5 轴 CNC 加工基本指南
想了解有关 5 轴 CNC 加工的更多信息？想知道 5 轴 CNC 机床如何帮助您提高制造能力？
您需要阅读这份关于 5 轴 CNC 机床的基本指南，以了解它们的工作原理、优势以及可用的机床类型。
为更好地支持航空航天工程、医疗、国防、机器人和汽车制造等先进行业日益复杂的需求而开发，多轴 CNC 机床已经彻底改变了制造业。
5 轴 CNC 机床的发展是一个重要里程碑 .也称为 5 轴加工中心，此类机器的能力和灵活性远远优于标准 3 轴加工中心。
为了帮助您确定 5 轴 CNC 机床是否与您的生产相关，本文将介绍以下有关该技术的常见问题：
- 什么是 5 轴 CNC 加工？
- 您何时需要 5 轴 CNC 机床？
- 5 轴 CNC 加工有哪些优势？
- 您应该在 5 轴 CNC 机床中寻找什么？
- 华川提供的 5 轴 CNC 机床类型
#1 什么是 5 轴 CNC 加工？
5 轴 CNC 加工技术采用计算机数控 (CNC) 加工中心在 5 个不同的轴上定位或同步零件，以便于使用切削工具。这允许使用三个主轴 - X、Y 和 Z - 以及两个额外的旋转轴（A 和 C 或 B 和 C）来加工零件。
请参阅下图了解其工作原理。
控制零件在多个轴上的运动使切削工具具有多方向的灵活性。因此，它可以跨越大多数角度，甚至是负角度，并在更广泛的形状和尺寸范围内更充分地利用标准刀具。
3+2 轴版本
3+2轴版本 ，可同时控制任意3个轴，其余2个轴用于工件定位。
它是这样工作的：
- 您可以同时使用 X &Z &C，而 Y 和 A 轴用于定位。
- 您可以同时使用 Y &Z &A，而 X &C 则用于定位。
4+1 轴版本
对于 4+1 轴版本 ，可以同时控制4个轴中的任意一个，剩下的1个轴用于定位。
它是这样工作的：
- 您可以将 X &Z &A &C 一起使用，而 Y 用于定位。
- X &Y &Z &A 可以一起使用，C 用于定位。
完整的 5 轴版本
最后，还有完整的 5 轴版本 可同时控制所有3轴（直线）和2轴（旋转）。
在此版本中，轴配置为 3 个线性轴（通常称为 X、Y 和 Z）和两个旋转轴（通常称为 A 和 C）。 A轴是倾斜轴，C轴是旋转轴。在这种配置中，通常会有一个安装工件的台面。
旋转轴
对于带有耳轴工作台的 5 轴 CNC 机床，该工作台为刀具提供了两个旋转轴：
- A 轴 – 工作台表面向操作员或远离操作员旋转（倾斜）（例如 Hwacheon 的 M2-5AX、M3-5AX、M4-5AX。在 D2-5AX 上，工作台表面从操作员的点向左或向右倾斜观点）。
根据型号的不同，可以实现广泛的倾斜角度。一般而言，具有 +/- 120° 更宽倾斜范围的机器（如 M3-5AX 和 M4-5AX）非常出色。这种工作台设计和可用范围可以倾斜工件以提供更复杂的角度。
对于 D2-5AX 等型号，从操作员的角度来看，工作台纵向安装，提供向右 +30° 的倾斜范围，向左倾斜时提供 -110° 的倾斜范围。
- C 轴 – 桌面（部件安装在其上）向左（顺时针）或向右（逆时针）旋转。旋转最大可达到 360°，提供一个完整的圆，而无需再次回到零位。这允许零件定位在任何需要的旋转位置。 3 线性轴提供了将线性运动定位到所需位置的可能性。倾斜轴提供到所需倾斜位置的角度。
与 3 个线性轴（X、Y 和 Z）以及 5 轴机床的旋转 A 轴和 C 轴一起，可以操纵要加工的零件并将其移动到最理想的角度和位置进行切割。
#2 什么时候需要 5 轴 CNC 机床？
鉴于其更大的灵活性和适应性，5 轴机床可用于跨多个行业的各种加工操作，以满足特定加工需求。
以下是 7 个最常见的应用程序。
