五轴数控技术 - 完整指南

反过来，五轴数控技术允许从任何角度切割设计，这赋予了这种加工类型极大的设计自由度。在本指南中，作者讨论了五轴加工与三轴加工的对比，如加工能力、对制造商的好处、应用、选择机床的一些指导原则以及未来的发展。多轴加工工艺完整指南。

5 轴数控技术：揭开制造业复杂几何形状的神秘面纱

五轴数控技术已成为最重要的制造工艺之一，因为它可以制造出前所未有的复杂几何形状。在传统的三轴铣床和车床上，刀具的移动受 X、Y 和 Z 轴的限制，而五轴技术可使刀具在另外两个旋转轴上移动，因此可以从任何方向加工轮廓。这种前景广阔的加工方法真正为各行各业的零件和刀具设计创造了新的机遇。

什么是数控加工 以及这种多轴加工能力与人们更熟悉的三轴设计有何不同？此外，还将讨论 5 轴在提高精度、生产率和盈利能力方面的优势。还将调查关键应用领域，以及在选择合适的五轴数控技术时应考虑的因素。最后，还将分享对该技术未来发展方向的见解。

什么是 5 轴数控加工？

五轴数控技术意味着 数控加工 刀具能够在五个轴上控制零件。这意味着刀头在 X、Y 和 Z 轴方向上具有线性运动方向，在 A 和 B 轴方向上具有旋转运动方向。新的旋转轴可以通过更少的操作来切割更复杂的形状，通常需要三轴加工。

在五轴加工中，所有轮廓都可以在任何方向上进行加工，而不取决于其构造。三轴加工无法在合理时间内完成的许多弯曲和扭曲零件都能轻松完成。因此，5 轴加工非常适合航空航天、模具和医疗器械行业，因为这些行业的零件通常具有雕刻或轮廓形状。

多轴加工的优势

与传统的三轴数控技术相比，五轴数控技术有几个重要优势：

• 通过减少设置提高生产率。复杂工件通常只需要在五轴机床上进行一次设置，而在三轴机床上则需要多次设置。这可节省大量时间和费用。
• 卓越的表面质量。由于使用五轴加工时工件的装夹次数较少，因此因额外的夹具或操作而产生错误的机会也较少。由于加工表面之间的接缝较少，表面光洁度也得到了改善。
• 能够加工较硬的材料。旋转轴可以更有效地排出难加工合金的切屑。刀具寿命更长，金属去除率更高。
• 灵活应对设计变更。五轴加工的开放式结构意味着在加工后期更改零件设计的影响要小于专用的三轴刀具加工。这不仅能节省成本，还能加快产品上市速度。

总之，五轴数控技术中心提供的精度、生产率和设计灵活性拓展了高价值制造行业的可能性。多轴功能可实现全新的零件几何形状。

提高制造精度和效率

采用 5 轴技术提高精度

五轴数控技术的附加旋转轴可在加工操作过程中实现前所未有的精度和控制。有了 5 个连续的插补轴，就可以加工零件表面的每一点，而不会出现接合处的位置误差或设置之间的断切。这种连续运动的水平可使刀具路径和表面更平滑、更匹配。 CAD 和 CAM 设计

使用三轴技术难以或无法精确加工的高雕刻形状，可以使用五轴技术进行重复加工。公差更小，表面光洁度更高，加工痕迹更少。对于需要精确几何形状的行业（航空航天和医疗设备）来说，五轴技术是完美加工的巅峰。

提高生产率，降低成本

与传统的三轴技术相比，五轴数控技术不仅提高了精度，还显著提高了生产效率并节约了成本。

由于采用了旋转轴，每个工件所需的装夹次数减少，五轴加工缩短了加工时间。这直接提高了产量和产能。操作员减少了重新夹紧工件的时间，从而提高了劳动效率。

减少设置还能最大限度地降低人为错误的可能性，并确保更高的重复性。减少加工缺陷的可能性，从而减少废品和返工。

五轴数控技术提高了对坚硬材料的排屑能力，减少了中断切削，从而延长了刀具寿命，降低了生命周期成本。五轴数控技术提高了生产率和公差能力，从而降低了每个零件的总体制造成本。

对于需要在保持最高质量标准的同时最大限度地提高效率的精密制造商来说，5 轴加工是保持现在和未来竞争力的关键投资。增强的功能为生产带来了可量化的重大改进。

解锁复杂零件设计

五轴加工的多功能性

的旋转轴 5 轴数控机床 为工程师减少零件数量和简化设计提供了多功能解决方案。有了五轴，通常需要多次设置的相互依存的特征现在可以在一次装夹中按顺序生产。这就为设计人员提供了更大的自由度，使他们可以组合操作和合并零件。

