3轴和5轴CNC加工
数控加工 是一种先进的减材制造技术，利用计算机控制的数控设备生产复杂的零部件。数控机床的轴数各不相同；3轴和5轴机床在制造业中最为常见。轴数是指切削刀具能够移动并进行加工的轴数。
它们之间的差异体现在操作、精度、生产速度以及可处理的设计复杂性方面。因此，选择合适的机器类型以满足您的生产需求，需要对3轴和5轴CNC进行比较了解。
| 方面 | 五轴数控 | 五轴数控 |
| 轴运动 | 仅线性（X、Y、Z） | 线性（X、Y、Z）+旋转（A、B） |
| 机器设置 | 操作简单，耗时少，中等技能即可 | 复杂，需要先进的 CAM 和熟练的操作员 |
| 形状和特征 | 肥胖表面、孔、螺纹、简单的 3D 零件 | 自由曲面、底切、深腔、复杂 3D 轮廓 |
| 平台精度 | 公差~±0.125毫米 | 高精度~±0.0125毫米 |
| 表面处理 | 表面更粗糙（Ra 0.8–3.2 µm） | 光滑细腻的表面（Ra 0.4–1.8 µm） |
| 生产速度 | 对于简单零件来说速度很快，对于多面加工来说速度较慢 | 连续加工提高速度和效率 |
| 成本 | 约 50,000 美元；时薪较低 | 约 100,000 美元以上；每小时/工具成本更高 |
| 应用 | 汽车零部件、支架、平面铣削、通用加工 | 涡轮叶片、模具、植入物、航空航天部件 |
什么是五轴数控机床？
3 轴数控铣床
三轴机床的定义是，其工作方式为，工具（或工件）可以围绕 X、Y 和 Z 三个不同的轴移动。每个轴代表一个线性方向；X 轴表示左右，Y 轴表示前后，Z 轴表示上下。
它适用于制作二维特征和简单的三维形状。其设置和操作比四轴或五轴机床更简单。此外，三轴机床也有很多不同的版本，例如数控铣床、车床和三轴加工中心。您可以阅读以下三轴机床之间的区别： 数控车床与车削中心 和 铣床与铣床车床 点击此处。
您可以在三轴 CNC 中执行切割、钻孔、开槽、端面铣削、螺纹加工和其他标准加工操作。其局限性在于，您需要重新配置设置才能加工工件的另一个平面。不过，您仍然可以在某些层面创建复杂的几何形状。
三轴加工优势
- 简单设置： 三轴 CNC 的机器设置、刀具夹紧和刀具路径编程简单且耗时较少。
- 低成本： 3 轴 CNC 机床的成本约为 50,000 美元，每小时加工成本低于 4 轴或 5 轴加工中心。
- 对于简单零件来说速度更快： 对于加工简单的3D形状，生产速度很快。
- 易于操作： 具有中等技能水平的操作员可以操作三轴 CNC 加工工艺。
三轴加工的缺点
- 有限的复杂形状： 加工工件的所有平面都需要重新夹紧，并且不能产生底切和复杂的轮廓。
- 较低精度： 三轴 CNC 的一般公差低至±0.125 毫米，这对于精度敏感的应用来说是不够的。
- 生产速度： 较慢的循环时间会降低生产速度，不适合大批量生产。
- 单平面加工： 在三轴数控机床中，刀具的加工范围仅限于单个平面。您需要重新夹紧工件并重新定位刀具才能进行多面加工。
什么是五轴数控机床？
5轴数控加工
五轴数控机床可以沿五个不同的轴移动工件或切削刀具：三个线性轴和两个旋转轴，X、Y、Z、A 和 B。X、Y 和 Z 指的是相同的左右、前后和上下方向。
因此，A 是围绕 X 的旋转轴，B 是围绕 Y 或 Z 的旋转轴。这意味着您可以旋转和倾斜工件进行多面加工，而无需更改设置。
