數(shù)控機(jī)床三軸、四軸、五軸的區(qū)別

有人說先學(xué)會(huì)三軸，再去搞四軸、五軸加工中心，這幾種機(jī)床有何區(qū)別呢?

三軸加工中心的的作用及優(yōu)點(diǎn)：

立式加工中心(三軸)最有效的加工面僅為工件的頂面，臥式加工中心借助回轉(zhuǎn)工作臺(tái)，也只能完成工件的四面加工。目前高檔的加工中心正朝著五軸控制的方向發(fā)展，工件一次裝夾就可完成五面體的加工。如配置上五軸聯(lián)動(dòng)的高檔數(shù)控系統(tǒng)，還可以對(duì)復(fù)雜的空間曲面進(jìn)行高精度加工。

四軸聯(lián)動(dòng)加工

所謂四軸聯(lián)動(dòng)加工 一般是加了一個(gè)旋轉(zhuǎn)軸， 通常稱為第四軸。一般的機(jī)床只有三軸也就是工件平臺(tái)能左右( 1 軸)前后( 2 軸)主軸刀頭( 3 軸)移動(dòng)，用于切削工件，第四軸就是在移動(dòng)的平臺(tái)上加裝一個(gè)可以 360 度旋轉(zhuǎn)的電動(dòng)分度頭!這樣可以自動(dòng)分度打斜孔，銑斜邊等等，而不用二次裝夾流失精度。

四軸聯(lián)動(dòng)加工特點(diǎn)：

1、四軸的定義:一臺(tái)機(jī)床上至少有4個(gè)坐標(biāo)，分別為3個(gè)直線坐標(biāo)和1個(gè)旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)

2、四軸加工特點(diǎn)：

(1)三軸加工機(jī)床無法加工到的或需要裝夾過長(zhǎng)

(2)提高自由空間曲面的精度、質(zhì)量和效率

(3)四軸與三軸的區(qū)別; 四軸區(qū)別與三軸多一個(gè)旋轉(zhuǎn)軸，四軸坐標(biāo)的確立及其代碼的表示

Z軸的確定：機(jī)床主軸軸線方向或者裝夾工件的工作臺(tái)垂直方向?yàn)閆軸

X軸的確定：與工件安裝面平行的水平面或者在水平面內(nèi)選擇垂直與工件的旋轉(zhuǎn)軸線的方向?yàn)閄軸，遠(yuǎn)離主軸軸線的方向?yàn)檎较?/p>

3、直線坐標(biāo)X軸Y軸Z軸

旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)A軸、B軸

A軸：繞X軸旋轉(zhuǎn)為A軸(G代碼)

B軸：繞Y軸旋轉(zhuǎn)為B軸(G代碼)

XYZ+A、 XYZ+B、兩種形式四軸

XYZ+A 適合加工旋轉(zhuǎn)類工件、車銑復(fù)合加工

XYZ+B 工作臺(tái)相對(duì)較小、主軸剛性差、適合加工小產(chǎn)品

四軸可以實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品除底面外5個(gè)面都可以做加工，加工前我們必須對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行分析，確定四軸機(jī)床。

1、三軸加工的缺點(diǎn)：

(1)刀具長(zhǎng)度過長(zhǎng)，刀具成本過高

(2)刀具振動(dòng)引發(fā)表粗糙度問題

(3)工序增加，多次裝夾

(4)刀具易破損

(5)刀具數(shù)量增加

(6)易過切引起不合格工件

(7)重復(fù)對(duì)刀產(chǎn)生累積公差

2、四軸優(yōu)點(diǎn)：

(1)刀具得到很大改善

(2)加工工序縮短裝夾時(shí)間

(3)無需夾具

(4)提高表面質(zhì)量

(5)延長(zhǎng)刀具壽命

(6)生產(chǎn)集中化

(7)有效提高加工效率和生產(chǎn)效率

Z 軸的確定：機(jī)床主軸軸線方向或者裝夾工件的工作臺(tái)垂直方向?yàn)?Z 軸 X 軸的確定：與工件安裝面平行的水平面或者在水平面內(nèi)選擇垂直與工件的旋轉(zhuǎn)軸線的方向?yàn)?X 軸，遠(yuǎn)離主軸軸線的方向?yàn)檎较颉?/p>

