CNC 加工中心可以加裝第四軸嗎？VMC 第四軸相容性檢查指南

對已經使用立式加工中心（VMC）的製造商來說，加裝第四軸分度盤，是擴充現有加工能力的一種實用方式。透過合適的第四軸，可以進行多面加工、角度分度、圓周鑽孔、軸類零件加工等作業，並減少反覆拆卸、翻面與重新定位工件的需求。

不過，第四軸選型不能只看「機台放不放得下」。

真正需要評估的是：CNC 控制器能不能支援額外旋轉軸？伺服系統是否相容？機台內部是否有足夠空間？工件與治具重量是否超過負載？旋轉時會不會產生干涉？

因此，在選擇第四軸分度盤時，應該把 CNC 機台、控制器、伺服系統、加工空間、分度盤、治具、工件、切削條件與生產需求，視為一個完整系統來評估。

本文將從 VMC 使用者的實際需求出發，說明加裝第四軸前應該確認哪些相容性條件、常見選型錯誤，以及 TJR 不同第四軸技術適合哪些加工應用。

1. 第四軸分度盤能為 VMC 帶來什麼？

傳統三軸加工中心主要沿著 X、Y、Z 三個直線軸進行加工。加裝第四軸分度盤後，工件多了一個旋轉軸，可以依照 CNC 程式旋轉到指定角度。

例如，一個長方形零件需要加工四個側面。

使用傳統三軸加工時，可能需要經歷：

如果搭配合適的第四軸分度盤，工件就可以直接旋轉至 90°、180°、270° 或其他指定角度，而不必每加工一面就重新拆卸與裝夾。

依照實際工件形狀與製程需求，第四軸可以幫助製造商：

• 減少工件反覆拆卸與重新定位
• 降低多次裝夾可能產生的累積誤差
• 以更少的裝夾次數完成多面加工
• 加工圓周上的等距孔位
• 加工指定角度的溝槽、孔位或其他特徵
• 進行軸類、法蘭與圓柱形零件加工
• 提升重複生產時的製程一致性
• 減少人工翻面、重新找正與校正所花費的非切削時間

TJR 的第四軸分度盤可應用於 VMC 與 HMC，主要用來提升多面加工彈性，並減少不必要的工件重新定位。

不過，加裝第四軸並不代表一定能自動提升精度或生產效率。

實際加工成果仍然會受到以下因素影響：

• CNC 機台本身的狀況
• 分度盤精度
• 治具剛性
• 校正方式
• 工件幾何形狀
• 切削參數
• 安裝與整合品質

換句話說，第四軸是一項可以提升加工彈性的工具，但能否真正發揮效益，仍取決於整體加工系統是否搭配得當。

2. CNC 加工中心都可以加裝第四軸嗎？

不一定。

很多 CNC 加工中心確實可以加裝第四軸，但實際可行性主要取決於機台原本的控制配置與硬體條件。

常見情況大致可以分成兩類。

情況一：機台原本就預留第四軸功能

部分加工中心在出廠時，就已經預留未來加裝第四軸的條件。

依不同機台配置，可能包括：

• 額外軸控制能力
• 相容的伺服驅動器
• 電氣連接介面
• CNC 控制選項
• 所需的氣壓或液壓接口

這種情況下，加裝第四軸通常會比較直接。

不過，即使機台標示為「4th-axis ready」，也不代表任何一款第四軸分度盤都適用。

實際選型仍然必須確認：

• 機台內部是否有足夠空間
• 工作台承載能力是否足夠
• CNC 控制器是否相容
• 伺服系統是否匹配
• 工件尺寸是否適合
• 工件與治具總重量是否超過負載
• 旋轉慣量是否符合規格
• 切削條件是否在分度盤能力範圍內
• 分度速度與精度是否符合製程需求

情況二：機台原本沒有配置第四軸

如果 CNC 加工中心原本沒有預留第四軸功能，就需要進一步評估整體整合可行性。

通常需要確認：

• CNC 控制器是否支援額外控制軸
• 是否需要增加伺服驅動器
• 是否具備必要的控制選項
• 是否需要調整電氣或參數設定
• 是否需要額外氣壓或液壓供應
• 機台內部空間是否足以安裝第四軸
• 從工程與投資角度來看，整體加裝是否合理

