5 軸 CNC 加工:完全ガイド
5 軸 CNC 機械加工の紹介
多軸 CNC 機械加工または複数の機械加工について話すとき、5 軸 CNC 機械加工 高度な製造方法で常に言及されています。フル 5 軸 CNC 加工とは、工具またはワークピースを 5 つの異なる軸で同時に動かす機械の処理能力を意味します。 5 軸 CNC 機械加工は、CNC 機械加工プロセスのより進化した洗練されたバージョンと見なされます。
5 軸 CNC マシンとは?
ご存知のように、5 軸 CNC 加工は 5 軸 CNC マシンによって実現されます。現在、5 軸 CNC マシンは、より優れた表面仕上げで複雑な形状を作成するのに非常に優れていると考えられています。 5 軸 CNC マシンが CNC マシン ショップでどのように機能するかを理解すれば、人々は 5 軸 CNC マシン加工について多くを学ぶことができます。
5 軸加工プロセスでは、X、Y、Z 軸に比べて 2 つの追加軸があります。追加の 2 つの軸は、A と B、A と C、または B と C 軸のいずれかです。彼らは、非常に複雑な形状の機械加工プロセスを完了するために関与しています。問題は、他の 2 つの軸が 5 軸 CNC 機械加工プロセスにどのように配置されるかです。
余分な 2 つの軸は、ジョブ材料が固定されているテーブルの移動によって使用されます。このように、テーブルは切削工具の周りを 360 度までどちらの方向にも回転できるため、機械は側面切削にアクセスできます。一方、A、B、または C 位置のような単一軸の動きを考えると、回転は 180 度に制限されます。 5 軸加工プロセスでは、ツール ヘッドが静止しているジョブの材料に対して旋回するか、テーブルに傾斜位置を与える角度でテーブルが回転または移動します。機能要件に応じて、テーブルをさまざまな角度に傾けて複雑な形状を実現できます。必要な製品を製造する対象物のサイズと重量に応じて、テーブルの旋回または回転の選択が決定されます。作業が重い場合は、スイベルを使用します。それ以外の場合は、必要な加工プロセスを実行するためにテーブルを傾けて 5 軸加工を行います。 5 軸 CNC マシンの種類によって、5 軸加工にもさまざまな種類があります。
5 軸 CNC マシンにはどのような種類がありますか?
市場のさまざまなニーズを満たすために、CNC 機器メーカーはさまざまな種類の 5 軸 CNC マシンを提供しました。タイプ間では、テーブルの回転や切削工具のさまざまな方向への移動の柔軟性に基本的な違いがあります。それらは主に次の 5 種類の 5 軸 CNC マシンとして結論付けられます。
<強い>1.ダブルピボットスピンドルヘッドタイプ
このタイプでは、2 つの回転座標が工具軸の方向を直接制御します。
2. ピッチング スイング ヘッド タイプ
2 つの座標軸はツールの上部にありますが、回転軸は直線軸に対して垂直ではありません。
3. ダブルロータリーテーブルタイプ
このタイプの 5 軸加工では、2 つの回転座標が空間の回転を直接制御します。
4. ピッチング ワーク テーブル タイプ
2 つの座標軸はワーク テーブル上にありますが、回転軸は直線軸に対して垂直ではありません。
5. 回転テーブル＋主軸首振りタイプ
このタイプでは、2 つの回転座標が異なる場所で作用します。 1 つはツールに作用し、もう 1 つはワークピースに作用します。
5 軸 CNC 加工 VS 3+2 加工 VS 4+1 加工
5軸加工＝5面加工？
多くの人は、CNC 加工業界で長年研究してきましたが、まだ 5 軸 CNC 加工と 5 面加工を区別できません。彼らはよく混同したり、5 軸 CNC 加工が 5 面加工を指していると考えたりします。実際、それらは互いに異なります。このセクションでは、それらの違いについて詳しく説明します。
3+2 軸 CNC 加工
3+2 CNC 加工とは、マシニング センターの 3 つの軸に加えて、1 つのロータリーと 1 つのチルトを意味します。 3+2 CNC 加工は、5 面加工とも呼ばれます。これは、1 回のセットアップでパーツの 5 つの側面を加工できることを意味します。
