5軸加工：現代製造におけるメリットとトレードオフ

5軸加工は高効率・高精度で、ワークを1回のクランプで加工可能です。自動車部品や航空機構造部品などの現代金型加工に適しています。5軸加工は民間産業だけでなく、航空宇宙、軍事、科学研究、精密機器、高精度医療機器産業でも広く使用されています。不可能を可能にするハイテク手法であり、あらゆる空間曲面や異形形状の加工・生産が可能です。複雑な部品と工業製品の加工タスクを完了できるだけでなく、加工効率を迅速に向上させ、加工工程を短縮できます。

しかし、デメリットもあります。今日は5軸加工の利点と欠点を詳しく紹介します。

5軸CNC加工の利点

最適切削条件の維持と切削条件の改善

3軸切削モードでは、工具パスが部品の頂点やエッジに移動すると、切削性能が徐々に低下します。ここで最良の切削条件を維持するには、回転テーブルを動かす必要があります。完全に不規則な平面を加工したい場合、傾斜回転テーブルを使用して、異なる方向に複数回回転テーブルを動かす必要があります。5軸加工では、ボールエンドミルの中心線速度が0になるのを防止することで、より良好な表面品質も実現できます。

時間短縮｜加工時間の削減

5軸CNC工作機械は、汎用マシニングセンタで多くの時間を節約できます。CNC加工現場で製造されるほとんどの部品は5面加工が必要です。5軸CNCフライス加工は、生産において迅速かつ効率的に作業を完了するのに役立ちます。単一セットアップのみで済むため、サイクルタイムとコストを節約できます。したがって、最終製品の市場投入までの時間を加速するコスト効率の良いソリューションです。

5軸加工では、複雑な金型の加工面に対して工具を垂直状態に保つことで、主軸利用率を大幅に向上できます。5軸加工原理は傾斜側面フライス加工にも適しており、ボールエンドミルによるリブ状ラインを排除できます。これにより金型表面品質がより理想的になり、金型表面の手作業清掃の必要性も減らせます。

加工精度の向上

5軸CNCフライス加工の精度が向上したのは、最小限のセットアップで済むためです。追加セットアップはさらなる誤差を招くだけです。また、特定工具の寿命延長にも役立ちます。これは主に工具が短くなる結果です。

5軸加工技術により、複雑な角度でのワーク多回再位置決め精度の問題が解決されます。時間短縮だけでなく、加工公差を何倍も大幅に改善します。従来方式での複数治具製造の高コストも削減できます。5軸加工では、ドリル加工、テーパー加工、複雑面上の空洞リセスなど、従来加工法ではほとんど実現できない複雑部品を加工できます。

高品質表面処理｜複雑形状

このタイプの構成は、高品質仕上げの表面作成にも役立ちます。5軸工作機械では部品位置が切削工具に近くなります。最後の2軸により、あまり振動しないショート工具の使用が可能になり、高品質な表面仕上げが得られます。

5軸CNC工作機械のもう一つの利点は、複雑形状を切削できることです。5軸すべてでさまざまな部品が必要です。この配置での追加動きにより、角度と円弧の製造余地が生まれます。従来は追加セットアップと特殊治具が必要でした。

高生産性

5軸加工は部品の加工時間と補助時間を効果的に削減できます。大主軸速度と送り範囲を持ち、強力な大切削能力を発揮します。5軸加工は高速加工の時代に入りつつあります。5軸加工の高速移動・位置決めと高速切削加工により、半製品のターンアラウンドタイムを短縮し、生産効率と精度を向上させます。

5軸加工の欠点

明らかに、人々は製造・生産業界における5軸CNC技術の利点と重要性を認識しています。複雑曲面の設計・製造で複雑な挫折に直面すると、5軸加工技術に頼ります。CNC工作機械の主要技術要件は多軸、高速、良好な剛性、高出力であり、座標数の需要は主に3〜5軸に基づきます。しかし、加工業界では、5軸加工で行う作業は私たちが思うほど広範ではありません。理由は以下の通りです：

コストが高すぎる

一方面、5軸工作機械の購入コストと必要なソフトウェアコストは、普通の3軸マシニングセンタよりはるかに高額です。另一方面、機械自体のメンテナンスも普通の機械より困難です。これらの側面が直接、5軸加工部品コストを普通の3軸加工よりはるかに高くしています。

プログラミングが複雑で困難

5軸加工は3軸と異なり、3つの直線運動に加えて2つの回転運動を伴います。その結果生じる合成運動の空間軌跡は非常に複雑で抽象的で、一般に想像と理解が困難です。例えば、空間で必要な自由形状を加工するには、多くの座標変換と複雑な空間幾何学計算が必要で、各軸の動きの調整も考慮して干渉、衝突を回避し、適切な補間運動を行う必要があります。必要な加工精度と表面品質を確保するには、プログラミングがさらに困難になります。

オペレータへの高い技術要求

5軸加工は高度な加工技術であり、高度な技術にはより高レベルの人材操作が必要です。単一プログラミングから加工操作まで、通常の3軸工作機械とは異なります。したがって、高度な熟練オペレータが必要で、これもより高い人件費を意味します。