5 轴 CNC 加工：完整指南

5轴CNC加工简介

当人们谈论多轴CNC加工或多轴加工时，5轴CNC加工 在先进的制造方法中总是提到。全 5 轴 CNC 加工意味着机器在五个不同轴上同时移动刀具或工件的加工能力。 5 轴 CNC 加工被认为是 CNC 加工过程的更进化和更复杂的版本。

什么是五轴数控机床？

众所周知，5轴CNC加工是由5轴CNC机床实现的。如今，5 轴 CNC 机床被认为非常适合创建具有更好表面光洁度的复杂形状。人们一旦了解了 5 轴 CNC 机床在 CNC 加工车间的工作原理，就可以了解很多关于 5 轴 CNC 加工的知识。

在 5 轴加工过程中，与 X、Y 和 Z 轴相比，有两个附加轴。两个附加轴可以是 A 和 B、A 和 C 或 B 和 C 轴。他们参与完成高度复杂形状的加工过程。现在的问题是其他两个轴在5轴CNC加工过程中是如何部署的？

额外的两个轴用于固定工作材料的工作台的移动。因此，工作台可以围绕切削工具以任一方式旋转 360 度，从而使机器可以进行侧切。同时，如果我们考虑单轴运动，例如在 A、B 或 C 位置，则旋转限制为 180 度。在 5 轴加工过程中，刀具头会在静止的工件材料上晃动，或者工作台以一定角度旋转或移动，从而使工作台处于倾斜位置。根据功能要求，桌子可以倾斜不同的角度来实现复杂的形状。根据所要求的制造产品的对象的大小和重量，决定工作台的旋转或旋转的选择。如果工作较重，则进行旋转，否则，5 轴加工与工作台倾斜一起执行所需的加工过程。由于五轴数控机床的种类不同，五轴加工也有不同的品种。

五轴数控机床有哪些类型？

为满足市场的不同需求，数控设备制造商提供了不同类型的五轴数控机床。在这些类型中，工作台旋转或刀具在不同方向移动的灵活性有基本的区别。主要归纳为以下五种五轴数控机床。

1。双枢轴主轴头型

在这种类型中，两个旋转坐标直接控制刀轴的方向。

2. 俯仰摆头式

两个坐标轴在工具的顶部，但旋转轴不垂直于线性轴。

3. 双转台型

对于这种五轴加工，两个旋转坐标直接控制空间的旋转。

4. 投球工作台类型

两个坐标轴在工作台上，但旋转轴不垂直于直线轴。

5. 转台+旋转主轴头型

在这种类型中，两个旋转坐标作用在不同的地方。一个作用于工具，一个作用于工件。

5轴CNC加工VS 3+2加工VS 4+1加工

5轴加工=5面加工？

很多人在CNC加工行业摸索多年，还是分不清5轴CNC加工和5面加工。他们甚至经常使他们感到困惑或认为 5 轴 CNC 加工是指 5 面加工。事实上，它们彼此不同。在本节中，我们将详细解释它们的区别。

3+2轴数控加工

3+2 CNC加工是指一个加工中心的三个轴，加上一个旋转和一个倾斜。 3+2数控加工又称五面加工。这意味着您可以在一次装夹中加工零件的五个侧面。

在此版本的 CNC 加工过程中，同时使用三个轴，而其他两个轴用于重新定位要进行制造的工作。例如，如果我们同时控制 X、Y 和 C 轴，那么 Z 和 A 轴将用于定位目的。

4+1轴CNC加工

4+1 CNC 加工意味着它使用 5 轴机床结构，但固定旋转轴或倾斜轴之一。 4+1加工比3+2数控加工更有能力。但是，它仍然不是真正的全5轴CNC加工。

在这个加工过程中，很明显，四个轴将同时使用，而只有一个轴保持静止，将用于定位功能。比如我们可以同时走X、Y、B、C轴，Z轴用来设置材质的位置。

全5轴CNC加工

全5轴加工是指机床的5个轴同时运动（3个直线轴、1个旋转轴、1个倾斜轴）。它能够生产非常复杂的零件。是5轴联动加工。

在这种情况下，所有五轴同时工作，以达到高端的效果。传统的三轴，如 X、Y 和 Z 轴用于平移运动，而其他两个轴通常称为 B 和 C 轴，用于工具或工作岗位的倾斜或完全旋转，具体取决于数控机床的特点。

