5軸CNC効率を最大化：現場のプロが教える4つの極意

5軸CNC機を導入する優れた理由は数多くありますが、真の生産性メリットを得るには適切なツーリングと技術が必要です——中には盲点になりがちなものも。3人の業界エキスパートに、タイムセービングと生産性向上の指南を求めました。

貴社が全5軸を同時制御で使うか、3+2加工に留めるかに関わらず、5軸CNCマシニングセンタは超硬以来、生産性に起きた最高の出来事です。5軸加工には多くのメリットがあります：段取り削減、治具削減、リードタイム短縮、部品品質向上、仕掛品排除、膝インプラントやインペラブレードのような複雑・不可能と思われた部品の製造可能化。

本格導入前に、5軸CNCでの部品製造が3軸VMCや他システムでの作業といかに異なるかを理解することが重要です。

全く異なるツーリングとワークホルディング、セットアップと段取り替えの新戦略が必要になるかもしれません。5軸CNCシステムに特有のタイムセービングと生産性アドバイスを、3人の業界エキスパートから聞きました。

5軸加工の極意 #1：適切なベースプレートで複数個同時加工、セットアップを高速化

5軸マシニングセンタについて最初に耳にするネガティブな話の一つが「1サイクル1個しか加工できない」というもの。シュンクのステーショナリーワークホルディングチームリーダー、ブラッド・エバンス氏は「違います」と断言します。

「5軸機で複数個同時加工できることを多くの人が見落としています」と同氏。「45度ピラミッドベースプレートを装備すれば、ほとんどの干渉問題が解消され、ピラミッドの面数に応じて1サイクルで3〜6個の加工が可能になります。」

シュンクのKSCシリーズ5軸バイスはこのSEPタイプピラミッドへの取り付け専用設計ですが、エバンス氏は他社バイスも取り付け可能と認めています。特殊バイスの存在自体を見落としているショップも少なくありません。

どんなワークホルディングであれ、機械にいくつワークを詰め込めるかに関わらず、エバンス氏はVERO-Sや同等のゼロポイントロケーティングシステムの使用を強く推奨します。これによりセットアップ時間を短縮し、5軸マシニングセンタの柔軟性を最大限活かせます。

「5軸マシニングセンタは高価だからこそ、ドアを開けている時間を極力減らすことが特に重要です」とエバンス氏。「クイックチェンジシステムと、各面にバイスを取り付けた3〜4面ピラミッドがあれば、ドア開放間隔を大幅に延ばせるだけでなく、数分で別のセットアップに切り替えられます。ダイヤル合わせやタッチオフは不要——次のジョブを載せるだけでスタートできます。」

なぜトラニオンシステムでは5軸CNCに敵わないのか、その他詳細は「5軸マシニングセンタと高性能加工に関する8つの重要事実」をご覧ください。

5軸加工の極意 #2：工具パスシミュレーションを活用せよ

複数個同時加工は、長い工具長と狭い空間が干渉リスクを高める5軸加工において、クラッシュの可能性をさらに高めます。

機械衝突による悪夢は、少しの事前努力と、あらゆる工作機械の性能を引き出す専用ソフトウェアパッケージで容易に回避できます。CGTechの工具パスシミュレーションソフトVericut製品マネージャー、ジーン・グラナータ氏はこう言います。

「多くのショップがCAMシステムのシミュレーション機能で干渉チェックをしています」と同氏。「問題は、工具パス開発段階ではプログラムが問題なく見えても、ポストプロセス後にエラーが混入する可能性があることです。」

真の工具パスシミュレーションは、工作機械全体——移動限界、ダイナミックオフセットやカッタ補正といった特定CNC制御機能の挙動、刻々と変化するワーク、治具とツールホルダ、さらにはバイスをテーブルに固定するクランプまで——を検証します。このレベルのリアリズムと精度をプログラミングシステムだけで実現するのは困難です。

