五轴与三轴数控加工：优化您的定制零件

在精密制造领域， 5轴与3轴数控机床是难以回避的最重要考虑因素之一。

鉴于您的设计中存在复杂的曲面、斜孔和多面精密特征，您必须在通过多次夹紧设置使用 3 轴机床进行加工和选择通过一次设置使用 5 轴机床进行加工之间做出选择。

为了给工程师和采购人员提供最佳的性价比和质量，做出正确决策的第一步是了解五轴和三轴数控加工之间的差异和区别。本文将对这两种机床的差异和区别进行具体分析。

关键答案概要

要点总结

• 5轴数控加工的显著优势在于能够在一次夹紧设置内加工复杂的几何形状，从而提高精度、表面光洁度并减少操作次数。
• 对于简单的零件，3轴加工更经济；而对于复杂的零件，5轴加工可以通过提高整体效率来降低总体支出。
• 在选择合同制造商时，主要应该考虑的是技术实施经验、流程整合能力和质量控制流程，而不是机床品牌。

五轴数控机床与三轴数控机床：JS Precision 助您做出正确选择

精密制造，5轴数控机床的专业性，成为产品整体竞争力的决定性因素，而5轴数控机床与3轴数控机床之间的正确选择对于成本优化至关重要。

国际标准化组织标准ISO 10791-6:2014 ，“机床 - 测试条件 - 第 6 部分：5 轴加工中心的几何精度”，强调合理选择，准确地规定了 5 轴加工中心的精度评估标准和应用范围。

JS Precision 拥有超过 15 年的五轴和三轴加工实践经验。公司已为航空航天、医疗、汽车等高端行业的500 多家客户提供服务，并完成了 1000 多个复杂零件的定制加工项目。

我们不仅拥有德国DMG MORI和日本马扎克分别制造的顶级5轴和3轴加工设备，而且还聘请了一批精通CAM编程、工艺优化和质量控制的工程师。

借助我们专有的工艺数据库，我们可以立即找到各种零件加工的最佳解决方案。

例如，某医疗客户的骨科植入物项目在使用三轴加工时，精度波动较大，交付周期较长。通过五轴数控加工进行优化后，零件的形状和位置公差最终稳定在±0.02mm以内，交付周期缩短了40%，为客户节省了25%的总成本。

我们的成功案例涵盖了从单件原型到批量生产的各个方面，所有数据均可验证和追溯。

如果您在选择 5 轴数控加工与 3 轴数控加工的优势时感到犹豫不决，或者对 5 轴加工的成本和交付风险有同样的疑虑，请随时与 JS Precision 技术团队联系。

五轴数控机床和三轴数控机床的核心区别是什么？

要确保在 5 轴数控机床和 3 轴数控机床之间做出正确的购买决策，了解加工中运动和灵活性方面的差异至关重要。

五轴数控机床与三轴数控机床：它们有什么区别？

三轴数控机床的运动仅限于 X、Y 和 Z 轴，这使得它能够在一次装夹中对材料的顶面进行加工操作。

五轴数控机床增加了两个旋转轴A和C，使刀具能够从多个角度接近工件，从而能够在一次装夹中加工五个曲面以及复杂的曲面区域。这在质量、效率乃至设计自由度方面都是一次巨大的飞跃，因此，复杂零件的加工越来越倾向于采用五轴数控加工。

为什么要“减少设置次数”？

五轴数控机床相对于三轴数控机床的关键优势之一是减少了装夹次数。多次装夹操作会累积定位误差，影响零件精度。五轴加工可在一次装夹中完成多面加工，从源头上消除误差，从而节省装夹时间和人工成本，并降低零件损坏的风险。

图 1 三轴机床沿三个线性轴运行，而五轴机床则增加了旋转运动。

解读成本：三轴与五轴数控加工的价格因素

人们普遍误以为五轴数控加工总是比三轴加工更贵，其实不然。 五轴数控加工的价格受多种因素影响，并非仅仅计算每小时的成本就能决定。

三轴与五轴数控加工：价格比较

三轴数控机床的优势包括购置和运行成本较低以及编程简便。然而，加工复杂零件需要多次夹紧，这可能会导致精度损失。

虽然 5 轴数控机床可能需要较高的机床购置成本和编程成本，但与使用 3 轴数控机床生产复杂零件相比，“单夹紧”技术使其成本更低。

影响最终五轴数控机床报价的关键因素有哪些？

五轴数控机床的价格会根据项目进行调整，其核心影响因素包括：

• 该部件的复杂性。
• 待加工材料的类型（如果是钛合金等难以加工的材料，加工难度会更大，这会增加成本）。
• 所需的精度。
• 批量大小（小批量复杂工件）。

何时使用3+2轴定位加工？

三轴和五轴数控加工之间存在关联。3+2轴定位加工适用于具有多个离散倾斜面的矩形零件。

可以通过将工件固定在恒定角度并旋转，然后进行三轴加工来加工倾斜表面，从而实现3+2轴定位加工，以充分利用更小的夹具尺寸这一主要优势。这是一种确定五轴数控机床价格的可行方法。

