5軸CNC加工とは？

サブトラクティブ マニュファクチャリングでは、特定の生産ニーズに最適な機械を選択することが非常に重要です。材料の選択から形状、セットアップ時間などに至るまで、適切な機械は生産効率の向上とコスト削減につながります。医療業界では、高い公差を必要とし、複雑な形状で構成される可能性のある部品は、多くの場合、5 軸 CNC 加工を使用します。これにより、複数の軸をそれぞれのデータムに加工する際に必要な複雑な部品のセットアップの数が減ります。

CNC 加工の軸

5 軸 CNC 加工は、パーツまたはツールが同時に移動できるパスです。主軸 X、Y、Z は、1500 年代に数学者で哲学者のルネ・デカルトによって最初に提案された基本的なデカルト座標系の一部です。これは 3 次元空間を表すために使用され、異なる方向に向かう 3 本の垂直線として表すことができます。 3 つの軸は、各軸に沿って長さを測定するための基準点として使用される原点と呼ばれる中心点で交差します。

最後の 2 つの軸 A と B は、理解するのがより困難です。これらの 2 つの軸は、主な X 軸と Y 軸の周りを回転し、主軸を下って移動するオブジェクトの一部として見ることができます。 Z 軸を中心に回転する C と呼ばれる追加の軸も存在しますが、CNC 加工プロセスでは通常使用されません。

5 軸 CNC マシンの能力は?

5 軸 CNC マシンは、非常に正確な結果を生み出します。これらの高度な CNC マシンは、アルミニウム、スチール、真鍮、ポリマーから複雑なワークピースを作成できます。そして、これはすべて、ワークピースに対する 5 種類の異なるモーションを使用して行われます。たとえば、ワークピースの 2 つの回転運動に加えて、X、Y、および Z 軸に沿って機械加工されたビレット アルミニウム。これらの追加のモーションにより、柔軟性と精度が向上します。これは、従来の 3 軸加工機では不可能です。 5 軸機械加工は、非常に複雑で空気力学的な部品を製造できます。このタイプの機械加工は、着陸装置、隔壁などの製造に使用されています。

重い材料の除去または軽量化は、航空宇宙および自動車の設計では一般的な手法です。軽量化により、5軸加工の需要が高まっています。そして、これらの業界だけでなく他の業界でも需要が高まっています。 3 軸機械加工は、荒加工プロセス中に重量を簡単に取り除くことができますが、その技術では、高精度を必要とする特定の部品に必要なきれいな仕上げと、最小限の部品セットアップを提供することはできません。

サイクル タイムの短縮は、3 軸または 4 軸の CNC 機械加工と 2D 機械加工に対する 5 軸の CNC 機械加工のもう 1 つの大きな利点です。 5 軸 CNC マシンには、1 回のセットアップで複雑な形状を操作する機能があります。セットアップが少ないほど、各パーツ データム間の公差の問題が発生する可能性が低くなります。段取り数を減らせば、リードタイムが短縮されます。したがって、少量の部品が製造プロセスを迅速に進むことができ、顧客の反応が向上します。作業治具への部品の移動を最小限に抑えることで、平均して 1 個あたり 40 分の時間を節約できます。試作や少量生産の場合、この時間の節約は大幅なコスト削減につながります。 1 回のセットアップで、5 軸加工機は材料を加工し、各軸内で 360 度の自由度を加工できます。

フィクスチャとジョグの削減

5 軸加工機は、基本的にすべての面を加工できます。これにより、複数のセットアップや特別な治具や治具の必要性を減らすことができます。カッティングヘッドと余分な回転軸の可動範囲により、これらの機械は部品の 5 つの側面に到達できます。これは、必要な再固定が少なくなり、不要なセットアップが少なくなることを意味します。これにより、サイクル タイムが短縮されるだけでなく、コストとオペレーターのエラーも削減されます。さらに、複数のセットアップでは、パーツを移動するたびに位置合わせが正しくない可能性が常にあります。