立式五軸加工中心

這類加工中心的回轉(zhuǎn)軸有兩種方式，一種是工作臺(tái)回轉(zhuǎn)軸。

設(shè)置在床身上的工作臺(tái)可以環(huán)繞X 軸回轉(zhuǎn)，定義為 A 軸，A 軸一般工作范圍 +30 度至 -120 度。工作臺(tái)的中間還設(shè)有一個(gè)回轉(zhuǎn)臺(tái)，在圖示的位置上環(huán)繞 Z 軸回轉(zhuǎn)， 定義為 C 軸，C 軸都是 360 度回轉(zhuǎn)。這樣通過 A 軸與 C軸的組合， 固定在工作臺(tái)上的工件除了底面之外， 其余的五個(gè)面都可以由立式主軸進(jìn)行加工。A 軸和 C 軸最小分度值一般為 0.001 度，這樣又可以把工件細(xì)分成任意角度， 加工出傾斜面、傾斜孔等。

A 軸和 C 軸如與 XYZ 三直線軸實(shí)現(xiàn)聯(lián)動(dòng)，就可加工出復(fù)雜的空間曲面，當(dāng)然這需要高檔的數(shù)控系統(tǒng)、伺服系統(tǒng)以及軟件的支持。這種設(shè)置方式的優(yōu)點(diǎn)是主軸的結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單，主軸剛性非常好，制造成本比較低。

但一般工作臺(tái)不能設(shè)計(jì)太大，承重也較小，特別是當(dāng)A 軸回轉(zhuǎn)大于等于 90 度時(shí)，工件切削時(shí)會(huì)對(duì)工作臺(tái)帶來很大的承載力矩。

主軸前端是一個(gè)回轉(zhuǎn)頭，能自行環(huán)繞 Z 軸 360 度，成為 C 軸，回轉(zhuǎn)頭上還帶可環(huán)繞 X 軸旋轉(zhuǎn)的 A 軸，一般可達(dá) ±90 度以上，實(shí)現(xiàn)上述同樣的功能，這種設(shè)置方式的優(yōu)點(diǎn)是主軸加工非常靈活，工作臺(tái)也可以設(shè)計(jì)的非常大，客機(jī)龐大的機(jī)身、巨大的發(fā)動(dòng)機(jī)殼都可以在這類加工中心上加工。

這種設(shè)計(jì)還有一大優(yōu)點(diǎn)：我們?cè)谑褂们蛎驺姷都庸で鏁r(shí)，當(dāng)?shù)毒咧行木€垂直于加工面時(shí)，由于球面銑刀的頂點(diǎn)線速度為零，頂點(diǎn)切出的工件表面質(zhì)量會(huì)很差，采用主軸回轉(zhuǎn)的設(shè)計(jì)，令主軸相對(duì)工件轉(zhuǎn)過一個(gè)角度，使球面銑刀避開頂點(diǎn)切削，保證有一定的線速度，可提高表面加工質(zhì)量。這種結(jié)構(gòu)非常受模具高精度曲面加工的歡迎，這是工作臺(tái)回轉(zhuǎn)式加工中心難以做到的。為了達(dá)到回轉(zhuǎn)的高精度，高檔的回轉(zhuǎn)軸還配置了圓光柵尺反饋，分度精度都在幾秒以內(nèi)，當(dāng)然這類主軸的回轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，制造成本也較高。

主軸回轉(zhuǎn)的立式五軸加工中心

立式加工中心的主軸重力向下，軸承高速空運(yùn)轉(zhuǎn)的徑向受力是均等的，回轉(zhuǎn)特性很好，因此可提高轉(zhuǎn)速，一般高速可達(dá) 1,2000r/min 以上，實(shí)用的最高轉(zhuǎn)速已達(dá)到 4,0000 轉(zhuǎn)。主軸系統(tǒng)都配有循環(huán)冷卻裝置，循環(huán)冷卻油帶走高速回轉(zhuǎn)產(chǎn)生的熱量，通過制冷器降到合適的溫度，再流回主軸系統(tǒng)。

