5軸CNC加工の基本ガイド

5軸CNC加工についてもっと知りたいですか？ 5軸CNC工作機械が製造能力の向上にどのように役立つか知りたいですか？

5軸CNCマシンのこの重要なガイドを読んで、それらがどのように機能するか、それらの利点は何か、および利用可能な工作機械のタイプを見つける必要があります。

航空宇宙工学、医療、防衛、ロボット工学、自動車製造などの高度な産業のますます高度化するニーズをより適切にサポートするために開発された多軸CNC工作機械は、製造に革命をもたらしました。

主なマイルストーンは、5軸CNC工作機械の開発です。 。 5軸マシニングセンターとも呼ばれ、このような機械の機能と柔軟性は、標準の3軸マシニングセンターよりもはるかに優れています。

5軸CNCマシンが生産に関連しているかどうかを判断するのに役立つように、この記事では、このテクノロジーに関してよく寄せられる次の質問について説明します。

• 5軸CNC加工とは何ですか？
• 5軸CNC工作機械はいつ必要ですか？
• 5軸CNC加工の利点は何ですか？
• 5軸CNC工作機械で何を探すべきですか？
• 華川から入手できる5軸CNC工作機械の種類

＃1 5軸CNC加工とは何ですか？

5軸CNC機械加工技術では、コンピューター数値制御（CNC）マシニングセンターを使用して、部品を5つの異なる軸に配置または同期し、切削工具に簡単にアクセスできるようにします。これにより、パーツを3つの主軸（X、Y、Z）と、2つの追加の回転軸（AとCまたはBとC）で加工できます。

下の図を参照して、どのように機能するかを確認してください。

複数の軸にわたる部品の動きを制御することにより、切削工具は多方向に柔軟に対応できます。したがって、ネガティブな角度も含め、ほとんどの角度に到達でき、幅広い形状と寸法の標準的な切削工具を最大限に活用できます。

3+2軸バージョン

3+2軸バージョンの場合 、任意の3つの軸を同時に制御でき、残りの2つの軸はピースの位置決めに使用されます。

仕組みは次のとおりです。

• XとZとCを一緒に使用でき、YとA軸は位置決めに使用されます。
• YとZとAを一緒に使用し、XとCをポジショニングに使用できます。

4+1軸バージョン

4+1軸バージョンの場合 、残りの1軸を位置決めに使用しながら、4軸のいずれかを同時に制御できます。

仕組みは次のとおりです。

• XとZとAとCを一緒に使用でき、Yはポジショニングに使用されます。
• XとYとZとAを一緒に使用でき、Cはポジショニングに使用されます。

完全な5軸バージョン

最後に、完全な5軸バージョンがあります すべての3軸（線形）と2軸（回転）を同時に制御できます。

このバージョンでは、軸は3つの直線軸（通常はX、Y、Zと呼ばれます）と2つの回転軸（通常はAとCと呼ばれます）で構成されます。 A軸は傾斜軸、C軸は回転軸です。このような構成では、通常、ワークピースが取り付けられるテーブル面があります。

軸の回転

トラニオンテーブルを備えた5軸CNC工作機械の場合、テーブルは2つの回転軸を備えたツールを提供します。

• A軸 –テーブルの表面がオペレーターに向かって、またはオペレーターから離れる方向に回転（傾斜）します（例：HwacheonのM2-5AX、M3-5AX、M4-5AX。D2-5AXでは、テーブルの表面がオペレーターのポイントから左側または右側に傾斜します。ビューの）。

モデルによっては、幅広い傾斜角度を実現できます。一般的に言えば、+ /-120°のより広い傾斜範囲を持つ機械（M3-5AXやM4-5AXなど）は例外的です。このようなテーブルデザインと利用可能な範囲により、ワークピースを傾けて、さらに複雑な角度にアクセスできるようになります。

D2-5AXのようなモデルの場合、テーブルはオペレーターから見て縦方向に取り付けられ、右に+ 30°、左に傾けると-110°の傾斜範囲を提供します。

• C軸 –テーブル上面（部品が取り付けられている）を左（時計回り）または右（反時計回り）に回転させます。回転は最大360°まで可能で、再びゼロ位置に戻る必要なしに完全な円を提供します。これにより、パーツを必要な回転位置に配置できます。 3線形軸は、線形運動を必要な位置に配置する可能性を提供します。傾斜軸は、必要な傾斜位置への角度を提供します。

