掌握五轴CNC加工：全面指南与行业效益

想深入了解五轴CNC加工？好奇五轴CNC机床如何提升制造能力？

阅读这份五轴CNC机床必备指南，了解其工作原理、优势及可用机型。

为满足航空航天、医疗、国防、机器人及汽车制造等先进行业日益复杂的需求，多轴CNC机床彻底变革了制造业。

重要里程碑是五轴CNC机床的开发。又称五轴加工中心，其能力和灵活性远超标准三轴加工中心。

帮您判断五轴CNC机床是否适合生产，本文涵盖以下常见问题：

• 什么是五轴CNC加工？
• 何时需要五轴CNC机床？
• 五轴CNC加工有哪些优势？
• 选购五轴CNC机床应关注什么？
• Hwacheon提供的五轴CNC机床类型

#1 什么是五轴CNC加工？

五轴CNC加工技术利用计算机数控（CNC）加工中心，在五个不同轴上定位或同步工件，使刀具易于接触。这允许工件在三个主轴（X、Y、Z）及两个额外旋转轴（A和C或B和C）上加工。

请看下图了解工作原理。

控制工件在多轴移动，赋予刀具多向灵活性，可触及大多数角度（含负角），并能在更广泛的形状和尺寸上充分利用标准刀具。

3+2轴版本

3+2轴版本中，任意3轴可同时控制，其余2轴用于工件定位。

工作方式：

• 可同时使用X、Z、C轴，Y、A轴用于定位。
• 可同时使用Y、Z、A轴，X、C轴用于定位。

4+1轴版本

4+1轴版本中，任意4轴可同时控制，剩余1轴用于定位。

工作方式：

• 可同时使用X、Z、A、C轴，Y轴用于定位。
• 可同时使用X、Y、Z、A轴，C轴用于定位。

全五轴版本

全五轴版本中，所有3个线性轴和2个旋转轴可同时控制。

此版本中，轴配置为3个线性轴（通常称X、Y、Z）和2个旋转轴（通常称A、C）。A轴为摆动轴，C轴为旋转轴。此配置通常有安装工件的工作台面。

旋转轴

带转台的五轴CNC机床，工作台提供两个旋转轴：

• A轴 — 工作台面向操作者或背向操作者摆动（倾斜）（如Hwacheon M2-5AX、M3-5AX、M4-5AX。D2-5AX从操作者视角向左或右倾斜）。

视机型而定，可实现宽范围倾斜角度。一般而言，倾斜范围达±120°的机床（如M3-5AX、M4-5AX）表现卓越。此类工作台设计和范围可倾斜工件，提供更复杂角度的加工入口。

D2-5AX等机型，工作台从操作者视角纵向安装，向右倾斜+30°，向左倾斜-110°。

• C轴 — 工作台顶面（安装零件处）顺时针或逆时针旋转。最大旋转360°，提供完整圆周，无需回零位即可将零件定位至任意旋转位置。3个线性轴提供所需线性位置移动，倾斜轴提供所需倾斜角度。

结合五轴机床的3个线性轴（X、Y、Z）和旋转A、C轴，待加工零件可移动至最理想角度和位置进行切削。

#2 何时需要五轴CNC机床？

鉴于其更大的灵活性和适应性，五轴机床适用于多行业广泛加工操作的特定需求。

以下是7大最常见应用场景。

1) 需在所有5个面及特定角度进行切削、钻孔或攻丝操作时

五轴加工广泛应用于航空航天、医疗、汽车、通用零件、模具、石油天然气等行业。这些零件形状特殊、轮廓和表面复杂，或有特定角度的表面、位置。包括飞机/船舶涡轮、叶轮、转向节等需五面及额外特定角度操作的零件。

2) 需要更灵活的工程解决方案时

同时五轴加工操作常见于模具和航空航天零件制造。凭借在多轴定位/移动工件的能力，五轴机床赋予设计工程师更大自由度，设计甚至最困难的形状和形式。因此待加工零件可更复杂，为几乎所有行业提供更好的整体工程解决方案。

3) 需要高产量、小批量生产时

小批量重复制造的工件日益增多。现代工业倾向于避免大批量订单，偏好可按需即时重复的小批量。制造商必须高度灵活以实现快速生产换型，避免昂贵的不必要库存，并在定价上更灵活。

4) 接到复杂形状工件订单时

五轴加工适合需高精度复杂工件的公司，如航空航天、医疗、汽车、石油天然气、半导体、电子行业。这些领域制造商需具备正确专业知识和设备，支持生产精度高、性能持久的零件。

