3 軸、4 軸、5 軸 CNC 加工:主な違いの説明

「部品の複雑さ、加工速度、精度、生産全体の柔軟性は、切削工具が移動できる軸の数に大きく依存します。 ？」        

製造において、CNC マシンには、2 軸、3 軸、5 軸、9 軸、さらには 12 軸など、さまざまな軸機能が備わっています。ただし、最大 5 軸の機械が最も一般的です。このため、コストを予算内に抑えて最良の結果を得るにはどれを使用すべきか混乱するかもしれません。したがって、3 軸、4 軸、5 軸フライス加工の違いを深く理解する必要があります。 .

3 軸、4 軸、5 軸加工の長所、短所、産業用途について見ていきましょう。

3 軸、4 軸、5 軸加工とは何を意味しますか? 

CNC マシンにはさまざまな加工軸機能が備わっており、3 軸、4 軸、および 5 軸が最も一般的です。各軸は、切削工具を特定の方向に移動させる能力を定義します。 

3 軸加工とは、工具が 3 つの直線方向、X、Y、Z に移動することを意味します。

• X 軸: 左から右の水平方向
• Y 軸: 前から後ろへの方向
• Z 軸: 上下（垂直）方向

基本的に、3 軸フライス盤は静止ワークに対して 3 次元方向をカバーします。これにより、それほど複雑ではない形状が作成されますが、パーツの異なる側面を加工したい場合は、位置を変更する必要があります。

4 軸フライス盤では、これに加えてもう 1 つの追加の移動能力が必要になります:A 軸 、ワークは x 軸を中心に回転できます。したがって、5 軸機械は 2 方向 (A と B または C) にワークを回転させることができます。 ):X 軸と Y (または Z ) 軸の周りで、追加のセットアップや再配置を行わずに、より複雑な処理が可能になります。   

4 軸または 5 軸 CNC ミルは、単一のセットアップで平面、深さ、輪郭を加工できるため、非常に詳細な複雑な設計に最適です。多面加工、角度のあるフィーチャの作成、複雑なプロファイルの作成が可能です。 

3 軸、4 軸、5 軸加工の主な違い

まず、CNC マシンにはさまざまな種類があり、フライス加工もその 1 つです。このカテゴリでは、フライス加工は 3 軸、4 軸、5 軸フライス加工などの軸の機能に基づいてさらに分類されます。  それぞれに異なる機能があります。 

セットアップの複雑さ、加工能力、CNC プログラミング、操作、コスト、時間効率、精度、メンテナンス要件も異なります。部品や製品の製造にどちらが最適かを決定する前に、これらの違いを理解することが重要です。 

マシンのセットアップとプログラミング

4 軸および 5 軸フライス盤では加工軸が高くなるため、セットアップがより複雑になります。正確なワーク保持と回転軸に対するワーク中心の位置合わせが必要です。一方、CNC 3 軸フライス加工のセットアップは非常に簡単です。ただし、多面加工の場合は再クランプが必要です。 

3 軸の場合、直線運動の基本的な G &M コードで十分です。ただし、高軸では、インデックスによる直線切断後に新しい固定回転角度を追加したり、切断と回転を同時に行うための連続動作など、複雑で長いコードが必要になります。 

運用の複雑さ

CNC 5 軸マシニング センターとフライス盤には複雑なプログラムが含まれるため、3 軸マシンよりも運転が難しくなります。セットアップやコードに小さな間違いがあると、精度や失敗につながる可能性があります。さらに、加工パスが複雑なため、工具が衝突する危険性が高くなります。 

したがって、5 軸または 4 軸 CNC ミルの操作には、豊富な経験を持つ専門技術者とエンジニアが必要です。 

制作速度

4 軸および 5 軸機械はワークピースを回転させ、複数の角度から材料を除去できるため、精度が高く、より高速です。 1 台の機械の稼働でさまざまなツールを使用し、複数の側面から同時にワークを切断できます。この連続プロセスにより、複数のセットアップと調整が不要になり、さまざまなツールが事前に決定されたパスを移動し、ワークから材料が除去されます。その間、作品自体が最終的な形状に達するまで多面的に回転します。ただし、ワークの片面のみを加工する必要がある場合でも、3 軸フライス盤は優れた生産速度を提供します。

