如何选择用于模具制造的 5 轴 CNC 铣床

过去，5 轴 CNC 铣床是为航空航天和发电制造商制造和销售的。然而，近年来，模具制造商采用 5 轴加工中心的情况有所增加。那么，当您购买用于模具制造的 5 轴 CNC 铣床时，您应该寻找什么？

五轴数控优势

在模具制造中实施 5 轴加工有很多优点，其中一些比较常见的是：

使用更少的设置

5 轴加工允许使用一种设置铣削复杂形状，而不是使用多种设置来适应机器、主轴和工具。这会收紧特征之间的公差，尤其是对于复合角度的孔或特征。

这也可以减少整体设置时间。机器的快速重新定向只需几秒钟，而切换设置可能需要更长的时间——取决于复杂性和零件要求，大约需要几个小时。 5 轴机器可以节省宝贵的时间，减少工作时间并为您赢得更多业务。

用较短的刀具完成

完整的 5 轴功能可以使刀具轴围绕零件倾斜，从而实现更短的刀具和更小的 L/D（长度与直径）比。这有助于减少工具振动和偏斜，从而提供出色的表面光洁度。

铣削更深的区域

通过旋转刀具轴并执行 3+2或同时 5 轴操作。

节省时间和金钱

使用较短的刀具通常可以提高进给速度，因为它可以减少偏斜和振动。 5 轴 CNC 铣削深部区域和加强筋可以减少对较慢 EDM 操作的需求，从而缩短发货时间。他们一起节省了模具制造的时间和金钱。

总体而言，5 轴加工可以帮助您在更短的时间内交付具有更严格公差的优质零件，从而使您的企业保持竞争力。

3+2 与同时 5 轴

在讨论 5 轴加工时，区分 3+2 轴和同时 5 轴加工的区别很重要。通常，5 轴 CNC 铣床将具有三个线性轴：X、Y 和 Z。它们还将具有两个旋转轴，即 A&B、A&C 或 B&C。旋转轴对应于线性轴。例如，旋转 A 轴围绕线性 X 轴旋转。 B轴绕Y旋转，C轴绕Z旋转。模具制造中使用的大多数5轴铣刀在配置上要么是A&C，要么是B&C。

3+2轴加工

机器使用两个旋转轴旋转到位，然后执行传统的 3 轴切割。它先旋转，然后切割，但不是同时旋转。将此视为为临时工作平面设置任何工具矢量并从那里执行 3 轴切割。由于您设置的是工作场所，因此通常可以在 3+2 轴加工过程中使用传统的固定循环，例如钻孔。

3+2轴加工的优点是编程更简单。 Fusion 360 使 3+2 操作变得特别简单——每个铣削操作中都有一个复选框，允许您使用快速几何选择、图形手柄或与当前视图对齐来重新定位工具。这种简化的编程方法可以轻松地充分利用您的机器。

五轴联动加工

此模式下，旋转轴可以和直线轴同时使用。也就是说，所有五个轴都可以同时使用。旋转和铣削同时进行。连续运动意味着刀具与零件保持接触，并且可能有更少的退刀或混合区域。

Fusion 360 还提供同步 5 轴操作，以提高您处理复杂零件的能力并充分利用您的机器。

需要注意的是，大多数 5 轴机床实际上在模具中执行 3+2 轴铣削的时间约为 80%（或更多！）制造。同步加工是为某些独特的应用保留的——通常是在 3+2 无法切割的情况下。

基本轧机差异

五轴数控铣床设计有很多不同的风格。对于本文，我们将其简化为两个主要组；旋转台或旋转头。

旋转工作台设计是将零件安装在旋转的工作台上，通常使用 C 轴运动。要么工作台执行另一个旋转，如耳轴的情况，要么主轴有一个旋转轴来完成一台 5 轴机床。

旋转头设计通常使用安装主轴的一些转向节。关节通常允许两个旋转轴，通常是 A&C，有时但不太常见的是 B&C。

旋转台设计的一些优点是：

• 比旋转头设计的刚性更高
• 比旋转头设计更快的速度和性能

旋转头设计的一些优点是：

• 比旋转工作台设计更大的工作范围和更重的部件
• 与转台设计相比，夹具和多个部件的多功能性更多

无论您决定使用哪种配置，Fusion 360 都以相同的方式进行编程，以保持编程简单。我们甚至提供了一个快速、免费且完全可定制的后处理器库，以便您可以根据自己的需要定制 G 代码并正确完成零件。

