2D – 3D 和 4 轴加工零件之间的差异

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在本文中，我们将详细介绍了 2.5/2D、3D 和 4 轴加工零件之间的差异。

CNC 铣削刀具路径大致分为 2D、3D、4 轴和 5 轴，具体取决于所涉及的轴数量及其移动方式。2D 一词有点用词不当，因为所有现代 CNC 机床都至少控制三个轴，并且对于每个 2D 加工操作，所有三个轴都会同时移动。更准确的术语 2.5/2D 通常是用于数控制造。

2D/3D/4X/5X 定义

2D（棱柱形）零件

2.5/2D 铣削刀具路径仅在 XY 平面上加工。Z 轴仅用于将工具定位在深度处。向切削平面的移动是直线向下进给、快速、斜坡或螺旋进给移动。

“棱柱”一词是工程中常用的术语，用于描述 2.5/2D 零件。然而，有些棱柱形零件需要第 4 轴或第 5 轴加工，因此该术语在加工中仅用于描述所有加工面均垂直于机床主轴的零件。因为 2.5/2D 是一个术语，所以本书使用棱柱形和 2D 来描述具有三个可控轴 (XYZ) 的 CNC 铣床上的零件。XY 轴垂直于机床主轴，Z 轴仅用于将刀具定位到深度（进给或快速运动）。

图 1 显示了一个棱柱形零件。所有加工特征均平行于 XY 平面。通过将刀具定位在固定的 Z 轴，然后移动 XY 轴以去除材料，可以加工每个 Z 轴。加工。每个特征都可以通过工具从前视图或底视图接近来实现。此示例中有多个切割平面，包括模型顶部 (1)、孔开始处的面顶部 (2)、模型底部凹槽 (3)（插槽开始处）、插槽底部 (4) 以及穿过中心的孔底部 (5)。

图 1：棱柱形零件（CAD 中的方向）

实体零件

3D 指的是非棱柱形零件，包括模具和复杂的形状。例如，大多数零件都包含 3D 特征。图 3 显示了半个冲压模具。该部分的典型之处在于它同时包含 3D 和 2D 特征。2D 特征是顶面 (1) 和外部轮廓 (2)。

旋转曲面 (3) 和圆角 (4) 等 3D 特征需要更复杂的机器运动。旋转曲面需要 XZ 刀具运动。圆角需要 XYZ 工具运动。即使是平面 (5) 和型腔粗加工（尽管技术上是平面的）也需要 3D 刀具路径，因为必须考虑相邻的旋转表面和圆角以防止过切或欠切零件。计算这些刀具路径所需的计算非常复杂。

图 3：3D 部分

4轴零件

第 4 轴刀具路径需要安装在 CNC 机床上的第 4 辅助旋转轴，与 X 轴或 Y 轴平行。第 4 轴刀具路径分为两类：第 4 轴替换和同步第 4 轴。

轴替换路径如图 4 所示。最常见的设置是将旋转轴平行于机床 X 轴安装。通过轴替代加工，铣削时刀具轴中心线始终指向旋转轴的中心线（无 Y 运动）。刀具进给到深度 (Z)，然后最多只能同时移动两个轴 (XA) 来形成特征。

“替换”这个名称源自 CAD 广泛使用之前这些路径的定义方式。将几何图形绘制为平面 (XY)，然后根据圆柱半径将 Y 轴值转换为 A 旋转值。换句话说，平面几何形状“包裹”在直径恒定的圆柱体周围；与 SolidWorks包裹功能的工作原理类似。

图 4：第 4 轴替换 (XA)

同时第 4 轴加工允许所有 4 个轴同时移动 (XYZA)。这种类型的运动非常复杂，实际上是联动 5 轴加工的一个子类别。第 5 轴零件要求所有 5 个机器轴同时移动 (XYZAB)。