很多商家发现 五轴数控加工 成为一种有价值的能力；然而，拥有一台强大的机器只是其中的一部分。医疗部件等零件、 叶轮 叶片、模具、齿轮箱和阀体是关键任务，不允许出现任何错误。它们具有复杂的表面，需要零件和工具同时移动。
这强调了接触零件和正确处理零件的重要性，其中适当的工具和工件夹持策略发挥作用。特征越小或越复杂，例如牙种植体，这些决策就越应该推动该方法。
5 轴加工的主要优点之一是它能够利用更高刚性和更短的工件 切割工具 相比 3轴加工. 有效的夹具和工具策略可以显着影响更高的 速度和进给量。更快的进给和速度与减少的刀具偏转和更短的运动相结合，可以提高精度、卓越的光洁度、更重的切削和更少的装夹，所有这些都有助于缩短总周期时间.
零件可访问性
在三轴加工中， 治具 旨在将零件固定在单一位置。如果工件需要重新定位以进行二次操作，则需要以不同的方式固定工件或将其固定在替代夹具中，以使机器能够接触到其他表面，特别是底部边缘。相反，一个 五轴数控机床 只要夹具或工件夹具允许这样的接触，就可以提供更大的运动灵活性以到达所有表面。
从三轴数控加工过渡到五轴数控加工时，需要特别注意保证工件夹具与机床工作台、主轴箱和刀具之间的间隙和消除干涉。当在大工作台上加工小零件时，这一点尤其明显。使用三轴机床，无论零件尺寸如何，轴访问都保持一致，因此可以相对轻松地在大工作台上加工大型和小型工件。然而，对于五轴机床，由于小零件往往集中在加工工作台的中心，因此会出现间隙和干扰问题，从而可能在工作台枢转时造成阻碍。
解决干扰问题的两种常见方法包括：
1.使用从主轴延伸到工件的加长刀具
第一种方法的挑战在于对工具性能的潜在损害，因为 长径比 增加。冗长的工具组件导致减少 进给率、速度和切削深度，从而导致更多的走刀次数和更大的程序尺寸。此外，颤振的增加需要对表面进行更多的手动精加工，最终延长生产时间。
2. 探索替代工件夹持解决方案
这种解决间隙和干涉问题的方法是将工件抬离工作台，使其更靠近主轴。从历史上看，繁琐的工件夹持方法会带来碰撞风险并限制设置灵活性，但新方法已将其转变为多轴加工的资产。
有效的 5 轴工件夹紧技术可安全地定位和稳定工件，而不会妨碍对其顶部和侧面的操作。此外，它允许将夹紧的工件旋转到新的方向以进行后续加工操作，而无需从工件夹具上松开。
对于有效的五轴工件夹紧有一些技巧：
技巧 1：适当调整五轴数控机床的尺寸
确定五轴数控机床的尺寸以适应特定的工件而不是广泛的工件尺寸至关重要。这与三轴方法形成鲜明对比，在三轴方法中，商店通常选择在其预算和占地面积范围内可行的最大机器来容纳其最大的零件。
在研究五轴机床时，车间应与机床制造商合作，以确定他们想要加工的精确零件尺寸。这是 贴牌生产 帮助车间找到最适合其大多数工件的机器，特别是那些需要五轴 CNC 加工的工件。
理想情况下，机床制造商应该在这个阶段参与有关刀具和工件夹具选项的讨论。在购买机床之前提前规划可以极大地促进正确的工件夹持策略的制定。
然而，商店可能并不总是有提前规划的余地。在某些情况下，一家车间可能已经运行五轴机床多年，而一项新工作会促使其重新评估其刀具和工件夹具解决方案。无论如何，车间必须检查其工件，以确定工具的具体访问要求，并确定哪些工件可以在一次装夹中完全加工。
技巧 2：选择最佳夹紧
为了避免潜在的碰撞和刀具干扰，除了在工件周围保留必要的间隙之外，选择最佳的夹紧和工件定位配置也至关重要，而且通常是 5 轴设置遇到的挑战的核心。
根据具体应用，自定心虎钳、燕尾固定装置、锯齿状钳口、定位销或专门设计的固定装置都是可行的选择，每种都有其独特的优势和实用性。
最常见的选择似乎是带有锯齿状钳口的定心虎钳，用于定位零件，或利用燕尾固定装置 定位销 用于工件定位：
1. 自定心虎钳
在带有锯齿状钳口的自定心虎钳中，利用独立的液压装置在工件的两侧产生凹陷。这些凹陷与虎钳钳口上相应的锯齿对齐，无需机械止动即可定位零件。机械挡块的去除使得可以不受限制地接近零件的所有侧面进行加工，同时仍然确保工件在虎钳中的精确定位。
2. 燕尾固定装置
燕尾夹具是加工过程中广泛使用的固定工件的方法。这种方法涉及使用专门的燕尾铣刀将燕尾角切割到零件的底面。夹具本体配备有一组相应的斜角燕尾夹爪以容纳工件，通过内六角螺钉施加夹紧力以确保零件的稳定性。这种方法不仅有效地固定工件，而且有助于在加工过程中保持其位置。
燕尾夹爪和工件的配合角之间的相互作用产生向下的力，有效地将零件牢固地定位在夹具中，而不会在切割过程中抬起风险。使用燕尾型夹具时，零件定位的常见做法包括在零件的底面上创建一个小槽或凹口，与永久固定在夹具顶部的定位销对齐。该销钉通常位于夹具的两个钳口之间的平坦区域中。此处，燕尾爪用作零件在一个方向上的定位器，而销则用于在另一轴方向上定位零件。
工具托架
