我來(lái)介紹一下當今切削加工技術(shù)中堪稱(chēng)最新的“5軸加工”。想必設計、制造機械零件的人都會(huì )聽(tīng)到過(guò)這個(gè)詞。5軸加工意思是利用支持5軸加工的加工中心實(shí)施的切削加工。這樣的加工中心也通稱(chēng)為“5軸加工機”或“5軸加工中心”。
通常的加工中心只能在X、Y、Z這三個(gè)軸上運動(dòng)，因此也稱(chēng)為“3軸加工中心”。相對于此，5軸加工具有如下優(yōu)點(diǎn)：節省 3軸加工中心花費時(shí)間實(shí)施的更換工序，能夠縮短工序，能夠實(shí)施3軸加工中心無(wú)法完成的加工。
3軸加工中心與5軸加工中心究竟哪里如何不同呢？首先讓我們從結構上看一下。
圖1-1是3軸加工中心和5軸加工中心的內部區域的外觀(guān)。3軸加工中心如此前介紹的那樣，由固定工件的工作臺和主軸構成。
主軸相對于工作臺能夠在左右方向（X軸）、前后方向（Y軸）、上下方向（Z軸）這三個(gè)軸向上移動(dòng)。立銑刀安裝在主軸上，在旋轉的同時(shí)，沿三個(gè)軸向自由移動(dòng)，切削工件。如前所述，由此能夠實(shí)現包括 3D 加工在內的各種形狀。
5軸加工中心是在X、Y、Z三個(gè)軸的基礎上增加了兩個(gè)旋轉軸的機構。圖 1-1 是典型的搖籃式5軸加工中心的結構。工作臺可在兩個(gè)軸的旋轉方向上自由傾斜：繞X軸旋轉方向（A軸）和繞Z軸旋轉方向（C軸）。由于繞A軸旋轉的機構像搖籃一樣運動(dòng)，所以名稱(chēng)為搖籃。

此外，還有在主軸側附加單軸旋轉功能或在主軸附加2軸旋轉功能的情況（所謂的5面加工中心）。5軸加工中心有了這樣的機構，究竟能做什么呢？我們來(lái)看一下具體動(dòng)作的示意圖吧。參見(jiàn)圖1-2。

首先，如（1）所示，如果將工件直接放置在工作臺上進(jìn)行加工，則上表面與主軸正對。正好是能夠切削涂紅的表面的范圍。如果在該狀態(tài)下將 A 軸傾斜 90 度，則成為(2)的狀態(tài)。在(1)的狀態(tài)下無(wú)法切削的面與主軸正對而能夠切削。
進(jìn)而，如果將 C 軸傾斜 90 度，則成為(3)的狀態(tài)，能夠加工下一個(gè)表面。如果在該狀態(tài)下繼續旋轉 C 軸，則可以連續不斷地加工其他面。也就是說(shuō)，只要安裝上工件，就能在該狀態(tài)下對除了底面之外的所有面進(jìn)行加工。由此能夠省略更換工序，有望因縮短工序而縮短加工時(shí)間，提高加工精度。
當然，5軸加工中心可以旋轉的不僅是圖1-2那樣的90度。A軸和C軸均能設置為任意的角度，A軸和C軸能夠單獨旋轉。此外，A 軸、C 軸和 X、Y、Z 五個(gè)軸可以同時(shí)動(dòng)態(tài)運動(dòng)。
通常的5軸加工中心的使用方法是將A軸和C軸傾斜一定角度進(jìn)行加工→傾斜到下一個(gè)角度進(jìn)行加工，移動(dòng)主軸時(shí)會(huì )事先停止旋轉軸。這種加工方法稱(chēng)為“固定5軸加工”或“分度5 軸加工”。
相對于此，同時(shí)移動(dòng)包括旋轉軸在內的所有軸的加工方法稱(chēng)為“5軸聯(lián)動(dòng)加工”。所謂葉輪等就是只能進(jìn)行5軸聯(lián)動(dòng)加工的形狀。
此外，5軸加工中心還有C軸高速旋轉、具備能夠像車(chē)床那樣進(jìn)行車(chē)削加工的功能的機型。

為了讓大家感受到5軸加工的威力，讓我們以樣品零件為例，模擬體驗一下5軸加工。要通過(guò)5軸加工來(lái)制作圖 2-1、2-2那樣的塊件會(huì )怎樣？讓我們一起體驗一下。

