CNC工作機械の種類を理解する：包括的ガイド

CNC加工は、コンピュータ制御プロセスが迅速かつ正確に実行でき、従来の加工プロセスと比較して大幅なコスト削減が可能なため、製造業で部品・コンポーネントの切削・生産に最も人気のある方法の一つとなっています。しかし、フライス盤、ドリル盤、旋盤など、CNC工作機械には多くの種類があります。また、工具、レーザー、プラズマ、放電などの切削方法に基づく分類もあります。ショップオーナーやファブリケーターにとって、自社の特定業界にどのCNC工作機械を使用すべきか判断するのは困難な場合があります。

本稿では、各タイプのCNC工作機械の用途と限界を説明し、加工要件に最適な機械を決めるお手伝いをします。

CNC工作機械の種類

CNC工作機械は大きく3軸CNC工作機械と多軸CNC工作機械の2カテゴリーに分けられます。

3軸CNC工作機械はフライス加工または旋削加工のいずれかに使用できますが、多軸CNC工作機械には3つの分類があります：

• インデックス型5軸CNC加工（3+2軸）
• 連続5軸CNC工作機械
• 複合旋削フライス盤（ミルターニング）

3軸CNC工作機械

これらはワークショップで最も一般的に見られるCNC工作機械です。これらの機械では、工具がワークピースに対してX、Y、Zの3方向に移動できます。これらの軸の基本的な定義は以下の通りです：

• X軸：左右
• Y軸：前後
• Z軸：上下

3軸CNC工作機械にはフライス盤と旋盤の2種類があります。

CNCフライス盤

この場合、ワークピースはバイス上で固定され、特別な切削工具を用いて材料が除去されます。これらの切削工具は主軸に取り付けられ、X、Y、Zの3つの直線軸に沿って非常に高速で回転します。

メリット：

• 比較的プログラミングが容易
• 他の構成より運用が良好
• 低コスト

用途：

• 標準的な形状の生産に適する

限界：

• 2つ以上の軸の組み合わせが必要な形状の生産には不向き

CNC旋盤（旋削機）

CNC旋盤はフライス盤より単位あたりのコストを抑えてより多くの加工量をこなせます。この場合、ワークピースは主軸上で固定され、切削工具が外周と内周を加工して所定の形状を得ます。旋盤はセンタードリルと内部切削工具でワークピース中心に穴あけも可能です。

メリット：

• 単位あたりの低コスト
• 優れた精度

用途：

• ねじ山、平面、または三次元複雑形状の生産に有用

限界：

• 円筒形状の部品のみ生産可能

5軸CNC工作機械

5軸CNC工作機械はCNC旋盤の限界を容易に克服します。名前の通り、このCNCタイプはX、Y、Z、A、Bの5方向に回転します。A軸は第4軸と呼ばれ、ベッド（またはX軸）周りの回転を表します。同様に、B軸は第5軸で、工具ヘッド（またはY軸）周りの回転を表します。

メリット：

• 複合角度ポジショニングにより複雑形状をより高速に設計可能
• サイクルタイム短縮で加工コストを最適化
• 寸法安定性の向上

用途：

• インペラ、タービン、吸気ポートなど、複雑な形状と微細なクリアランスを伴う部品

限界：

• 高コストなセットアップと熟練オペレーターが必要

5軸CNC工作機械にはインデックス型と連続型の2種類があることは知っておく価値があります。連続型は5軸すべての同時移動を可能にしますが、インデックス型はA軸とB軸周りの連続接触を提供せず、それら周りに回転し、加工中は停止し、新しい切削位置で再配向します。

複合旋削フライス盤（ミルターニングCNCセンター）

ミルターニングCNCセンターはCNC旋盤と同等ですがフライス加工機能を備えます。これによりワークピースからの材料除去が比較的容易になります。主軸がワークピースを保持し、旋盤のように回転して高い生産性を達成できます。ミルターニングCNCセンターは5軸CNCフライス盤のような複雑な幾何学的柔軟性を狙えます。

メリット：

• クランプ時間の短縮
• 調達コストの削減
• 工具交換時間の節約
• プロセス効率の向上

用途：

• フライス加工や穴あけを必要とする丸物部品の作成に有用

限界：

• Z軸周りの回転は不可能

7軸CNC工作機械

航空宇宙と軍事部品の複雑な地形設計には、ワークピース周りの回転や工具ヘッドの回転が必要になることがあります。これらの機能は5軸CNC工作機械にはありません。これが7軸CNC工作機械が不可欠になる理由です。5軸機械のすべての軸に加え、Z軸に沿った移動とアームの回転を提供し、ワークピースを別の機械に移す時間を節約します。

メリット：

• ワークピース周りの回転
• 機械切り替え時間の節約
• 処理速度の向上

用途：

• 複雑な航空宇宙・軍事コンポーネントの設計に使用

限界：

• 5軸機械より高価

12軸CNC工作機械

利用可能なすべてのCNC工作機械タイプの中で、12軸CNC工作機械が最も先進的です。これらの機械は人間の介入を必要とせず、高い加工自律性を提供します。アルミニウムのような軽合金のフライス加工、穴あけ、切削作業を実行できます。最大の特徴は2つのヘッド（立形マシニングセンタVMCと横形マシニングセンタHMC）を備え、以下の図のように12の異なる角度で精度を達成できることです。

メリット：

• 比類なき設計柔軟性
• 迅速なセットアップ変更

用途：

• 最も困難な加工プロセスに最適

限界：

• 高度に洗練されたセットアップと熟練オペレーターが必要

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