しかし工具パスシミュレーションのメリットはクラッシュ回避だけではありません——加工効率も向上します。5軸加工は一般に低能力機より複雑なため、多くのプログラマー——特に5軸初心者——は、ワークをクリアするために必要以上に工具を退避させがちです。

また、機械の動きや工具がどこまで接近するか自信がないため、低速アプローチと低速ポジショニング送りを使いがちです。

「それらはあらゆる時間と動きを浪費し、現場で膨大な試切りプロセスを強いられます。一方、優れたシミュレータなら機械内部で何が起きているか、どう振る舞うかを正確に見せてくれます」とグラナータ氏。「これによりプログラマーはポジショニング移動中もワークに近い位置をキープでき、全体効率が向上します。同時に、ジョブが現場に降りた時に問題がないことも保証されます。目標は常に『ファーストパート、グッドパート』です。」

技術的な質問がありますか？ MSCメタルワーキングテックチームにフォーラムで質問できます。

5軸加工の極意 #3：CNC機械を校正し、適切なアライメントを維持せよ

トラブルを避けるもう一つの方法は、機械のスピンドルと軸を適切にアライメントし続けることです。ほとんどの5軸マシニングセンタには、機械軸が面から面へ回転する際に発生しうる表面ミスマッチや幾何学的不正確さを防ぐため、工具中心点（TCP）制御や類似の制御オプションが標準装備されています。しかし、機械自体が「音程外れ」なら、どれだけTCPがあっても効果はありません。

ルーチン機械校正はあらゆるCNC工作機械で重要ですが、とくに5軸マシニングセンタでは極めて重要だと、レニショーのレーザー・校正製品部門マーケティングマネージャー、トム・エリス氏は指摘します。

「回転中心の位置が比較的高いため、すべてのミスアライメントを排除することが、正しい部品を作るための根本条件になります」と同氏。「だからこそ我々はAxiSetを開発しました。」

AxiSetチェックアップシステムは、磁石ベースに金属製の「ロリポップ」が付いたような外観です。見かけは欺きます。この校正球を5軸マシニングセンタのテーブルや複合加工機のチャックに置き、様々な軸方向・半径方向の位置でプロービングすることで、機械的形状誤差を瞬時に表示・補正できます。システムソフトウェアは正確な回転中心も特定し、この情報を工作機械制御装置に伝達します。結果、すべての機械軸と回転点が完全にアライメントされます。

「AxiSet、XM-60マルチ軸キャリブレータ、QC20-Wボールバーは、我々自身の工作機械でも使用しています」とエリス氏。「多くの人が気づいていませんが、レニショーは月産100万個以上の部品を自社製品向けに生産する大手メーカーでもあります。ルーチン校正により、クラッシュの有無や報告の有無に関わらず、機械のパフォーマンスデータと潜在的問題の早期警告が得られます。」

5軸加工の極意 #4：自動ワークホルディングの価値

シュンクのブラッド・エバンス氏からもう一つのアドバイス：バイスハンドルを捨てよ。

「自動化ラインでも、エルゴノミクス向上でも、ショップには油圧と空圧ワークホルディングの選択肢があります」と同氏。「油圧の方が把握力で勝るが、大差ではない。万一油圧系統から漏れがあれば、切削油汚染とフロアドライ撒布の二重苦だ。」

こうした理由で、近年空圧クランプが人気と性能を伸ばしています。設置・メンテナンスが簡単で、漏れても大気へ放出されるだけ——大した問題ではありません。エバンス氏によれば、VERO-Sクイックチェンジチャックやピラミッド治具を圧縮空気で配管し、機械電気キャビネット内のPLCに接続して自動クランプ/アンクランプを実現するのは非常に容易だそうです。

そうでなければ、マニホールドと手動バルブでも迅速かつ安価です。どちらにせよ、自動ワークホルディングは5軸マシニングセンタでチェックすべきボックスの一つです。

貴社の5軸システムでは空圧か油圧クランプを使っていますか？ メタルワーキングフォーラムで仲間と議論しましょう。［要登録］