4軸CNC工作機械の理解：メリットと3軸システムとの比較

工作機械工場には、設計者の生産ニーズに応えるための多様な設備が揃っています。これらの機械を組み合わせることで、シンプルな部品から複雑な部品まで、無限の形状を創り出すことが可能です。

しかし、機械加工の専門知識がないと、設計エンジニアはさまざまな種類のCNC工作機械の能力と限界を理解できません。これが予期せぬ生産非効率や製造コストの増大を招く原因となります。

この記事では、2種類のCNCフライス盤、具体的には3軸と4軸CNCフライス盤の違いを解説します。最大の違いは、ワークピースを操作する能力にあります。より高度な動きが可能になることで、加工能力が広がるのです。

4軸CNCフライス加工が3軸フライス加工とどう異なるかを理解することで、設計者は部品を効率的に製造するために必要な設備をより適切に判断できるようになります。

3軸CNC加工とは？

CNC加工はほぼ常に、位置決めと動きを定義するためにデカルト座標系（X軸、Y軸、Z軸）を使用します。市場に出回っている最も基本的なフライス盤は、これら3軸での加工が可能です。

これは、左右（X軸）、前後（Y軸）、上下（Z軸）の3方向への並進運動（スライド移動）のみを意味します。

3軸CNC工作機械は、異なる軸の動きを同時に組み合わせて曲面形状を作れますが、能力には限界があります。複数の面に加工が必要な部品は、工程間で手動による再配置と再アライメントが必要となり、作業が遅くなります。ワークピースの再配置は、専用設計のジグを使用することで簡略化・高速化でき、傾斜溝のような形状には必須となる場合もあります。

単一のXY平面外の曲率を含むより複雑な形状（ヘリカル溝やカムシャフトのローブなど）は、3軸フライス盤では加工不可能な場合があります。したがって、3軸CNCフライス盤は、穴あけやスロット加工などのシンプルな操作に最適です。

4軸CNC加工とは？

4軸CNCフライス盤は、3軸フライス盤と同じ動きが可能ですが、A軸と呼ばれる追加の回転軸を備えています。この第4軸は、左右動作用のX軸と同一直線上にあります。つまり、A軸により、オペレーター視点でワークピースを前後方向に回転（ロール）させることができます。

ほとんどの3軸フライス盤が部品固定用の「平らな」テーブルを持つのに対し、4軸CNC工作機械はチャック、フェイスプレート、または墓石型治具ブロックを使用します。チャックとフェイスプレートは部品を側面から把持し、360°回転させて全面にアクセス可能にします。墓石型治具は複数の部品を同時に保持し、バッチ生産を可能にします。

A軸は、丸みを帯びた形状のための連続回転、またはインデキシング（所定角度でワークを位置決め・固定）のいずれにも活用できます。どちらにせよ、第4軸は追加能力をもたらし、複数面への加工が必要な部品の効率を向上させます。

4軸加工は優れているか？

小規模でシンプルな加工ジョブには3軸CNC工作機械で十分な場合もありますが、以下3つの理由で4軸CNCが選ばれることがあります：

1. 第4軸により、より複雑な形状の加工が可能になる
2. 複数面の加工時に、作業者によるワークの再配置・再アライメントが不要となり効率が向上する
3. 3軸CNCでのワーク再配置は不正確さを招き、設計公差の達成に影響する可能性がある

さらに、5軸CNC工作機械も利用可能で、より複雑な部品加工を可能にします。Gensunはフルレンジの高精度加工設備を駆使し、厳しい公差内でお客様が必要とする部品を製造します。CNCサービスページをご覧いただき、次期製品設計の市場投入をどのようにサポートできるかご確認ください。