3軸加工中心的加工簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)如下所述。

1.??? [面1]的加工工序準備

2.??? [面1]的加工 （切口、螺紋孔）

3.??? [面2]的加工工序準備

4.??? [面2]的加工 （螺紋孔、銷(xiāo)孔）

5.??? [面3]的加工工序準備

6.??? [面3]的加工 （凹槽）

在加工各個(gè)面之前，一定要進(jìn)行工序準備工作。該工序準備工作包括工件找平行、原點(diǎn)設置等需要技術(shù)既能的謹慎工作。工序準備工作越多，加工時(shí)間也越長(cháng)，越會(huì )因工作誤差而導致尺寸精度變差。
另一方面，5 軸加工中心的加工怎么樣呢？請再看一下圖 2-1塊件圖紙。

首先在5軸加工中心的工作臺上安裝機用虎鉗。5軸加工中心的情況下，多會(huì )使用像這樣抬高加固的虎鉗固定工件。理由是在傾斜C軸時(shí)，避免工作臺與主軸相互干擾。
對機用虎鉗找平行和定原點(diǎn)，固定工件。然后設置工件的原點(diǎn)，安裝刀具，創(chuàng )建加工數據。至此工序準備工作完成。
接下來(lái)進(jìn)入加工。加工[面1]后，旋轉A軸，加工面2，然后旋轉C軸，加工面3，完成。在此期間，無(wú)需將工件取下，更換工序。能夠一口氣連續加工。

工序如下

1.??? 加工工序準備

2.??? 加工面 1

3.??? 旋轉A軸→加工[面2]

4.??? 旋轉C軸→加工[ 面3]

如此，利用5軸加工中心進(jìn)行的加工能夠省略加工工序準備。

5軸加工的優(yōu)勢并非只是能夠省略更換工序，還能夠細微地控制斜度，因此具有能夠從各種角度靠近工件 的優(yōu)點(diǎn)。下面介紹幾個(gè)5軸加工的優(yōu)點(diǎn)成都網(wǎng)站制作。

5軸加工并非僅是能夠簡(jiǎn)單地省略工序準備來(lái)加工6面體。5軸加工還能夠加工必須從各種角度進(jìn)行加工的復雜形狀，這一功能發(fā)揮著(zhù)巨大的威力。沒(méi)有5軸加工，就需要針對每個(gè)斜度制作專(zhuān)用的夾具等，耗時(shí)費力，無(wú)法實(shí)現。
5軸加工能夠自由地控制角度、朝向，因此無(wú)需專(zhuān)用夾具等。由此，可能能夠答復減少初期產(chǎn)品的制作工時(shí)和成本。例如，讓我們思考一下3-1那樣的塊件的加工。有相對于傾斜面垂直開(kāi)設的凹槽形狀。

要使用通常的3軸加工中心加工這樣的傾斜面，就需要使傾斜面與主軸正對，因此需要耗費功夫?？梢钥紤]一是使用帶傾斜功能的虎鉗等工具的方法，另一個(gè)是制作專(zhuān)用夾具的方法。帶傾斜功能的虎鉗例如可以使用圖3-2所示的虎鉗。在3軸加工機上，要使用這樣的虎鉗固定工件，調整為想加工的角度。但耗時(shí)費力，而且只是進(jìn)行模仿性的工作，因此加工精度也較差。

專(zhuān)用夾具例如如圖3-3所示。制作這樣的夾具，將其夾在工件下，由此在3軸加工中心中也能改變工件的斜度進(jìn)行固定。

例如如圖3-4所示進(jìn)行固定。這樣便能夠使用3軸加工中心加工傾斜面的凹槽。當然，在該情況下，另一個(gè)傾斜面的凹槽也需要單獨的專(zhuān)用夾具。

可以想象這需要多少工時(shí)人力。

只要是5軸加工中心，就無(wú)需這么費事。將工件固定于工作臺，使A軸和C軸在設備上旋轉，立刻就能加工成都網(wǎng)站建設公司。

5軸加工中，雖然沒(méi)有被特別宣傳，但其能夠在工件為傾斜的狀態(tài)下使刀具抵接工件，這具有如下優(yōu)點(diǎn)。其一是能夠根據情況縮短刀具的突出量。其二是球頭銑刀頂端以外的部分也能切削工件。
突出量時(shí)從刀具頂端到刀架端面之間的距離。以前曾經(jīng)講過(guò)，刀具的直徑（D)與突出量（L)之間的關(guān)系應該滿(mǎn)足L/D ≤ 5。當突出量過(guò)長(cháng)時(shí)，刀具的振擺增大，加工精度變差，切削后的表面粗糙，精加工效果不佳。
讓我們思路一下例如加工圖3-5那樣的零件（L型塊件）的情況。