このバージョンの CNC 機械加工プロセスでは、3 つの軸が同時に使用され、他の 2 つの軸は製造対象のジョブの再配置に使用されます。たとえば、X、Y、C 軸を同時に制御している場合、Z 軸と A 軸は位置決めのために利用されます。
4+1 軸 CNC 加工
4+1 CNC 加工とは、5 軸の機械構造を使用するが、回転軸または傾斜軸の 1 つを固定することを意味します。 4+1 加工は、3+2 CNC 加工よりも優れています。ただし、これはまだ本当のフル 5 軸 CNC 加工ではありません。
この機械加工プロセスでは、4 つの軸が同時に使用され、位置決め機能のために展開される 1 つの軸だけが静止していることは明らかです。たとえば、材料の位置を設定するために Z 軸を使用しながら、X、Y、B、および C 軸を同時に使用できます。
フル 5 軸 CNC 加工
完全な 5 軸加工に関しては、機械の 5 つの軸すべてが同時に移動していることを意味します (3 つの直線軸、1 つの回転軸、および 1 つの傾斜軸)。非常に複雑な部品の製造が可能です。 5軸連動加工です。
この場合、すべての 5 軸が同時に機能して、最高の結果が得られます。 X、Y、Z 軸などの従来の 3 軸は並進運動に使用され、他の 2 つの軸は一般に B 軸と呼ばれ、C 軸はツールまたはジョブ ポストの傾斜または完全な回転に使用されます。 CNC マシンの機能。
5 軸 CNC 加工 フック面加工、異形加工、中空加工、斜め穴加工などに適した加工方法です。 5 面しか処理できませんが、1 回のセットアップで特別な加工を行うことはできません。
5 軸 CNC マシンのプログラミング手順は、従来の 3 軸 CNC マシンと非常によく似ており、最初にユーザーが目的の製品の CAD モデルを作成します。その後、ソフトウェアはそれに応じて部品モデルの G コードを生成しました。ただし、5 軸 CNC マシンには、軸方向の値に加えて角度値が含まれるため、G コードが少し複雑になります。角度は、5 軸 CNC マシンのテーブルとヘッドの構成に応じて定義されます。
5 軸加工機で使用されるツールも、形状と形状がアップグレードされています。切削工具のより迅速な形状と形状は、最終製品の公差と適合の形でより良い結果をもたらします。ただし、材料の種類は、切断材料の強度に依存する従来の方法と同様です.
ボーナス:
<オール>
5 軸 CNC マシンの価格
5 軸 CNC マシンの価格は一般的に非常に高く、CNC マシンの機能とタイプによって大きく異なります。費用は、さまざまな要因に応じて、10,000 ドルから 500,000 ドルになります。ただし、製造能力の低い小規模産業は、このような革新的な技術のサービスを時間料金で取得できます。 5 軸 CNC 機械を製造する企業は、通常、5 軸 CNC 機械加工に関してこのようなカスタマイズされたソリューションを提供します
5 軸マシニング センターの構成タイプ
テーブル-テーブル、ヘッド-テーブル、およびヘッド-ヘッドは、一般的な 5 軸 CNC マシンの組み合わせの例です。
最初の構成はテーブル-テーブル構成で、トラニオン テーブル マシンとしても特徴付けられます。両方の回転軸はトラニオン テーブルに含まれており、ヘッドは常に固定されており、テーブル上の部品を回転させます。このセットアップは、標準の 3 軸 CNC マシンに基づいており、2 つの回転軸を使用してワークピースを目的の方向に配置します。トラニオン CNC マシンは、より優れたアンダーカット機能、より大きな作業量、およびより優れた速度と耐久性を提供します。ヘッド-ヘッド構成またはヘッド テーブル構成で利用可能なスイベルまたは関節ヘッド マシンは、2 番目の 5 軸マシン構成です。
ヘッドがすべての回転を実行するトラニオン スタイルのヘッド ヘッド マシンとは異なり、テーブルは静的です。ヘッドテーブルマシンは、反対側から見ると、傾斜ヘッドと回転テーブルで構成されているため、より短いまたはより標準的な長さのツーリングを使用できます。スイベル ヘッド マシンは、ツール ヘッドをブロックの周りに動かして、小さなスペースに収まるようにすることができます。スピンドルを回転させると回転軸が設定されるため、より重い材料を 5 軸 CNC マシンで簡単に加工および成形できます。
