CNC 5 軸ミルはワークショップの能力を向上させます

メーカーのコミュニティでは、「CNC」という用語は、CNC フライス加工、つまりスピンドルを工具ヘッドとして使用するプロセスを示すためによく使用されます。ただし、CNC はフライス加工だけでなく、他の用途にも使用できることに注意してください。

この記事の目的上、CNC フライス加工は、材料を体系的に除去して最終的な形状を生成する切削工具です。この減算プロセスでは、コンピューターが CAD 設計を座標に変換し、それを切削工具に変換して材料を除去し、最終オブジェクトの指示を表示します。

5 軸 CNC フライス加工の謎解き

5 軸 CNC フライス盤は、切削工具が 5 つの異なる軸に沿って同時に移動する、通常のフライス盤の高度なバリエーションです。この自由な動きのおかげで、複雑な形状を作成することができます。愛好家の間で人気のある通常の 3 軸 CNC マシンは、プロセスの途中で手動で材料を調整しないと、部分的なキャビティやオーバーハングなどを作成するような方法で切削スピンドルを動かすことはできません。

CNC フライス加工の典型的な材料:

● 炭素繊維

●アルミ

●チタン

● 木材 (芸術的およびデザイン用途)

強力で耐久性のある材料から複雑な部品を製造できるため、5 軸 CNC は、並外れた強度を持つ複雑な部品を必要とする航空業界で一般的な生産およびプロトタイプ ソリューションです。

聴衆の数学の読者は、2 つの追加の軸が正確にどこから来るのか疑問に思うかもしれません。結局、デカルト座標系には X、Y、Z の 3 つの軸しかありません。しかし、それは非常に単純です。5 軸 CNC は、X 軸と Y 軸のそれぞれの周りに回転の「軸」を 1 つ追加します。

上の図は 6 つの軸を示しています。一部のマシンには垂直 Z 軸を中心とした回転が存在しますが、実際には 6 軸 CNC フライス盤はまれな品種です。

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3 軸の世界での 5 つの軸

CNC フライス盤が 5 軸の効率を達成できる機械的な方法が 2 つあります。

ツール ヘッドを回転させる
テーブル (および材料ブロック) を移動する
名前が示すように、スイベル ヘッドを備えた機械は、ツール ヘッドを材料のブロックの周りで操作して、さまざまな角度で狭いスペースに入ることができます。この方法の利点の 1 つは、材料のブロックがプロセス全体で静止したままであるため、より大きく重いワークピースを加工できることです。

一方、ピンとも呼ばれるテーブル上のオブジェクトを移動するCNCミルは、材料が置かれたテーブルを回転させることにより、追加の2つの自由度を実現します。このアプローチの利点は速度と安定性ですが、大きすぎたり重すぎたりするオブジェクトはこの方法では回転できません。たとえば、5 軸切削機能を実現するために使用される 2 つのアプローチ、つまり連続方式と 3 + 2 軸方式には明確な違いがあります。名前はどういうわけか定義を与えます.

連続 5 軸 CNC システムでは、5 軸すべてで切削工具を連続的に調整して、先端を切断面に対して最適に垂直に保つ必要があります。対照的に、3 + 2 メソッドは、X と Y を中心とした回転軸によって決定される角度で要素をロックし、ツール ヘッドは 3 軸で移動してパーツを切削します。

連続ミリング vs 3 + 2 軸

おそらく、連続CNCの主な利点は何だろうと思っているでしょうか?スピード。プロセス中に部品の向きを何度も変更するために切断を中断する必要はありません。連続 5 軸 CNC ミルの方が高速です。ただし、常に移動するツール ヘッドには、より多くの可動部品 (より高い摩耗) と高度な衝突検出が必要であることに注意してください。したがって、正常に実行するには機械的およびプログラム的に複雑になります。

これは、5 軸の世界で重要な問題である衝突を引き起こします。重い切削工具や材料の破片が高速で飛び交うため、何も衝突しないようにすることが非常に重要です。しかし、3D 空間内のすべての場所を追跡する方法を機械に教えることは、ソフトウェアにとって大きな課題であることがわかります。

ソフトウェア側

ソフトウェアの課題について言えば、3D 設計を CAD ソフトウェア ファイルから物理的なツール パスに変換することも、エンジニアリングの大きな成果です。現実の世界で本当にスムーズな結果を提供できるのは、最先端のソフトウェア ツールの一部だけです。

5 軸フライス加工と 3D プリントの類似点を理解することは難しくないため、これら 2 つのプロセスがどのように比較されるのか疑問に思うかもしれません。簡単に言えば、3D プリントと CNC は代替ではなく追加であり、CNC は最も頑丈で最も硬い部品に使用されます。

明らかな違いは、5 軸 CNC システムが主に産業用アプリケーションで見られることです。 3D プリントは、レーザーを使用して大きな粉末槽からオブジェクトを追加生産する SLS マシンの形でもこの世界に存在します。どちらもアルミニウムなどのプロ品質の素材を扱うことができますが、SLS 3D プリントの 1 つの問題はパフォーマンスです。

フライス加工 vs 3D プリント

短いバージョンは次のとおりです。
工業用 3D プリントはリード タイムが長くなる可能性があります。
CNC フライス加工により、ほとんどの注文サイズで原材料の消費を削減できます。
SLS 3D プリント プロセスでは、サイズに関係なく、1 つのパーツを製造するには、プリント チャンバーに粉末を充填する必要があります。粉末を含むチャンバー全体を印刷中に加熱する必要があるため、未使用の粉末をすべて再利用できるわけではありません。その結果、未使用のパウダーの一部は単純に無駄になるため、各サイクルで使用されるパウダーの量を最大化し、未使用のスペースを減らすために、印刷ジョブを体系的にキューに入れ、スタックする必要があります。

一般に、CNC フライス加工にはそのような制限はありません。材料のブロックが完成したモデルとほぼ同じサイズで提供される限り、モデルがどれほど大きくても小さくても、最終的な形状を得るために余分な部分が取り除かれます。材料の元のブロックが最終部品とサイズが類似していれば、多くの材料が無駄になることはありません。さらに、アルミニウムなどの一部の CNC 材料では、切断された材料を回収してリサイクルすることもできます。

ちょっと言及

SLS ほど広くは使用されていませんが、もう 1 つの産業用 3D プリント方法である電子ビーム溶融 (EBM) は、より少ない材料を使用します。これは、特定のボリュームを満たす必要がないためです。基本的に、作成中に建築材料を「発射」します。