多轴加工

多轴加工是一种制造过程，涉及在 4 个或更多方向上移动的工具，用于通过铣削掉多余的材料、水射流切割或激光切割来制造金属或其他材料的零件。 这种类型的加工最初是在大型复杂机器上以机械方式进行的。 这些机器在 4、5、6 甚至 12 个轴上运行，这些轴通过放置在凸轮板上的xxx单独控制。 凸xxx提供了控制工具装置、固定零件的工作台以及在机器内旋转工具或零件的能力。 由于机器的尺寸和复杂性，需要花费大量时间来设置它们以进行生产。 一旦引入计算机数控加工，它就为加工复杂零件提供了一种更快、更有效的方法。

典型的 CNC 刀具支持 3 轴平移； 多轴机器还支持围绕一个或多个轴旋转。 5 轴机器通常用于工业中，其中工件沿三个轴（通常为 x、y 和 z）线性平移，并且加工主轴能够绕另外 2 个轴旋转。

现在有许多 CAM（计算机辅助制造）软件系统可用于支持多轴加工，包括可以自动将 3 轴刀具路径转换为 5 轴刀具路径的软件。 在计算机辅助制造发展之前，将信息从设计转移到生产通常需要大量的人工劳动，这会产生错误并导致时间和材料的浪费。

多轴机器包含三个主要组件：

• 机器的物理性能，例如扭矩、主轴速度、轴方向/操作。
• CNC 驱动系统，即移动机器的组件。 这包括伺服电机、快速移动系统、滚珠丝杠以及定位监控方式。
• CNC 控制器，这是数据在机器内传输/存储以及处理和执行输入数据的方式。

与其他 CNC 工具相比，多轴机床具有多项改进，但代价是机床的复杂性和价格增加：

• 如果在加工过程中必须手动转动工件，则可以减少人工劳动量。
• 通过围绕表面切向移动刀具（与围绕主轴移动工件相反）可以获得更好的表面光洁度。
• 可以制造更复杂的零件，尤其是带有弯曲孔的零件。
• 由于能够在刀具和加工表面之间形成最佳角度，因此延长了刀具寿命。
• 更高质量的零件。 曾经需要多次设置的工作现在只需几次（如果不是一次的话）即可执行，从而减少了步骤并减少了出错的机会。

多轴机器的轴数从 4 到 9 不等。每个轴的移动都通过移动工作台（工件固定在其中）或移动工具来实现。 轴的实际配置会有所不同，因此具有相同轴数的机器可能会执行不同的运动。

多轴数控机床用于许多行业，包括：

• 汽车行业：多轴 CNC 机器制造发动机外壳和轮辋。 和车头灯。
• 家具行业：CNC 车床可批量生产木制桌腿以及大多数其他部件。
• 医疗行业：多轴 CNC 机器制造定制的髋关节置换物、牙科植入物和假肢。

多轴加工也常用于快速原型制作，因为它可以用金属、塑料和木材创建坚固、高质量的模型，同时仍然易于编程。

CAM 软件自动将 3D 模型转换为刀具路径，即多轴机床铣削零件所采用的路径（图 1）。 该软件考虑了工具头的不同参数（在 CNC 路由器的情况下，这将是钻头大小）、毛坯尺寸以及机器可能具有的任何限制。 可以生成多道刀具路径，以在零件上产生更高层次的细节。 前几次通过去除大量材料，而最后的、最重要的通过创建表面光洁度。 对于 CNC 车床，CAM 软件将优化刀具路径，使零件的中心轴与车床的旋转对齐。 生成刀具路径后，CAM 软件会将它们转换为 G 代码，从而使 CNC 机床开始铣削。

CAM 软件目前是限制不断发展的多轴机床功能的因素。 该领域的最新突破包括：

• 拓扑优化，一种改进 3D 模型以在 CNC 机器上更高效、更经济的算法。
• 自动识别