4軸および5軸CNCマシンが複雑な部品を製造する方法

CNC機械加工は製造業の世界を変えました。形のない「ワークピース」から材料を切り取るためにロータリーカッターを使用する装置であるフライス盤は19世紀から存在していましたが、20世紀半ばのCNC（コンピューター数値制御）技術の出現により、機械加工ははるかに高速になりました。正確です。

コンピューターを使用してカッターやテーブルの動きを制御する今日のCNCマシンは、メーカーが非常に低い公差で複雑な部品を作成できるようにする高度な機器です。

ただし、さまざまなCNC加工オプションが存在するため、どこから始めればよいかを知るのは難しい場合があります。部品が異なれば、形状、サイズ、数量、最終目的に応じて異なる機械加工プロセスが必要になるため、適切なCNCプロセスを選択することが簡単な作業になることはめったにありません。

CNCマシンを使用している企業にとって最大の質問の1つは、マシンが提供する軸の数に関するものです。 3軸、4軸、5軸の機械がよく使われますが、実際の違いは何ですか？そしてもっと重要なことは、あなたは自分の部分にどちらを使うべきですか？

CNCマシンの「軸」とは何ですか？

機械加工の複数の「軸」に頭を悩ませるのは混乱を招く可能性がありますが、それには正当な理由があります。

直感的には、3つの軸がすべての可能な形状をカバーできるように見えるため、概念は混乱を招きます。 X、Y、Z軸に沿って（左右、前後、上下に）移動できるカッターを使用することにより、機械はその表面の任意の点でワークピースを切断できる必要があります。一定の間隔でテーブル上のワークピースの向きを手動で変更する（新しい「セットアップ」を作成する）ことにより、機械のオペレーターは、切削工具がワークピースの任意の側にアクセスできるようにすることもできます。

しかし、多くのCNCマシンは3軸しか使用せず、上記の3軸CNC加工の種類は多くのプロジェクトに十分ですが、他の軸も活用する必要があります。

これらの余分な軸は、の周りの回転の結果です。 位置だけでなく方向も考慮した、X、Y、Z軸の1つまたは2つ。実際には、これらの軸は、切削工具を回転させるか、ワークピースを保持しているテーブルを傾けることによって利用できます。

4軸および5軸CNCマシンが役立つのはなぜですか？

これらの追加の軸を備えたCNCマシンを使用すると、多くの利点があります。さまざまな角度からワークピースを切断できるため、4軸および5軸の機械は、複数のセットアップを必要とせずに、より短い時間枠で部品を完成させることができます。これには、誤った位置合わせを排除するというノックオンの利点があります。新しいセットアップのためにワークピースの向きを手動で変更する必要があるたびにリスクがあります。

多軸加工のもう1つの関連する利点は、3軸機械で部品を所定の位置に保持するために一般的に必要とされる複雑な固定具が不要になることです。

ただし、クライアントの観点から見ると、4軸および5軸CNC機械加工の最大の利点は、非常に複雑な形状を非常に高い水準で作成できることです。追加の軸を使用すると、マシンはより大きなリーチと柔軟性で新しい円弧と角度で移動できます。これにより、最終的には、さまざまな異常なジオメトリを作成できるようになります。

さらに、カッターを任意の角度に向けることができる機械を使用することで、ワークピースを最も効率的な方法で切断するようにジョブをプログラムできます。最適な切断速度と切りくず除去を提供する角度で、より高い品質を実現します。完成したパーツ。

この配置は、輪郭のある表面を作成するのにも理想的です。 3軸マシンの場合、湾曲したエッジには複数の小さなカットが必要であり、実行に時間がかかる可能性があり、完璧な仕上がりを残すことはめったにありません。しかし、多軸マシンでは、段階的な回転（4番目または5番目の軸の調整）により、滑らかな仕上がりでほぼ完璧な輪郭を作成できます。

5軸加工または3+2?:適切なものを見つけるためのショートガイド

切削工具に関しては、ワークフローに適した軸の数を選択する際に考慮しなければならない主な考慮事項の1つです。比較的単純な作業では3軸システムを選択できますが、より複雑な部品の場合はアップグレードが必要になる場合があります。そこで、5軸および3+2軸の機械が登場します。

5軸加工は根強い人気がありますが、3 + 2にも独自の場所があり、いくつかの明確な利点があります。 3 + 2または5軸インデックス（またはそのさまざまな代替タイトルのいずれか）は、金型ショップや印刷要件がそれほど複雑でない企業の間で人気のある機械加工の形式です。

では、詳しく見てみましょう：

ワークフローの違い

2つのテクノロジーの主な違いは、角度加工と連続加工とインデックス加工にあります。これは、3 + 2加工または5軸「インデックス付き」加工では、すべての回転軸を介した切削工具とワークピースの連続的な接触が維持されないことを意味します。この加工モードとは異なり、同時または真の5軸加工では、工作機械の3つの直線軸（X、Y、Z）と2つの回転軸（A、B）を同時に使用するため、より複雑な輪郭面加工が可能になります。

コードに関しては、3+2加工は一般的にそれほど複雑でないGコードも使用します。多くの5軸加工ソフトウェアプロバイダーには、3+2加工のプロビジョニングが含まれています。ただし、3 + 2加工は、切削工具を操作するためのスピンドルヘッドの「ねじれと回転」がない、事実上3軸の機械であるため、工具の動きを簡素化します。