5 軸 CNC 加工を行う理由
5 軸 CNC マシンの利点は計り知れません。これらの機械は、非常に滑らかで複雑な形状を必要とする医療機器、ハイエンドの表面仕上げと滑らかな端部を必要とする航空宇宙機器、厳しい公差を必要とし製品を大量に製造するその他の分野など、さまざまな製造グループで使用されています。
5 軸マシニング プロセスの基本的なニーズの 1 つは、サブトラクティブ プロセスを実行し、従来の 3 軸 CNC マシニングでは非常に困難な複雑な形状を取得する敏捷性です。たとえば、材料片の異なる面を異なる角度で同時に切断、穴あけ、タップ加工する必要がある場合、単純な CNC マシンではそれを行うのに多大な労力が必要になります。単純な CNC 機械加工プロセスを使用する場合、ユーザーは切断プロセス全体で角度を作成するためにジョブの位置を変更する必要があります。これを行うには、多くの時間と労力がかかります。ここで、5 軸 CNC マシンが効率的に作業を完了します。
5 軸 CNC マシンは、このような形状と角度を一度に作成できるため、精度と表面仕上げ品質が向上し、時間と労力が削減されます。さまざまな形状や形状が実現され、リード タイムが短縮されると、均一な混合生産で生産量が増加します。航空宇宙、自動車、医療など、製品に非常に正確で正確なプロファイルを必要とする業界では、5 軸加工が最適です。機械加工プロセスのプロセスで人間の関与が減少するため、5 軸 CNC マシンで高い公差と基準が達成されます。優れた CAD (コンピューター支援設計) の知識と材料の選択を備えた適切な機械を持っている人なら誰でも、5 軸 CNC 機械を利用して、会社の製造とは別に製品を作成できます。
5 軸 CNC 加工の利点
ここまで来ると、5 軸 CNC マシンの利点を次のように結論付けることができます。
- リードタイムを短縮し、生産速度を向上
- 加工プロセスの精度と品質を向上させる
- 複雑な形状や形状を取得する敏捷性
- 生産能力の拡大
- さまざまな加工機器を単一の 5 軸 CNC マシンに置き換える
- 機械加工プロセスの各段階で潜在的なエラーを減らす
- 自動工具選択と最適化された切削工具速度により、切削寿命が長くなります。
- 5 軸 CNC マシンの振動が少ないため、最高の表面仕上げ
5 軸 CNC マシンのプログラミング
CNC マシン用の G コードを作成する手順は、任意のモデリング ソフトウェアで設計された CAD モデルから始まります。次に、CAD モデルは通常、スピンドルの速度、送り、切削工具の軸方向の動きなど、必要なすべての情報を含む G コードなどのアルゴリズムに変換されます。 5 軸 CNC マシンの高速切削ツールを制御するために使用されるアルゴリズムは、従来の 3 軸加工 G コードと大差ありません。しかし、さまざまな角度での切削工具の移動、またはテーブルの位置の傾斜には、進行角度と曲率経路の情報が必要です。
5 軸でプログラミングする場合、回転の動きと位置を制御する方法が 2 つあります。回転角度またはツール ベクトルを使用してデータを出力できます。ツール ベクトルは、基本的に X、Y、Z 軸の端に展開されるコマンドであり、特定の角度で回転または傾斜するようにツールに情報を提供します。アプリケーションは、IJK ツール ベクトルを使用するため、マシンのセットアップごとに固有です。マシンは、特定の軸コールアウト (A、B、または C) を命令していないため、ツールを命令された位置と傾斜角度に配置するために使用可能な任意の軸を使用できます。この柔軟性により、機械の構成に関係なく、プログラムされた同じ部品を工場内の複数の機械で共有できます。
