CNC 5 轴铣床将提升您的车间能力

在制造商社区中，“CNC”一词常用于表示CNC铣削，即以主轴为刀头的工艺。但值得注意的是，CNC不仅可以用于铣削，还可以用于更多用途。

就本文而言，CNC 铣削是一种切削工具，可系统地去除材料以产生最终几何形状。在这个减法过程中，计算机将CAD设计转换成坐标，然后再转换成切削工具来去除材料并显示最终对象的指令。

揭秘 5 轴 CNC 铣削

五轴数控铣床只是普通铣床的高级变体，其中刀具同时沿五个不同的轴移动。只有由于这种运动自由度，才能创建复杂的几何形状。受爱好者欢迎的普通 3 轴 CNC 机床根本无法以任何方式移动切削主轴，例如，如果不在过程中途手动调整材料，就会产生部分空腔和悬垂。

CNC铣削的典型材料：

● 碳纤维

● 铝

● 钛

● 木材（艺术和设计应用）

由于能够使用坚固耐用的材料制造复杂零件，因此 5 轴 CNC 是航空工业中常见的生产和原型解决方案，需要具有卓越强度的复杂零件。

听众中的数学读者可能想知道这两个附加轴究竟是从哪里来的。毕竟，笛卡尔坐标系只有 3 个轴：X、Y 和 Z。但它真的很简单：5 轴 CNC 增加一个额外的“轴”围绕 X 和 Y 轴的每一个旋转。

上图显示了六个轴。绕垂直Z轴旋转在一些机器上存在，但实际上6轴数控铣床是一种稀有品种，因为第六轴带来的好处不大。

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3 轴世界中的 5 个轴

数控铣床实现5轴效率的机械方式有两种：

旋转工具头
移动工作台（和材料块）
带有旋转头的机器，顾名思义，可以围绕一块材料移动工具头，以不同角度进入狭窄空间。这种方法的优点之一是您可以加工更大、更重的工件，因为材料块在整个过程中保持静止。

另一方面，在工作台上移动物体的 CNC 铣床（也称为销）通过转动放置材料的工作台来实现额外的两个自由轴。这种方法的优点是速度和稳定性，虽然太大或太重的物体不能以这种方式旋转。

但是 5 轴数控铣床有一些复杂性，尤其是在铣削物体时。例如，用于实现 5 轴切削能力的两种方法之间存在明显区别：连续方法和 3 + 2 轴方法。不知何故，这些名称给出了定义。

连续 5 轴 CNC 系统需要在所有 5 个轴上连续调整刀具，以保持刀尖最佳垂直于切割表面。相比之下，3 + 2 方法将元素锁定在一个由围绕 X 和 Y 的旋转轴确定的角度，而刀头在 3 个轴上移动以切割零件。

连续铣削 vs 3 + 2 轴

也许您想知道连续CNC的主要优势是什么？速度。加工过程中无需多次中断切削来改变零件的方向，连续五轴数控铣床速度更快。然而值得注意的是，不断移动的刀头需要更多的运动部件（更高的磨损）和先进的碰撞检测。因此，要成功执行，在机械上和程序上都比较复杂。

这引发了 5 轴世界中的一个重要问题：碰撞。重型切削工具和材料碎片高速飞来飞去，确保没有碰撞是非常重要的。但是教机器如何跟踪 3D 空间中的一切被证明是一项巨大的软件挑战。

软件方面

谈到软件挑战，将 3D 设计从 CAD 软件文件转换为物理刀具路径也是一项重大的工程壮举。只有一些最先进的软件工具才能在现实世界中提供真正流畅的结果。

不难看出 5 轴铣削和 3D 打印之间的相似之处，因此您可能想知道这两种工艺如何比较。简短的回答是：3D 打印和 CNC 是补充，而不是替代，其中 CNC 用于最坚固和最硬的零件。

明显的区别在于，5 轴 CNC 系统主要用于工业应用。 3D 打印也以 SLS 机器的形式出现在这个世界上，这些机器使用激光从大型粉末浴中额外生产物体。虽然两者都可以使用铝等专业品质的材料，但 SLS 3D 打印的一个问题是性能。

铣削与 3D 打印

以下是简短版本：
工业 3D 打印可以有更长的交货时间。
CNC 铣削可以减少大多数订单尺寸的原材料消耗。
在 SLS 3D 打印过程中，整个体积的打印室必须装满粉末才能生产一个零件，无论其大小。并非所有未使用的粉末都可以重复使用，因为在打印过程中必须加热包含粉末的整个腔室。因此，打印作业应该系统地排队和堆叠，以最大限度地提高每个循环中使用的粉末量并减少未使用的空间，因为一些未使用的粉末将被浪费掉。

CNC铣削一般没有这样的限制：只要交付的一块材料与成品模型的大小大致相同，无论模型大小，都会将多余的部分折断以获得最终的几何形状。只要原始材料块的大小与最终零件相似，就不会浪费太多材料。另外，对于一些CNC材料，比如铝材，切割后的材料甚至可以回收利用。

稍微提一下

虽然不像 SLS 那样广泛使用，但电子束熔化 (EBM) 是另一种工业 3D 打印方法，使用的材料更少。这是因为它不需要填充一定的体积，它基本上在创建过程中“燃烧”建筑材料。