3直線軸（X、Y、Z）と5軸機械の回転A軸とC軸とともに、加工する部品を操作して、切削に最適な角度と位置に移動することができます。

＃2 5軸CNC工作機械が必要なのはいつですか？

柔軟性と適応性が高いため、5軸工作機械は、特定の機械加工ニーズに対応する複数の業界にわたる幅広い機械加工操作に役立ちます。

最も一般的な7つのアプリケーションを次に示します。

1）特定の角度の5つの面すべてで切断、穴あけ、またはタッピング操作が必要な場合

5軸加工は、ほんの数例を挙げると、航空宇宙、医療、自動車、一般部品、金型および金型、または石油およびガス産業で最も普及しています。これらのパーツは、異常な形状であるか、複雑な輪郭と表面を持っているか、特定の角度の表面、位置、および位置を持っている傾向があります。それらには、航空機または船のタービン、インペラー、および5つの面すべてと追加の特定の角度での操作を必要とするステアリングナックルなどの部品が含まれます。

2）より柔軟なエンジニアリングソリューションが必要な場合

同時5軸加工操作は、金型と金型、および航空宇宙部品製造業界で一般的です。部品をさまざまな軸に配置または移動する機能を備えた5軸工作機械は、設計エンジニアに最も困難な形状や形状を設計するためのより大きな自由を提供します。したがって、作業する部品がより複雑になる可能性があり、実質的にすべての業界で全体的なエンジニアリングソリューションが向上します。

3）大量生産-低ミックス生産が必要な場合

小さいながらも繰り返しの量で製造されるワークピースは増加しています。最近の業界では、大量注文を避け、必要に応じてジャストインタイムで繰り返すことができる小ロットを好む傾向があります。製造業者は、生産の迅速な切り替えに対応するために非常に柔軟でなければなりません。そうすることで、メーカーはコストのかかる不要な在庫を回避し、価格設定をより柔軟に行うことができます。

4）複雑な形状のワークピースの注文を受けた場合

5軸加工は、航空宇宙、医療、自動車、石油・ガス、半導体、電子産業など、非常に複雑で正確なワークピースを必要とする企業に最適です。これらの分野の製造業者は、正確で持続的な一定の性能で部品を製造するために、適切なノウハウと適切な機器の両方を必要としています。

適切な機械、優れたCAD / CAM、工具、訓練を受けたオペレーター/プログラマーがあれば、そのようなメーカーは、標準的な製造会社とは一線を画しながら、生産を収益性の高いものにすることができます。

5）リードタイムを短縮して効率を上げたい場合

最も複雑な部品を製造するために必要な標準のクランプ固定具が少ないため、5軸CNC工作機械は、1台の機械で部品を複数の工作機械に移動する必要がなくなります。シングルセットアップ加工を実行できることで、特にロットサイズが縮小し、部品がより複雑になるため、ビジネス上の大きな利点が得られます。

6）パーツの品質と精度を向上させたい場合

さまざまな工作機械を複数回セットアップする必要がないため、人的および機械的なエラーが減少します。これにより、1つのセットアップで5面および5軸加工の機能を使用する場合に、加工部品の精度が向上します。このようなマシンでは、標準ツールを使用することもできます。特別なツール（非常に長いツールやフォームツールなど）が必要ないため、これは明らかにコスト削減につながります。

7）柔軟性、生産速度、精度を高めたい場合

3 + 2軸構成の工作機械は、標準の3軸および4軸機械よりも優れていますが、4 + 1設計の機械は、さらに優れた柔軟性を提供します。4+ 1機械は、あらゆる業界で必要なすべての部品の85％を生産できると推定されます。 。これは、あらゆる種類の作業に対応する必要があり、選択しすぎることのない部品メーカーにとっては朗報です。 3 + 2軸マシン（通常、オプションの2軸テーブルが追加された標準の3軸マシニングセンター）では、開始位置に新しいツールが必要であり、部品サイズと加工の複雑さが制限されます。タービンホイール、タイヤモールドセクション、人間のスペアパーツなどの非常に複雑な形状には、完全な5軸同時機械が必要です。これらは、必要なすべてのパーツの残りの15％の範囲をカバーすると推定されます。つまり、100％をカバーできます。標準から複雑な機械加工のニーズに対応します。

