多轴数控加工技术在汽车零部件加工中的应用
2026-1-12 来源： 安徽金寨技师学院（安徽金寨职业学校） 作者：张莹莹
多轴数控加工技术指通过数控系统控制多轴联动，实现对复杂零部件的高精度加工与打磨。和传统的数控机床相比，多轴数控机床能够生产更加复杂的几何形状的零部件，提高加工效率，减少人工操作带来的失误。它的主要优势是精度较高、效率较高，并且灵活性较强。使用多轴数控机床能够实现微米级加工精度，确保汽车零部件尺寸、形状符合要求，同时也可以缩短加工时间，提高生产效率，制造不同种类和形状的零部件，满足多样化的汽车行业生产需求。
1、 多轴数控加工技术概述
1.1 类型
多轴数控加工是现代机械制造行业中的关键技术之一，它能实现对复杂零部件的高效、高精度加工 [1]。多轴数控机床主要分为立式加工中心和卧式加工中心，立式加工中心适用于加工工件的顶面，卧式加工中心则可以通过旋转工作台来完成工件的四面加工。五轴联动数控机床是卧式加工中心的典型代表，使用它能够高精度地加工复杂的空间曲面。这项技术被广泛使用于模具制造、汽车制造。
1.2 特点
1.2.1 高精度和集成化
多轴数控加工技术通过一次装夹就可以完成复杂零部件的多面加工，避免多次安装带来的基准转换，降低误差发生的概率，从而显著提高加工精度。该技术适用于汽车零部件制造等对精度要求较高的领域。工序集成化指多轴数控机床能够集成多种加工功能，例如铣削、镗削、钻孔等，可以有效减少零部件在不同机床之间的转移和重新装夹耗费的时间，缩短生产周期，使生产效率得到提升。
1.2.2 简便性和高柔性
多轴数控机床具有集中加工能力，能够对生产管理和计划调度进行简化，让生产过程更加简便、透明。这一特点对于汽车零部件这类高精密零部件的加工来说非常重要，能减少在制品数量，使生产运作管理更加便捷。高柔性指的是这项技术能够快速适应不同种类零部件的加工需求，较为灵活。此外，这项技术在新产品研发和小批量生产中也具有明显优势。
1.2.3 复杂性
多轴数控加工技术能够生产复杂空间中的零部件，并且加工精度高，适用于汽车零部件、飞机结构件等复杂成型模具的制作，这种能力让多轴数控机床成为现代制造行业中不可或缺的一部分。虽然多轴数控加工技术具有诸多优势，但是其复杂性较高，这也是其特点之一。无论是程序的编辑还是操作，都需要具有高度专业性，因为涉及多坐标联动、刀具补偿等复杂类型的计算，这些需要具有经验和专业知识的人才加入才可以完成。除此之外，多轴数控加工技术投资较高，实现技术普及和应用可能面临一定资金压力，尤其是配套的 CAD 或 CAM 系统，无论是开发还是后续研制都比较耗费时间和资金。
2 、多轴数控加工技术在汽车零部件加工中的应用优势
2.1 提高加工精度
多轴数控加工技术使汽车零部件的加工精度不断提高。在汽车零部件生产中，精度至关重要，它将会直接影响汽车整体使用性能。多轴数控加工技术通过一次装夹可以完成多面加工，防止多次装夹造成的定位误差，例如使用五轴联动数控机床可以在一次装夹之后对工件的各个面展开高精度加工，这对汽车零部件生产来说非常关键。汽车零部件包括发动机缸体、缸盖、变速器壳体等，它们结构复杂，精度要求较高，采用多轴数控加工技术可以有效确保加工的精密程度，提高产品质量 [2]。
2.2 提高生产效率
