3軸 vs 5軸CNC加工：主な違いを徹底解説

コンピュータ数値制御（CNC）加工は、メーカーが高精度部品を正確かつコスト効率よく製造できる減法製造プロセスです。CNC加工は、プラスチック、金属、複合材料などの材料から、切削工具を用いて余分な原材料を除去し、精密な完成品を作り出します。

今日、製品チームには3軸から5軸、さらには9軸加工まで、多軸加工の選択肢が豊富にあります。それぞれの違いは何でしょうか。本記事では、人気のある2種類のCNC加工（3軸 vs 5軸）の主な類似点と相違点を解説し、どちらを選ぶべきかの判断基準を示します。

3軸加工

オペレータがコンピュータにフライス加工指示を入力すると、3軸CNCマシンは自動的に、X、Y、Zの3軸（左右、前後、上下）に沿って工具で切削することでタスクを完了します。CNCフライス加工とCNC旋盤加工の両方が3軸加工の傘下に入りますが、動作は少し異なります。

3軸CNCフライス盤を使用する場合、材料ブロックはバイスやマシンベッドに固定されます。回転ドリルや切削工具がスピンドルに取り付けられ、X、Y、Z軸に沿って移動し、切りくずを除去しながら最終部品を精密に成形します。3軸CNCフライス盤は、ほとんどの形状とシンプルな部品の製造に優れています。

一方、CNC旋盤加工では、ワークが回転スピンドルに取り付けられ、旋盤が部品を成形します。ワークを保持するスピンドルが回転する際、センタードリルや切削工具が部品の外周・内周をなぞるか、中心軸に沿って穴を開けます。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でき、単価が安いため、大量生産に有利です。

3軸CNCマシンは3軸方向にしか切削できないため、非定型形状や、届きにくい深く狭いキャビティを持つ設計には苦戦します。複雑な形状の部品を加工する場合、オペレータがワークを手動で再配置しなければならず、加工速度が低下し、人件費と加工費が増大し、仕上がり品質が損なわれる可能性があります。

5軸加工

5軸マシンは、X、Y、Zに加え、工具が回転するA軸とB軸の5方向に工具を動かせます。5軸CNCマシンを使用すると、オペレータは単一のセットアップで部品のあらゆる方向からアプローチでき、工程間でのワーク手動再配置が不要になります。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軸マシンには、インデックス5軸CNCマシン、連続5軸CNCマシン、ミル・ターニングCNCセンターなど、いくつかの種類があります。

3軸CNCフライス加工と同様に、インデックス5軸CNC加工では切削工具は3軸のみを動き、ワークとの連続接触は維持しません。しかし、加工テーブルと工具ヘッドが工程間で2方向に自動的に傾斜できます。インデックス5軸加工は、ハウジング、治具、固定具の製造に適しています。速度、精度、複雑形状対応力の面で、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、切削工具とワークが動作中に同時に回転・移動できるため、時間を節約し、有機的な曲面を持つ複雑な形状を製造できます。連続5軸CNC加工は表面仕上げ、速度、寸法安定性に優れますが、単価が最も高くなります。

ミル・ターニングCNCセンターは、実質的にCNC旋盤と同一ですが、CNCフライス設備を備えている点が異なります。ワークは、回転または静止可能なスピンドルに取り付けられ、切削工具が材料を除去します。CNC旋盤の要素とフライス工具を組み合わせることで、ミル・ターニングCNCセンターは高い精度と幾何学的汎用性を提供し、カムシャフトや遠心圧縮機のような、緩やかな回転対称性を持つ部品の製造に適しています。

これらのタイプの5軸CNCフライス盤は、より深い部品や硬い材料の加工精度が高いだけでなく、歩留まり向上と加工速度向上も実現します。しかし、5軸加工は専用設備と熟練作業者が必要なため、コストが高くなります。

3軸加工 vs 5軸加工

3軸と5軸フライス盤の主な違いは、ワークを3軸で加工できるか、5軸で加工できるかという点です。両者とも高汎用性、自動化、再現性に優れた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れます。しかし、様々な理由でどちらかを選択することになります。

予算が限られている、または平面切削のみが必要なら、3軸マシンが適しています。5軸より安価なだけでなく、3軸マシンはプログラミングがシンプルで、高価なエキスパートプログラマーやオペレータのコストを抑えられます。また、3軸加工は段取り時間が短いです。

より深い部品や複雑な形状の部品を製造する必要があるなら、5軸加工が適しています。5軸マシンを使えば、ワークを手動で回転させずに全方向から加工できます。5軸加工なら、歩留まり向上、高精度、移動自由度の増大、大型部品の高速製造が可能です。

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