TJR 表示其工程團隊具備加工中心與分度盤應用整合經驗。

不過，任何特定機台是否適合加裝第四軸，仍然要依照實際 CNC 機型、控制器、伺服配置、機械結構與加工需求進行評估。

真正該問的不是：

而是：

3. 相容性檢查一：CNC 控制器與伺服系統

在評估是否能加裝第四軸時，CNC 控制器與伺服系統通常是最先要確認的條件。

即使機台內部空間足夠，也不代表 CNC 系統一定能控制新增的旋轉軸。

建議先確認：

• CNC 控制器的品牌與型號
• 控制器是否支援額外控制軸
• 目前已使用多少伺服軸
• 是否已有合適的伺服驅動器
• 必要的 CNC 控制選項是否已啟用
• 是否需要額外參數設定
• 所選第四軸是否能搭配現有馬達與控制系統

即使兩台機器使用相同品牌的 CNC 控制器，也不能直接假設兩者的第四軸整合方式相同。

因為實際相容性還可能受到以下因素影響：

• 控制器世代
• 已啟用的控制選項
• 伺服配置
• 工具機製造商的原廠設定
• 現有硬體配置

此外，第四軸本身也要搭配以下條件一起評估：

• 伺服馬達
• 傳動機構
• 減速比
• 工件慣量
• 所需分度速度
• 定位與精度需求

因此，在提出選型或技術詢問前，建議先準備：

• CNC 機台品牌與型號
• CNC 控制器品牌與型號
• 現有伺服配置
• 機台序號或製造年份，如有需要
• 工件圖面
• 治具資訊
• 預計加工方式

資料越完整，就越容易縮小選型範圍，也能降低後續整合時的不確定性。

4. 相容性檢查二：機台空間、中心高度與干涉

選擇第四軸時，很多人第一個想到的是：

但真正需要確認的，不只是第四軸本體尺寸。

第四軸分度盤放上 VMC 工作台後，會同時占用機台空間、提高工件位置，並形成一個完整的旋轉範圍。

因此，應該一起評估：

• VMC 工作台尺寸
• X、Y、Z 軸行程
• 主軸鼻端至工作台的距離
• 分度盤的長、寬、高
• 馬達罩方向
• 治具尺寸
• 工件尺寸
• 工件完整旋轉範圍
• 刀柄淨空
• 主軸頭淨空
• 機門與防護罩淨空

為什麼中心高度很重要？

Center height（中心高度）是指機台工作台面到第四軸旋轉中心線的垂直距離。

它會直接影響：

• 工件在加工區域內的位置
• 剩餘 Z 軸行程
• 刀具是否容易接近工件
• 尾座或支撐台能否正確對心
• 工件旋轉時是否有足夠淨空
• 工件、主軸、治具與機台結構之間的碰撞風險

兩款盤面直徑相近的第四軸，可能具有完全不同的中心高度與本體尺寸，因此實際占用的加工空間也可能差很多。

TJR 的 Product Finder 也將中心高度列為第四軸選型的重要條件之一，與盤面直徑、中心孔尺寸及不同安裝方式下的工件負載並列。

不能只看靜止狀態，還要看旋轉範圍

工件在靜止狀態下可能完全放得進機台，但一旋轉之後就發生干涉。

這種情況特別容易出現在：

• 大直徑工件
• 長工件
• 偏心零件
• 不規則鑄件
• 大型治具
• 長刀具或大型刀柄

對較複雜的安裝配置來說，在最終選型前進行 3D 干涉檢查，是降低碰撞風險的一種實用方式。

5. 相容性檢查三：工件負載、旋轉慣量與支撐需求

很多第一次選購第四軸的客戶，第一個問題會是：

工件重量當然重要，但只看重量還不夠。

完整評估還應該包括：

• 工件重量
• 治具重量
• 卡盤重量
• 工件尺寸
• 重心位置
• 質量距離旋轉軸有多遠
• 旋轉慣量
• 安裝方向
• 加速與減速需求
• 是否需要額外支撐