模具、涡轮叶片和航空航天部件上的复杂轮廓，如在拐角处缠绕或在表面上平滑融合，都非常适合采用五轴数控技术。不受三轴固有的夹具接头和过渡位置的限制，几乎可以连续加工任何倾斜或下降的特征轮廓。

开放式结构也使 5 轴成为小批量生产的灵活选择。频繁的设计变更需要在三轴上安装新的夹具和工具，而五轴的多任务处理能力通常可以更灵活地满足这些要求。

满足先进制造业的需求

各行各业的技术不断进步，推动了比以往任何时候都更加复杂和优化的零件设计。对于努力满足这些技术需求的制造商来说，五轴数控技术是一个关键的推动因素。

用于医疗植入物的复杂有机形状、带有扭曲过渡的航空支架以及带有下切型腔的轮廓模具，都需要在加工操作过程中进行五面加工。5 轴加工系统可满足这一需求，实现真正的 5 面加工能力。

采用五轴数控技术可确保制造商有能力加工越来越复杂的设计，同时最大限度地提高效率、质量和盈利能力。多轴灵活性支持小批量原型设计和高精度生产要求。

利用多轴功能实现复杂的几何形状

的旋转轴 人工智能驱动的数控系统 为突破传统制造界限的几何形状开辟了新的领域。汽车、航空航天和消费品行业的精雕细琢均可通过连续五轴刀具路径实现。

现代工业设计中的暗切型腔、扭曲过渡和紧密混合的表面，都需要只有这些机床才能提供的五轴联动插补功能。通过五轴数控技术，复杂的有机形状和优化的轻质结构成为可能。

广泛应用于各行各业

利用五轴加工技术加工航空航天部件

飞机部件设计不断通过先进的几何形状来提高效率。风扇叶片、压缩机叶片和机身部件往往具有围绕复杂曲线的轮廓。五轴数控机床可在一次装夹中从实心坯料中精确加工出这些复杂的设计。

领先的航空航天制造商依靠五轴技术小批量生产发动机部件以及机翼和机身部分。一次加工整个外部模具线和内部型腔可简化生产。5 轴加工技术可提供满足航空航天公差要求的精度。

受益于精密 5 轴加工的医疗设备

骨科和心血管植入物的外形在人体解剖结构中蜿蜒曲折。在加工这些弯曲的植入体几何形状时，从多个角度使用刀具至关重要。五轴数控技术可实现微米级复杂细节所需的复杂切割。

从骨科支架到支架，相对于单件装配，五轴多工位技术缩短了复杂医疗植入物的生产周期。高表面质量有助于防止污染。一致的尺寸控制支持严格的 FDA 准则。

汽车行业采用复杂部件生产技术

随着汽车采用更先进的轻质材料和复杂的设计，铝和复合材料的五轴加工越来越普遍。汽缸盖等发动机部件现在集成了油道和复杂的轮廓。

通过多轴生产，以前由焊接件连接的压铸节点和硬化镁变速箱壳体现在可以作为整体件进行加工。复杂的发动机罩和车身面板也可以采用五轴数控技术制造。

选择合适的 5 轴机床

考虑机器配置

在选择五轴机床时，有几个关键因素需要考虑：

• 工作空间 - 工作台尺寸和最大工件尺寸/重量容量。确保能够处理预期的工件。
• 工具系统 - 与手动工具相比，自动工具更换器可节省时间。成组工具可提高产量。
• 主轴技术 - 大功率主轴，适用于韧性材料。水冷式主轴能很好地控制热量。
• 旋转轴配置 - 最常见的是耳轴工作台（B 轴）加头架（A 轴）。其他选择需要权衡利弊。
• 刚性--坚固的机器结构对高速/高进给量下的精度至关重要。
• 自动化选项 - 自动装载/卸载单元将机器整合到生产流程中。

选择控件和附加功能

控制系统是开启 数控机床的用途 能力。寻找：

• 5 轴同步轮廓加工复杂表面
• 加工前进行大量刀具路径编程/模拟
• 与 CAD/CAM 软件集成
• 用于熄灯操作的自动化软件

探针系统、旋转夹具和条形送料器等附加装置提高了灵活性。

评估成本与能力

功能更强的五轴数控技术投资更大，但性能更优：

• 通过五面同时切入，更快地加工疑难工件
• 五轴刀具路径带来更大的设计自由度
• 通过合并多表面操作节省刀具/夹具成本
• 5 轴同步切割和自动化功能提高了生产率

