多軸CNC加工：3軸、4軸、5軸—あなたのプロジェクトに最適なのはどれ？

多軸加工は、CNC工作機械工場とメーカーの間で主要な選択肢となっています。CNC工作機械が超精密要件を満たす様々な高品質製品を作成する広大な能力は、多くの専門家にとって最適な選択肢となっています。

しかし、多軸CNC加工において適切な工作機械タイプを選択することは、最良の設計可能性、加工プロセスの全体的な能力、コストを確保するために不可欠です。この記事では、多軸加工とその主な種類と利点について議論します。さあ、飛び込みましょう！

多軸加工とは？

多軸CNC加工は、切削工具を3つ以上の異なる方向に回転/移動させるプロセスです。一般的に、コンピュータ数値制御が切削工具の移動を指令します。多軸加工は、軸数が多いためより複雑です。CNC工作機械の軸数が多いほど、必要な技術とプログラミングの複雑さは高くなります。

CNC工作機械で3より多い軸数は多軸加工と見なされます。実用的には、現在CNC工作機械は最大12軸まであります。その結果、より多くの軸を持つCNCフライス盤は、複雑な仕様を持つ加工部品を作成できます。

多軸加工の主な種類

3軸から12軸まで、様々な平面で独自の軸を持つCNC工作機械がいくつかあります。ここでは、主な多軸工作機械セットアップの種類を紹介します。

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、固定されたワークと、X、Y、Zの3軸に沿って移動するスピンドルを持ちます。3軸CNC加工は、ワークの6面全てを加工する最も簡単な選択肢です。

3軸CNCフライス盤は、1つの直線軸と2つの独立した回転軸を持ちます。電気的または機械的なリンクが3軸を接続し、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、フライスヘッドがワークの長さに沿って移動できるようにします。Y軸は切削工具に垂直な位置を維持し、フライスヘッドがワークの両端に到達できるようにします。同様に、Z軸は切削工具に垂直でZ送りを調整し、切削工具がワーク表面に沿って切削できるようにします。

4軸加工

4軸CNC加工は、4軸を持つコンピュータ数値制御フライス盤を使用して3次元ワークを作成することを含みます。これらのCNCフライス盤は、工具を4方向に移動できます。これらは、3軸および2軸工作機械よりも強力で、より高い精度を提供します。

4軸工作機械の精度向上は、第4軸の動きによるものです。これは垂直軸周りの動きを可能にし、特別な治具なしで工作機械に360度の動的な可動域を与えます。

4軸フライス盤の追加軸は、3軸CNCフライス盤よりも経済的な選択肢にします。さらに、4軸フライス加工は、ワークの再配置なしで4面を一度に加工できるため、3軸フライス加工より全体的な品質が向上します。その結果、人為的エラーの可能性を排除します。

5軸加工

5軸加工は、汎用性が高く人気のある多軸除去加工製造方法です。5軸を持つ工作機械を使用して、ストック材料を所望の形状に切削します。工作機械の軸数が、加工における工具とテーブルの方向を決定することが多いことに注意してください。

しかし、5軸CNC加工は、より多くの軸数と能力により、3軸加工に対して相当な優位性を持ちます。5軸工作機械は、切削工具が3方向に移動する能力と結合した、2つの平面での回転を可能にします。さらに、5軸CNCフライス盤は、エラーなしで高度に複雑なタスクを処理できます。

5軸工作機械は、これら3つの直線軸と2つの追加軸（Aと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軸周りの回転/移動を示します。しかし、工作機械がB軸の代わりにC軸に移動する場合もあります。C軸はZ軸に沿った回転を示します。

多軸加工の利点

CNC工作機械工場と企業は、多軸加工が提供する多様なメリットの恩恵を受け、それをいくつかの用途に最適なプロセスとしています。ここではこれらの利点のいくつかを紹介します：

1. 労働コストと生産時間の削減

多軸工作機械は、コンピュータ数値制御を使用する高度な工作機械です。これはオペレーターの加工操作への関与がほとんどまたは全くない自動化加工プロセスであり、労働コストを削減します。

多軸加工には、リフィクスチャリングのような手作業が不要です。したがって、セットアップを継続的に変更することなく、部品をはるかに速く加工できます。複雑な設計の部品もより迅速に作成でき、製品の市場投入までの時間を最適化できます。

2. 高品質な表面仕上げ

多軸工作機械の切削工具は通常より短く、高い機動性を持ち、これらの工具を切削される表面に近接させることができます。したがって、これらのCNC切削工具が高速で移動するとき、振動や加工チャタリングを低減します。加工部品は優れた表面仕上げを得られます。

