5軸CNC加工のマスター：主なメリットとソリューション
20年以上の5軸加工経験で、高品質かつコスト効率の良い5軸旋削・フライスソリューションを提供します。
5軸CNC加工のコア技術をマスターすることで、最も困難で複雑なCNC部品、精密機械加工部品であっても、競争力のある価格と納期で優れたメリットをお約束します。
CNCアルミニウムサービスと言えば、5軸CNC加工が真っ先に思い浮かびます。適切な加工ソリューションの選択が生産の成功を導きます。
CNC加工はほとんどの製造作業で使用される手順で、幅広い産業で広く採用されています。CNCはComputer Numeric Control（コンピュータ数値制御）の略で、単一または複数のコンピュータを使用して、旋盤、ルーター、フライス盤などの様々な工作機械の動作を制御します。
5軸CNC加工は、プラスチックや金属など幅広い材料から部品と最終製品を製造できる、まさに優れたCNC加工です。
しかし、特定の5軸CNC加工について語られる時、多くの人の第一印象は「ハイテク、高価格、操作が難しい」というものです。しかし、5軸加工は本当にそうなのでしょうか？以下の段落で、3つの重要な側面から5軸CNC加工を紹介します。
1. 5軸加工とは
これは、CNCを使用して切削工具や様々な部品を5つの異なる軸で同時に移動させる手順です。これにより非常に複雑な部品の製造が可能になり、それが5軸CNCフライス加工が航空宇宙作業で非常に一般的な理由です。実際のプロセス開始から完了までの生産時間を短縮し、熟練度を高める必要性が、5軸CNC機械の使用に最も貢献した要因の一つです。
テーブルや切削工具を回転させることでワーク保持装置との干渉を回避し、部品形状への迅速なアプローチを可能にすることも貢献要因です。最後に、テーブルや切削工具を回転させて最適な切削位置と安定したチップ負荷を維持することで、工具寿命や耐久性が向上します。
1.1 5軸加工の「5」
5軸加工はCNC加工の一形態です。通常使用するマシニングセンタは3軸マシニングセンタです。3軸とはマシニングセンタのX軸、Y軸、Z軸を指します。5軸マシニングセンタは、X、Y、Zの3つの一般的な直線軸に2つの回転軸を追加したものです。これら2軸は第4軸と第5軸とも呼ばれます。A、B、Cの3軸のうち2軸が、垂直マシンで異なる動作モードを持ち、様々な製品の技術的ニーズを満たします。
1.2 5軸機械の5つの主要形態
横形マシニングセンタには様々なタイプの5軸機械があり、主に以下の5形態を含みます。第1はダブルスイベルヘッド形式、2つの回転座標が工具軸方向を直接制御。第2はドロップスイベルヘッド形式、2座標が工具の上部にあるが、回転軸は直線軸に垂直ではない。第3はダブルスイベルテーブル形式、2つの回転座標が空間回転を直接制御。第4はドロップテーブル、2軸がテーブル上にあるが、回転軸は直線軸に垂直ではない。第5はワンスイングワンローテート形式、2つの回転座標の一方が工具に、他方がワークにある。
1.3 5軸CNC機械のタイプ
5軸CNC機械で時間を大幅に節約し、現在のプロセスを強化できる作業がいくつかあります。これらの機械は、常に成長する製造業の要件を満たすためにいくつかのタイプがあります。5軸CNC機械のユニークな違いは、回転軸の配置です。ヘッド/ヘッド、テーブル/テーブル、テーブル/ヘッドの3タイプがあります。
a. ヘッド/ヘッド
このタイプのCNC機械の回転軸はヘッドに配置されます。特定のプラットフォーム上の5軸アペックスで、ワークを保持する固定テーブルを通って移動します。そのため、機械主軸ヘッドの工具干渉を心配する必要がありません。これにより、アペックスが特定のワーク周りを移動でき、5軸CNC機械が大型部品の製造に最適になります。設計上、回転軸とチルトの動きは通常制限されます。
b. テーブル/ヘッド