1) 需要对所有 5 个具有特定角度的面进行切割、钻孔或攻丝操作时
5 轴加工在航空航天、医疗、汽车、通用零件、模具或石油和天然气行业中最为普遍，仅举几例。这些零件往往形状异常，具有复杂的轮廓和表面，或者具有特定角度的表面、位置和位置。它们包括飞机或船舶涡轮机、叶轮以及转向节等部件，这些部件需要在所有 5 个面和额外的特定角度上进行操作。
2) 当您需要更灵活的工程解决方案时
同时 5 轴加工操作在模具以及航空航天零件制造行业中很常见。 5 轴机床能够在多个轴上定位或移动零件，为设计工程师提供了更大的自由度，即使是最困难的形状和形式也可以进行设计。因此，要处理的零件可能会更复杂，从而为几乎所有行业提供更好的整体工程解决方案。
3) 当您需要高产量-低混合生产时
以较小但重复量制造的工件正在增加。如今，行业倾向于回避大批量订单，更喜欢可以在需要时及时重复的小批量订单。制造商必须高度灵活，以适应其生产的快速转换。通过这样做，制造商可以避免昂贵的不必要库存，并在定价方面更加灵活。
4) 当您收到复杂形状工件的订单时
5 轴加工非常适合需要高度复杂和精密工件的公司，例如航空航天、医疗、汽车、石油和天然气、半导体和电子行业。这些行业的制造商需要正确的专业知识和正确的设备来支持他们生产具有准确性和持久稳定性能的零件。
有了合适的机器、良好的 CAD/CAM、工具和训练有素的操作员/程序员，这些制造商可以使他们的生产盈利，同时使自己有别于标准制造公司。
5) 当您想要缩短交货时间并提高效率时
5 轴 CNC 机床使用标准且更少的夹具来制造即使是最复杂的零件，只需一台机器即可取代将零件移动到多台机床的需要。进行单一设置加工的能力提供了显着的业务优势，尤其是在批量缩小而零件变得更加复杂的情况下。
6) 当您想提高零件的质量和准确性时
通过消除对各种机床的多重设置的需要，减少了人为错误和机器错误。当您在单个设置中使用 5 面和 5 轴加工的特征时，这会提高加工零件的精度。这种机器还允许使用标准工具。这可以清楚地转化为成本节约，因为不需要特殊工具（例如非常长的工具或成型工具）。
7) 当您需要更高的灵活性、生产速度和准确性时
虽然 3+2 轴配置的机床是对标准 3 轴和 4 轴机床的改进，但 4+1 设计的机床提供了更好的灵活性——据估计，4+1 机床可以生产任何行业所需的所有零件的 85% .这对于必须满足各种工作并且不能过于挑剔的零件制造商来说是一个福音。 3+2 轴机床（通常是标准的 3 轴加工中心，添加了可选的 2 轴工作台）在起始位置需要每个新刀具，并且在零件尺寸和加工复杂性方面受到限制。非常复杂的形状需要一台完整的 5 轴联动机床，例如涡轮叶轮、轮胎模具部分、人体备件等。这些估计可以覆盖所有所需零件的剩余 15% 范围，即它可以覆盖 100%从标准到复杂的加工需求。
#3 五轴数控机床有哪些优势？
通过同步 5 轴加工，您的 CNC 机床可以在极其复杂的轮廓表面上工作，而这些轮廓表面具有挑战性，甚至无法使用更简单的机床进行生产。在一次装夹中围绕零件的 5 个面进行加工意味着您可以在一次装夹中对零件的所有 5 个面进行操作，从而节省准备时间、重新装夹和工作量。
除此之外，5 轴加工提高了您的灵活性和准确性，因为您可以消除在多台机器上移动工件的需要。这进一步减少了对各种夹具和设置的需求。
以下是您可以享受 5 轴加工中心的一些优势。
1) 最小化机器设置
通过单一设置过程（又名“一体式完成”），您可以显着减少准备时间并提高人员和机器效率。这也减少了因在每个加工阶段进行多个设置而导致的人为错误和机器错误。用于将零件放置在机器中所需位置的更简单的夹持设备还可以节省时间、成本并减少潜在错误。
2) 管理复杂设计的能力