コスト効率

4 軸および 5 軸加工は 3 軸 CNC 加工より高価ですが、機能のために高レベルの精度と精度が必要な用途には選択する価値があります。例:複雑なカム ローブ、ヘリカル フライス加工プロファイルなど。一方、単純な形状とプロファイルはコスト効率が高く、3 軸機械で製造する方が優れています。 

精度と精度

4 軸および 5 軸の加工操作により、プロトタイピングと本格的な製造の両方において、より正確で正確な結果が得られます。 3 軸、4 軸、および 5 軸 CNC フライス加工間の公差の差は、同時に約 ±0.001 インチ、±0.001 インチ/±0.01°、および ±0.0005 インチ/±0.008°です。特に、多面タスクに 3 軸機械を使用している場合は、繰り返しクランプする必要があるため、エラーが発生する可能性が高くなります。

複雑なデザインの部品/製品

前述したように、詳細を含む非常に複雑なデザインを加工するには、4 軸および 5 軸ミルが非常に好まれます。 3 軸ミルは、一度にワークの片面 (2.5 D) でのみ動作するか、別の面を成形するには再セットアップが必要です。一方、3+1 軸または 3+2 軸により、ワークの回転と連続フライス加工が可能になります。 

• 3 軸: フラット プロファイル、ポケットとスロット、垂直穴、ボス、面取り、段付き表面などの機能を備えたシンプルなデザイン
• 4 軸: 放射状パターン、スパイラルまたはらせん状の溝、横穴、斜めのカットなどを使用したデザイン
• 5 軸: 自由曲面、アンダーカット、複数軸の角度のある穴などの複雑な機能を備えた複雑なデザイン

表面仕上げの品質

5 軸または 4 軸 CNC 操作により、Ra 値 0.4 μm までの微細な鏡面仕上げを実現できます。これは、最適な工具角度、短い工具、および連続切削によるものです。一方、3 軸フライス加工では、最小粗さ値 1.6 μm の表面を作成できます。 

3 軸、4 軸、5 軸フライス加工のアプリケーション

CNC 加工プロセス自体は、軸の能力に関係なく、さまざまな業界にわたって応用されています。唯一の違いは、高軸機械は複雑で重要な CNC 機械加工部品の製造に使用されるのに対し、低軸 (3 軸など) は主に精度の重要性が低く、単純な幾何学的特徴を持つアイテムを製造するために使用されることです。  たとえば、電子機器用の単純なプレートや筐体は 3 軸 CNC で製造するとコスト効率が高くなりますが、カスタム医療インプラントや航空機エンジン コンポーネントなどの品目は、高精度が必要なため 5 軸以上の CNC で製造されます。

次の表は、一般的な業界における 3 軸、4 軸、5 軸 CNC フライス加工のアプリケーションの違いを例とともに示しています。

業界 3 軸フライス加工アプリケーション 4 軸フライス加工アプリケーション 5 軸フライス加工アプリケーション 自動車ブレーキ キャリパー ブラケット、エンジン マウント プレート、ホイール ハブ部品。カムシャフト、シリンダー ヘッド、ギア ハウジングシリンダー ヘッド ポート、合金ホイール プロトタイプ、エンジン インテーク マニホールド、航空宇宙ブラケット、固定具など。タービン ブレード ルート、ウィンド スパー エンド フィッティング、およびカスタム ブラケット。燃料ノズル、着陸装置部品、胴体セクション医療医療用家具、トレイ、簡単なツール。タービン ブレード ルート、ウィンド スパー エンド フィッティング、カスタムブラケット。シリンダー ヘッド、金型、プロトタイプのテスト、トランスミッション コンポーネント。エレクトロニクス PCB、ヒートシンク、ハウジング、コネクタ、エンクロージャカスタム インプラント (股関節/膝/歯科)、外科用ロボット、補綴物、診断装置部品高密度フィン付きカスタム ヒート シンク、マイクロコネクタ金型および金型ツーリング角度付きの金型、冷却チャネル、エジェクター ピン開口部複雑な射出成形金型、深型キャビティ、アンダーカット、鏡面仕上げ金型プロファイル、ダウンホールツール、タービンブレード、コンプレッサー部品、複合バルブエネルギー標準部品、ブラケット、簡易バルブ、シリンダーブロックバルブ本体、ローター、インペラ。タービンブレード、コンプレッサー部品、複合バルブ