5 轴 CNC 加工 是一种适用于钩面加工、异形加工、空心加工、斜孔等加工的方法。而 5 面加工与 3 轴加工类似，但比 3 轴加工能力更强。它只能加工五个面，但无法在一次装夹中实现某些特殊加工。

5 轴 CNC 机床的编程过程与传统的 3 轴 CNC 机床非常相似，其中用户首先创建所需产品的 CAD 模型。然后软件相应地生成零件模型的 G 代码。但是，5 轴 CNC 机床除了轴向值之外还涉及角度值，这使得 G 代码更加复杂。角度根据五轴数控机床的工作台和头部的配置来定义。

5 轴机床中使用的工具在几何形状和形状方面也进行了升级。更快速的刀具形状和几何形状在最终产品的公差和配合形式上提供更好的结果。然而，材料的类型仍然与传统方法相似，取决于切割材料的强度。

奖金：

1. 5 轴加工或五轴加工有时简称为 5X CNC 加工。
2. 在实际订单生产中，90% 的工作是由 5 轴机器完成的，实际上只是 5 面（仅定位）。你知道为什么吗？由于零件的结构和实际要求，五轴联动的功能还没有发挥出来。这就是人们混淆 5 轴 CNC 加工和 5 面加工的原因。

5 轴 CNC 机床价格

5 轴 CNC 机床的价格通常非常高，并且根据 CNC 机床的功能和类型而有很大差异。根据不同的因素，成本从 10,000 美元到 500,000 美元不等。然而，制造能力低的小型工业可以按小时收费获得这种创新技术的服务。制造5轴CNC机床的公司通常会提供此类5轴CNC加工的定制解决方案

五轴加工中心的配置类型

Table-table、head-table和head-head是常见的5轴CNC机床组合的例子。

第一种配置是台式配置，也称为耳轴台式机。两个旋转轴都包含在耳轴工作台中，头部始终保持静止，旋转工作台上的工件。此设置基于标准 3 轴 CNC 机床，两个旋转轴用于将工件定位在所需方向。耳轴 CNC 机床提供更好的底切能力、更大的工作量以及更好的速度和耐用性。旋转头或铰接头机床，有头头或头台配置，是第二种五轴机床配置。

与头部执行所有旋转的耳轴式头部机器不同，工作台是静态的。头台机器，但从另一侧看，由倾斜头和旋转台组成，允许使用更短或更标准长度的工具。旋转头机器可以在块周围移动工具头以适应小空间。旋转主轴设置旋转轴，以便在 5 轴 CNC 机床上轻松加工和成型较重的材料。

为什么选择 5 轴 CNC 加工？

5 轴 CNC 机床的优势是巨大的。这些机器用于不同的制造群体，例如需要非常光滑和复杂形状的医疗器械，需要高端表面处理和光滑端部的航空航天设备，以及其他需要严格公差和批量制造产品的行业。

5 轴加工过程的基本需求之一是能够灵活地执行减法加工并获得传统 3 轴 CNC 加工很难获得的复杂几何形状。例如，当我们需要在一块材料的不同面上以不同的角度同时进行切割、钻孔和攻丝操作时，那么一台简单的 CNC 机床就需要付出很多努力才能做到这一点。如果用户使用简单的 CNC 加工过程，则必须在整个切割过程中更改工作位置以创建角度。这需要花费大量的时间和精力。这就是 5 轴 CNC 机器高效完成工作的地方。

5 轴 CNC 机床可以一次性创建这样的形状和角度，从而减少时间和精力，提高精度和表面光洁度质量。当实现不同的形状和几何形状并缩短交货时间时，它会通过均匀混合生产来增加产量。航空航天、汽车、医疗等行业要求其产品具有高精度和精确的轮廓，5 轴加工是最好的选择。由于在加工过程中减少了人工参与，因此使用 5 轴 CNC 机床实现了高公差和标准。任何拥有合适机器、具有良好 CAD（计算机辅助设计）知识和材料选择的人都可以利用 5 轴 CNC 机器在公司制造之外创建他们的产品。

