多軸 CNC 加工:3 軸、4 軸、または 5 軸 - どれがプロジェクトに適していますか?

多軸加工は、CNC 機械工場やメーカーの間で主流の選択肢となっています。超精密要件を満たすさまざまな高品質の製品を作成できる CNC マシンの膨大な機能により、CNC マシンは多くの専門家に好まれるオプションとなっています。

ただし、最適な設計の可能性、加工プロセスの全体的な能力、コストを確保するには、多軸 CNC 加工で適切な機械タイプを選択することが不可欠です。この記事では、多軸加工とその主な種類と利点について説明します。さあ、飛び込んでみましょう！

多軸加工とは何ですか?

多軸 CNC 加工は、3 つ以上の異なる方向への切削工具の回転/移動を可能にするプロセスです。一般に、コンピュータ数値制御は切削工具の動きを指令します。多軸加工は軸の数が増えるため、より複雑になります。 CNC マシンの軸の数が増えるほど、必要なテクノロジーとプログラミングの複雑さが増します。

CNC 機械の軸数が 3 つを超える場合は、多軸加工とみなされます。実際、CNC マシンには 12 もの軸が搭載されています。その結果、より高い軸を備えた CNC ミルは、複雑な仕様の機械加工コンポーネントを作成できるようになります。

多軸加工の主な種類

さまざまな平面に 3 ～ 12 個もの独自の軸を備えた CNC マシンがいくつかあります。多軸機械のセットアップの主なタイプは次のとおりです。

3 軸加工

3軸CNC加工は最もシンプルな多軸タイプです。通常、固定されたワークピースと、X、Y、Z の 3 軸に沿って移動するスピンドルが備えられています。3 軸 CNC 加工は、ワークピースの 6 面すべてを加工する場合に最も簡単な選択肢です。

3 軸 CNC ミルは、1 つの直線軸と 2 つの独立した回転軸を備えています。電気的または機械的なリンク機構が 3 つの軸を結合し、各軸に沿った切削工具の回転を可能にします。

X 軸は切削工具と平行であり、フライスヘッドがワークピースの長さに沿って、またワークピースの長さを横切って移動できるようにします。 Y 軸は切削工具に対して垂直な位置を維持し、フライスヘッドがワークピースの両端に到達できるようにします。同様に、Z 送りを調整している間、Z 軸は切削工具に対して垂直になり、切削工具がワークピースの表面に沿って切削できるようになります。

4 軸加工

4 軸 CNC 加工では、4 軸を備えたコンピュータ数値制御ミルを使用して 3 次元のワークピースを作成します。これらの CNC ミルは、ツールを 4 方向に移動できます。 3 軸および 2 軸マシンよりも強力で、高い精度を実現します。

4 軸機械の精度の向上は、4 番目の軸の動きによるものです。これにより、垂直軸を中心とした動きが可能になり、特別な固定具を必要とせずにマシンに 360 度のダイナミックな動作範囲が与えられます。

4 軸ミルの追加の軸により、3 軸 CNC ミルよりも経済的なオプションになります。さらに、4 軸フライス加工はワークピースの位置を変更する必要がなく、一度に 4 つの側面を加工できるため、3 軸フライス加工よりも全体的な品質が向上します。結果として、このプロセスにより、人的エラーの可能性が高いケースが回避されます。

5 軸加工

5 軸加工は、汎用性の高い一般的な多軸サブトラクティブ製造方法です。 5 軸の機械を使用して素材を希望の形状に切断します。多くの場合、機械の軸の数が加工における工具とテーブルの方向を決定することに注意してください。

ただし、5 軸 CNC 加工は、軸の数と機能が多いため、3 軸加工よりも優れています。 5 軸機械は、3 方向に移動する切削工具の機能と組み合わせて、2 つの平面内での回転を可能にします。さらに、5 軸 CNC ミルは非常に複雑なタスクをエラーなく処理できます。

5 軸機械は、これら 3 つの直線軸と 2 つの追加軸 (A および B) を使用します。A 軸は X 軸に沿った回転軸を示し、B 軸は Y 軸を中心とした回転/移動を示します。ただし、B 軸ではなく C 軸に移動する場合があります。 C 軸は、Z 軸に沿った回転を示します。

多軸加工の利点

CNC 機械工場や企業は、多軸加工がもたらす膨大なメリットから恩恵を受け、さまざまな用途にとって理想的なプロセスとなっています。これらの利点の一部を次に示します。

1.人件費と生産時間の削減

多軸加工機はコンピュータ数値制御を使用した高度な加工機です。これは自動化された加工プロセスであり、加工作業にオペレーターがほとんどまたはまったく関与しないため、人件費が削減されます。

多軸加工では再固定などの手作業が不要です。そのため、セットアップを継続的に変更することなく、部品をはるかに高速に加工できます。また、複雑なデザインの部品をより迅速に作成できるため、製品の市場投入までの時間を最適化できます。