X、Y、Z 三直線軸也可采用直線光柵尺反饋，雙向定位精度在微米級(jí)以內(nèi)。由于快速進(jìn)給達(dá)到 40～60m/min 以上， X、 Y、 Z 軸的滾珠絲杠大多采用中心式冷卻，同主軸系統(tǒng)一樣，由經(jīng)過制冷的循環(huán)油流過滾珠絲杠的中心，帶走熱量。

臥式五軸加工中心

此類加工中心的回轉(zhuǎn)軸也有兩種方式，一種是臥式主軸擺動(dòng)作為一個(gè)回轉(zhuǎn)軸，再加上工作臺(tái)的一個(gè)回轉(zhuǎn)軸，實(shí)現(xiàn)五軸聯(lián)動(dòng)加工。這種設(shè)置方式簡(jiǎn)便靈活，如需要主軸立、臥轉(zhuǎn)換，工作臺(tái)只需分度定位，即可簡(jiǎn)單地配置為立、臥轉(zhuǎn)換的三軸加工中心。由主軸立、臥轉(zhuǎn)換配合工作臺(tái)分度， 對(duì)工件實(shí)現(xiàn)五面體加工， 制造成本降低， 又非常實(shí)用。也可對(duì)工作臺(tái)設(shè)置數(shù)控軸，最小分度值 0.001 度，但不作聯(lián)動(dòng)，成為立、臥轉(zhuǎn)換的四軸加工中心，適應(yīng)不同加工要求，價(jià)格非常具有競(jìng)爭(zhēng)力。

另一種為傳統(tǒng)的工作臺(tái)回轉(zhuǎn)軸，設(shè)置在床身上的工作臺(tái) A 軸一般工作范圍 +20 度至 -100 度。工作臺(tái)的中間也設(shè)有一個(gè)回轉(zhuǎn)臺(tái) B 軸，B 軸可雙向 360 度回轉(zhuǎn)。這種臥式五軸加工中心的聯(lián)動(dòng)特性比第一種方式好，常用于加工大型葉輪的復(fù)雜曲面。回轉(zhuǎn)軸也可配置圓光柵尺反饋，分度精度達(dá)到幾秒，當(dāng)然這種回轉(zhuǎn)軸結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，價(jià)格也昂貴。

目前臥式加工中心工作臺(tái)可以做到大于 1.25m2，對(duì)第一種五軸設(shè)置方式?jīng)]有什么影響。但是第二種五軸設(shè)置方式比較困難，因?yàn)?1.25m2 的工作臺(tái)做 A 軸的回轉(zhuǎn)，還要與工作臺(tái)中間的 B 軸回轉(zhuǎn)臺(tái)聯(lián)動(dòng)確實(shí)勉為其難。臥式加工中心的主軸轉(zhuǎn)速一般在 10,000rpm 以上，由于臥式設(shè)置的主軸在徑向有自重力，軸承高速空運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)徑向受力不均等，加上還要采用較大的 BT50 刀柄，一般最高可達(dá) 20,000rpm。臥式加工中心快速進(jìn)給達(dá)到 30～ 60m/min 以上，主軸電機(jī)功率 22-40KW 以上，刀庫(kù)容量按需要可從 40 把增加到 160 把，加工能力遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過一般立式加工中心， 是重型機(jī)械加工的首選。

加工中心大多可設(shè)計(jì)成雙工作臺(tái)交換，當(dāng)一個(gè)工作臺(tái)在加工區(qū)內(nèi)運(yùn)行，另一工作臺(tái)則在加工區(qū)外更換工件，為下一個(gè)工件的加工做準(zhǔn)備，工作臺(tái)交換的時(shí)間視工作臺(tái)大小，從幾秒到幾十秒即可完成。