3. より高い部品精度

より高い可動域による、加工部品のより高い精度は多軸加工のもう一つのメリットです。これらのCNCフライス盤は、複雑な部品を作成したり、任意の表面をワンセットアップで切削したりできます。その結果、部品製造に必要な工程数と設備を削減しながら、幾何学的精度を向上させます。同様に、加工エラーを引き起こす人的要素を排除します。

4. 工具寿命の延長

従来の工作機械は、ワーク材料を切削する切削工具を使用し、これがしばしば急速に摩耗し、生産サイクルタイムの遅延と精度低下を招きます。しかし、多軸CNCフライス盤の切削工具は、工具またはテーブルの一貫した傾斜により最適な切削角度が得られるため、急速に摩耗しません。

さらに、多軸工作機械をプログラムして、各ブレードの異なる面で切削することで、切削工具の長寿命化を確保できます。

5. 複雑な形状の生産

多軸工作機械は、追加の移動/軸により、メーカーが複雑な角度とアークをスムーズに加工できるようにします。機械技師は、従来の3軸工作機械で洗練されたパターンを構築するために特殊治具と機械技師バイスを使用しなければなりません。しかし、多軸工作機械は、複雑な設計の生産をより経済的にします。

3軸、4軸、5軸CNC加工の違いは？

異なる多軸CNC加工の課題と考慮事項を理解することは不可欠です。コスト、製品品質、時間といった要素の均衡を維持するのに役立ちます。

3軸、4軸、5軸加工能力を比較すると、5軸CNC加工は4軸CNC加工や3軸CNC加工より効果的ですが、全ての製品に常に適しているわけではありません。

また、3軸加工で処理可能な全ての製品が5軸加工に最適というわけではありません。しかし、3軸加工で処理された製品が5軸加工に適している場合、その生産コストは天文学的に増大します。

これらの加工プロセスの違いを理解することは、本質的なパラメータを妥協することなく、あなたの製品に適した工作機械を選択することを保証します。これらの多軸加工の違いを紹介します：

1. 精度と正確性

高精度と低公差は、CNC加工の主要な特性の一部です。3軸CNC加工は良好な精度を持ちますが、ワークの継続的な再配置によりエラーの可能性があります。しかし、このエラーの余地はほとんどの用途では無視できます。それでも、わずかな偏差が敏感な航空宇宙用途では合併症を引き起こす可能性があります。

一方、4軸および5軸工作機械は再配置を必要としないため、通常3軸加工のような偏差エラーはありません。これらの4軸および5軸CNC工作機械は、単一の治具でワークに複数の平面/位置に特徴を追加できます。しかし、3軸加工での継続的な再配置は、加工偏差に影響を与える要因です。

2. 動作原理

全てのCNC加工は同じ動作原理を持ちます。コンピュータ数値制御された切削工具がワーク材料の周りを回転し、所望の切削を行います。また、GコードまたはMコードが、CNC工作機械の切削工具のワークに対する相対的な移動を指令します。

しかし、異なる平面周りの回転能力が、3軸、4軸、5軸工作機械の違いを示します。5軸と4軸の両方のCNC工作機械は、別の軸に沿った回転/移動を可能にし、複雑な形状とジオメトリを持つ製品の加工を可能にします。

3. 用途

製品の要件や設計の複雑さが、業界ではなく、製品に最適な多軸加工を決定します。その結果、シンプルな航空宇宙部品を3軸工作機械で作成できます。しかし、他のセクターの複雑な部品を開発するには、4軸または5軸CNCフライス盤が使用される可能性があります。

4. コスト

コストは、3軸、4軸、5軸加工の違いにおけるもう一つの主要パラメータです。一般的に、3軸工作機械が購入と維持において最も経済的な選択肢です。それでも、工作機械オペレーターと治具の可用性といった要因が、ワークショップでの3軸工作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軸工作機械は高度で拡張された能力を提供するため、比較的高価です。しかし、それらの広大な能力は、特殊な条件下での完璧な選択肢となります。

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FAQ

多軸CNC加工は手動加工よりどう優れていますか？

多軸CNC加工は、精度と正確性、生産速度、コスト、効率の面で手動加工に優位です。また、CNC加工は手動加工に比べてスクラップ率が低いです。

5軸工作機械は3軸工作機械よりどう優れていますか？

5軸加工は、3軸加工と比較して、より高い精度、より高い正確性、広範な設計柔軟性、より速いリードタイムを提供します。