升级到四轴、五轴是三轴机床该发展的方向吗？

从三轴升级到更四轴、五轴的决定需要慎重，绝不可以掉以轻心。

五轴加工中心（例如此Okuma MU-5000V-L五轴VMC）使车间可以在一次操作中加工高度复杂的工件，从而减少了工序，同时提高了零件质量和利润。

三轴立式加工中心（VMC）长期以来一直是许多中小型企业的首选机床。他们的用法是很容易理解的。与更复杂的机械相比，更容易找到三轴机床的操作员。编程，设置和维护也更加容易。对于现金拮据的商店而言，最重要的也许是这样一个事实，即优质，相对负担得起的三轴VMC轧机很丰富，远不及其水平和五轴堂兄。

然而，鉴于五轴加工中心的日益普及，看来它们很快将成为许多商店中的新主力。毕竟，当五个轴允许制造商加工除底部定位面以外的所有零件时，谁愿意为铣削和加工工件的顶部而定？为什么不避免在可能的情况下进行多次操作，以及在这些工作上进行的投资呢？为什么不减少交货时间和在制品（WIP），同时提高利润率呢？

这些都是很好的问题。数学运算是否增加了五轴机床的可用性和成本下降的趋势，制造商还面临另一个问题：三轴VMC会取代机械螺杆机床和手动研磨工具的地位吗？那不太可能。

五轴的魅力

即使是最热衷的五轴风扇，也会承认三轴CNC铣床已经占据了自己的位置，尽管两者可能需要共享相同的宝座，但任何一个都不会很快被其淘汰。印第安纳波利斯Hurco公司的产品技术专家Michael Cope就是这样的粉丝，他甚至还敢于撰写有关该主题的书。他说：“五轴加工中心的优点很明显，在任何一家工厂加一台都是一个不错的决定，但是三轴加工中心也有优点。”

Cope指出，许多五轴机床配置的工作台较小，通常为圆形的“拼盘”，从而限制了工件的尺寸以及在加工循环中可以生产的数量。这也使大多数铣削部门（6英寸钳子的虎钳）变得不受欢迎，更不用说在典型的20 x 40英寸（508 x 1,016毫米）VMC上发现的两个或多个。与此相反的是，现在可以轻松使用五轴夹具，并且远离机械师的虎钳思路，车间不得不评估新的固定零件方法，从而激发出新颖的工件固定方法。

五轴还激发了更多创造性和生产性的方式来加工这些工件。Cope说，这对于模具制造尤其如此，在铣削深型腔时，能够倾斜主轴的能力允许使用较短的工具和圆弧段铣刀（也称为桶磨机）。反过来，这将产生更严格的设置，具有更快的进给速度，更深的切削，更长的刀具寿命，更少的颤动以及更少的表面光洁度和零件精度问题，这些问题是由三轴CNC铣床所需的长而细的刀具引起的。

Hurco MAX5控制台的开发依赖于对具有不同技能水平的客户的测试，从而实现了人机工程学和可用性的结合。

超越模具

类似的好处也适用于从事非模具制造的人员。Cope说：“传统的工作车间开始远离三轴机床，这并不是因为零件复杂，而是因为它们需要提高车间效率和产量。他们已经开始意识到五轴机床可以减少设置，并有可能提高零件精度，因为可以在一次操作中加工多面。他们可以对客户不断变化的需求做出更快的反应，并且由于拥有五轴机床使他们能够寻找和报价原本无法生产的工作，因此增加了企业的增长潜力。”

但是，Cope认为，五轴VMC最初的较高成本对于许多较小的商店或刚开始的商店来说，是一个卖座。此外，有些零件根本无法安装在五轴机床的较小工作台上，或者使用一个零件进行简单的“钻孔-偶合-孔”加工和二次加工是没有道理的，并且它得出一个不可避免的结论：传统的三轴VMC不会很快消失。

肯塔基州佛罗伦萨的Mazak公司的技术和应用专家Mike Kerscher表示同意。他说：“对于大多数制造商来说，三轴垂直轴仍然是面包和黄油，特别是对于车间和那些加工各种零件的人而言。甚至对于大批量应用，将其包含在蜂窝或自动配置中通常也更有意义。这就是为什么五轴机床（尽管越来越受欢迎）仍然在机床销售中占少数的原因。”