最新設(shè)計(jì)的加工中心考慮到結(jié)構(gòu)上要適合組成模塊式制造單元( FMC )和柔性生產(chǎn)線( FMS)，模塊式制造單元一般至少有兩臺(tái)加工中心和四個(gè)交換工作臺(tái)組成， 加工中心全部并排放置，交換工作臺(tái)在機(jī)床前一字形排開，交換工作臺(tái)多的可以排成兩行、甚至雙層設(shè)計(jì)。兩邊各有一個(gè)工位作為上下工件的位置，其余工位上的交換工作臺(tái)安裝著工件等待加工，有一輛小車會(huì)按照系統(tǒng)指令，把裝著工件的交換工作臺(tái)送進(jìn)加工中心，或從加工中心上取出完成加工的交換工作臺(tái)，送到下一個(gè)工位或直接送到下料工位，完成整個(gè)加工操作。柔性生產(chǎn)線除了小車、交換工作臺(tái)之外，還有統(tǒng)一的刀具庫(kù)，一般會(huì)有幾百把刀具，在系統(tǒng)中存入刀具的身份編碼信息，再通過刀具輸送系統(tǒng)送進(jìn)加工中心， 并把用完的刀具取回， 柔性生產(chǎn)線往往還需要一臺(tái) FMS 的控制器來指揮運(yùn)行。

立式加工中心和臥式加工中心的區(qū)別 :

明顯是因?yàn)楣ぷ髋_(tái)做大了 ,才改成立式的,顯然立式能加工更大的零件 (其實(shí)所有的立式設(shè)備都比相應(yīng)的臥式設(shè)備有更大的工件尺寸容納能力 ,這是立式設(shè)備的天生優(yōu)勢(shì) .) 臥式加工中心和立式加工中心主要區(qū)別在于 : 主軸(進(jìn)給軸)一個(gè)是平行于底面 一是垂直于地面立式很明顯主軸是垂直地面的，臥式主軸是平行地面的，臥式就相當(dāng)于鏜床了，只是功能多，精度高。

歸納總結(jié)三軸,四軸,五軸的區(qū)別：

1、原理

三軸系統(tǒng)：3軸加工由直線進(jìn)給軸X、Y、Z進(jìn)行加工。X,Y,Z。三軸三聯(lián)動(dòng)。

假四軸(三軸半):Y,Z,A(或者X,Z,A)。三軸三聯(lián)動(dòng)。

真四軸：X,Y,Z,A。四軸四聯(lián)動(dòng)。

五軸系統(tǒng)：X,Y,Z,A,B(主軸可擺頭，左右旋轉(zhuǎn)180°),5軸加工由進(jìn)給軸X、Y、Z及繞X、Y、Z的旋轉(zhuǎn)軸A、B、C中任意5個(gè)軸的線性插補(bǔ)運(yùn)動(dòng)。

2、加工特點(diǎn)：

三軸加工：切削刀具方向在沿著整個(gè)切削路徑運(yùn)動(dòng)過程中保持不變。刀尖的切削狀態(tài)不可能實(shí)時(shí)達(dá)到完美。通常是指沿不同方向線性移動(dòng)的三軸，上下，前后，左右。三軸一次只能加工一個(gè)表面，這適合于加工某些圓盤零件。

四軸加工：三軸再加一個(gè)旋轉(zhuǎn)軸 ，一般是 水平面 360°旋轉(zhuǎn)。但不能高速旋轉(zhuǎn)。 在三個(gè)軸上添加一個(gè)旋轉(zhuǎn)軸，通常在水平面中旋轉(zhuǎn)360°。但是，它不能高速旋轉(zhuǎn)。適用于加工一些紙板零件。

五軸加工： 在四軸上方是另一個(gè)旋轉(zhuǎn)軸，通常在垂直表面上旋轉(zhuǎn)360°。五軸已經(jīng)可以完全加工，并且可以實(shí)現(xiàn)一次性?shī)A緊，從而可以減少夾緊成本和產(chǎn)品刮擦。適用于加工多工位的一些孔和平面，以及對(duì)加工精度要求高的零件，特別是對(duì)模具加工精度要求嚴(yán)格的零件。在沿著整個(gè)路徑運(yùn)動(dòng)過程中可對(duì)刀具方向進(jìn)行優(yōu)化，同時(shí)進(jìn)行刀具直線運(yùn)動(dòng)。這樣，在整個(gè)路徑上都可保持最佳切削狀態(tài)。