＃3 5軸CNC工作機械の利点は何ですか？

同時5軸加工を使用すると、CNC工作機械は、単純な工作機械では作成が困難または不可能な非常に複雑な輪郭面でも機能します。単一のセットアップで部品の5つの側面を加工することは、単一のセットアップで部品の5つの側面すべてで操作を実行できることを意味し、準備時間、再クランプ、および労力を節約します。

さらに、5軸加工により、複数のマシン間でワークピースを移動する必要がなくなるため、柔軟性と精度が向上します。これにより、さまざまなクランプ器具やセットアップの必要性がさらに減ります。

5軸マシニングセンターで楽しめるメリットをいくつかご紹介します。

1）最小化されたマシンセットアップ

単一のセットアッププロセス（別名「Done-in-One」）で、準備時間を大幅に短縮し、人と機械の両方の効率を高めることができます。これにより、機械加工の各段階で複数のセットアップを行うことで発生する人的および機械的なエラーも減少します。部品を機械の必要な位置に配置するために使用されるより単純なクランプ装置は、時間とコストを節約し、潜在的なエラーを減らします。

2）複雑な設計を管理する機能

5軸加工により、複雑な形状や設計にも簡単に対応できます。これには、油圧システムの部品、ウォーターポンプハウジング、ギアボックスハウジング、ギアホイール、射出成形金型、石油およびガス機器、医療または輸血機器などが含まれる場合があります。

3）より高い加工精度

多軸加工は、必要な手動設定の量を減らすことで、製造される部品の全体的な精度を向上させるのに役立ちます。

4）より良い表面仕上げ

Hwacheon M2-5AX、M3-5AX、M4-5AX、D2-5AXマシニングセンターなど、より高い機械的品質で構築された5軸マシンは、振動の低減、より滑らかな高品質の表面、および一定の精度を実現するための基盤を提供します。機械加工サイクル全体を通して部品はクランプされたままなので、機械のオペレーターは部品を再クランプする必要はありません。これにより、仕上げの品質が大幅に向上します。

5）より迅速な材料除去

最も硬い材料でも迅速かつ効率的に除去するように特別に設計された4+1またはフル5軸CNCマシニングセンターは、手作業を大幅に削減します。これにより、加工の効率​​と安定性が向上します。

6）大幅な時間の節約

人件費の上昇、訓練された人員の不足、および工場の生産性を向上させる必要性を考えると、運用および人件費を調査することがますます重要になっています。このような工作機械のオールインワン設定のおかげで、オペレーターは次の操作のために部品を再度クランプして他の機械に移動する必要がありません。代わりに、追加のマシンの管理に集中できるため、生産性が向上します。

7）工場の生産能力と生産の柔軟性を拡大する

部品メーカーと契約メーカーにとって、5軸マシニングセンターに投資することで、生産の柔軟性と軽快さが向上します。その複数のアプリケーションで、そのような工作機械はあなたが大小の製造注文の両方のためにあなたの機械を最大化することを可能にします。このような機能は、機能が明らかに制限されている低コストの標準マシンには存在しない可能性があります。

つまり、5軸CNC工作機械は、生産性と収益性の両方を大幅に向上させることができます。さらに、彼らはあなたの製造能力を競合他社とは一線を画しています。

＃45軸CNC工作機械で考慮すべきこと

5軸工作機械の利点について学習したので、次の質問は次のとおりです。適切な5軸CNC工作機械をどのように選択しますか？

そのために、検討できる便利なチェックリストを用意しています。

1）十分なCNC処理能力

CNC制御の処理能力が、同時に使用される軸の数を計算、計算、および制御するのに十分高いことを確認してください。

2）先読み機能をマシンタイプに一致させる

4 + 1軸マシンの先読み機能は、最低200ブロックである必要があります。より複雑な4軸加工シーケンスの場合、400ブロックが適しています。完全な5軸同時操作には、より高速な計算CNC制御が必要です。これは、HAI600ブロック標準を備えたFanuc31i B5、またはオプションの1000ブロック先読み機能であり、非常に高い計算速度を提供します。