5轴CNC加工的优势

说到这里，我们可以总结出五轴数控机床的优势如下：

1. 缩短交货时间并提高生产速度
2. 提高加工过程的精度和质量
3. 获得复杂几何形状和形状的敏捷性
4. 扩大产能
5. 用一台 5 轴 CNC 机床代替不同的加工设备
6. 减少加工过程每个阶段的潜在错误
7. 由于自动刀具选择和优化的切削刀具速度，切削寿命更长。
8. 5 轴 CNC 机床的振动更小，实现高端表面精加工

编程 5 轴 CNC 机床

为 CNC 机床创建 G 代码的过程始于在任何建模软件中设计的 CAD 模型。然后通常将 CAD 模型转换为一种算法，即 G 代码，其中包含所有必需的信息，例如主轴速度、进给和切削刀具的轴向运动。用于控制五轴数控机床高速刀具的算法与传统的三轴加工G-Code没有太大区别。然而，刀具在不同角度的运动或倾斜工作台的位置需要前进角和曲率路径的信息。

在 5 轴上编程时，我们有两种控制旋转运动和位置的可能性。我们可以使用旋转角度或工具矢量来输出数据。工具矢量基本上是部署在 X、Y 和 Z 轴末端的命令，它们向工具提供信息以以特定角度旋转或倾斜。由于使用了 IJK 工具矢量，该应用程序对于每个不同的机器设置都是独一无二的。允许机器使用其可用的任何轴将工具定位到其命令位置和倾斜角度，因为它没有命令任何特定的轴标注（A、B 或 C）。这种灵活性允许在车间内的多台机器之间共享相同的零件，而无需考虑机器配置。

有不同的 CNC 编程软件套装可用于创建部署在 5 轴 CNC 机床中的 G 代码。 Autodesk、Mastercam、Siemens NX、PowerMill 和 Edgecam 等软件是编程 5 轴机床最常用的软件。

进行5轴CNC加工时要考虑的步骤

• 确保 CNC 机床有足够的加工速度来控制 CNC 机床上传的 G 代码指令的刀具路径。
• 为了进行功能齐全的 CNC 操作，还要确保前瞻功能可以让 NC 机器更快地计算。
• 为 CNC 加工过程选择最佳刀柄系统，以确保刀具在材料上形成轮廓时无振动运动。
• 控制状态下的进给速度，以保持刀具的耐用性。控制刀具在不同材料上的切削速度是延长刀具寿命的基本关键。
• 另一个需要关注的非常重要的因素是使用适当的冷却液控制主轴温度。因此，使用不同的润滑剂或喷水系统来保持切削刀具尖端的低温并从切削刀具位置清除废料。
• 此外，在将您的工件直接在 5 轴 CNC 机床上进行制造之前，最好先进行刀具路径模拟，以确保执行正确的工艺并获得正确的结果。

用于 CNC 加工过程的刀具

在 5 轴 CNC 机床中用于切割或成型工作的刀具材料与 3 轴 CNC 机床没有区别。然而，刀架站完全不同，5轴CNC的换刀能力得到了很大的提升。它们还包括自动工件更换或自动托盘更换器，可减少制造过程中人与切削工具和材料的交互。这种灵活性还允许进行高混合或小批量生产，从而提高任何制造公司的效率。在 5 轴 CNC 加工中，自动换刀库中有 60 到 120 个工位。更多的工装站提供了相当复杂的设计工作的调整。

刀具材料的选择取决于不同的因素，例如刀具材料的强度应比其加工材料的强度高 40% 到 60%。同样，它应该具有高导热性和低摩擦系数。此外，切削工具材料的制造应该很容易，以便它们可以很容易地接近。 CNC加工中使用的一些切削材料如下：