2.高品質の表面仕上げ

多軸機械の切削工具は通常短く、操作性が高いため、これらの工具を切削面に近づけることができます。したがって、これらの CNC 切削工具が高速で移動するときの振動や加工ビビリが軽減されます。機械加工された部品は優れた表面仕上げになります。

3.より高い部品精度

可動範囲が広いため、加工部品の精度が高くなるのも多軸加工の利点です。これらの CNC ミルは、1 回のセットアップで複雑な部品を作成したり、あらゆる表面を切断したりするのに役立ちます。その結果、部品の製造に必要なプロセスと装置の数が削減され、同時に幾何学的精度も向上します。同様に、加工エラーを引き起こす可能性のある人的要素を排除します。

4.工具の寿命の延長

従来の機械は切削工具を使用して被削材を切断するため、多くの場合、すぐに磨耗してしまうため、生産サイクルタイムが遅れ、精度が低くなります。ただし、多軸 CNC ミルの切削ツールは、完璧な切削角度を実現するためにツールまたはテーブルを一貫して傾けるため、すぐに摩耗することはありません。

さらに、切削工具の寿命を確保するために、各ブレードの異なる側面で切削するように多軸機械をプログラムすることができます。

5.複雑な形状の製造

多軸機械を使用すると、追加の動き/軸により、メーカーは複雑な角度や円弧をスムーズに加工できます。機械工は、従来の 3 軸機械の洗練されたパターンを構築するには、特別な治具と機械万力を使用する必要があります。ただし、多軸機械を使用すると、複雑なデザインの生産をより経済的に行うことができます。

3 軸、4 軸、5 軸 CNC 加工の違いは何ですか?

さまざまな多軸 CNC 加工の課題と考慮事項を理解することが不可欠です。これは、コスト、製品の品質、時間などの要素間のバランスを維持するのに役立ちます。

3 軸、4 軸、5 軸の加工機能を比較すると、5 軸 CNC 加工は 4 軸 CNC 加工や 3 軸 CNC 加工よりも効果的ではありますが、必ずしもすべての製品に適しているわけではありません。

また、3 軸加工に適したすべての製品が 5 軸加工に最適であるわけではありません。ただし、3 軸加工で加工した製品が 5 軸加工に適したものとなると、製造コストが天文学的に上昇します。

これらの加工プロセスの違いを理解することは、重要なパラメータを損なうことなく、製品に適した機械を選択するのに役立ちます。これらの多軸加工の違いは次のとおりです。

1.精度と精度

高精度と低い公差は、CNC 加工の主な特性の一部です。 3 軸 CNC 加工は精度が優れていますが、ワークピースの位置を継続的に変更するため、誤差が生じる可能性があります。ただし、この誤差の範囲は、ほとんどのアプリケーションでは重要ではありません。それにもかかわらず、機密性の高い航空宇宙用途では、わずかなずれが複雑な問題を引き起こす可能性があります。

一方、4 軸および 5 軸機械では位置を変更する必要はありません。したがって、通常は 3 軸加工のような偏差誤差はありません。これらの 4 軸および 5 軸 CNC マシンは、単一の治具を使用してワークピースの複数の平面/位置にフィーチャを追加できます。ただし、3 軸加工における一貫した再位置決めは、加工偏差に影響を与える要因となります。

2.動作原理

すべての CNC 加工は同じ動作原理を持っています。コンピューター数値制御の切削工具がワーク材料の周りを回転して、希望の切削を行います。また、G コードまたは M コードは、ワークピースに対する CNC 機械の切削工具の動きを命令します。

ただし、異なる平面を中心に回転できるということは、3 軸、4 軸、5 軸マシンの違いを示しています。 5 軸と 4 軸のどちらの CNC 機械でも、別の軸に沿った回転/移動が可能で、複雑な形状や幾何学形状の製品の加工が可能です。

3.アプリケーション

製品の理想的な多軸加工は、業界ではなく製品の要件や設計の複雑さによって決まります。その結果、3 軸加工機を使用して単純な航空宇宙コンポーネントを作成できます。ただし、他の分野向けの複雑なコンポーネントの開発は、4 軸または 5 軸 CNC ミルを使用して行うことができます。

4.コスト

コストも、3 軸、4 軸、5 軸加工の違いの主要なパラメータです。一般に、3 軸機械は、購入および保守において最も経済的なオプションです。それにもかかわらず、機械オペレーターや設備の利用可能性などの要因が、ワークショップでの 3 軸機械の運用コストに影響を与えることがよくあります。

一方、4 軸および 5 軸機械は先進的であり、機能が強化されているため、比較的高価になります。ただし、その膨大な機能により、特殊な条件には最適な選択肢となります。

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よくある質問

多軸 CNC 加工は手動加工よりどのような点で優れていますか?

多軸 CNC 加工は、精度と精度、生産速度、コスト、効率などの分野で手動加工よりも優れています。また、CNC 加工は手動加工に比べて削れ率が低くなります。

5 軸加工機は 3 軸加工機よりもどのような点が優れていますか?

5 軸加工は 3 軸加工と比較して、精度が高く、設計の柔軟性が高く、リードタイムが短縮されます。