3）機械のスピンドルの十分なパワーと剛性

機械のスピンドルの十分なパワーと剛性は重要な要素であり、見過ごされがちです。ただし、強力なスピンドルには、さらに剛性の高い機械設計のサポートが必要です。スムーズでエラーのない切削を保証するために、5軸マシニングセンターの心臓部であるマシンスピンドルは、それにかかる応力と負荷を処理するのに十分強力であるだけでなく、限界まで十分な予備力を備えている必要があります。機械加工される材料によっては、最大トルクが100Nm未満の11〜15Kwの力の弱いスピンドルが、機械の能力を制限する場合があります。このようなマシンは、短期的には安価になる可能性がありますが、長期的な視野ではそうではありません。

（Hwacheonの新しい4 + 1または5軸マシニングセンターD2-5AXは、37Kwおよび310Nmのトルクのスピンドルを処理するように最初から特別に機械的に設計されています。これにより、初期の機械コストが高くなる可能性がありますが、その幅広い用途と長い期間の節約はより費用効果が高いことが証明されます。すべてのHwacheonスピンドルはベルトのない直接駆動システムであり、社内で設計および製造されています。）

4）適切なツールホルダーシステム

振動を排除するために、使用するツールホルダーシステムがBBTまたはHSKのいずれかであることを確認してください。いつでも、どのような加工条件でも、スピンドルとツールホルダーの間に最適な接続を提供する必要があります。

5）切削送り速度と条件を適応させる能力

加工ニーズに応じて、一定の切削送り速度を維持するか、さまざまな切削条件に合わせて速度を変えることができます。このコンテキストでは、切削送り速度を最適化するために、各状況をより適切に制御できるマシンが必要になります。

（そのために、HwacheonはHECC（Hwacheon Efficiency Contouring Control）、HTLD（Hwacheon Tool Load Detect）、またはOPTIMA（Hwacheon Cutting Feed Optimization System）システムを開発しました。）この加工ソフトウェアパッケージは、すべてのHwacheonマシニングセンターに標準で提供されます。 。）

6）高度な機械公差と耐久性

工作機械が高度な耐性と耐久性を提供できるようにするには、工作機械の構造と設計方法を検討する必要があります。

ここには通常2つの段階があります：

• 機械の設計と機械の構築/構造
• 最適化とキャリブレーションのための電子システムの使用設計の機械的側面をくしゃくしゃにして節約し、電子システムを使用して弱点を補う低コストのツールメーカーに注意してください。

（Hwacheonは、厳格な機械設計と工法に投資しています。機械の機械的優位性を確保するために、より多くの部品を鋳造し、より長い寿命と耐性を確保しています。）

7）スピンドルの熱制御と冷却管理

特に5軸CNC工作機械の場合、CNCマシンの心臓部として、スピンドルとフレームの熱制御を管理することが重要です。そうすることは、この重要なメカニズムの寿命を延ばすのに役立つだけではありません。また、パーツの品質と精度も向上します。スピンドルの過熱を防ぐために、スピンドルハウジングとスピンドルノーズを効果的に冷却することが重要です。集中的な機械加工作業では、高速で長い機械加工サイクル中にモーターとベアリングから発生する熱を低減および制御するために、熱の防止が必要です。

内蔵スピンドルには、スピンドルハウジング内でモーターが動作していることに注意してください。したがって、スピンドルノーズを含むスピンドルハウジングがセクションごとに効果的に冷却されることが不可欠です。華川の冷却システムはセグメントで定義されているため、冷却媒体が「高温」になることはありません。これにより、いつでも温度を制御できます。第二に、そして最も重要なことに、華川はオイルジェットベアリングの潤滑および冷却システムを使用しています。

これにより、ベアリングが過熱するのを防ぐだけでなく、いつでも新鮮なオイルがシステムに流れ込むことが保証されます。これを一部のメーカーが使用しているものと比較してください：グリースパックまたはエアオイル潤滑スピンドル。これらは、ベアリングの安全な温度条件を提供しません。