其价值主张是最大限度地提高复杂工作的产量，同时达到行业要求的精度和表面质量。

考虑当前的生产需求和业务可能的增长，确保选择的五轴机床能够满足长期需求。前期投资可以带来持续的收益。

保持最佳的 5 轴机床性能

建立日常维护做法

要最大限度地延长五轴数控技术的正常运行时间并提高其生产率，必须勤加维护。为以下方面制定时间表：

• 每周给线性导轨、电缆和接头涂抹润滑脂，以减少磨损
• 每天清洁/吸走可能导致缺陷的金属屑
• 每月更换冷却液，保持切割面润滑
• 每年检查/更换滚珠丝杠等磨损部件
• 每半年对电柜、电机等进行一次大检修。

与熟悉设备的机床服务提供商合作。

通过定期校准确保精度

校准可确保在机器的整个生命周期内保持精度：

• 激光校准检查线性轴位置季度漂移
• 使用旋转台每半年测试一次 A/B 轴的旋转情况
• 每年对各种固定装置和表面进行探测，以确保精度符合要求

使用经认证的校准设备和合格的校准技术人员。

及时更新软件和组件

实现最佳性能：

• 安装所有制造商推荐的硬件/软件更新
• 主动更换机器灯、屏幕等消耗品
• 根据最新的 CAM 系统版本更新后处理器
• 维护控制器和关键部件的支持合同
• 储备推荐的备件，以便在需要时快速更换。

通过积极主动的维护，五轴数控技术的可靠性和精确性可以在数十年的使用过程中保持最高的制造能力。

五轴数控加工的未来

与时俱进的技术

随着技术的不断涌现，五轴数控技术的发展速度也在不断加快：

• 集成人工智能优化刀具路径，通过识别特征减少设置次数
• 增强现实技术为操作员提供帮助，加强培训和远程支持
• 自动工具测量确保关键操作前的准确性
• 增材制造可打印用于 5 轴加工复杂冷却剂通道的软夹具
• 工业 4.0 连接通过传感器监测实现预测性维护

由于 计算能力增长因此，实时流程自动化和质量控制的潜力不断扩大。

通过创新实现可持续性

优先考虑绿色倡议：

• 再生驱动装置捕捉制动能量，减少能源消耗
• 冷却液集雾器可降低液体消耗量 95% 以上
• 混合动力/电主轴概念缩小了机床占地面积
• 碳纤维等新材料需要新颖的加工方法
• 单夹具 5 轴减少了设置/缺陷，降低了废品率

可持续的进步延伸到切削工具、加工工艺等领域。

继续成为卓越制造的基石

多轴技术将继续使顶级生产商脱颖而出：

• 航空航天、医疗和其他精密行业依靠五轴系统提高质量
• 复杂模具和轻质汽车零件推动了 5 轴技术的应用
• 小批量生产受益于灵活的 5 轴生产
• 在各行各业，优化设计推动了 5 轴的进一步实施

随着零件几何形状的发展，五轴数控技术将使制造商能够实现最复杂的概念。结合数字化转型，它将使工厂保持全球竞争力。

融合

总之，五轴数控技术为复杂的零件设计和几何形状提供了广阔的应用空间，真正实现了制造业的革命性变革。生产功能的增强推动了五轴技术在以下行业的广泛应用 航天, 车载, 医疗器械 以及更多。

五轴设备能够同时加工所有方向的轮廓，因此具有无与伦比的精度、更少的设置、更简便的夹具和最佳的表面光洁度。这些优势可直接转化为更高的生产率和更低的单件成本。随着使能技术的不断进步，五轴制造技术的发展潜力依然巨大。

五轴数控技术中心和多任务机械的采用为全球卓越生产确立了新标准。那些追求领先能力、最大设计灵活性和真正熄灯自动化的企业正在采用多轴解决方案。随着零件设计的复杂性不断提高，五轴加工在未来仍将是支撑世界级制造的基石工艺。

常见问题

问：5 轴机床可以切割哪些材料？

A: 实际上，任何金属合金、复合材料或塑料都可以通过五轴数控技术进行加工，这取决于特定机床的马力和刚性。常见的材料包括铝、钛、inconel、硬质合金和淬火钢。

问：五轴机床比三轴机床贵多少？

A: 五轴机床的成本通常是同等尺寸三轴机床的 2-3 倍。不过，由于功能增强，复杂零件的加工效率更高，因此有助于抵消初始投资。

问：使用 5 轴需要多少编程知识？

A: 现代 CAM 软件使具有三轴经验的程序员也能轻松掌握五轴数控技术。对于复杂零件，额外的多轴刀具路径策略培训可能会有所帮助。

问：哪些行业最受益于 5 轴加工？

A: 航空航天、模具、医疗和能源行业由于经常使用复杂的轮廓设计和严格的公差要求，因此回报率最高。