5軸CNC加工の解説：複雑形状部品への精密と効率

減法製造において、特定の生産ニーズに最適な機械を選択することは非常に重要です。材料選定から形状、セットアップ時間など、適切な機械は生産効率の向上とコスト削減につながります。医療産業では、高公差が要求され複雑な形状で構成される部品に5軸CNC加工がよく使用されます。これは、複数軸をそれぞれの基準点に加工する際に必要な複雑な部品セットアップ数を削減します。

CNC加工における軸

5軸CNC加工は、部品または工具が同時に移動できる経路です。主要軸：X、Y、Zは、1500年代に数学者・哲学者のルネ・デカルトによって最初に提案された基本的なデカルト座標系の一部です。これは3次元空間を記述するために使用され、異なる方向に伸びる3本の垂直線として表現できます。3つの軸は中心の原点と呼ばれる点で交差し、各軸に沿った長さを測定する基準点として使用されます。

最後の2軸、AとBは理解がより困難です。これら2軸は主要なX軸とY軸を中心に回転し、メイン軸に沿って移動するオブジェクトの一部として見ることができます。Z軸を中心に回転する追加軸Cも存在しますが、通常CNC加工プロセスでは使用されません。 

5軸CNC機械の能力

5軸CNC機械は非常に精密な結果を生み出します。これらの高度なCNC機械は、アルミニウム、鋼、真鍮、ポリマーから複雑なワークピースを作成できます。そしてこれはすべて、ワークピースに対する5種類の異なる動きを使用して行われます。例えば、X、Y、Z軸に沿ったビレットアルミニウム加工に加えて、ワークピースの2つの回転運動です。これらの追加運動により、柔軟性と精度が向上します。これは従来の3軸機械では不可能です。5軸加工は高度に複雑で空力的な部品を生産でき、このタイプの加工はランディングギア、バルクヘッドなどの製造に使用されてきました。

大量材料除去、または軽量化は航空宇宙と自動車設計で一般的な技術です。軽量化により5軸加工の需要が増加し、これらの産業だけでなくその他でも需要が高まっています。3軸加工では荒加工中に重量を容易に除去できますが、その技術では高精度を必要とする特定部品に必要なクリーンな仕上げを最小限の部品セットアップで提供できません。

サイクルタイム短縮は、5軸CNC加工が3軸または4軸CNC加工および2D加工に対して持つもう一つの主要な利点です。5軸CNC機械は、複雑な形状を1セットアップで操作できます。セットアップ数が少ないことは、各部品基準間の公差問題の可能性を減らすことを意味します。セットアップ数を減らせばリードタイムが短縮されます。したがって、少量部品を生産プロセスで迅速に移動させ、顧客対応力が高まります。部品をワーク固定具に移動させる動きを最小限に抑えることで、平均して1ピースあたり40分を節約できます。試作と少量生産では、この時間節約は大幅なコスト削減を意味します。1回のセットアップで、5軸機械は材料を加工し、各軸内で360度の自由度で加工できます。 

治具とジョグの削減

5軸機械は本質的にすべての面を加工できます。これにより、複数セットアップや専用治具・ジグの必要性を減らせます。切削ヘッドの可動域と追加回転軸により、これらの機械は部品の5面に到達できます。これにより、再固定の必要性が減り、不必要なセットアップが少なくなります。これはサイクルタイムの節約だけでなく、コストとオペレーターエラーの節約にもつながります。さらに、複数セットアップでは、部品を移動させるたびに不正確なアライメントの可能性が常にあります。

 

5軸機械が部品あたりの労務コストを削減

5軸機械を選択することで、機械オペレーターが部品に触れるたびに発生する無駄な時間とその後のコストを排除できます。部品の再固定にかかる時間を減らすことで、労務コストも削減されます。つまり、オペレーターが部品に触れる時間が少なければ少ないほど、コストは低くなります。

 

5軸CNC加工システム選択のメリット

高度なシステムは従来の3軸機械より優れていると見なされ、その人気は毎年増し続けています。追加のA軸とB軸により、無限の製造能力が拡張されます。切削ヘッドと工具は現在、ワークピースにほぼすべての可能な位置からアプローチできます。これにより、システム全体の再配置を必要とせずに容易な加工が保証されます。これは5軸未満の機械では、部品を再配置しない限り不可能です。

また、再配置量の削減により製品の材料ハンドリングが減ります。これは時間節約とヒューマンエラーの削減、生産コスト削減につながります。複雑な部品を追加軸で作成でき、3軸のみを必要とするジョブも5軸機械でより高速に完了できます。これは切削工具が切削面に接線方向に留まるため、パスごとにより多くの材料を除去できるからです。

このプロセスのもう一つのメリットは表面仕上げの向上です。これは部品の異なる向きにより、製品が切削工具により近づけるためです。これにより工具振動が減り、全体的に滑らかな表面仕上げが得られます。AutodeskのPowerMillなどの設計ソフトウェアは、最適化のための膨大な工具パスライブラリと最小限の手動研磨を提供することでこのプロセスを支援できます。

5軸CNC機械は、最大5つの異なる軸を同時に使用することで恩恵を受ける汎用製造機械です。3つの直線軸と2つの回転軸。それらの加工能力は通常の3軸CNC機械より多様です。5軸CNC機械は、複数セットアップを排除し、継続的な監視の必要性を減らし、効率を高め、ワンセットアップ加工または「Done-In-One」を達成するように装備できます。5軸CNC機械はあらゆる機械工場にとって追加の働き手です。効率的に活用すれば、追加セットアップなしで完全な部品を作成でき、ダウンタイムを大幅に削減します。

 

様々な産業への5軸加工のメリット

• 自動車産業

自動車産業は、品質と一貫性への重要な要求とともに高生産量を必要とします。各コンポーネントは安全な車両のために特定の公差内に収まる必要があります。自動車産業のほとんどのコンポーネントは、プレス、プラスチック射出、鋳造などの低コスト大量プロセスで作られます。しかし、これらの経済的で高速な技術には高度で高精度な工具が必要であり、これは5軸加工にとって理想的な状況です。

• 医療産業における5軸加工

航空宇宙産業と同様に、医療産業には品質に対する極めて厳格な要求があります。特定の医療部品は、品質問題があれば人の健康や生存率に直接的かつ即時の影響を与える可能性があります。一部の医療コンポーネントは、患者に移植できるようにエキゾチックな材料から有機的な形状で加工されます。5軸CNCは、これらのタイプの材料を加工し、インプラントのような有機的形状を扱えます。インプラント以外にも、医療用インペラやCTスキャナーコンポーネントなど、医療関連用途で5軸が必要です。

• エネルギー産業における5軸加工

エネルギー産業は他の産業の主要コンポーネントです。巨大で、多くの異なる高度な能力と技術を内包しています。発電所から太陽光発電システム、さらには核融合のようなよりエキゾチックな技術まで、高度なコンポーネントへの要求があります。この要求の厳しいエンジニアリング、材料科学、製造の仕様は、これらの集中的な要求によるものです。そして、高度なコンポーネントを確実に生産できる加工システムの必要性があり、ここで5軸機械が真に輝きます。