3 軸フライス加工の長所と短所

利点

• 3 軸 CNC はシンプルでコスト効率が高くなります。高度なスキルを持ったオペレーターや複雑なプログラミングは必要ありません。 
• 穴あけ、平坦化、溝切りなどの平面加工に優れた性能を発揮します。
• ツールのセットアップは、高軸マシンよりもはるかに簡単かつ高速です。 
• ワークの再クランプや工具調整により多面加工にも対応可能です。

欠点

• 3 軸フライス加工を使用して、深いキャビティ、不規則な輪郭、角度のあるフィーチャ、アンダーカットなどの複雑な幾何学的フィーチャを形成するのは困難です。 
• サイクルタイムが長く、寸法精度が比較的低い

4 軸および 5 軸フライス加工の長所と短所

利点

• 4 つの軸では X 軸を中心にワークを回転でき、5 つの軸では X 軸と Y 軸を中心に回転できます。そのため、フライス加工プロセスの柔軟性が高まります。
• 複雑なデザインであっても、より高い精度と一貫性。 
• ワークピースの向きを変えずにあらゆる面を加工できるため、サイクル タイムが短縮され、精度が向上します。
• 角度のある加工操作や複雑な輪郭加工を簡単に実行できます。 
• ワークを回転させて連続的にフライス加工できるため、セットアップと治具のコストが削減されます。 
• 特にフライスは最適な接触角を維持し、優れた表面仕上げ品質を実現します。

欠点

• 4 軸および 5 軸ミルを実行するには、高度な専門知識を持つオペレーターと複雑な CAM モデリングが必要です。 
• 単純なプロトタイプや製品の場合は、機械や初期設定のコストが高いため、費用が高くなる可能性があります。 
• 生産コストが正当化されるのは、機能に高レベルの精度が必要な工業用グレードの部品と CNC 加工アプリケーションに限られます。 

3 軸、4 軸、5 軸フライス加工のどれを選択するか?

3 軸、4 軸、5 軸フライス加工のどれが最適であるかについては、直接答えることはできません。適切なオプションは、加工する要件とジョブの複雑さによって異なります。 

いくつかの重要な考慮事項は次のとおりです。 

設計の複雑さ

まず、デザインにどのようなタイプの幾何学的特徴があるかを検討します。単純な 2.5D で平らな特徴、それともアンダーカットや不規則な輪郭などの複雑な特徴ですか?複雑な場合は、より高い軸 (4 軸または 5 軸) のフライス加工を使用して部品を加工する必要があります。たとえば、タービン ブレードやプラスチック成形ツールなどです。

公差と再現性

 パフォーマンスと機能性のために 0.0005 インチのような非常に厳しい公差が必要ですか? それとも一般的な公差だけで十分ですか? 「はい」の場合、4 軸および 5 軸マシンのみが優れた一貫性でこれを実現できます。それ以外の場合は、3 軸フライス加工を選択してください。 

アプリケーション業界

製造している業界を考慮することも重要です。航空宇宙、医療、防衛など、精度に敏感な業界の部品/プロトタイプの場合は、より高い軸を選択する必要がある場合があります。それ以外の場合は、3 軸のマシンを選択できます。 

生産量とコスト

生産量とコストは相関関係にあります。特に高軸加工では、大量生産により部品あたりの生産コストが大幅に削減されます。プログラミング、ステップ、ツールのコストが複数のバッチに分散されるためです。小規模なバッチの場合は、中程度の複雑さの設計であっても、セットアップを調整することで 3 軸ミルを使用できます。 

RapidDirect の多軸加工サービス

設計の準備はできているが、どのフライス盤が最良の価格で望ましい結果を提供できるかわからない場合。デザインをここにアップロードすると、比較見積もりを取得できます。 。 RapiDirect では、CNC 加工サービスを提供するだけでなく、適切な加工方法の選択とプロジェクト予算の最適化もお手伝いします。 

さらに、当社には 3 軸、4 軸、5 軸、6 軸、さらには高軸フライス盤を備えた社内の加工施設があり、複雑な 3D モデルを最高の精度で現実に作り上げることができます。当社のエンジニアとオペレーターは、多軸加工において 10 年以上の経験があり、CNC 加工プロジェクトの成功に活用できます。