工作区大小

购买 5 轴 CNC 铣床时最大的考虑因素之一是工作范围的大小。一个常见的错误是第一次购买的磨机太小。

就像在 3 轴加工中一样，加工型腔时机床的 Z 轴行程很重要。您需要足够的 Z 行程来安装零件，并需要长工具才能从零件中缩回。 5 轴机床中用于刀具退刀的额外间隙对于您的零件来说是必要的。

在购物时，当您考虑 5 轴机床时，请考虑您将在机床上使用的最大零件，并将最长的刀具添加到所有尺寸中部分周围。这将有助于确保您购买的磨机有足够的间隙。

轴限制

在考虑 5 轴铣床时，请考虑对旋转轴的任何限制。旋转限制将限制您可以在 5 轴上铣削多少零件。如果您需要铣削具有回退条件的零件，请确保您的 5 轴 CNC 铣床具有足够的旋转能力来完成此操作。

另外，如果使用典型的 5 轴铣床，请确定 C 轴是否有任何限制。无限的 C 轴允许您在铣削零件时不断旋转零件。想象一个像汽水瓶这样的物体。使用连续的 C 轴，您可以在从上到下铣削瓶子的同时保持旋转瓶子，反冲区域等等。

C 轴旋转受限的机床将被迫从零件上缩回，松开轴，重新接近零件，然后继续铣削.仅仅因为限制，这些展开运动可能会浪费宝贵的铣削时间进行空中运动。

控制器

没有铣床控制器，您所拥有的只是一大块昂贵的金属。它的工作是从线性轴和旋转轴上的编码器获取数据，并控制电机下一步做什么。

在同时 5 轴中，控制器不仅要准确同步 X、Y 和 Z 线性运动，而且还必须管理旋转轴也是。当组件远离旋转中心时，随着速度的增加，这会更加困难。

并非所有的 5 轴控制器都是一样的。有些在同步方面做得比其他的好——有些在同时执行 5 轴时会减慢铣削过程。购买 5 轴 CNC 铣床时，查看同步 5 轴模式下可用的实际速度非常重要。

购买 5 轴 CNC 铣床时要考虑的另一件事是控制器如何为 3+2 轴加工设置工作场所？是否所有固定循环都可用于任何倾斜？后处理输出需要什么来管理薄？

另外一个考虑是控制器是否有设置RTCP，Rotation Tool Center Point的方式？这是控制器知道零件相对于旋转中心的原点的地方，并且可以准确地计算编程零件的必要运动。某种形式的 RTCP（有时称为 TCPM）通常使用同步 5 轴来完成模具零件。

工具夹持

使用高性能主轴和刀具时，刀架系统会对整体刚性产生正面或负面影响。一些刀柄夹紧系统从刀柄外部用向内压力夹紧。其他系统用向外的力从支架内部夹紧。后一种系统是由内部向外的力保持，由高速主轴旋转的向心力辅助。

线性方式

大多数 CNC 铣床使用滚珠丝杠来控制运动，其中包括滚珠轴承以减少摩擦。数控机床的一些最新发展是用直线电机代替电机和滚珠丝杠。配备直线电机的机器的成本通常会更高。但是，平均而言，它们可以提供更高的加速度水平、更高的精度和更平稳的操作。

值得注意的是，这些优势与中级 5 轴 CNC 铣床相比。配备更坚固的编码器、标尺、螺钉和电机的高端 5 轴铣床可提供与直线电机相同的速度和精度。

CAD 文件

执行 5 轴加工时，您需要先模拟和验证 CNC 程序，然后再在铣床上运行它们。当您开始旋转零件或头部时，机器发生零件碰撞的机会就会增加。

准确的模拟始于 5 轴 CNC 铣床的准确 3D CAD 数据。如果没有机器的准确表示，模拟充其量只是一种估计。这包括主轴、工作台以及使它旋转的所有部件，无论它是什么样式。

有些机器供应商会提供他们工厂的 CAD 文件，有些会收费，有些则根本不提供。无论 CAD 文件是提供、购买还是您自己设计，您都需要根据实际机器尺寸验证 3D 数据，以确保它们准确无误。

在模具制造中添加 5 轴铣削具有许多优势，可以提高光洁度、缩短发货时间并减少对 EDM 操作的需求。

在考虑 5 轴 CNC 铣床时，请考虑增加一个比您认为需要的尺寸。验证同时 5 轴加工的 RTCP 功能。检查使用不同临时工作平面进行 3+2 轴加工的简单性。考虑更高质量、更坚固的组件以获得更高的速度、精度和完成质量。

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