这是可视化的东西

Kerscher补充说，这在很大程度上是由于该行业对三轴铣床的熟悉程度更高。对于我们这些开始其机械加工职业生涯的人来说，在手动膝磨机上摇动手柄是很容易的。他说：“它们更容易编程和操作，考虑到当前熟练工人的短缺，这一点非常重要。您可以看一下图纸，并直观地看到零件将如何放置在工作台上，Z轴上下移动，刀具围绕工件上下移动。仅这个因素就使在[三轴机床]上的工作变得更加容易。”

将该方案与五轴加工进行比较，在该加工中，操作员面对两个旋转轴和三个线性轴。在这里，两个相交的孔之间的不匹配，一个略微偏离位置的真实位置以及两个不是很直角的垂直表面都可能是令人头疼的事件，只有熟练的机械师，程序员或维修技术人员才能进行故障排除。

Mazak最近推出的VC-Ez 20三轴VMC由该公司的新型MAZATROL SmoothEz CNC提供动力，以可承受的价格保证了出色的性能和易操作性。

Kerscher说：“有人设置三轴垂直轴可能会使用摇摆器或寻边器来拾取工件位置。在五轴机床上，他们很可能需要测头，而且很可能需要雷尼绍公司或其他供应商提供的球形球设备之一来确定旋转轴。这并不是说这非常困难，但这绝对是在购买新机器或雇用操作员时应考虑的技能发展。”

好消息是，五轴加工中心的操作一直变得越来越容易。据北卡罗来纳州夏洛特市Okuma America Corp.的机器中心产品专家Errol Burrell称，他拥有25年的五轴经验。他说，不仅CAM系统变得比以前更加“五个友好”，而且机床制造商已经引入了自动校准系统，从而消除了前面描述的许多猜测。

他说：“当我第一次被介绍给五轴机床时，实际上您需要获得麻省理工学院的学位才能开设。在生成程序时，必须知道旋转枢轴点和固定表面（即工作台）的位置，以及主轴规线，刀具长度和所有这些值。Okuma称之为工具中心点控制或TCPC的发明现在不是这种情况。”

Burrell解释说：“每个机器制造商都有自己的TCPC版本，但是它们都做同样的事情-轻松确定零件的旋转中心。大多数产品还提供类似于Okuma的动态夹具偏移，五轴自动调谐，姿势控制等功能，所有这些功能都使麻烦摆脱了五轴。我们不再关心所有必须处理的事情，因为它们都是在后台自动计算的，无论是在机器控制还是在CAM系统中。它比以前简单得多。”

Methods机床的许多客户一年投资于三轴RoboDrill，然后在下一年添加四轴或五轴工作台。

螺栓蓝调

投资新机床并不是五轴加工的先决条件。伯雷尔（Burrell）和其他接受本文采访的其他人指出，许多企业首先购买用于四轴工作的旋转工作台，或者购买用于3 + 2和五轴同时加工的耳轴式倾斜旋转工作台来弄湿自己的脚。尽管这对于某些应用程序是一个很好的解决方案，但确实存在一些警告。

首先是刚才提到的所有五轴功能都不在三轴VMC上。尽管他们的缺乏可能并不要求操作员接受Burrell早期的MIT培训，但如果没有他们，这将使设置和故障排除更具挑战性，因此与真正的五轴加工车间竞争的可能性不大。

第二个是刀具长度。鉴于典型的耳轴工作台可以测量14英寸（35.56厘米）或更高的高度，许多立式磨床上常见的20英寸（50.8厘米）左右的Z轴行程很快就被吃光了。简而言之，在大多数VMC上安装倾斜旋转工作台就像在旧的Crestliner上安装探鱼器和拖曳马达一样-您可能会抓到一些烂摊子，但它永远不会是您一直想要的Bass Cat。转台和耳轴是有限的，但是如果您没有现金或者您的需求很少，那么这仍然是轻松进行四轴和五轴加工的好方法。