通过 5 轴加工，可以轻松处理复杂的形状和设计。这可能包括：液压系统部件、水泵外壳、齿轮箱外壳、齿轮、注塑模具、石油和天然气设备、医疗或输血设备等等。
3) 加工精度更高
通过减少所需的手动设置量，多轴加工将有助于提高生产零件的整体精度。
4) 更好的表面光洁度
具有更高机械质量的 5 轴机器，例如 Hwacheon M2-5AX、M3-5AX、M4-5AX 和 D2-5AX 加工中心，为实现减少振动、更光滑的高质量表面和恒定精度提供了基础。您的机器操作员无需重新夹紧零件，因为它在整个加工循环期间保持夹紧状态。这大大提高了饰面的质量。
5) 更快的材料去除
专为快速高效地去除最坚硬的材料而设计的 4+1 或全 5 轴 CNC 加工中心将显着减少任何人工操作。这样可以提高加工效率和稳定性。
6) 显着节省时间
考虑到人力成本的上升、训练有素的人力缺乏以及提高工厂生产力的需要，研究运营和人力成本变得越来越重要。由于此类机床的一体化设置，操作员无需重新夹紧并将零件移动到其他机器进行下一次操作。相反，他们可以专注于管理额外的机器，从而提高他们的生产力。
7) 扩大工厂产能和生产灵活性
对于零件制造商和合同制造商而言，投资 5 轴加工中心可提高生产的灵活性和敏捷性。凭借其多种应用，此类机床允许您最大限度地利用您的机器来处理大型和小型制造订单。具有明显有限功能的低成本标准机器可能不具备此类功能。
简而言之，五轴数控机床可以显着提高您的生产力和盈利能力。此外，它们使您的制造能力在您的竞争对手中脱颖而出。
#4 5 轴 CNC 加工工具需要考虑什么？
既然了解了5轴加工刀具的优势，接下来的问题就是：如何选择合适的5轴数控机床？
为了帮助您做到这一点，我们提供了一份方便的清单供您考虑。
1) 足够的CNC加工能力
确保CNC控制的处理能力足够高，可以同时计算、计算和控制使用的轴数。
2) 将前瞻功能与机器类型匹配
4+1 轴机床的前瞻功能应至少为 200 个块。对于更复杂的 4 轴加工序列，400 块会更好。对于完整的 5 轴同时操作，需要更快的计算 CNC 控制。这可以是带有 HAI 600 块标准的 Fanuc 31i B5，也可以是可选的 1000 块预读功能，提供非常高的计算速度。
3) 机床主轴有足够的功率和刚性
机床主轴足够的功率和刚度是一个重要因素，但往往被忽视。然而，强大的主轴需要更严格的机械设计支持。为确保切削顺畅无误，5 轴加工中心的核心——机床主轴——不仅需要足够强大以应对施加在其上的应力和载荷，而且还需要有足够的储备以达到极限。根据要加工的材料，功率较小的 11-15Kw 主轴，最大扭矩小于 100Nm 可能会限制您机器的能力。这样的机器在短期内可能会更便宜，但从长远来看却不是。
（华川新型 4+1 或 5 轴加工中心 D2-5AX 从一开始就经过特殊机械设计，可处理 37Kw 的主轴和 310Nm 的扭矩。虽然这可能会导致较高的初始机器成本，但其广泛的应用和长期-长期节省将被证明更具成本效益。所有华川锭子都是无皮带的直接驱动系统，并且是内部设计和制造的。）
4) 合适的刀架系统
检查使用的刀架系统是 BBT 还是 HSK 以消除振动。它们应在任何时候、任何加工条件下提供主轴和刀架之间的最佳连接。
5) 适应切削进给速率和条件的能力
根据您的加工需要，您可能希望保持恒定的切削进给速度或根据不同的切削条件改变它。在这种情况下，您需要一台能够更好地控制各种情况以优化切削进给率的机器。
（为此，Hwacheon 开发了 HECC（Hwacheon 效率轮廓控制）、HTLD（Hwacheon 刀具负载检测）或 OPTIMA（Hwacheon 切削进给优化系统）系统。）该加工软件包作为每个 Hwacheon 加工中心的标准提供.)
