3軸・4軸・5軸・6軸CNC加工の理解：完全ガイド
「これは3軸または5軸のCNCマシンだ！」という言葉を聞いたことがあるかもしれません。3軸、4軸、5軸CNCマシンとは何を意味するのか？と疑問に思ったことはありませんか？
ここが正しい場所です。The Mechanical Postで、様々なCNCマシンの軸について解説します。
記事の最後に様々なCNCマシン軸に関するPDFをダウンロードできます。この記事はCNCmasters.comのPeter Jacobs氏によって書かれました。彼らは1990年からビジネスを展開しているため、専門家から学べることは間違いありません。記事の最後に著者についての詳細があります。
はじめに
フライス加工は、機械部品、医療、航空宇宙、光学、自動車など、用途が幅広いCNC精密加工で最も重要な技術の一つです。回転カッターを使用してワークピースから材料を除去します。このプロセスは、ワークピースを工具の軸に対して角度を付けて固定することで実行されます。
そのフライス盤の軸が、ワークピースで実行可能な作業の種類と領域を決定します。3軸、4軸、5軸、6軸加工があり、それぞれ独自の特性、違い、様々なユースケースに適した様々な用途があります。
ここでは、3軸、4軸、5軸、6軸CNCマシンの簡単な概要と定義を示します：
3軸加工
3軸加工では、ワークピースは静止したまま、切削工具のみが3つの軸を移動して部品をフライス加工します。3軸マシンは、2Dおよび2.5D形状の加工に適用されます。
3軸加工は3つの軸でのみ動作するため、プロセスは比較的シンプルになり、前後、左右、上下の3軸で材料除去が可能です。
3軸フライス加工には制限があり、X-Y-Z座標系に対して角度を持つ特徴を設計することはできません。その特徴が平面的であっても同様です。
3軸CNCマシンの用途
3軸マシンは以下に最適です：
- 自動/インタラクティブ操作
- 穴あけ
- スロットフライス
- シャープエッジの切削
4軸加工
4軸フライス加工のプロセスは、3軸加工のプロセスと似ています。切削工具がワークピースから材料を除去して、必要な形状とプロファイルを構築します。4軸加工は、理論的には3軸マシンでも可能な、部品加工の経済的に実行可能なプロセスです。
しかし、4軸加工では、3軸の回転に加えて追加の軸でフライス加工が実行されます。4軸CNCマシンはX、Y、Z軸に加えて、X軸周りのもう一つの回転軸、いわゆるA軸で動作します。
ほとんどの場合、ワークピースが回転してA軸周りの切削プロセスを容易にします。穴や切り欠きを円筒周りや部品の側面に作る必要がある場合に4軸フライス加工が実装されます。
4軸CNCマシンの用途
4軸加工は多機能で、以下に最適とされます：
- 曲面への彫刻
- 断続切削
- 連続切削
5軸加工
5軸加工は、4軸加工のすべての軸に加えて、さらにもう一つの回転軸をカバーします。
3つの従来の軸（X、Y、Z）に加えて、A軸とB軸と呼ばれる2つの回転軸があります。これが5軸の正体です。5軸フライスマシンは、人工骨、チタン部品、航空宇宙製品、自動車金型、石油・ガス機械部品、建築、医療、軍事用途などに使用される精密で複雑な部品を提供する能力があります。
この多次元的な回転と工具移動により、部品構築中のB軸において、前例のない精度、仕上げ、速度が実現されます。
この加工技術は、航空宇宙用途などのハイレベルな用途で重要な複雑な部品を提供できます。
5軸加工は、ワンステップ加工（リードタイム短縮）、部品形状へのアクセス利便性向上、テーブルを傾けて最適な切削位置とすることで工具寿命とプロセス効率の向上というオプションを提供します。
5軸加工は、高度な複雑さと精度が要求される場合に有益です。
5軸CNCマシンの用途
このプロセスは以下に最適です：
- 特徴精度
- 高品質な仕上げ
- 生産性の向上
- 部品の複雑な切削
- 複雑な形状の加工
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6軸加工
6軸加工プロセスは5軸と似ていますが、Z軸周りの追加の回転軸を備え、5軸構成と比較して速度を大幅に向上させることができます。
6軸マシンは、固定具の両端から回転させ、製造された部品に欠陥なく、原材料のバーを最終製品に変換する可能性を持っています。6軸フライス加工は、複雑で比類なき精度を要求するコンポーネントに主に効率的なソリューションです。
6軸CNCマシンは、様々な直径の穴あけや、異なる速度と切削パターンの提供など、困難なタスクを容易にします。6軸マシンが提供する最終製品の品質は、他のすべてのCNCマシンの中で最高です。
6軸マシンは通常、鋼、鋳鉄、アルミニウム、モデル作成材料の量産加工に使用されます。
このマシンは特定の3軸フライスヘッドを使用して同時6軸CNC加工を可能にし、生産時間を驚異の75%削減します。
6軸CNCマシンの用途
この加工プロセスは以下に最適です：
- 最高レベルの精度達成
- 高速かつ正確な速度
- プロセス時間の短縮
- 最高レベルの複雑さを持つ部品製造
3軸、4軸、5軸、6軸CNC加工の違い
3軸、4軸、5軸加工
3軸、4軸、5軸加工の根本的な違いは、切削工具とワークピースの両方が互いに対して移動できる動きの複雑さにあります。2つの部品間の動きの複雑さが大きいほど、最終製品の幾何学的複雑さも大きくなります。
CNCマシンの軸数は、実行可能な作業の種類、最終部品のディテールレベル、操作可能なワークピースの位置を測定します。
選択すべきマシンのタイプは、あなたの特定の要件、タイムライン、予算によります。航空宇宙部品は比類なき精度を要求し、したがって5軸加工を必要とします。しかし、穴あけだけが必要なら、3軸マシンで十分です。
6軸加工
この加工プロセスは、最小時間で最高レベルの精度を提供するため、設計と複雑さの観点から最も複雑なプロセスにのみ予約されています。
注目すべき違い
驚異的な速度
6軸CNCフライス盤は、精度を犠牲にすることなく高速を実現します。追加の自由軸に加えて、特定の工具動作と工具の移行が、他のいかなる加工プロセスよりも容易に操作できます。
単一マシンでの複数操作
6軸フライスマシンでは、フライス、フェーシング、ドリリング、旋削などの操作を単一マシンで実行できます。マシンセンターは、異なる操作のために対応する工具やソフトウェア制御システムを変更するだけで済みます。
生産性の向上
6軸マシンは最高の表面仕上げと高速切削レートを提供します。このプロセスは、より滑らかなモーター性能を実現し、S字カーブでの制御、加速、減速を強化します。CNC Titansによる異なる加工軸に関する情報動画をご覧ください（*非スポンサー）
最後に
CNC加工は、製造集約型産業全般で運用上有益であり、製品品質管理の向上、標準化、高精度などの顕著な利点があります。
CNC加工はCADテクノロジーを採用し、部品の切削と成形を自動化します。マシンの軸数は、その特定のCNCマシンで達成可能な動きの種類を確立します。
著者：Peter Jacobs
Peter JacobsはCNC Mastersのシニアマーケティングディレクターです。製造プロセスに積極的に関与し、CNC加工、3Dプリンティング、ラピッドツーリング、射出成形、金属鋳造、一般製造に関する様々なブログに定期的に洞察を寄稿しています。
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