碳钢

由于其可用性和低成本，这种材料是 CNC 加工中最流行的切削材料。含少量锰和硅，含碳量为0.6%~1.5%。

高速钢

由于其耐用性和高耐磨性，这种材料是 CNC 加工中使用量第二大的材料。它含有钨、铬、钼和适量的碳钢。

硬质合金

这些材料用于非常高速的切割材料操作，因为这种材料具有高耐热性并且可以承受 1000 摄氏度左右的温度。其成分主要有钨、钛和钽。

陶瓷

这种材料具有化学惰性，不会腐蚀，因此与腐蚀性环境中的金属切削工具相比，它的使用寿命更长。这些工具甚至比 HSS 快十倍。它们的材料主要由氮化硅和氧化铝组成。

其他刀具材料包括金刚石刀尖、碳氮化硼或金属陶瓷。

刀具几何形状

5 轴切割工具与传统工具略有不同，因为它们要进行角度切割，因此它们的形状必须更加灵活才能执行工作。

立铣刀： 这些是可用于去除材料的旋转切削工具，尤其是在 5 轴 CNC 机床中。像钻头这样的立铣刀用于更多用途的加工操作。与钻头相反，立铣刀是横向切削工具，可沿任何方向切削，可沿轴向切削材料。立铣刀的不同类别有：

球头立铣刀： 这种类型的立铣刀具有理想的 3-D 轮廓动作，可生成顶级曲线轮廓。倾斜刀轴使排屑槽可以抓住材料，将其从零件上拉开而不是推动它，从而使其在自身、刀具和零件表面上形成。

V 位： 这些也是一种立铣刀，通常有两种变体，即 90 ^o 或 60 ^o 这完全取决于制造材料所需的凹陷。

多刃立铣刀： 当切削刀具上有更多刃口和更多凹槽时，加工过程可以保持更高的速度和进给。此外，额外的凹槽增加了刀具的切削表面，从而延长了刀具寿命。这些好处加起来显着提高了金属去除率、更好的表面光洁度并控制了总体成本。

麻花钻： 这种切割工具有两个带有两侧的凹槽，用于从工作中去除材料。这些是数控加工中最常用的刀具类型。它与其他刀具一样，由刀柄、刀体和刀刃三个主要部分组成。

5 轴 CNC 机床价格

五轴数控机床的采购成本差异很大。它可以从一千美元到五十万美元不等。价格取决于 CNC 机床的尺寸、功能和类型。影响五轴数控机床价格变化的一些重要因素是：

• 工件材料类型，即是钢、铝、钛还是其他
• CNC 机床的设计，如耳轴或旋转式
• 轴类别，例如 3+2、4+1 或全 5 轴 CNC 机床
• 机器尺寸和其他特性，如刀具夹持能力和主轴功率

下面对不同类型的五轴数控机床进行一些简单的比较：

• 3+2 5 轴 CNC 铣床价格在 35,000 至 200,000 美元之间
• 耳轴式 5 轴 CNC 铣床成本约为 200,000 - 500,000 美元
• 转头式 5 轴 CNC 铣床成本近 150,000 - 500,000 美元
• 迷你 5 轴 CNC 铣床价格从 3000 美元到 10000 美元不等
• 3+2 5 轴小型 CNC 铣床价格在 25,000 至 40,000 美元之间

一般来说，5轴CNC机器的价格是相当高的，但是任何需要5轴CNC机器服务的人也可以按小时获得定制的CNC制造。

定制设计的 5 轴 CNC 加工服务

由于其光滑的精加工、精确的公差和更少的耗时，全球对 5 轴 CNC 加工的需求不断增长。但是，对于小批量制造，CNC 机床的购买成本可能非常高，并且当您没有足够的工作量或长时间不需要它时，无法充分利用 CNC 机床。所以，大公司或制造商也提供CNC加工服务。服务按小时收费。每小时使用 5 轴机床的价格可能再次因 CNC 机床的类型而异。然而，客户通过获得这些服务获得定制的解决方案和个性化的零件制造。 5轴CNC加工服务的价格从50美元到200美元不等，可以由提供服务的公司协商直接处理。

结论

5 轴 CNC 加工实际上不同于 5 面 CNC 加工。有 5 种不同类型的 5 轴 CNC 机床。从专业的角度来看，3+2加工和4+1加工这样的多轴加工要么是相当完整的5轴加工。他们能做的是5面加工。但是4+1CNC加工比3+2加工更有能力。