5 軸 CNC マシンに展開される G コードを作成するために使用できるさまざまな CNC プログラミング ソフトウェア スーツがあります。 Autodesk、Mastercam、Siemens NX、PowerMill、Edgecam などのソフトウェアは、5 軸マシンのプログラミングに最もよく使用されるソフトウェアです。
5 軸 CNC 加工プロセスを行う際に考慮すべき手順
- CNC マシンにアップロードされた G コードによって指令される切削工具のパスを制御するために、CNC マシンの処理速度が十分であることを確認します。
- 完全に機能する CNC 操作を行うには、NC マシンがより高速に計算できるようにする先読み機能も確認してください。
- CNC 機械加工プロセスに最適なツール ホルダー システムを選択して、素材のプロファイルを作成しながら工具の振動のない動きを保証する
- 切削工具の耐久性を維持するために、条件中の送り速度を制御します。さまざまな材料で切削工具の速度を制御することは、切削工具の寿命を延ばすための基本的な鍵です。
- 注目すべきもう 1 つの非常に重要な要素は、適切なクーラントを使用したスピンドルの熱制御です。したがって、切削工具の先端の温度を低く保ち、切削工具の位置からスクラップを除去するために、さまざまな潤滑剤またはウォーター ジェット システムが使用されます。
- また、ワークピースを 5 軸 CNC マシンで直接製造する前に、正しいプロセスが正しい結果で実行されることを確認できるツールパス シミュレーションを行うことをお勧めします。
CNC 加工プロセス用切削工具
5 軸 CNC マシンで対象となるジョブを切断または成形するために使用される切削工具材料は、3 軸 CNC マシンと同じです。ただし、ツール保持ステーションはまったく異なり、5 軸 CNC のツール交換機能は大幅にアップグレードされています。また、自動ワークピース交換または自動パレットチェンジャーも含まれており、製造プロセス中に切削工具や材料との人間の相互作用を減らします。この柔軟性により、多品種または少量生産が可能になり、あらゆる製造会社の効率が向上します。 5 軸 CNC 加工では、自動ツール チェンジャー マガジンに 60 ～ 120 のツーリング ステーションがあります。ツーリング ステーションの数が増えると、非常に複雑な設計の調整が可能になります。
切削工具の材質の選択は、工具の材質が加工対象の材質よりも 40 ～ 60% 強力である必要があるなど、さまざまな要因によって異なります。同様に、摩擦係数が低く、熱伝導率が高い必要があります。また、切削工具材料の製造は、簡単にアクセスできるように簡単にする必要があります。 CNC 機械加工で使用される切削材料の一部を以下に示します:
炭素鋼
この材料は、入手しやすく低コストであるため、CNC 加工で使用される最も一般的な切削材料です。これには少量のマンガンとケイ素が含まれ、炭素含有量は 0.6 ～ 1.5% です。
ハイス鋼
この材料は、耐久性と耐摩耗性が高いため、CNC 加工で 2 番目に多く使用されています。タングステン、クロム、モリブデンと適度な量の炭素鋼が含まれています。
超硬合金
これらの材料は、耐熱性が高く、摂氏 1000 度のような温度に耐えることができるため、非常に高速な切削材料操作に使用されます。その組成には、主にタングステン、チタン、タンタルが含まれます。
陶器
この材料は化学的に不活性で腐食しないため、腐食環境での金属切削工具と比較して長持ちします。これらのツールは、HSS よりも 10 倍高速です。それらの材料は、主に窒化ケイ素と酸化アルミニウムで構成されています。
他の切削工具材料には、ダイヤモンド チップ、炭素ホウ素窒化物またはサーメットが含まれます。
切削工具形状
5 軸切削工具は従来の切削工具とは少し異なり、角度を付けて切削するため、より柔軟な形状で作業を行う必要があります。
エンドミル: これらは、特に 5 軸 CNC マシンで材料を除去するために使用できる回転切削工具です。ドリルビットのようなエンドミルは、より多目的な加工操作に使用されます。エンドミルは、材料に対して軸方向に切削できる穴あけビットとは対照的に、任意の方向に切削する横切削工具です。エンド ミルのさまざまなカテゴリは次のとおりです。