传统的汽车零部件加工方法需要多台机床、多次装夹、多次操作，加工周期较长，效率较为低下，而使用多轴数控加工技术及其配套组件可以集成多种加工功能，实现多道工序同时进行，极大地缩短加工周期。例如采用双转台五轴联动机床可以快速完成汽车大灯模具的精加工，提高生产效率，还能够提高模具的光洁程度，达到镜面效果 [3]。高效、高精度加工能力是多轴数控加工技术的显著优势，同时这项技术还可以减少运行设备的数量和占地面积，虽然多轴数控加工设备单台价格较高，但是它能够集成多种加工功能，反而减少了总设备的需求量，进而能够减小和降低车间占地面积和设备维护费用。例如，利用多轴数控加工中心替代多台传统机床，简化生产布局，使车间利用效率得到提高，从长期生产来看，这种布局有利于提高生产综合效益。
2.3 方便生产管理，缩短研发周期
多轴数控加工技术能够对生产管理和计划调度进行简化，大大精简生产过程，汽车零部件的加工只需要简单操作就可以直接完成，减少了不同工具的转换和运输次数，让生产管理简单透明。对于复杂零部件的加工，多轴数控设备的优势更为明显，能够有效缩短生产过程链条，也有利于降低生产运作和管理成本。另外，多轴数控加工技术能够加快新产品研发和使用，缩短研发周期。汽车行业更新换代速度较快，新产品的研发速度会直接影响企业竞争力，采用多轴数控加工技术可以很好地解决新产品和新零部件研发过程中的精度和周期问题。
3 、多轴数控加工技术在汽车零部件加工中的具体应用
3.1 发动机零部件加工
发动机是汽车的重要组成部分，其零部件的制造精度和效率将会影响整车的性能与质量。多轴数控加工技术主要可以用于气缸体、活塞、连杆与曲轴、凸轮轴和气缸盖的加工。
在气缸体加工中使用多轴数控加工技术可以提高发动机的整体性能 [4]。气缸体是发动机的基础件，传统的气缸体加工需要多次装夹换刀，效率较低，容易产生人为误差。在多轴数控加工技术的支持下，工作人员可以一次性完成气缸体的半精加工、粗加工和精加工，例如铣削、镗孔，这样可以提高加工效率，也可以保证精度。
活塞是发动机的关键组成部件，它的形状较为复杂，对零部件加工的精密程度要求较高。使用多轴数控加工技术可以准确高效地完成外圆、顶面、销孔的加工，实现活塞复杂曲面的高精度加工，确保活塞的运动精度和密封性。
连杆和曲轴是发动机中的传动部件，其加工精度会影响发动机的动平衡与可靠性。多轴数控加工技术主要用于连杆的锻造后加工，例如钻孔、铣削，还可以完成曲轴的车削、铣削、磨削。多轴联动加工技术的应用能够提高连杆和曲轴的加工精度及表面质量，使发动机的使用寿命延长。
凸轮轴也是发动机上的重要部件，其精度要求较高的部位是凸轮型线。采用多轴数控加工技术可以确保凸轮型线的精度和表面质量。
气缸盖是发动机中最为复杂的零部件之一，需要进行多种类型的加工操作。使用多轴数控加工技术能够完成气缸盖的攻丝、钻孔，这些工序可以提高加工效率和零部件精度。
3.2 变速箱零部件加工
变速箱是汽车传动系统的重要组件，内部包含大量的齿轮和轴类零部件。采用多轴数控机床能够高效、高精度地加工这些复杂零部件，实现齿轮的高精度齿形加工和复杂轴轮廓加工，提高变速箱的整体性能，延长其使用寿命。变速箱零部件的加工包括齿轮加工、轴类零部件加工和壳体类零部件加工 3 部分。
第一，齿轮是变速箱上的关键部件，工艺流程较为复杂，常见的工艺包括锻造制坯、正火、精车加工、插齿、滚齿、剃齿和热处理等。采用热模锻和楔横轧技术制坯，可以提高生产精度，改善材料硬度。正火加工改善的也是材料硬度，能够为后续的切削加工做好准备。精车加工环节可以使用多轴数控机床，调整齿轮的内孔和端面，确保尺寸精度，调整形位公差，再通过滚齿机、插齿机和剃齿机展开齿形加工，使齿轮的精度和表面质量得到保障。
接下来对齿轮进行淬火等热处理，使其硬度和耐磨性得到提高。对热处理之后的齿轮进行磨削加工，可以进一步提高精度。
第二，轴类零部件加工同样需要保持高精度，其供应流程和齿轮加工类似。