＃5華川から入手できる5軸CNC工作機械の種類

ご覧のとおり、5軸加工では考慮すべき要素がたくさんあります。使用する技術から利用可能なツールの種類まで、初めての購入者にとって選択は当惑する可能性があります。韓国でのCNC工作機械製造のパイオニアとしての70年近くの経験から、業界で最高の5軸CNC工作機械の設計、テスト、改良に力を注いできました。

VESTA-1000 +垂直マシニングセンター– 3+1軸または4+1軸

モジュール式で柔軟性のあるVESTA-1000+立形マシニングセンターには、NC回転台を取り付けて、3+1軸の同時制御操作を可能にすることができます。 2軸テーブルが追加された場合、VESTA-1000+では4+1軸の生成が可能になります。

VESTA-1000 +は、より小さな複雑な部品を効果的に製造することができ（使用するテーブルやその他のオプションに応じて）、4+1の機械加工作業で工場を支援します。ただし、設計および製造された4 + 1、または同時5軸マシニングセンターに代わるものではありません。

D2-5AX –5軸マシニングセンター

コンパクトに設計されたD2-5AXは、簡単に自動化できる中型の5軸マシニングセンターであり、「高混合-少量」の生産に最適です。

D2-5AXの主な利点：

• そのB軸は左右に回転します（機械の前のオペレーターから見た場合）
• テーブルの表面が水平に配置されている場合、真の0°が達成されます。
• テーブルは-30°（テーブルの表面が右を指す）から+ 110°（テーブルの表面が左を指す）の範囲で移動できます。
• C軸を回転させると、全周で360°の完全な円運動が行われます。

M2-5AX / M3-5AX / M4-5AX –5軸マシニングセンター

華川の一連の完全な5軸マシニングセンターは、最も複雑な形状やデザインでも製造できるように作られています。金型製造の高水準に対応するため、または非常に複雑な形状や輪郭の要求を満たし、航空宇宙または海洋産業で使用される部品を製造するために設計されています。

当社のトップレンジモデルM4-5AXは、特殊用途向けに設計されています。インコネル、チタン、耐熱ステンレス鋼などの極端な材料を効果的に加工するために構築されています。最大55Kwの出力を備えた内蔵スピンドルにより、最大1009Nmのトルクと8,000rpmを提供し、420Nmの12,000rpmスピンドルのオプションもあります。

機械のZ軸は、最も重要な切削条件下でもスピンドルの動力を確実に制御できるように、頑丈なボックスガイドウェイで設計されています。華川によって設計および製造された2軸トラニオンテーブルは、A+C軸に大型のローラーギアドライブを使用しています。総重量が最大28,500KgのM4-5AXは、市場で簡単に入手できない機械加工の原動力です。

SIRIUS 2500-5AX –5軸ダブルコラムマシニングセンター

このモデルでは、機械加工部品はテーブル（X軸）に固定され、機械ヘッドはY＆ZとA＆B軸を提供します。華川シリウス2500-5AXは、ダブルコラムマシニングセンターとして、主に大型部品や金型に使用されています。このようなアプリケーションの場合、トラニオンテーブルを備えたマシンは大きくなりすぎて、構築するにはコストがかかります。

特定のサイズと部品重量のより大きな部品を加工する場合は、2軸フライス盤を使用することをお勧めします。

結論

この5軸加工とそのような作業に利用できる工作機械に関する包括的な記事がお役に立てば幸いです。

5軸CNC工作機械は、以前は実行できなかった仕事を引き受ける機会を工場に提供します。現在3軸加工を使用しているメーカーの場合、4 + 1または完全な5軸機械への移行は、生産および投資計画の次の論理的なステップになる可能性があります。

ただし、このようなマシンはコストがかかるため、特定の生産ニーズに最適なプロセスを完全に理解することをお勧めします。また、生産の効率と収益性を完全に実現するには、適切なCNC工作機械を選択する必要があります。

5軸加工について詳しく知りたい場合は、お問い合わせください。どのテクノロジーがお客様の生産ニーズと目標に最も適しているかについて、喜んでアドバイスいたします。