有了合适机床、优秀CAD/CAM、刀具和训练有素的操作员/程序员，此类制造商可实现盈利生产，脱颖而出。

5) 想缩短交货时间、提高效率时

标准且更少的夹具即可制造最复杂零件，五轴CNC机床以单机替代将零件移至多台机床的需求。单次装夹加工能力带来显著商业优势，尤其在批量缩小、零件更复杂的趋势下。

6) 想提升零件质量和精度时

消除多机床多次装夹需求，减少人为和机器误差。利用单次装夹的五面和五轴加工功能，提升加工零件精度。此类机床还允许使用标准刀具，明确转化为成本节约（无需特殊刀具，如超长刀具或成型刀）。

7) 想要更大灵活性、生产速度和精度时

3+2轴配置机床优于标准三、四轴机床，4+1设计机床提供更好灵活性——估计4+1机床可生产任何行业所需85%零件。这对必须应对各类工作、无法过度挑剔的零件制造商是福音。3+2轴机床（通常为标准三轴加工中心加选配双轴工作台）每把新刀具需回起始位置，零件尺寸和加工复杂度受限。全五轴联动机床用于涡轮叶轮、轮胎模具段、人体备件等极复杂形状，估计覆盖剩余15%范围，即可覆盖100%标准至复杂加工需求。

#3 五轴CNC机床有哪些优势？

同时五轴加工使CNC机床能加工极复杂轮廓表面，这是简单机床难以或无法生产的。单次装夹加工零件五个面，意味着可在单次装夹中完成零件五面操作，节省准备时间、重复夹紧和精力。

此外，五轴加工消除跨多机床移动工件的需求，进一步减少各种夹具和装夹设置，提升灵活性和精度。

五轴加工中心的主要优势：

1) 最小化机床设置

单次设置流程（即"Done-in-One"）显著减少准备时间，提高人机效率。也减少因多阶段加工多次设置产生的人为和机器误差。用于将零件定位至机床所需位置的简易夹具设备也节省时间、成本并减少潜在误差。

2) 处理复杂设计能力

五轴加工轻松应对复杂形状和设计。包括：液压系统零件、水泵壳体、齿轮箱壳体、齿轮、注塑模具、石油天然气设备、医疗或输血设备等。

3) 更高加工精度

减少人工设置量，多轴加工有助于提升成品零件整体精度。

4) 更好表面光洁度

机械质量更高的五轴机床（如Hwacheon M2-5AX、M3-5AX、M4-5AX、D2-5AX加工中心）为减少振动、获得光滑高质量表面和恒定精度奠定基础。操作员无需重新夹紧零件，因其整个加工周期保持夹紧。这极大提升光洁度质量。

5) 更快材料去除

专为快速高效去除最难材料设计，4+1或全五轴CNC加工中心显著减少人工，带来更高加工效率和稳定性。

6) 显著节省时间

鉴于人工成本上升、熟练工短缺及提高工厂生产力需求，运营和人力成本愈发重要。得益于此类机床的一体化设置，操作员无需重新夹紧和移动零件至其他机床进行下一道工序，而是可专注管理更多机床，提高生产力。

7) 扩大工厂产能和生产灵活性

对零件制造商和合同制造商，投资五轴加工中心提升生产灵活性和敏捷性。凭借多应用，此类机床允许最大化利用机床进行大小批量订单。低成本标准机床因能力有限可能不具备此类能力。

简而言之，五轴CNC机床可显著提升生产力和盈利能力，并使您的制造能力区别于竞争对手。

#4 选购五轴CNC加工机床应考虑什么？

了解五轴加工机床优势后，下一个问题是：如何选择合适的五轴CNC机床？

为助您决策，我们提供实用核查清单。

1) 足够的CNC处理能力

确保CNC控制系统处理能力足够高，能同时计算、控制所用轴数。

2) 前瞻功能匹配机床类型

4+1轴机床前瞻功能至少200块。更复杂四轴加工序列建议400块。全五轴联动需更快计算的CNC控制，如Fanuc 31i B5标配HAI 600块，可选1000块前瞻功能，提供极高计算速度。

3) 足够的主轴功率和刚性

主轴足够功率和刚性是重要因素但常被忽视。强力主轴需更刚性机械设计支撑。为确保平滑无误切削，五轴加工中心的核心——机床主轴——不仅要足够强大承受应力和负载，还需有足够储备。视加工材料而定，功率11-15kW、最大扭矩<100Nm的较弱主轴可能限制机床能力。此类机床短期内较便宜，长远看不然。

(Hwacheon新款4+1或五轴加工中心D2-5AX从机械设计之初即按37kW、310Nm扭矩主轴设计。虽导致初始成本较高，但其广泛应用范围和长期节约证明更具成本效益。所有Hwacheon主轴均为无皮带直驱系统，自主设计制造。)