第三，壳类零部件加工工艺有所改变。壳类零部件是变速箱的机体，其工艺流程主要包括铣结合面、加工工艺孔和连接孔、粗镗轴承孔、精镗轴承孔清洗、泄漏试验检测等。其中，铣结合面环节可以使用多轴数控加工中心对壳体的结合面进行铣削加工，确保表面质量。加工工艺孔和连接孔是对壳体的工艺孔和连接孔进行钻削和镗削加工，确保尺寸精度和位置精度。粗镗、精镗轴承孔是对壳体的轴承孔进行粗镗和精镗加工，确保孔系的尺寸精度和形位公差。清洗和泄漏试验检测是对加工完成的壳体进行清洗和泄漏试验，确保其密封性和可靠性。
3.3 底盘和悬架零部件加工
使用多轴数控加工技术能够有效应对汽车底盘和悬架零部件形状复杂、材料硬度高的问题，提高生产效率。汽车底盘和悬架系统主要包括控制臂、转向节、减振器支架，这些零部件大多是由高强度钢材和铝合金制成，传统的加工方式无法满足精度要求。使用多轴数控加工技术能一次性完成多面加工，减少装夹次数和减小加工误差。例如使用五轴联动加工中心能够实现复杂曲面的高精度加工，特别适合数控加工技术转向节和控制臂等复杂零部件。同时，使用多轴数控加工技术还能优化刀具路径，调整切削参数，降低刀具磨损和加工变形的概率。例如在加工高强度钢材时选择合适的切削参数和刀具材料，可以提高加工效率，实现自动化生产。
多轴数控机床配备自动换刀装置和工件自动交换系统，实现了无人化生产，降低了人工成本，比如在加工汽车底盘零部件时可以 24 h 不间断生产，实现大规模加工。实际上，多轴数控加工技术通常被引入五轴联动加工中心，用于自动化生产线的零部件制造。例如，在转向节加工中使用五轴联动加工可以一次装夹完成所有加工工序，加工精度甚至可以达到±0.01 mm，生产效率至少提高 30％。在控制臂加工中，优化刀具路径和调整参数可以延长零部件使用寿命。在减振器和支架加工中使用该技术，可以实现自动化生产，降低人工成本。
3.4 车身覆盖件及结构件加工
车身覆盖件加工中使用多轴数控工艺主要包括数控滚压包边技术和高速数控加工技术。车身覆盖件的边缘处理通常会采用滚压包边技术，这一技术通过数控系统控制滚压机构按预定的轨迹移动，对覆盖件边缘进行精加工。在滚压过程中，滚子随着零部件外轮廓展开随行运动，确保包边、滚子外缘始终和零部件外轮廓相切，从而提高包边质量。高速数控加工技术通过优化刀具路径、调整加工参数和切削用量，实现对车身覆盖件的高效率加工。高速加工能显著缩短工作时间，提高表面加工精度，降低刀具磨损。在编辑程序时，工作人员需要综合考虑刀具类型，调整切削速度和进给量，确保加工过程的稳定性。
在结构件加工中使用多轴数控加工技术包括数控车削加工、多轴联动加工。结构件主要包括传动轴等，这些部件通常需要进行数控车削加工，对于精度要求较高。在使用多轴数控加工技术时需要做好零部件图分析，选择合适的装夹方案和刀具类型，设定好编程原点，加工过程中需要按照先粗后精、先面后螺纹的顺序，减少换刀次数。除此之外，结构件中的复杂零部件需要进行多轴联动加工，通过多轴机床的灵活刀轴调整对复杂空间曲面实现高精度加工，防止出现刀具干涉和欠切现象。
4 、结束语
多轴数控加工技术是一项先进的加工技术，将其应用在汽车零部件加工中具有诸多优势，有利于提高零部件加工精度，提升生产效率。未来，多轴数控加工技术将会得到进一步的应用，助力汽车行业的大规模生产。
投稿箱：
如果您有机床行业、企业相关新闻稿件发表，或进行资讯合作，欢迎联系本网编辑部， 邮箱：skjcsc@vip.sina.com
如果您有机床行业、企业相关新闻稿件发表，或进行资讯合作，欢迎联系本网编辑部， 邮箱：skjcsc@vip.sina.com
更多相关信息