想了解您的零件应采用哪种加工工艺以及预算成本？欢迎联系 JS Precision，我们将根据您的五轴或三轴加工需求，为您提供精准的加工报价以及合适的数控加工方案。立即预约咨询，即可获得免费的详细成本分析报告。

图 2 考虑到五轴加工的复杂性，其编程难度也会更大，编程成本也会更高。

如何为您的项目选择：5轴还是3轴？

在选择五轴还是三轴数控加工时，并非一定要寻找最佳方案。关键在于考虑项目的实际需求。这可以通过提出以下几个简单问题来实现：

• 零件中是否存在多个精确连接的加工面？是 →优先选择 5 轴加工。
• 它是否有深腔、倾斜面和曲面？是 →更适合五轴加工。
• 该零件是简单的平板还是棱柱？是 → 三轴加工是更经济的选择。
• 对于小型原型/复杂部件，五轴加工具有很高的灵活性。对于大型简单部件，三轴加工或专用机床则更为合适。

来自 JS Precision 的协同工程建议：

JS Precision的工程师在报价过程中通过可制造性分析介入。例如，通过优化设计参数，例如倾斜面的倾斜角度，复杂的零件也可以通过三轴加工制造，从而节省成本。

评估五轴数控加工中心制造商

选择合适的五轴数控加工中心制造商对于保证五轴加工的质量和速度至关重要。仅仅关注五轴加工中心的型号是不够的，还必须考虑设备的用户和操作能力。

在筛选五轴数控加工中心供应商时需要考虑的能力：

• 技术经验和软件能力：评估CAM编程团队在复杂刀具路径规划方面的经验，
• 工艺链整合：他们是否能够提供涵盖整个工艺流程的服务，例如机械加工、测量和表面处理
• 质量控制测试和认证：他们是否提供在线测试设备和 ISO 9001、 AS 9100认证体系？
• 沟通与透明度：他们能否详细解释其流程并分享DFM报告？

工厂参观期间需要重点关注的细节

在考察五轴数控加工中心制造商时，需要重点关注以下几个方面：

• 车间环境及维护。
• 检测设备的质量，例如坐标测量机。
• 正在进行的工作，包括机床方面的在制品管理。

“一站式”能力和客观性的价值

能够提供高端 5 轴加工以及高效 3 轴加工的公司（例如 JS Precision ）可以从集成项目的角度提供最佳工艺选择，并充分考虑客户的利益。

JS Precision是一家专业的五轴数控加工中心制造商，拥有顶尖的设备、技术团队和完善的质量控制体系。正在寻找信誉良好的五轴加工解决方案供应商？欢迎立即预约参观工厂，我们将为您安排专属客户经理，满足您的服务需求。

必须加工的零件：五轴数控机床的领域

某些复杂部件需要采用五轴数控加工进行精密生产。典型的五轴加工零件主要应用于高端行业，包括航空航天结构件、叶轮、涡轮机、复杂模具、复杂模芯、精密医疗器械和高端汽车零部件。

五轴车床是一种五轴车铣复合机床，在五轴加工领域中超越了其他机床，专注于加工具有偏心或径向表面的旋转零件（如轴和法兰），实现一次装夹、全包式加工。

需要加工上述五轴加工零件，或不确定零件的兼容性？JS Precision 拥有丰富的复杂零件五轴加工经验，可提供一站式服务。提交您的需求，即可获得免费的加工可行性评估。

图 3 五轴数控加工在高精度行业具有特别的优势，例如为航空航天工业生产复杂的零部件，如涡轮叶片和发动机零件。

案例研究：从三轴困境到五轴成功——涡轮机壳体重新设计

在实际工作中比较三轴和五轴数控机床的优势时，通过实例说明更为有效。以下是JS Precision帮助客户克服三轴加工难题，实现五轴加工的案例研究：

客户动机

某能源设备制造商生产的小型涡轮不锈钢外壳最初采用 3 轴数控机床加工，并经过 4 道夹紧工序。

该零件包含 8 个倾斜的流体通道和不规则的法兰，三轴加工存在明显的瓶颈：单个零件的加工时间长达 28 小时，交货时间严重延误。

不同表面的垂直度和孔位精度难以稳定保证，缺陷率高达8% 。反复夹紧导致零件一致性差，影响后续装配效率。

JS精密解决方案

收到需求后，JS Precision 对零件结构和原有加工方法进行了全面分析。我们认为，零件结构的复杂性正是三轴加工相对于五轴加工优势的体现。五轴加工能够有效解决夹紧误差和效率问题。

我们的解决方案如下：

• 工艺重新评估：对零件加工工艺的重新评估表明，倾斜的流体通道和不规则的法兰是主要的加工难题，因此制定了相应的加工策略。
• 设备选择：本项目我们选择了一台德国DMG MORI 五轴数控加工中心。该设备能够精确加工复杂零件。
• 夹紧优化：针对零件的单次夹紧开发了专用工具，以消除多次夹紧错误的问题。
• 编程：通过CAM编程软件优化刀具路径实现。采用侧铣法加工倾斜表面。冷却通道的钻孔和铣削工序合并在一个程序中，以减少工艺切换时间。