このタイプのセットアップでは、一方の回転軸が回転テーブルに、もう一方がヘッドにあります。回転軸はヘッドにあり可動範囲が制限され、回転軸はテーブルにあり範囲は無制限です。ワークが回転軸上に置かれるため、この配置は生産可能なアイテム数に制限があります。ヘッド/ヘッドタイプと比較してわずかに有利なのは、特定の限界に達する心配なくワークを継続的に回転できる点です。
c. テーブル/テーブル
ここでは、機械の全回転軸がテーブル内部にあり、回転軸の可動範囲も制限されます。回転軸の範囲は無制限です。このタイプの機械配置は、他のタイプと比較して最小のワークエンベロープを持ちます。確定モーターを搭載し、高速動作するものもあります。
1.4 5軸加工 ≠ 5面加工
5軸加工は5面加工とは大きく異なります。多くの人がこれを知らず、5面加工を5軸加工と勘違いしています。5軸加工はX、Y、Z、A、B軸（またはC）の5軸を持ちます。X、Y、ZとA、B（またはC）が5軸連動加工を形成します。フック面加工、異形状加工、中空加工、パンチング、斜め穴、斜め切削に適しています。一方、5面加工は3軸加工に類似しており、5面のみ加工可能で、特殊加工、斜め穴、ベベル切削などはできません。
2. 5軸加工のメリット
5軸加工は高効率と高精度を特徴とし、ワークをワンチャッキングで仕上げ加工まで完了できます。自動車部品や航空機構造部品などの現代金型加工に適しています。5軸加工は民間産業だけでなく、航空宇宙、軍事、科学研究、精密機器、高精度医療機器産業でも広く使用されています。不可能を可能にするハイテク手法で、全ての空間曲面や異形状の加工・生産が可能です。複雑な部品と工業製品の加工タスクを完了するだけでなく、加工効率を速やかに向上させ、加工工程を短縮できます。
2.1 最適な切削状態の維持 | 切削条件の改善
左図は3軸切削モードで、工具パスが部品の頂点やエッジに向かうと切削状態が徐々に悪化します。ここで最適な切削条件を維持するには、回転テーブルを動かす必要があります。不規則な平面を完全に加工したい場合、傾斜回転テーブルで様々な方向に何度も回転テーブルを動かす必要があります。5軸加工では、ボールカッターの中心線速度が0になるのを防止することで、より良い表面品質も実現できます。
2.2 時間短縮 | 加工時間の削減
5軸CNC機械は汎用マシニングセンタで大幅な時間短縮を実現します。ほとんどのCNCジョブショップで作られる部品は5面加工が必要です。5軸CNCフライス加工なら、単一セットアップで高速かつ効果的に作業完了。サイクルタイムとコストを節約できるため、コスト効率の良いソリューションであり、エンド製品の市場投入を加速します。
5軸加工では、カッターを複雑な金型加工面に対して垂直な状態に保つため、主軸利用率が大幅に向上します。5軸加工の原理は、傾斜面でのサイドフライスにも適用可能で、ボールカッターによるリブ状ラインを除去できます。これにより金型表面品質がより理想的になり、金型表面清掃のための手作業も削減されます。
2.3 精度向上 | 加工精度の改善
5軸CNCフライス加工ではセットアップが最小限で済むため精度が向上します。追加セットアップは更なる誤差を招くだけです。工具寿命の延長にも貢献します。これは主に短い切削工具の使用によるものです。詳細を知りたい方は、お電話（+86 755 2373 1920 または +86 136 0962 8044）またはメール（info@waykenrm.com）でお問い合わせください。
5軸加工技術により、複雑な角度でのワーク再位置決め精度の問題が解決されました。時間短縮だけでなく、加工公差を大幅に改善しました。従来方式で必要だった複数ジグの高コストも削減されました。5軸加工では、ドリル、テーパー加工、複雑曲面のキャビティ暗号化など、従来の加工手法では不可能な複雑部品の加工が可能です。
2.4 高品質表面仕上げ | 複雑形状
このタイプの配置も高品質な仕上げ面の創出に役立ちます。5軸機械では部品位置が切削工具により近くなります。最後の2軸によりショートカッティングツールが使用可能で、振動が少なく、高品質な表面仕上げにつながります。