除了工件夹紧之外，刀柄的选择也对加工过程产生重大影响。在这里，我们主要关注两种类型的刀柄：热装刀柄和液压卡盘。
热压刀座
热压配合刀柄特意设计得稍小，以适应因热量引起的内径膨胀以及冷却时刀柄周围随后的收缩。这些相对紧凑的刀柄在夹头卡盘的前端或主体直径可能与工作台构成碰撞风险的情况下非常有利，可增强对零件特征的访问，尤其是在长距离应用中。此外，各种热压配合型材形状和延伸件提供了更多的多功能性。
热压配合刀柄以其卓越的性能而闻名 同心度 由于在刀柄的整个圆周上保持一致的夹紧力，因此具有较高的精度。然而，夹紧能力取决于切削刀具柄的公差及其外径。值得注意的是，厚壁热装刀柄提供更大的夹持力，而薄壁刀柄则提供较小的夹持力。
液压卡盘
虽然热压配合刀柄在中铣到粗铣方面表现出色，但液压卡盘卓越的振动控制使其成为精铣、钻孔和铰孔操作的绝佳选择。
液压卡盘具有更高程度的一致性和可靠性，因为其生产过程本质上是稳定的。一旦在制造和装配过程中建立了主孔，这种精度就会在许多周期中得到一致的复制。因此，它可以确保在刀柄的整个使用寿命内保持一致的夹紧公差和力。
另一个优点是液压卡盘提供自然阻尼特性的固有能力。尽管热压配合刀柄也能有效地控制振动，跳动量比侧锁刀柄好五倍，但液压卡盘具有独特的减振特性。
在考虑成本影响时，重要的是要注意液压支架的前期成本可能略高。然而，它们只需要标准六角扳手即可操作，使经过充分培训的人员能够更换切削工具。另一方面，热压配合刀柄的价格稍便宜，但需要使用热压配合机器来正确加热和冷却刀柄，并彻底了解该过程，以避免过热并最大限度地降低烧伤风险。
冷却液
通过精确的冷却液输送，可实现高效散热、延长刀具寿命和卓越的表面光洁度。虽然用冷却液浸泡工件并不总是最有效的方法，但基本方法（主轴中心冷却液）至关重要，并且应该成为所有机床的标准配置。这种方法将流体直接输送到钻头的切削刃，有助于将切屑向上推过排屑槽，以实现有效的排屑。同样，将冷却液引导到铣刀的切削刃也能达到同样的目的。尽管如此，重要的是要认识到，在较高的主轴转速下，冷却液的扩散可能会偏离其目标区域。
另一种可行的选择是在刀架上使用定向冷却液喷射。设备制造商提供支架，在某些情况下还提供夹头螺母，旨在调整冷却剂输送孔的角度，以保持所需的流动方向。
刀具尺寸
五轴控制的使用为优化切削刀具性能提供了新的可能性，从而促进了专为 5 轴操作定制的创新刀具几何形状的开发。当使用不同刀段以不同角度加工工件时，对称刀具变得至关重要。值得注意的是，只有少数切割机能够实现无缝混合线和高质量的表面光洁度。
球头立铣刀：
球头立铣刀 不要在尖端处切割；相反，它们会导致材料“涂抹”并粘附在凹槽上而不是被提起。这个概念是倾斜刀具的基础。通过倾斜刀具轴，凹槽可以有效地抓住材料，将其拉离零件而不是推动它，从而防止材料堆积在刀具、零件表面或其本身上。
圆段铣刀：
圆弧铣刀专为 5 轴加工应用而设计，采用轮廓轮廓设计，可与轮廓工件表面实现更广泛的切削接触，类似于更大的球头立铣刀。这些刀具分为几种基本类型，包括锥度、透镜、椭圆形和桶形。
该工具的主要优点在于，即使在步距较大的情况下，它也能够提供同等或卓越的表面光洁度，从而减少加工 3D 表面所需的走刀次数。此外，该工具的小半径尖端有助于接近狭窄的角落。值得注意的是，使用单一工具可以扩展功能，同时生成一致的加工表面并大幅减少混合问题。
圆段刀具也可采用多槽配置。这种组合功能集意味着减少所需的刀具走刀次数、提高表面质量、提高进给率、最大限度地减少刀具更换以及整体上更高效的切削过程。
多刃立铣刀：
到那个时刻 3+2加工，由于运行中切削刃数量的增加，切削刀具上包含多个凹槽可以保持更高的速度和进给量。此外，额外凹槽的存在延长了刀具的切削表面，从而延长了刀具寿命。
这些优势的最终结果是显着提高金属去除率、改善表面光洁度并降低总体成本，使多刃立铣刀成为非常有利的选择。
工具冗余
冗余是大型车间可能对机器、工具甚至员工采用的一种风险管理策略，对于涉及长时间切削操作的全 5 轴应用尤其重要，其中工具会受到严重磨损，即使是铝材也是如此。
保持刀具冗余对于确保主轴不间断运行至关重要。理想情况下，刀库中备有相同的刀柄和刀具设置被证明是最有效的方法。一旦切削刀具达到其使用寿命，可以自动检索此设置。
或者，将一车重复工具放置在机器附近也是一个可行的选择，尽管操作员手动更换工具可能会根据其技能水平引入潜在的错误。为了缓解这种情况，使用 射频识别 刀柄上的芯片与刀具管理系统相结合，有助于减少此类错误。
结论
五轴数控加工释放了制造业的创新和效率，同时也彻底改变了模具和加工设备供应商的能力。在设置新机器或流程时，重要的是不要忽视工件夹具和工具的进步，这进一步增强了此类工作的潜力。
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