方法即可。

哪个流程适合我？
由于4轴cnc加工和5轴cnc加工机器可以生产高度复杂的零件，因此它们通常受到航空航天等高预算、高风险行业客户的青睐。但是，并非每个作业都需要多轴设置。

如果成本是第一要务，3轴cnc加工可能是Z佳选择。3轴cnc加工机器的购买成本较低，操作所需的技能也较少，因此零件的3轴cnc加工往往比一种更先进的工艺便宜。即使不考虑成本，有时也最好将极其简单的形状留给3轴机床。

当这两个标准都不适用时，决策就会变得更加棘手。这就是为什么通常最好咨询CNC加工专家以获取适合给定工作的机器类型的建议。
除了更常见的3轴cnc加工品种外，还可以提供4轴cnc加工和5轴cnc加工。