5軸CNC機械のもう一つの利点は、複雑な形状を切削できることです。様々な部品が全5軸を必要とします。この配置の追加動作により、角度とアークの製造が可能になります。以前は追加セットアップと特殊治具が必要でした。
2.5 高生産効率
5軸加工は部品の加工時間と付帯時間を効果的に削減できます。広範な主軸速度と送り速度範囲を持ち、強力な大容量切削が可能です。5軸加工は高速加工の時代に入りつつあります。5軸加工の高速移動・位置決めと高速切削処理により、半製品のターンアラウンドタイムを短縮し、生産効率と精度を向上させます。
2.6 競合なし
5軸CNC機械を持つショップは多くありません。一台導入するだけで、生産サービスにおいて競合より一歩先を行けます。競合が提供できないものを顧客に提供できます。このタイプの機械セットアップを試し、生産ソリューション、効率、製品品質にもたらすメリットを享受すべきです。
3. 5軸加工のデメリット
显然、人々は製造・生産業界における5軸CNC技術の利点と重要性を認識しています。複雑な曲面の設計・製造で行き詰まると、5軸加工技術に頼ります。CNC機械の主な技術要件は多軸、高速、良好な剛性、高出力、座標数の需要は主に3〜5軸ベースです。しかし、加工業界では、5軸加工で一部の仕事をすることは我々が思うほど広範ではありません。理由は以下の通りです：
3.1 コストが高すぎる
一方面、5軸機械と必要なソフトウェアの購入コストが高く、通常の3軸マシニングセンタよりはるかに高額です。另一方面、機械自体のメンテナンスも一般機械より困難です。これらの側面が直接、5軸加工部品のコストが通常の3軸加工よりはるかに高くなる原因となっています。
3.2 プログラミングが複雑で困難
5軸加工は3軸と異なり、3つの直線運動に加えて2つの回転運動が関与し、合成運動の空間軌跡が非常に複雑で抽象的であり、一般的に想像し理解するのが困難です。例えば、必要な空間自由曲面を加工するには、多くの座標変換と複雑な空間幾何演算が必要で、各軸の運動協調、干渉・衝突回避、適切な補間運動量なども考慮しなければなりません。要求される加工精度と表面品質を確保するため、プログラミングの難易度はさらに高まります。
3.3 オペレーターへの高い技術要求
5軸加工は高度な加工技術であり、高度な技術には高レベルの人材操作が必要です。単一プログラミングから加工操作まで、通常の3軸機械とは異なります。したがって高度な技術を持つオペレーターが必要で、これも労務コストの上昇を意味します。
5軸加工を始めるには
CNCは、工作機械の動きを全て制御してオブジェクトを生産するための、Gコードと呼ばれる独自のCNCプログラミング言語とソフトウェアを使用します。プログラミング命令は、工具の速度と配置をワークに対して制御し、材料の装置への切削速度、その他様々な要因を制御します。
全手順はCADモデルまたは図面から始まります。このモデルからGコードが抽出され、テストランが実施されます。これにより、特定の切削工具やワークへの損傷を軽減できます。CNC機械は、切削材料やワークをX軸とY軸を含む様々な運動軸で動かせます。3軸機械はX、Y、Z軸で動き、3D形状という基本モデルを作れます。
より発展した4軸CNC加工設備は、X軸に合わせた第4の回転運動軸を導入し、より複雑な部品の創出を可能にします。5軸と6軸加工設備も利用可能で、マシニングセンタで思い浮かぶあらゆる形状の生産が可能になります。5軸CNC機械の開発基盤における5軸CNCフライス加工や5軸CNC加工を使用する産業の数は、年間約6%の成長率で大幅に増加しており、多くの人々がこの手順についてより深く知りたいと考えています。
5軸加工に加えて、様々な加工オプションやソリューションを提供できるメーカーの一つとして、WayKenは技術革新の最前線にいます。精密5軸加工に関するご質問やご要望があれば、お気軽にお問い合わせください、またはお見積りをご依頼ください。
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