自动调谐只是将专用的五轴加工中心与三轴加工中心分开的机床选择之一。

右钻

位于马萨诸塞州萨德伯里的Methods Machine Tools Inc.的FANUC America产品副总裁Thomas Saur表示，从三轴加工向四轴或五轴加工的转变就像滚滚高潮，他补充说，客户一年购买FANUC的三轴RoboDrill加工中心之一，第二年又添加四轴或五轴工作台。而且由于机器是为这种过渡而设计的，因此上述限制并不适用。此外，这些客户经常同时添加公司的一种自动化解决方案。

但是，无论机床的品牌或型号如何，Saur均同意五轴加工需要对技术和人员进行更多的投资。他说：“您绝对需要熟练的人员。您需要正确的编程系统，正确的夹具和机器配件，并且由于五轴的更大碰撞可能性，您可能应该拥有某种刀具路径仿真软件。但是，如果您正确地做所有这些事情，那么这是减少WIP，提高零件质量并为新机会打开大门的好方法。”

索尔（Saur）讲述了马里兰州一家企业Command Technology的故事，并进行了这项投资。通过安装能够更换货盘和刀架的机器人，该车间现在可以运行多达60个无人看管的唯一零件号，即使是公司新零件也是如此。他说：“这些人是业内最出色的人之一，但它表明了可能。他们信任机器，信任编程系统，并且信任人们。这样一来，他们可以在星期五下午将其装满毛坯，然后在星期一返回成品。这是许多商店应效仿的一个例子。”

为什么要升级到五轴？

总部位于加利福尼亚卡森的YCM Technology（USA）Inc.总裁Tony Pekalski表示，任何五轴VMC的成功取决于多种因素，其中许多因素已经列出。其中包括操作员的技能水平，机器可用的工作量和类型，精度要求等。然而，位于该列表顶部附近的是必须从工件上去除的材料量。

他说：“对于大件切削来说，三轴垂直通常是更好的选择，因为您通常无法在耳轴上以相同的进给速度和切削深度进行加工。” 另一方面，如果您可以在一次操作中尽可能多地加工，那么从精度的角度来看，您总是会更好的，而五轴机械显然更擅长。这些变量说明了为什么任何一家商店在投资前都必须与熟悉各种类型机床的人合作，这一点很重要。”

YCM的DCV系列三轴和五轴加工中心采用双柱设计，适用于非常大的工件。佩卡尔斯基（Pekalski）详细阐述了这一说法，建议优秀的供应商不仅应了解三轴，四轴或五轴机床的不同应用，还应了解每种机床中可用的不同设计。例如，YCM提供了五种不同风格的五轴机床。这些包括C型机架，桥式，立式和龙门铣床，每个都配备了耳轴，以及带有两轴头的双立柱和龙门立式铣床。卧式耳轴式加工中心即将出现。

有关系吗？是的，佩卡斯基说。“航空、汽车、医疗、能源、重型设备–那里有许多不同的细分市场，每个细分市场都有各种各样的零件和材料，因此不可能有一种风格的机器能够很好地完成每一件事。这就是为什么我们提供如此多样化的产品，以便在每个这些市场中竞争。”

重要的是要注意，其他制造商因类似的原因而拥有类似的机床多样性。此类设备的购买者应负责无休止的规格，时间研究，切割演示以及销售人员的明智建议，以决定哪种机器最适合他们的需求。佩卡尔斯基和他的同事们都同意的一件事是：大多数商店需要多种样式，甚至品牌的机床来保持竞争力。

他说：“无论您是谁，都没有一种万能的解决方案。由于我之前提到的原因，一些商店会在大型重型五轴机床上进行粗加工，而在较小的机床上进行精加工。他们中的许多人使用五轴进行3 + 2加工，这意味着如果需要，他们可以将相同的工件放在三轴铣床上。其他人对一整排的三轴机床非常满意，尽管它们尚未做出决定，但它们中的大多数都可以同时使用两者。作为机器制造商，我们的工作是教育我们的客户，为他们提供高质量的设备和自动化选择，然后在他们需要我们的时候为其提供支持。”