6) 高度的机器公差和耐用性
为确保您的机床具有高度的公差和耐用性，您应该考虑它的构造和设计方式。
这里通常有两个阶段：
- 机器的机械设计和机械制造/构造
- 使用电子系统进行优化和校准当心低成本工具制造商，他们会在设计的机械方面吝啬和节省，并使用电子系统来弥补他们的弱点。
（华川投资于刚性机械设计和施工方法。我们铸造更多零件以确保我们机器的机械优势，确保它们具有更长的寿命和耐受性。）
7) 主轴热控制和冷却管理
作为任何 CNC 机床的核心——尤其是 5 轴 CNC 机床——管理主轴和框架中的热控制非常重要。这样做不仅有助于延长这一重要机制的寿命；它还将为您的零件提供更好的质量和准确性。为防止主轴过热，有效冷却主轴外壳和主轴鼻部至关重要。在高强度的加工工作中需要进行防热，以减少和控制电机和轴承在更高速度和更长的加工周期中产生的热量。
请记住，内置主轴的电机在主轴外壳内运行。因此，主轴外壳（包括主轴头）必须分段有效地冷却。华川的冷却系统是分段定义的——因此，冷却介质永远不会变“热”。这可确保随时控制温度。其次，也是最重要的一点，Hwacheon 使用了 Oil-Jet 轴承润滑和冷却系统。
这不仅可以防止我们的轴承过热，还可以确保随时有新鲜油进入系统。与一些制造商使用的对比：油脂包或油气润滑主轴。这些不会为轴承提供安全的温度条件。
#5 华川提供的 5 轴 CNC 机床有哪些类型
如您所见，在 5 轴加工中需要考虑许多因素。从使用的技术到可用工具的类型，对于首次购房者来说，选择可能会令人困惑。作为韩国 CNC 机床制造的先驱，我们拥有近 70 年的经验，我们一直专注于设计、测试和改进业内最好的 5 轴 CNC 机床。
VESTA-1000+ 立式加工中心 – 3+1 轴或 4+1 轴
模块化和灵活的 VESTA-1000+ 立式加工中心可以安装 NC 转台，允许 3+1 轴同时控制操作。如果添加 2 轴工作台，VESTA-1000+ 允许 4+1 轴生产。
VESTA-1000+ 能够有效地生产较小的复杂零件（取决于使用的工作台和其他选项），帮助工厂完成 4+1 加工工作。但是，它不能替代设计和建造的 4+1 或联动 5 轴加工中心。
D2-5AX – 5 轴加工中心
D2-5AX 设计紧凑，是一款易于自动化的中型 5 轴加工中心，非常适合“高混合 - 小批量”生产。
D2-5AX 的主要优势：
- 它的 B 轴向左右旋转（从机器前面的操作员看）
- 当桌面水平放置时，实现真正的 0°。
- 桌子可以在 -30°（桌子表面指向右侧）到 +110°（桌子表面指向左侧）的范围内移动
- 旋转的 C 轴有一个完整的 360° 圆周运动。
M2-5AX / M3-5AX / M4-5AX – 5 轴加工中心
Hwacheon 的全 5 轴加工中心系列可生产最复杂的形状和设计。专为满足模具制造的高标准或满足非常复杂的形状和轮廓的需求以及生产用于航空航天或海洋工业的零件而设计。
我们的顶级型号 M4-5AX 专为特殊应用而设计 - 它专为有效加工铬镍铁合金、钛或耐热不锈钢等极端材料而设计。内置最高55Kw功率的主轴，提供最高1009Nm的扭矩和8000rpm，可选配420Nm的12000rpm主轴。
机床的 Z 轴采用实心箱形导轨设计，以确保即使在最关键的切削条件下也能控制主轴功率。 2 轴耳轴工作台由 Hwacheon 设计和制造，其 A + C 轴使用大尺寸滚子齿轮驱动。 M4-5AX 的总重量高达 28,500Kg，是市场上不容易买到的机械加工强国。
SIRIUS 2500-5AX – 5 轴双立柱加工中心
在此模型中，加工零件被夹在工作台上（X 轴），而机头提供 Y 和 Z 以及 A 和 B 轴。作为双柱加工中心，华川 SIRIUS 2500-5AX 主要用于较大的零件或模具。对于这样的应用，带有耳轴工作台的机器会变得太大并且建造成本很高。
如果您想加工特定尺寸和零件重量的较大零件，建议您使用 2 轴铣头。
结论
我们希望这篇关于 5 轴加工和可用于此类工作的机床的综合文章对您有所帮助。
5 轴 CNC 机床为工厂提供了从事以前无法完成的工作的机会。对于目前使用 3 轴加工的制造商，升级到 4+1 甚至全 5 轴机床可能是您的生产和投资规划的下一个合乎逻辑的步骤。
但是，由于此类机器的成本，建议您充分了解哪些工艺最能满足您的特定生产需求。您还需要选择合适的数控机床，才能充分实现您的生产效率和盈利能力。
如果您想了解更多关于 5 轴加工的信息，请联系我们进行讨论。我们很乐意就哪种技术最能满足您的生产需求和目标向您提供建议。
数控机床