為什麼旋轉慣量很重要？

兩個同樣重 100 公斤的工件，對第四軸造成的負荷可能完全不同。

例如，一個重量集中在旋轉軸附近、外型緊湊的工件，和一個長度很長或直徑很大、重量分布遠離旋轉中心的工件，即使總重量相同，旋轉時的負荷也不一樣。

當重量分布越遠離旋轉軸時，旋轉慣量通常也會增加。

這可能影響：

• 加速
• 減速
• 分度時間
• 驅動系統負載
• 定位穩定性
• 整體系統表現

因此，專業第四軸規格通常會將允許工件負載與允許工件慣量分開標示，而不是只看能承受多少公斤。

TJR 的產品規格也會依不同型號列出：

• 允許慣量
• 垂直安裝負載
• 水平安裝負載
• 搭配支撐台時的允許負載

所以，更完整的問題不應該只是：

而應該是：

什麼時候需要 Manual Tailstock 或 Support Table？

長軸、棒材與其他細長型工件，在加工時可能需要額外支撐，以：

• 減少工件撓曲
• 提高旋轉穩定性
• 維持工件對心
• 支撐較長或較重的工件
• 降低切削時的振動

是否需要額外支撐，通常取決於：

• 工件長度
• 直徑
• 重量
• 材質
• 切削負載
• 治具配置
• 所需加工精度

TJR 也提供 Manual Tailstock（手動尾座）與 Support Table（支撐台）作為選配附件。

Support Table 可以支撐工件或治具的外側端，而其中心高度必須與第四軸分度盤一致，才能維持正確對心。

因此，即使兩個工件重量差不多，長工件也不能用與短小工件相同的方式評估。

6. 相容性檢查四：夾持扭矩與實際切削需求

讓工件準確轉到指定角度，只完成了一半。

下一個更重要的問題是：

這就是為什麼夾持性能不能忽略。

依不同應用，可能需要考慮：

• 夾持扭矩
• 驅動扭矩
• 切削力
• 軸向與徑向負載
• 工件伸出量
• 重心位置
• 治具剛性
• 刀具伸出量
• 切削深度
• 進給速度
• 工件材質

小型零件的輕切削，和大型工件的重切削，對第四軸的需求完全不同。

同樣地，大量生產可能更重視快速分度與縮短 cycle time；重切削則可能更重視剛性、夾持能力與負載表現。

TJR 的產品規格會列出：

• Clamping torque
• Driving torque
• Allowable inertia
• Indexing precision
• Repeatability
• Allowable workpiece load