部品あたりの人件費を削減する 5 軸マシン

5 軸加工機を選択することで、機械オペレーターが部品に触れるたびに発生する無駄な時間とその後のコストを排除できます。部品の再固定にかかる時間を短縮すると、人件費も削減されます。つまり、オペレーターが部品に触れる時間が少なければ少ないほど、コストは低くなります。

5 軸 CNC 加工システムを選択するメリット

高度なシステムは、従来の 3 軸加工機よりも優れていると考えられており、その人気は年々高まっています。追加の A 軸と B 軸により、無数の製造能力が拡張されます。カッティングヘッドとツールは、ほぼすべての可能な位置からワークピースにアプローチできるようになりました。これにより、システム全体の再配置を必要とせずに簡単に加工できます。これは、パーツの位置を変更しない限り、5 軸未満のマシンでは不可能です。

さらに、必要な再配置の量が減少するため、製品の取り扱いが少なくなります。これにより、時間の節約、人的エラーの削減、および生産コストの削減につながります。追加の軸を使用して複雑な部品を作成できるようになり、3 つの軸のみを必要とするジョブは、5 軸マシンを使用してより速く完了できます。これは、切削工具が切削面に接しているためです。これにより、各パスでより多くの材料が除去されます。

このプロセスのもう 1 つの利点は、表面仕上げの改善です。これは、パーツの向きが異なると、製品が切削工具に近づくためです。これにより、工具の振動が少なくなり、全体的に滑らかな表面仕上げが得られます。 Autodesk の PowerMill などの設計ソフトウェアは、ツール パスの膨大なライブラリを提供することで、このプロセスを完了するのに役立ちます。これにより、最適化が向上し、手作業による研磨が最小限に抑えられます。

5 軸 CNC マシンは、最大 5 つの異なる軸を同時に使用できる多用途の製造マシンです。 3 つの直線軸と 2 つの回転軸。その加工能力は、通常の 3 軸 CNC マシンよりも多様です。 5 軸 CNC マシンは、複数のセットアップを排除するような方法で装備できるため、常時監視する必要性が減り、効率が向上し、シングルセットアップ加工または「Done-In-One」を実現できます。 5 軸 CNC マシンは、あらゆるマシン ショップにとって追加の主力製品です。うまく活用すれば、余計な段取りをしなくても完成品を作ることができます。これにより、ダウンタイムが大幅に短縮されます。

さまざまな産業における 5 軸加工のメリット

• 自動車産業

自動車産業では、品質と一貫性が重要な要件である大量生産が必要です。各コンポーネントは、安全な車両のために特定の許容範囲内に収まる必要があります。自動車産業のほとんどのコンポーネントは、スタンピング、プラスチック射出成形、鋳造などの低コストの大量生産プロセスを使用して製造されています。ただし、これらの経済的で迅速な技術には、高度で高精度の工具が必要であり、これは 5 軸加工にとって理想的な状況です。

• 医療産業における 5 軸加工

航空宇宙産業と同様に、医療産業にも非常に厳しい品質要件があります。特定の医療部品は、有害な品質の問題がある場合、人の健康または生存率に直接的かつ即時の影響を与える可能性があります.一部の医療用コンポーネントは、患者に移植できるように特殊な材料から機械加工された有機的な形状をしています。 5 軸 CNC は、これらのタイプの材料を機械加工することも、そのようなインプラントの有機的な形状を処理することもできます。インプラントとは別に、医療用インペラーや CT スキャナー コンポーネントなど、他の医療関連アプリケーションでも 5 軸が必要です。

• エネルギー産業における 5 軸加工

エネルギー産業は、他の産業の主要な構成要素です。それは巨大で、さまざまな高度な機能とテクノロジーが組み込まれています。発電所から太陽光発電システム、さらに核融合などのさらに珍しい技術まで、高度なコンポーネントが必要です。エンジニアリング、材料科学、および製造のこの厳しい仕様は、これらの厳しい要件によるものです。また、高度なコンポーネントを確実に生産できる機械加工システムが必要であり、5 軸機械が真価を発揮するのはこの点です。