- 12月 27, 2024
多轴加工已成为CNC加工厂和制造商的首选方案。CNC机床能够制造出满足精密要求的各种高质量产品。然而，在多轴CNC加工中选择合适的机床类型也很重要，以确保加工能力和成本效益。本文探讨了多轴加工及其主要类型和优势，让我们开始吧！
什么是多轴加工？
多轴加工，也被称为多坐标联动加工，是在原有三轴加工的基础上增加了旋转轴的加工方式。具体来说，在三轴（通常是X、Y、Z三个直线坐标轴）加工的基础上，增加一轴即为四轴，增加两轴则为五轴，甚至存在车铣复合的多达九轴的加工方式。
主要的多轴加工类型
有各种CNC机床，其轴数从3轴到12轴不等。以下是多轴机床设置的主要类型。
3轴加工
3轴CNC加工是众多多轴类型中最基础且常见的一种。在这种加工方式中，工件固定不动，而主轴则能够在X、Y、Z三个轴向上自由移动。3轴加工是加工工件所有六个面的最简单选择。
关于3轴CNC铣床，它实际上包含一个线性移动轴（通常是Z轴，用于调整切削深度）和两个用于平面定位的独立线性轴（X轴和Y轴）。这三个轴通过机械系统紧密相连，协同工作，确保切削工具能够沿着每个轴进行精确移动。
具体来说，X轴与切削工具的运动方向平行，它允许铣削沿着工件的长度方向进行直线移动和横跨。Y轴则与切削工具的运动方向保持垂直，这使得铣削能够触及工件的每一侧。而Z轴同样与切削工具的运动方向垂直，但它主要用于调整切削工具进入工件的深度，从而实现沿工件表面的精确切割。
4轴加工
4轴CNC加工采用配备四个轴的计算机数控铣床，以精确制造工件。这些铣床能够在四个不同的方向上灵活地移动刀具，相较于传统的2轴和3轴机床，它们展现出更强大的加工能力和更高的精度。
4轴机床之所以能实现精度的显著提升，关键在于其第四个轴的运动特性。这一轴允许机床围绕垂直轴进行旋转，从而提供了全方位的360度动态加工范围，且无需依赖任何特殊的夹具装置。
与3轴CNC铣床相比，4轴铣床凭借其额外的旋转轴，不仅在经济性上更具优势，而且在加工质量上也更胜一筹。具体来说，4轴铣削能够一次性完成对工件四个面的加工，无需重新定位工件，这大大减少了加工过程中可能出现的人为错误，提升了整体加工效率和准确性。
5轴加工
5轴加工是一种广泛采用且高效的多轴减材制造技术。它通过使用配备五个轴的机床，将原材料精准地切割成所需的形状。机床的轴数在此过程中扮演着关键角色，直接决定了刀具和工作台的运动方向及灵活性。
相较于3轴加工，5轴CNC加工凭借其更多的轴数和更强大的功能，展现出了显著的优势。5轴机床不仅能够在两个平面上进行旋转，同时其切削工具还能在三个线性方向上自由移动。这种多维度的运动能力使得5轴CNC铣床能够轻松应对高度复杂的加工任务，实现精确无误的切割。
在5轴机床中，这三个线性轴通常与两个额外的旋转轴——A轴和B轴相结合。A轴代表绕X轴的旋转，而B轴则代表绕Y轴的旋转。不过，值得注意的是，在某些机床配置中，可能会使用C轴来替代B轴，其中C轴表示绕Z轴的旋转。这种灵活的轴配置为5轴加工提供了更高的加工精度和灵活性。
多轴加工的优势
CNC加工车间和制造商从多轴加工提供的众多优势中获益，使其成为多种应用的理想工艺。以下是其中的一些优势：
降低劳动成本和生产时间
多轴机床是使用计算机数值控制机床。它是一种自动化加工过程，减少了劳动成本，加工操作中只需很少的人工参与。
五轴加工可以在不连续更换设置的情况下更快地加工零件。您还可以更快速地制作具有复杂设计的零件，从而优化产品上市时间。
高质量表面光洁度
多轴机床的切削刀具通常较短且具有较高的机动性，允许这些刀具与被切削表面保持接近。当这些数控切削刀具以高速移动时，会减少加工振动。加工零件将获得优异的表面光洁度。
更高的零件精度
由于多轴加工可以实现更精确的加工，零件具有更高的精度。这些数控铣床有助于在一次设置中创建复杂零件或切削表面。因此，它减少了生产零件所需的设置工序，确保了更高的几何精度。同样，它消除了可能导致加工误差的人为因素。
延长刀具使用寿命
传统机床使用切削刀具来切削工件材料，这种材料往往很快磨损，导致生产周期时间延长和精度降低。然而，由于刀具或工作台持续倾斜以获得完美的切削角度，多轴数控铣床的切削刀具不会很快磨损。
此外，您可以对多轴机床进行编程，使用每个刀片的不同侧面进行切削，以确保切削刀具的耐用性。
生产复杂形状
由于额外的运动/轴，多轴机床允许制造商平稳地加工复杂角度和弧面。机械师必须使用特殊夹具来为传统三轴机床构建复杂形状。然而，多轴机床的灵活性有助于使复杂设计的生产更高效。
3轴、4轴和5轴CNC加工有何不同？
了解多轴CNC加工的挑战和注意事项非常重要，它有助于在成本、产品质量和加工时间等因素之间保持平衡。
在比较3轴、4轴和5轴的加工能力时，尽管5轴数控加工比4轴数控加工和3轴数控加工更有效，但并不总是适合所有产品。
同样，并非所有适合3轴加工的产品都适合5轴加工。如果通过3轴加工处理的产品适合5轴加工，其生产成本将急剧增加。
了解这些加工过程之间的差异有助于确保您为产品选择合适的加工方式，而不牺牲关键参数。以下是这些多轴加工之间的差异：
精度
尽管3轴数控加工具有良好的精确度，但由于在加工复杂工件需要重新定位，存在误差的可能性。然而，对于大多数应用而言，这种误差范围微不足道。尽管如此，即使是微小的偏差也可能对航空航天和电子行业的应用造成麻烦。
与此同时，4轴和5轴机床基本不需要重新定位。因此，它们几乎不会像3轴加工那样出现偏差误差。这些4轴和5轴数控机床可以在单个夹具上向工件的多个平面/位置添加特征。
工作原理
所有CNC加工的工作原理都基本相同。计算机数值控制的切削刀具围绕工件材料旋转，以进行所需的切削。此外，G代码或M代码指挥数控机床切削刀具相对于工件的运动。
然而，能够围绕不同平面旋转表明了3轴、4轴和5轴机床之间的差异。5轴和4轴数控机床都允许沿另一个轴旋转/移动，从而能够对具有复杂几何形状的产品进行加工。
成本
成本是3轴、4轴和5轴加工之间差异的一个显著因素。通常，3轴机床是购买和维护的经济选择。与此同时，4轴和5轴机床技术先进且功能增强，而机床价格相对较高。
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