数据比较

结果

借助 5 轴数控加工解决方案，客户不仅提高了组装零件的质量，还提高了满足年度生产要求的能力，而无需进行任何投资。

客户成功降低了 22% 的生产成本，缩短了 64% 的交付周期，并大幅提升了市场竞争力。

如果您也面临类似的加工难题，并希望通过五轴加工提升质量、缩短交货周期并降低成本，请随时联系JS Precision 。我们将根据您的项目需求，量身定制五轴加工解决方案。请分享您的项目信息，即可获得免费的工艺优化建议和五轴加工成本估算。

图 4 小型涡轮不锈钢外壳

你们能为我们定制一套五轴数控加工解决方案吗？

JS Precision 专注于满足客户定制化的五轴加工需求。其主要优势在于凭借丰富的工程技术知识提供全方位的技术支持。从上传 3D 图纸开始，全程跟进，将设计需求转化为高效且低成本的实施方案。

项目团队的主要职责：

• 进行可制造性分析，以便提前发现难以加工的零件和成本浪费点。
• 模拟多种工艺路径（纯 3 轴、3+2 轴和 5 轴联动工艺的模拟器）。
• 提供透明的解决方案。
• 整合其他增值服务，例如坐标测量和无损检测。

我们的定制流程

• 对性能、预算和应用方面的理解保持一致。
• 流程解决方案的竞争性优化。
• 清晰的执行流程和实时分享执行进度。
• 批量生产后，通过优化连续参数提高效率来降低成本。

今天就开始您的项目吧！

需要定制服务吗？ 只需发送您的零件图纸和基本信息，我们将在 24 小时或更短时间内回复您，提供专业的建议，包括 5 轴加工可制造性研究、5 轴与 3 轴 CNC 建议和报价。

常见问题解答

问题1：5轴数控机床是否总能比3轴数控机床加工出更好的表面光洁度？

是的。例如，在表面加工中，五轴数控加工能够使切削刀具保持在最佳切削位置，从而避免在球头铣刀中心附近低线速度范围内出现加工缺陷，并获得更优异的表面光洁度。这是五轴数控加工与三轴数控加工在加工质量方面最显著的区别之一。

Q2：我的项目工作量很大，但资金有限。有没有折中的方案？

是的。最经济的折衷方案是采用3+2轴定位加工（也称为分度加工）。它首先将工件旋转到一定角度并固定，然后以三轴模式进行加工。虽然它不能连续切削，但能极大地降低五轴数控机床的成本。

Q3：5轴机床的最小批量是多少？

五轴加工对最小批量大小没有限制。即使是单件原型生产，如果几何形状足够复杂，五轴加工通常也是最佳选择，因为它省去了刀具设计和制造时间，因此在快速原型制造和小批量试生产中备受青睐。

Q4：如何确定供应商是否真正具备五轴加工能力？

这可以通过三个维度来确定：首先，询问他们是否有实物样品或视频可以证明他们加工的典型五轴加工零件；其次，询问他们使用什么方法和设备来测量其产品的精度；第三，询问他们的机床精度校准周期是什么，质量控制流程是如何进行的。

Q5：五轴车铣复合机床和立式五轴加工中心有什么区别？

核心应用场景不同。五轴车床主要用于车削，擅长加工旋转零件；五轴立式加工中心主要用于铣削，擅长加工箱型零件和模具型零件，应根据零件的主要特点来确定。

Q6：在中国进行5轴数控加工时，交货时间和沟通能否得到保证？

绝对保证。这得益于像JS Precision这样的全球供应商的项目管理和沟通团队。通过使用标准化的在线平台进行项目跟踪，流程基本透明。交付周期和沟通流程与全球供应商相同，但成本方面更具优势。

Q7：你们接受哪些格式的设计文件？

我们支持多种常用设计文件格式，但对于二维和三维设计，我们仅支持 STEP、IGES、SLDPRT 或 X_T 格式。我们也接受 DXF 或 DWG 格式的二维设计文件。STEP 是最常用的通用设计格式。

Q8：5轴数控机床除了加工金属外，还能加工复合材料或塑料吗？

是的。高性能复合材料（例如碳纤维）、工程塑料（例如PEEK）和树脂块的原型制造加工也采用五轴数控加工。这还包括复杂形状的高精度成型。

概括

选择五轴还是三轴数控加工，远不止是“高端”与“低端”品质之争。虽然在制造简单零件时，三轴加工在经济上仍然不可替代，但五轴加工的优势在于“一次装夹即可完成复杂加工”，这使其拥有最佳的性价比。

在选择五轴加工中心时，了解待加工零件的复杂程度至关重要。选择优秀的五轴数控加工中心制造商也同样重要。

JS Precision拥有全面的三轴、五轴和车铣复合加工能力，始终致力于为您提供客观的工艺性能分析和制造服务，不受我们设备的限制。我们能够将您的设计转化为兼具性能和经济性的精密产品。