ボール ノーズ エンド ミル: このタイプのエンド ミルは、最高レベルの曲線プロファイルを生成する理想的な 3D コンター アクションを備えています。工具軸を傾けると、フルートが材料をつかみ、材料を押すのではなく、部品から引き離すことが可能になり、それ自体、カッター、および部品表面に材料が蓄積されます。
V ビット: これらも一種のエンド ミルで、通常は 90 o の 2 つのバリエーションで利用できます。 または 60 o これは、製造中の材料に必要なくぼみに完全に依存します。
マルチ フルート エンド ミル: 切削工具のフルート数が多く、より多くのエッジが作用する場合、機械加工プロセスはより高い速度と送りを維持できます。さらに、余分なフルートは工具の切削面を増やし、工具寿命を延ばします。これらの利点により、金属除去率が大幅に向上し、表面仕上げが向上し、全体的なコストが抑制されます。
ツイスト ドリル: この切削工具には、ジョブから材料を除去するための 2 つの側面を持つ 2 つのフルートがあります。これらは、NC 加工で使用される最も一般的なタイプの切削工具です。他の切削工具と同様に、シャンク、ボディ、カッティング エッジの 3 つの主要部分があります。
5 軸 CNC マシンの価格
5 軸 CNC マシンの購入コストは大きく異なります。 1,000 ドルから 50 万ドルまでさまざまです。価格は、CNC マシンのサイズ、機能、およびタイプによって異なります。 5 軸 CNC マシンの価格変動の重要な要因は次のとおりです。
- ワークピースの材質の種類、つまり、鋼、アルミニウム、チタンなど
- トラニオンやスイベル タイプなどの CNC マシンの設計
- 3+2、4+1、フル 5 軸 CNC マシンなどの軸のカテゴリ
- 機械のサイズと、工具保持能力やスピンドル出力などのその他の機能
さまざまなタイプの 5 軸 CNC マシンの簡単な比較を以下に示します:
- 3+2 5 軸 CNC フライス盤の価格は 35,000 ～ 200,000 ドル
- トラニオン型 5 軸 CNC フライス盤の価格は約 200,000 ～ 500,000 ドル
- スイベル ヘッド タイプの 5 軸 CNC フライス盤の価格は約 150,000 ～ 500,000 ドル
- ミニ 5 軸 CNC フライス盤の価格は $3000 ～ 10,000 です
- 3+2 5 軸の小型 CNC フライス盤は、25,000 ～ 40,000 ドルの範囲で購入できます
一般に、5 軸 CNC マシンの価格は非常に高いですが、5 軸 CNC マシン サービスが必要な場合は、カスタマイズされた CNC 製造を時間料金で受けることができます。
カスタム設計の 5 軸 CNC 加工サービス
5 軸 CNC 機械加工の必要性は、その滑らかな仕上げ、正確な公差、および時間のかからないことから、世界中で高まっています。ただし、少量生産の場合、CNC マシンの購入には非常にコストがかかり、十分な作業がない場合や長期間必要としない場合は、CNC マシンを最大限に活用できない可能性があります。そのため、大企業や製造業者も CNC 加工サービスを提供しています。サービスは時間単位で課金されます。 5 軸加工機の 1 時間あたりの使用料金は、CNC 加工機の種類によって異なります。ただし、顧客はこれらのサービスを利用することで、カスタマイズされたソリューションとパーソナライズされた部品製造を手に入れることができます。 5 軸 CNC 機械加工サービスの価格は 50 ドルから 200 ドルで、サービス提供会社が直接交渉して対処することができます。
結論
5 軸 CNC 加工は、実際には 5 面 CNC 加工とは異なります。 5 軸 CNC マシンには 5 種類あります。プロの視点から見ると、3+2 加工や 4+1 加工などの多軸加工は、完全な 5 軸加工です。彼らができるのは5面加工です。しかし、4+1CNC 処理は 3+2 処理よりも優れています。
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