CNC 机床上的第四轴是什么？

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  CNC 机床第四轴在 X、Y、Z 之外增加了什么
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  分度与联动第四轴运动
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  卡盘、尾座与工件夹持限制
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  精度实际消耗在哪里
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  哪些零件适合第四轴，哪些不适合
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  第四轴 vs 三轴 vs 五轴：哪种装夹适合该任务

三轴铣床让刀具沿三条直线运动：X 左右、Y 前后、Z 上下。工件固定在工作台上。从顶部无法到达的每个面都需要重新装夹，这意味着松开夹具、重新找基准，并指望台钳两次落在同一位置。

CNC 机床上的第四轴是一个转台，使工件绕线性轴旋转，几乎总是绕 X 轴。卡盘或工装夹具夹持零件，转台以度为单位旋转，因此主轴无需触碰夹具即可到达顶部、侧面和远端。

这一旋转改变了加工几何。一根带六个铣削平面的轴变成一个程序而不是六个。一个四面有孔的零件变成一个程序而不是四个。机床仍有三条线性轴，但零件现在向刀具呈现更多面。

旋转以度为单位，而不是毫米。90° 分度是四分之一转。完整 360° 旋转使零件回到起点。这就是全部机械概念，大部分工程工作在于控制器如何使用它。

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  旋转轴，通常为 A使工件绕 X 轴旋转；B 绕 Y 轴，C 绕 Z 轴。
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  度，不是距离根据控制器编程为 A90. 或 A-45.。
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  一个基准，多个面位置由转台保持，因此重新夹紧误差被消除。

分度是更简单的模式。转台旋转到某一位置，锁定，刀具切削。然后转台旋转到下一位置并再次锁定。控制器将旋转运动视为定位运动，而非切削运动，因此平面上的表面处理保持可预测。

联动模式，常称为四轴轮廓加工，在 X、Y 或 Z 移动时进给旋转轴。刀尖随后沿零件周围的曲线运动。这就是如何在一道连续走刀中切削螺旋线、凸轮轮廓或螺旋槽。

权衡是刚性和速度。转台不如机床床身刚性高，因此长悬伸上的重径向切削会颤振。联动运动还会同时将控制器前瞻用于四个轴，这往往会降低进给速度。

我们见到的大多数生产工作是 90% 分度，在几何形状要求的地方进行少量联动走刀。这样拆分任务可降低加工节拍，并在关键面上保持 ±0.005 mm。

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  分度旋转、锁定、切削。最适合多个面上的平面、槽和孔图案。
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  联动切削时旋转。需要用于螺旋线、凸轮和混合曲面。
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  混合策略大部分毛坯采用分度，仅对曲面特征进行轮廓加工。

单独的第四轴转台只夹持零件的一端。长轴需要在远端使用尾座，以防止工件在切削力下抬起。没有它，300 mm 的轴会偏转，零件中部会加工得过大。

三爪卡盘速度快，但重复精度约为 0.05 mm。对于更紧的工作，我们使用弹簧夹头卡盘、在机床上镗削的定制软爪，或螺栓固定到转台面的夹具板。在将运行该任务的同一台机床上就地镗削卡爪可消除大部分跳动。

转台有负载限制，它既是扭矩限制也是重量限制。从转台面悬伸 400 mm 的零件对蜗轮传动的负载远大于相同质量靠近夹持的情况。在几何形状允许的情况下，使零件尽可能靠近转台。

我们的四轴铣床在较大机器上运行 Ø400 mm 转台，最大加工范围 4,000 mm。这覆盖大多数轴、壳体和歧管工作，但需要摆过转台边缘的零件无法装下。

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  长零件用尾座任何超过约 4 倍直径的零件都受益于尾座支撑。
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  镗削软爪在机床上切削卡爪轮廓以控制跳动。
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  保持零件靠近短悬伸保护蜗轮传动和表面质量。

人们认为转台是薄弱环节。实际上误差来自三个地方：转台反向间隙、卡盘跳动和长周期中的热漂移。反向间隙在转台每次反向时表现为小的角度误差。

解决办法是从同一方向接近每个分度，使蜗轮保持在一侧齿面加载。编程转台超调一度再返回，或者简单地安排分度顺序使旋转从不反向。这是编程习惯，不是硬件升级。

卡盘跳动是第二个来源。如果零件在卡爪中偏心 0.03 mm，在 A0 切削的每个特征都偏移该量，而在 A180 切削的特征则向另一方向偏移。镗削软爪组可消除它。

长时间加工中热漂移影响明显。主轴和转台在四小时内升温 5 °C，零件就会偏移几微米。在 ±0.005 mm 的活上，我们在首刀前预热机床，并在批次开始、中间和结束时各检测一次标准件。

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  单向分度避免反向转动，让反向间隙不进入定位。
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  镗孔软爪在每个分度角度控制径向偏移。
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  预热循环紧公差活首刀前先跑主轴。

当零件有两个以上面需要加工特征，且这些特征要求同轴或成角度关系时，第四轴才划算。四侧都有油口的液压歧管是典型例子。两端带键槽、中间有铣平面的传动轴也是。

零件细长且为回转体时也划算。在带第四轴的铣床上车削轴类件，可一次装夹完成铣平面和钻交叉孔，省去在车床和铣床之间转运。

单面有型腔的平板不划算。配好虎钳的三轴机加工更快、更便宜。以车削为主的零件，比如简单衬套，也不划算，因为车床才是合适的设备。

一条实用规则：如果所有特征都能从一个方向够到，就用三轴。如果需要两到三个方向，且零件大致为棱柱形，第四轴或五轴机会胜过多次装夹。如果需要一次加工五个方向，就用五轴。

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  适合轴类、歧管、壳体、凸轮、带径向孔系的零件。
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  不适合平板、简单车削件、极小的高量产零件。
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  如实比较简单几何形状下，两次三轴装夹可能胜过一次第四轴装夹。