如果我们比较 3、4、5 CNC加工显而易见，附加轴显著提升了加工能力，而5轴加工则能更好地触及难以触及的区域。连续加工可实现复杂形状和轮廓的加工。因此，您可以制造出精度高、表面光滑的复杂工件。
您可以使用五轴加工中心、铣床和车床执行专门的加工操作。例如，轮廓铣削、底切加工、轮廓轮廓加工、雕刻加工和螺旋铣削。
如果您对机械加工操作感兴趣，请阅读 铣削与钻孔 和 电火花加工与铣削 点击此处。
三轴加工优势
- 复杂的3D形状： 五轴加工允许对工件的多个侧面进行连续加工。它可以加工不规则轮廓、底切、角度特征等。
- 高生产速度： 沿五轴同时加工比 3 轴或 4 轴机床更快地生产出最终零件。
- 高效： 由于无需多次更换刀具和作业设置，五轴加工可减少停机时间并提高生产效率。
- 精度和准确度： 刀具的均匀啮合可加工出精密的零件。同时，公差可达到±0.0125毫米，甚至更低。
- 表面处理： 连续的刀具方向控制和减少的重新定位产生了精细而光滑的加工表面。
三轴加工的缺点
- 初始成本较高： 行业标准的 5 轴 CNC 机床成本超过 100000 美元，安装成本昂贵，每小时加工成本也很高。
- 复杂的设置和刀具路径： 机器设置、操作和刀具路径优化非常复杂，需要高水平的专业知识。
- 更高的模具成本： 通常，它需要更短且更坚固的切削刀具，这比常规刀具选项更昂贵。
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3 轴和 5 轴 CNC 加工之间的差异
在以上讨论中，我们了解了三轴和五轴机床的概念、优缺点。现在，让我们根据它们的性能、成品质量、成本、周期时间和定制化程度进行正面比较。
轴运动
三轴数控机床仅限于线性轴运动，只能沿左右、前后和上下方向移动。这使得加工复杂设计中难以触及的区域变得非常困难。而五轴加工则允许使用两个旋转轴，从而更好地控制复杂的特征。
设置复杂性和编程
在三轴加工中，夹具和工件夹持不太复杂，CNC编程也相对简单。另一方面，五轴CNC加工需要更复杂的设置。此外，由于刀具路径复杂，并且需要考虑刀具倾斜和旋转，CNC编程也比较复杂。您需要先进的CAM软件来实现这一点。
复杂的形状
5轴数控加工零件
更高轴的能力允许通过轮廓加工和深切等专门的加工操作来创建复杂的零件。3 轴 CNC 用于平面、盲孔和通孔、螺纹、简单的 3D 形状、雕刻表面、倒角、圆角等。
相比之下，五轴机床具有更广泛的功能，包括自由曲面和曲面、复杂的 3D 轮廓、底切、深腔和倾斜表面。
生产速度和效率
如果您生产中小批量的简单零件，3 轴机床的生产速度仍然可以与 5 轴机床相媲美。否则，生产周期会更慢。5 轴机床无需更改刀具设置和定位即可进行连续加工，从而提高了生产速度和效率。
成本
三轴和五轴机床的典型成本分别为 50000 美元和 100000 美元。此外，由于需要先进的刀具、精密的夹具和专用软件，五轴机床的单件生产成本或每小时加工成本更高。
表面光洁度质量
3轴和5轴CNC加工
3轴加工的成品表面光洁度可能存在刀痕和毛刺，而5轴加工则能使表面更加光滑。3轴加工的典型表面粗糙度值 (Ra) 范围为0.8至3.2 µm，5轴加工的典型表面粗糙度值范围为0.4至1.8 µm。
定制和设计自由
由于轴运动较少且刀具方向固定，3 轴加工的设计自由度有限。对于复杂的特征，需要多次设置，这会增加加工周期。而 5 轴 CNC 则提供了更高的灵活性和定制化程度。它允许通过一次设置加工复杂的形状、曲面和多面特征。
应用
5轴数控应用
