3軸vs 5軸CNC加工：あなたのプロジェクトに適しているのはどちら？

製品チームには、3軸から5軸、さらには9軸まで、多軸加工の多くの選択肢があります。各タイプの違いは何でしょうか？この記事では、人気のある2種類のCNC加工（3軸と5軸）の主な類似点と相違点を分析し、どちらを使用するのがより合理的かを説明します。

3軸CNC加工とは？

オペレーターがフライス加工指示をコンピュータに入力すると、3軸CNC工作機械は自動的にタスクを完了し、工具を使用して3軸（X、Y、Z、つまり左右、前後、上下）に沿って切削します。CNCフライス加工とCNC旋削加工は3軸加工のカテゴリに属します。ただし、その機能はわずかに異なります。

3軸フライス加工は、回転ファイルの実践から発展しました。 X軸とY軸で実行されるフライス加工プロセスです。3軸加工では、ワークピースは静止したまま、工具が3軸に沿って移動して部品をフライス加工します。3軸加工は、自動/対話型操作、溝フライス加工、穴あけ、鋭利なエッジの切削など、機械部品の製造に最も広く使用されている技術の一つです。3軸加工は3軸でのみ実行されるため、比較的シンプルで、前後、左右、上下の3軸から材料を除去できます。これは最も基本的なCNC旋盤プロセスですが、生産規模やワークピース要件によっては適しています。

一方、CNC旋削では、ワークピースが回転主軸に取り付けられ、旋盤が部品を加工します。主軸がワークピースを保持して回転すると、センタードリルまたは切削工具がアセンブリの内周と外周をトレースするか、中心軸に沿って穴を作ります。CNCフライス盤と比較して、CNC旋盤はより高速に部品を製造し、単位コストが低いため、大量生産に適しています。

5軸CNC加工とは？

5軸工作機械は、工具が5つの異なる方向（X、Y、Z、および工具が回転するA軸とB軸）に動くことを頼りにしています。5軸CNC工作機械を使用すると、オペレーターは1回の操作で部品にあらゆる方向からアプローチでき、工程間でワークピースを手動で再配置する必要がなくなります。5軸CNC加工は時間を節約し、医療、石油・ガス、航空宇宙産業などで見られるような複雑で高精度な部品の製造に最適です。製品チームが知っておくべき5軸工作機械には、インデックス5軸CNC工作機械、連続5軸CNC工作機械、フライス加工CNCセンターなど、いくつかの異なるタイプがあります。

3軸CNCフライス加工と同様に、インデックス5軸CNC加工では工具が3軸にのみ移動し、ワークピースとの連続的な接触を維持しません。しかし、ワークテーブルとカッターヘッドは両方向に自動的に回転できます。インデックス5軸加工は、ハウジング、クランプ、治具の製造に優れています。速度、精度、複雑な幾何学形状の処理能力の点で、3軸CNCフライス加工と連続5軸CNC加工の中間に位置します。

連続5軸CNC加工では、工具とワークピースが操作中に同時に回転および移動できるため、時間を節約し、オペレーターが有機的な表面を持つ複雑な幾何学形状を作成できます。連続5軸CNC加工は、表面仕上げ、速度、寸法安定性が向上しますが、部品あたりのコストが最も高くなります。

5軸と3軸の比較

5軸CNC工作機械の精度が3軸CNC工作機械より高いというのは完全な仮定です。ハイエンド3軸工作機械が、製造精度の点で通常の5軸工作機械より数段階上であることは十分にあり得ます。3軸工作機械にX/Y/Zの3つの直線軸が含まれるため、構造は比較的シンプルです。3軸加工センターで加工するとき、工具軸の方向は変わらず、移動モードも限定され、プログラミングは比較的シンプルです。

図に示された「垂れ下がり」とは、3つの直線軸に垂直でない回転軸があることを意味し、比較的稀です。その運動関係はより複雑ですが、構造は比較的コンパクトで、動的および静的剛性が良好です。

5軸加工の主な利点

• クランプ交換時間の短縮

5軸工作機械の2つの回転軸の存在により、工具はあらゆる方向からワークピースにアプローチでき、取り付け面を除くすべての面を1回のクランプで加工できます。「クランプ回数の削減」は、高効率と高精度加工の追求において一石二鳥です。一方で、クランプ回数を減らすことで時間を節約し、作業員の労働強度を軽減し、加工効率を向上させます。

• 工具の最良の切削状態を維持し、加工条件を改善する

5軸工作機械の機能により、工具はあらゆる方向からワークピースにアプローチでき、工具がワークピースを最適な角度で切削できます。また、加工効率と加工品質を向上させることもできます。

• 干渉を効果的に回避する

5軸工作機械の2つの回転軸の存在により、工具はあらゆる方向からワークピースにアプローチでき、加工パスが柔軟かつ変更可能になります。加工中の干渉問題を効果的に回避できます。開発サイクルを短縮します。これは品質と効率が向上した後に自然に達成される効果でもあります。

結論

一言で言えば、3軸と5軸の主な違いは主に加工能力に反映されます。 5軸工作機械は3軸工作機械の仕事をこなせますが、逆は成り立ちません。2つの回転軸の存在が、5軸工作機械により強力な加工能力を与えることを示しています。

どちらも汎用性が高く、自動化され、再現性のある生産プロセスであり、正確な部品を迅速かつコスト効率よく作成できます。しかし、さまざまな理由でどちらかを選択することもあります。

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