該L型塊件的至內側為止的深度為120mm，其內角倒角為R5。要想使用3軸加工中心加工它，則如圖3-6(1)所示。

內角倒角為R5，因此所使用的立銑刀為φ10的球頭銑刀。而且為了避免立壁與刀架相干擾，必須加長(cháng)球頭銑刀的突出量。突出量最少需要為120mm。
在這種情況下，突出量 (L) 120 mm ÷ 刀具直徑 (D) 10 mm = 12.0。這意味著(zhù)與本應為 L / D ≤ 5 的情況相比，突出量太大了。如果直接進(jìn)行切削，表面可能會(huì )整體變得粗糙，在某些情況下，刀片可能會(huì )在加工過(guò)程中斷裂并損壞工件。
使用5軸加工中心進(jìn)行加工時(shí)，可以將工件傾斜到方便的角度，因此不必擔心刀架出現圖 3-6 (2) 所示的干擾情況，并且可以減少突出量。
由此能夠制作 3 軸加工無(wú)法加工的形狀。通過(guò)減少突出量，還能夠精加工出漂亮的表面。

此外，球頭銑刀的頂端的轉速為零。換句話(huà)說(shuō)，在旋轉中心附近幾乎沒(méi)有切削力。這是因為其被強行壓在工件上進(jìn)行切削。如果利用5軸加工，使工件傾斜，將立銑刀抵住工件，則該轉速為零的部分不會(huì )與工件接觸。
換句話(huà)說(shuō)，由于工件被有切削力的部分切削，因此還有能夠精加工出漂亮的表面的優(yōu)點(diǎn)成都網(wǎng)站制作。

5軸加工中心的真正價(jià)值在于它可以實(shí)施使X、Y、Z三個(gè)軸和A、C兩個(gè)旋轉軸同步、同時(shí)邊控制邊使之運動(dòng)的“5軸聯(lián)動(dòng)加工”。
這要求加工機和CAM必須支持5軸聯(lián)動(dòng)加工，且加工數據的創(chuàng )建也極其困難。工作臺和主軸都是動(dòng)態(tài)移動(dòng)的，所以如果設置中稍有疏忽，主軸和工作臺就會(huì )立即發(fā)生碰撞。
它需要固定 5 軸加工所不具備的先進(jìn)技術(shù)。我想日本也很少有能夠熟練使用同時(shí)5 軸加工的加工企業(yè)。本文無(wú)法展現其運動(dòng)，但請在互聯(lián)網(wǎng)上觀(guān)看“5軸聯(lián)動(dòng)加工”的視頻等。
5 軸聯(lián)動(dòng)加工能夠制作以“葉輪”為代表的滿(mǎn)是凹切的復雜形狀。圖 4-1 所示的零件就是其典型示例。

在固定5軸加工中，需要使工作臺以某個(gè)斜度停住進(jìn)行加工，然后使工作臺以下一個(gè)斜度停住進(jìn)行加工，如此逐個(gè)固定工作臺的斜度。雖然像葉輪那樣的復雜形狀也可以通過(guò)多次改變斜度來(lái)加工，但可以想象這將需要花費多大的人力。
相對于此，在 5 軸聯(lián)動(dòng)加工中，能夠使工作臺與主軸運動(dòng)同步，同時(shí)使工作臺連續傾斜進(jìn)行加工。只要有立銑刀進(jìn)入的間隙，就可以巧妙地避開(kāi)工件，在不停止工作臺的情況下進(jìn)行連續加工。
請記住，5 軸聯(lián)動(dòng)加工在加工如此復雜的形狀時(shí)最有效成都網(wǎng)站建設公司。

5軸加工雖然萬(wàn)能，但因其機構特點(diǎn)仍有一些需要注意的事項成都網(wǎng)站制作。

如您所見(jiàn)，與普通的 3 軸加工中心相比，5 軸加工中心追加了 2 軸旋轉用的機構。換句話(huà)說(shuō)，設備的結構變得復雜，一般而言，它的剛度比3軸加工中心差。尤其是使用5軸加工中心那樣的形狀復雜的零件例如飛機零件等，為了減輕重量，往往采用薄壁結構，90%以上的材料都變成了刨花的零件也經(jīng)?？吹?。
切削加工的基礎是 (1) 切削體積的粗加工、(2) 精高精度加工表面的精加工。 ①粗加工時(shí)，使用盡可能大的刀具以較大的進(jìn)給量進(jìn)行切削。這種加工在切削時(shí)的阻力較大，也被稱(chēng)為“重切削”。
但是，5軸加工中心在結構上“奢華”，不適合重切削。
例如，如果要使用 5軸加工中心對阻力大的不銹鋼進(jìn)行重切削，則加工中心本身可能會(huì )振動(dòng)并對工件產(chǎn)生不利影響。當然也必須注意加工要輕柔，用小刀具減少阻力。