4) 合适的刀柄系统

检查刀柄系统是否为BBT或HSK以消除振动。应在任何时间、任何加工条件下提供主轴与刀柄最佳连接。

5) 适应切削进给速率和条件的能力

视加工需求，您可能希望保持恒定切削进给速度或因不同切削条件而变化。此时需机床能更好控制各情况以优化切削进给速率。

(为此，Hwacheon开发了HECC（Hwacheon高效轮廓控制）、HTLD（Hwacheon刀具负载检测）或OPTIMA（Hwacheon切削进给优化系统）系统。此加工软件包作为标配随每台Hwacheon加工中心提供。)

6) 高机床公差和耐用度

为确保机床提供高公差和耐用度，应考虑其构造和设计。

通常分两阶段：

• 机床机械设计和制造/构造
• 用于优化和校准的电子系统 警惕在机械设计上偷工减料、用电子系统弥补弱点的低成本刀具制造商。

(Hwacheon投资刚性机械设计和制造方法。我们铸造更多零件确保机床机械优势，保证更长寿命和公差。)

7) 主轴热控制和冷却管理

作为任何CNC机床的核心——特别是五轴CNC机床——管理主轴和机架热控制至关重要。这不仅延长关键机构寿命，还为零件提供更好质量和精度。防止主轴过热，主轴箱和主轴鼻端必须有效冷却。高强度加工时需防热，减少和控制高速和长周期加工中电机和轴承产生的热量。

内置主轴电机运行在主轴箱内，因此主轴箱（含主轴鼻端）分段有效冷却至关重要。Hwacheon冷却系统分段定义——冷却介质永不"过热"，确保随时受控温度。其次且最重要的是，Hwacheon采用油射轴承润滑冷却系统。

这不仅防止轴承过热，确保随时注入新鲜油。对比某些厂商用的脂包或油气润滑主轴，这些无法为轴承提供稳定温度条件。

#5 Hwacheon提供的五轴CNC机床类型

可见五轴加工涉及诸多因素。从技术到机型选择，初次采购者可能眼花缭乱。凭借近70年韩国CNC机床制造先驱经验，我们专注设计、测试和打磨行业最佳五轴CNC机床。

VESTA-1000+立式加工中心 — 3+1轴或4+1轴

模块化灵活的VESTA-1000+立式加工中心可安装NC旋转工作台，实现3+1轴联动。加装双轴工作台，可实现4+1轴生产。

可有效生产较小复杂零件（视工作台和其他选项而定），VESTA-1000+助力工厂4+1加工任务。但它非专门设计制造的4+1或同时五轴加工中心替代品。

D2-5AX — 五轴加工中心

紧凑设计的D2-5AX是易自动化的中型五轴加工中心，适合"多品种、小批量"生产。

D2-5AX主要优势：

• B轴向左右摆动（从机床前方操作者视角）
• 工作台面水平定位时实现真0°
• 工作台移动范围-30°（工作台面指向右侧）至+110°（工作台面指向左侧）
• 旋转C轴具备完整360°圆周运动

M2-5AX / M3-5AX / M4-5AX — 五轴加工中心

Hwacheon全五轴加工中心系列可生产最复杂形状和设计。旨在满足模具制造的高标准，或满足极复杂形状、轮廓及航空航天、海洋工业用零件生产需求。

旗舰机型M4-5AX专为特殊应用设计——专门高效加工Inconel、钛合金或耐热不锈钢等极端材料。内置主轴功率高达55kW，提供高达1009Nm扭矩和8000rpm，可选12000rpm主轴（420Nm）。

机床Z轴采用实心箱型导轨设计，确保最苛刻切削条件下主轴功率可控。Hwacheon自主设计制造的双轴转台对A+C轴使用大尺寸滚柱齿轮驱动。整机重量高达28500kg，M4-5AX是市场罕见的加工利器。

SIRIUS 2500-5AX — 五轴双柱加工中心

此机型工件夹持在工作台（X轴），机床主轴提供Y、Z及A、B轴。作为双柱加工中心，Hwacheon SIRIUS 2500-5AX主要用于大型零件或模具。此类应用用转台会过大且成本过高。

若需加工特定尺寸和重量的大型零件，建议使用双轴铣头。

结语

希望这篇关于五轴加工及可用机床的综合文章对您有用。

五轴CNC机床让工厂有机会承接以前无法完成的工作。对目前使用三轴加工的制造商，进阶至4+1甚至全五轴机床可能是生产和投资规划的下一合理步骤。

鉴于此类机床成本，建议充分了解哪些工艺最符合您的特定生产需求，并选择合适的CNC机床，充分实现生产效率和盈利能力。

若想了解更多五轴加工信息，联系我们讨论。我们乐意就哪种技术最符合您的生产需求和目标提供建议。