三轴数控机床用于简单且通用的制造，例如汽车零件、钣金零件、钻孔、平面铣削、支架以及中等轮廓表面的加工。另一方面，五轴机床则用于制造对精度要求更高的复杂零件，例如医疗植入物、涡轮叶片、模具以及飞机部件。
（您想了解更多有关制造工艺的应用吗？点击 钣金与机加工零件 在这里。）
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3 轴和 5 轴铣削有什么区别？
3轴铣削与5轴铣削
首先，铣削是一种涉及旋转刀具和固定工件的加工工艺。铣床或加工中心通常用于铣削加工。在三轴铣削中，刀具安装在主轴上，主轴可沿 X、Y 和 Z 轴移动。它可以进行切削、轮廓加工、 螺纹铣削与攻丝、钻孔等
相比之下，5轴铣削可以处理复杂的几何形状、底切、复合角度和自由曲面。刀具可以从多个角度接近工件。因此，额外的两个轴可以同时倾斜和旋转工件。
阅读更多：
受益于 3 轴和 5 轴 CNC 加工的行业
CNC 加工广泛应用于各个行业，从一般加工用途到航空航天和医疗行业的精密零件。3 轴 CNC 加工用于简单的工业产品，而 5 轴机床用于复杂且精度敏感的应用。
受益于三轴数控加工的行业
汽车行业
三轴加工可以更快地生产汽车行业中的各种结构和发动机部件。例如，发动机支架、气缸盖、变速箱壳体、悬架支架、紧固件等。
航空航天工业
虽然关键的飞机部件是用高轴数 CNC 机床制造的，但简单的零件和内部部件则采用三轴加工。例如，支架、轴和一些起落架部件。
消费类电子产品
消费电子组件，例如外壳、散热器和斜面部件，均采用三轴加工制造。此外，塑料和金属材料均可加工。
工装和夹具
三轴机器可以以具有竞争力的成本生产不同的工具和夹具组件，例如夹具板、简单夹具和定位凸台。
受益于三轴数控加工的行业
医疗行业
医疗诊断组件和植入物必须高度精确，以确保诊断准确和患者安全。CNC 5轴加工可以制造定制植入物和其他医疗组件，公差低至 ±0.005。
航空航天工业
五轴加工提供严格的公差，并可处理复杂的几何形状，这对于飞机的性能和安全至关重要。它可用于结构框架、涡轮部件、玻璃熔丝外壳、叶轮肩部和涡轮叶片轮廓。
模具
五轴数控系统能够加工复杂的内部特征并具有良好的表面光洁度，是模具制造的关键方法之一。因此，它在注塑模具、铸造模具等制造中大有裨益。
ProleanTech 的多轴 CNC 加工解决方案
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结语
尽管三轴和五轴数控加工在制造过程中具有相同的功能，但它们之间存在一些差异。三轴机床非常适合加工可通过标准加工工艺制造的简单零件。另一方面，五轴机床可以执行专门的加工操作，并制造具有曲面、深腔、底切和自定义轮廓的复杂机械部件。
最后，选择取决于您设计的几何复杂度、所需的精度、光洁度和产量。因此，请确定您的需求，并分析3轴或5轴加工是否能够以具有竞争力的成本提供更好的结果。
常见问题
五轴数控机床有哪些缺点？
5 轴 CNC 机床的前期成本较高，需要复杂的编程，并且 5 轴配置在某些情况下可能会牺牲刚性。
5 轴加工有哪些好处？
5 轴加工可实现复杂的几何形状、改善表面光洁度、缩短循环时间并可同时进行轮廓加工。
三轴 CNC 有哪些局限性？
3 轴 CNC 的局限性在于旋转运动受限、角度部件需要多次设置以及难以触及的区域的工具访问受限。
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