這也代表第四軸不能只靠單一規格選型，而是要回到實際加工需求來判斷。

因此，選最大的第四軸不一定最好。

真正合適的型號，應該符合：

• 實際切削條件
• 工件配置
• 分度需求
• 生產節拍

7. 哪些加工情況適合加裝第四軸？

不是所有 CNC 加工都需要第四軸。

但如果你的加工需求包含多面加工、圓周特徵、軸類零件，或經常需要人工翻面，那麼第四軸通常值得進一步評估。

多面加工

需要加工多個表面的零件，是第四軸最常見的應用之一。

例如：

• 外殼
• 支架
• 閥體
• 汽車零件
• 機械零件
• 精密金屬零件

透過第四軸旋轉工件，可以減少人工翻面，也可能減少整體裝夾次數。

圓周鑽孔與攻牙

法蘭、圓柱件與環形零件，經常需要加工：

• 等距孔
• 螺紋孔
• 溝槽
• 指定角度位置的加工特徵

第四軸可以依照程式，自動將工件旋轉到每一個指定位置。

軸類與長工件加工

軸件、棒材與其他細長零件，可以透過旋轉進行：

• 銑削
• 鑽孔
• 開槽
• 鍵槽加工
• 多面特徵加工

依照工件長度、重量與切削條件不同，也可能需要搭配 Manual Tailstock 或 Support Table。

是否值得投資第四軸，可以從以下條件來評估：

• 生產量
• 工件複雜度
• 所需精度
• 可用機台空間
• CNC 控制器相容性
• 整合需求
• 其他設備投資方案

8. 如何選擇不同的第四軸分度盤技術？

不同第四軸使用的傳動與分度技術並不相同。

TJR 的第四軸產品主要包括：

每一種技術都有不同優勢，但選型不能只看技術名稱。

真正應該比較的是實際型號規格，例如：

• 盤面尺寸
• 中心高度
• 工件負載
• 允許慣量
• 旋轉速度
• 分度精度
• 夾持扭矩
• 驅動扭矩
• 安裝方向

Worm Gear Rotary Table

蝸輪蝸桿分度盤廣泛應用於 CNC 分度與旋轉定位。

依不同型號，可以在以下條件之間取得平衡：

• 扭矩傳遞
• 剛性
• 定位能力
• 尺寸範圍
• 一般加工彈性

TJR 的 Worm Gear Rotary Table 可對應強度、耐用性、高扭矩輸出與負載能力等需求，也可應用於模具、汽車零件與一般金屬加工。

Roller Gear Cam Rotary Table

滾子凸輪分度盤比較適合進一步評估以下需求：

• 快速分度
• 平順運動
• 頻繁分度循環
• 大量生產
• 自動化加工

TJR 的 RC Series 採用預壓式 Roller Gear Cam 設計，主要用來降低背隙並維持穩定精度與耐用性。

不過，實際是否適合，仍應依照具體型號、工件負載、生產節拍、速度、精度與加工條件來判斷。

Torque Motor Rotary Table

Torque Motor Rotary Table 採直接驅動技術，在馬達與工作台之間不使用傳統機械減速機構。

可考慮的應用重點包括：

• 高旋轉速度
• 快速反應
• 降低機械傳動背隙
• 高精度加工

實際選型仍然必須考慮工件慣量、切削條件、控制配置與機台需求。

Hirth Coupling Index Table

TJR 也提供 Hirth Coupling Index Table，主要用於高精度分度應用。

這類產品可進一步評估於：

• 預定角度精密分度
• 重複定位
• 指定角度加工
• 穩定的分度定位需求

9. 第四軸相容性檢查表

在選擇第四軸分度盤之前，可以先用以下清單進行初步確認：

10. TJR 第四軸分度盤解決方案

TJR Precision Technology 專注於第四軸與第五軸 CNC 分度盤。

主要產品包括：

• 第四軸分度盤
• 第五軸分度盤
• 自動交換台
• 分度盤相關選配附件

在第四軸產品方面，TJR 提供：

• Worm Gear Rotary Table
• Roller Gear Cam Rotary Table
• Torque Motor Rotary Table
• Hirth Coupling Index Table

不同產品具有不同的：

• 盤面直徑
• 中心高度
• 中心孔尺寸
• 工件負載能力
• 允許慣量範圍
• 夾持扭矩
• 驅動扭矩
• 安裝配置

TJR 的 Product Finder 也可以依照以下條件篩選第四軸產品：

• 盤面直徑
• 中心孔直徑
• 中心高度
• 垂直工件負載
• 水平工件負載
• 搭配 Support Table 時的允許負載

因此，正確的選型方式不是直接挑最大的第四軸，而是讓第四軸與 CNC 控制器、可用加工空間、工件尺寸、總負載、旋轉慣量、支撐需求、切削條件與目標 cycle time 相互匹配。

TJR 其研發團隊具備加工中心與分度盤應用整合經驗，因此，在評估合適配置時，完整的應用資訊非常重要。

建議製造商在詢問 CNC 加工中心加裝第四軸時，先準備：

• CNC 機台品牌與型號
• CNC 控制器品牌與型號
• 機台工作台尺寸
• X、Y、Z 軸可用行程
• 工件圖面
• 工件尺寸與重量
• 治具或卡盤資訊
• 工件與治具總重量
• 加工材質
• 所需分度精度
• 預計切削條件
• 目標生產量或 cycle time

提供的資料越完整，就越容易評估哪一款第四軸分度盤更適合實際機台與加工需求。

11. 常見問題

12. 結論：成功加裝第四軸，關鍵在於相容性

那麼，CNC 加工中心可以加裝第四軸嗎？

很多情況下可以。

但判斷依據不能只是：

真正要確認的是：

• CNC 控制器是否支援
• 伺服配置是否相容
• 機台空間是否足夠
• 中心高度是否合適
• 工件旋轉時是否會干涉
• 工件與治具總重量是否超過負載
• 旋轉慣量是否符合規格
• 夾持與驅動扭矩是否足夠
• 安裝方向是否適合
• 是否需要額外支撐
• 切削條件是否符合
• 刀具、治具與機台之間是否有碰撞風險

對需要多面加工、圓周鑽孔、軸類加工、分度定位，或經常需要重新裝夾工件的製造商來說，選擇合適的第四軸分度盤，可以有效擴充現有 VMC 的加工彈性。

TJR 提供 Worm Gear、Roller Gear Cam、Torque Motor 與 Hirth Coupling 等不同第四軸技術，並提供 Manual Tailstock 與 Support Table 等選配附件，以因應不同工件與加工需求。