ユーザーが覚えておきたいのは、CAMソフトウェアの衝突回避とプログラムシミュレーション機能を評価する必要があるということです。それでも、3 + 2がこれほど人気を博している理由の1つは、利用可能なプログラミングユーティリティが豊富にあることです。したがって、それほどハードルにはならないはずです。

類似点

共通の利点としては、セットアップが少なく、短い工具を使用して表面仕上げが改善されるため、どちらも寸法安定性が得られます。 3 + 2プロセスでは、フライス盤プロセスに同じ3軸制御を使用しますが、加工テーブルは2つの追加方向に向きを変えて回転することができます。その結果、加工物をあらゆる面から処理できるため、セットアップの必要性が減り、全体的なコストが削減されます。サイクルタイムが短いため、両方のテクノロジーの運用中のコストも削減されます。

誰もが推測できるように、単一のセットアップを使用して5つの側面すべてから部品を処理するために必要な準備が少なくて済み、より高い精度で操作しながらリードタイムが大幅に短縮されるというメリットがあり、オブジェクトをある機器から別の機器に移動する必要がなくなります。

特定のアプリケーション

5軸加工は全体としてより複雑な最終製品を提供する可能性がありますが、3+2軸が際立つ特定の方法があります。 3 + 2軸加工は、治具、固定具、ハウジング、その他のコンポーネントなどの極端な輪郭制御を必要としない部品に最適です。非常に優れた機能を備えた設計を製造する必要がある場合は、真の5軸加工が最適な場合があります。

5軸加工は、品質と仕上げが向上しているため、自動車、航空宇宙、医療部品に特に役立ちます。簡単に言えば、5軸加工には、より厳しい公差とより複雑な形状がより適切です。ただし、これで議論は終わりではありません。前述のように、3 + 2軸加工には、より望ましいものにすることができるいくつかの明確な利点があります。

一つには、5軸加工よりも安価です。 3 + 2操作の一般的なアプリケーションには、荒加工やその他の積極的な高速加工技術が含まれます。ツールの長さが短いため、キャビティや急な壁のアンダーカットも可能になります。これは、金型製作や、曲線や角度の付いた管状形状を含むその他のワークピースアプリケーションに最適な機能です。従来の3軸加工と比較して、3 + 2加工では、作業面に向かって角度を付けることができる、より短くて剛性の高い切削工具を使用して、送りと速度を高速化します。 。また、5軸加工機は過去数年で価格の面で長い道のりを歩んできましたが、高額な値札なしで5軸加工の多くの利点を体現しています。

場合によっては、両方のテクノロジーを組み合わせて使用​​できます。たとえば、荒加工には3 + 2加工を適用し、仕上げ加工には5軸同時加工を行うことができます。 3 + 2で許容される短い工具長により、このようなより積極的な高速加工技術に適しています。 3 + 2軸マシンは、多くの場合、効果的にレスト加工を実行することもできます。

同時に、3 + 2システムと設定は、同時5軸加工の代わりと考えるべきではありません。キャビティに鋭いコーナーを作成するためのフラットノーズエンドミルなど、5軸システムを絶対に必要とする特定の形状があります。 3 + 2加工では、通常、3軸加工と同様のボールノーズエンドミルを使用するため、この設定はダウングレードになる可能性があります。円錐曲線、ロリポップ、またはその他の特殊な形状の切削工具を使用するその他のさまざまな切削モードでは、正確な結果を得るために完全な5軸モーションが必要になる場合があります。

5軸加工と3+2軸加工の両方が製造の範囲内にあります。自分のワークフロー、投資のレベル、最終製品に最も適したものを選択するだけです。

どのプロセスが私に適していますか？

4軸および5軸の機械は非常に複雑な部品を製造できるため、航空宇宙産業などの高予算、ハイステークス業界のクライアントに好まれることがよくあります。ただし、すべてのジョブに多軸設定が必要なわけではありません。

コストが最優先事項である場合、3軸加工がおそらく最良の選択肢です。 3軸機械は購入が安く、操作に必要なスキルも少ないため、部品の3軸加工は、より高度なプロセスの1つよりも安価になる傾向があります。また、コストが問題にならない場合でも、非常に単純な形状を3軸マシンに任せるのが最適な場合もあります。

これらの基準のどちらも当てはまらない場合、決定はより複雑になります。そのため、CNC機械加工の専門家に相談して、特定の仕事に適した機械の種類についてアドバイスを得るのが最適な場合がよくあります。

プロトタイピングのスペシャリストである3ERPは、主要なCNC機械加工会社のひとつであり、より一般的な3軸の種類に加えて、4軸および5軸の機械加工を提供できる厳選された企業の1つです。当社のHAASCNCフライス盤サービスは、利用可能な最高のもののいくつかであり、同社のエンジニアはこの分野で長年の経験があります。 3ERPは、ABS、テフロン、PEEKなどのプラスチックや、アルミニウム、鋼、チタンなどの金属など、さまざまな材料も提供しています。

CNC機械加工の必要性について3ERPに相談し、4軸または5軸の機械加工がプロジェクトに最適なソリューションを提供できるかどうかを確認してください。