在粗加工中，雖然不介意精度希望盡快完成時(shí)，但由于加工中心的振動(dòng)令人擔心，最終還是慢慢加工。

換句話(huà)說(shuō)，在許多情況下區分使用3軸加工中心和5軸加工中心至關(guān)重要，即粗加工時(shí)使用 3 軸加工中心進(jìn)行重切削，然后將工件轉移到5 軸加工中心上，進(jìn)行精加工或者切削只能利用5 軸加工才能完成的部分。加工現場(chǎng)最好能適當區分使用3軸加工中心和5軸加工中心，但是如果現場(chǎng)只有5軸加工中心，則可能不得不使用5軸加工中心來(lái)從事其本來(lái)不擅長(cháng)的重切削。

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前文中說(shuō)明了5 軸加工中心能夠省略更換工序，因此容易提高加工精度。但是要說(shuō)5 軸加工中心的加工的精度就一定高嗎？其實(shí)也不盡然。
5 軸加工中心的工作臺是旋轉的，因此有時(shí)在進(jìn)行最初的工序準備時(shí)，誤差會(huì )增大。例如，如圖5-1所示，要加工同軸的沉孔至關(guān)重要的塊件。在通孔的兩端，施加沉孔加工。在該零件的功能上，該沉孔加工的同軸度至關(guān)重要。

我們來(lái)使用5 軸加工中心如圖5-2所示加工沉孔部分。
此處假設在如（1）所示固定工件時(shí)，工作臺的旋轉中心與工件的加工原點(diǎn)偏離。設偏離量為D。
假設在加工了單側的沉孔后，使工作臺繞C軸旋轉180 度，加工相反側的沉孔，則會(huì )在偏離量為 2 倍（即 2D）為位置進(jìn)行加工。如果沒(méi)有注意到這一點(diǎn)而進(jìn)行加工，則本來(lái)同軸度很重要，但最后加工出的同軸度卻存在巨大偏差。
必須始終注意像這樣因旋轉工作臺導致誤差增大的可能性。

5 軸加工中心與3 軸加工中心相比，增加了2軸，結構相應地復雜些。即使是相同尺寸的加工中心，5 軸加工中心的工作臺的大小也往往更受限。也就是說(shuō)，5 軸加工能夠處理的工件的大小比3 軸加工中心受限。
從設備的大小角度看，可能會(huì )感覺(jué)只能處理小件產(chǎn)品。擁有能處理較大工件的加工中心的加工企業(yè)也很有限。
要記住，5軸加工中心的工件尺寸往往受到限制成都網(wǎng)站建設公司。

事實(shí)上5 軸加工中心比3 軸加工中心采購費用高。而且還要引進(jìn)制作支持5 軸加工的數控數據的應用程序（CAM）等，針對5 軸加工進(jìn)行定制設置。
所以要記住5軸加工中心的加工單價(jià)也相應較高成都網(wǎng)站建設公司。

5軸加工并非能夠加工全部6個(gè)面。固定時(shí)成為底面的面無(wú)法加工。因此基本上在進(jìn)行5軸加工前，都需要通過(guò)其他工序加工底面。
而且很多情況下還必須研究如何在5軸加工機上固定工件。除了此次介紹的機用虎鉗外，還有需要專(zhuān)用夾具的情況等。由于加工精度會(huì )因固定精度而產(chǎn)生巨大變動(dòng)，因此進(jìn)行5軸加工前的預先準備至關(guān)重要成都網(wǎng)站建設公司。

此次介紹了目前切削加工的最新技術(shù)即5軸加工。5軸加工的優(yōu)缺點(diǎn)總結如下。

優(yōu)點(diǎn)

缺點(diǎn)

?? ?可以省略工序準備次數，通過(guò)縮短工序，有望降低成本和提高加工精度。

? ??可以縮短刀具的突出量，并且旋轉中心以外的部分也能切削，因此能夠精加工出漂亮的表面。

? ?可以實(shí)現只能通過(guò)縮短刀具突出量才能完成的形狀。

? ?可以實(shí)現葉輪等只能利用5軸聯(lián)動(dòng)加工才能切削的產(chǎn)品。

? 結構上不適合重切削（在某些情況下，可能需要與 3 軸加工機結合使用）。

? 可處理的工件尺寸相對于加工機尺寸較小。

? 加工精度并不總是很好

? 加工費更高

? 總有一面無(wú)法加工，必須在其他工序中進(jìn)行加工。

我認為可以在設計時(shí)考慮5軸加工，但最好是在充分考慮了這些優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)的基礎上反應到設計中。5軸加工中心既不是能夠僅憑自己一臺就高效完成所有工序的萬(wàn)能加工中心，也不是3軸加工中心的完全上位的兼容機器。
希望大家理解5軸加工中心存在一些其特有的問(wèn)題，請適當的距離感巧妙地使用它。