5軸CNC工作機械、わかりやすく解説

簡単な答え：

A 5軸CNC加工機 これは、工具またはワークピースを5軸で同時に移動させるマシニングセンターです。そのうち3軸は直線軸（X、Y、Z）、2軸は回転軸で、多くの場合A軸とC軸です。これにより、ワークピースを繰り返し裏返すことなく、1回のセットアップで工作物のあらゆる面に切削工具を到達させることができます。 主なメリットは、治具の数が減ること、累積公差が厳しくなること、そしてアンダーカット、傾斜したポケット、および従来の方法では加工が困難な複雑な輪郭を加工できることです。 3軸加工機 アクセスできません。これらの機械は、多面形状が標準となっている航空宇宙や医療用部品の製造現場で広く使用されています。

図面セットに含まれる部品に5軸加工が必要かどうかを判断する際、その答えは形状、公差の累積、および総セットアップ時間によって異なります。YPMFGは、エンジニアリングチームが製造方法を決定する前に、これらの要素を総合的に検討できるよう支援します。

5軸加工の特長

A 3軸CNCフライス盤 工具はX、Y、Z軸方向のみに移動します。ワークは平らな状態で置かれ、工具は上面から接近します。底面や側面の加工を行うには、作業者がワークのクランプを解除し、裏返して、再度固定します。

5軸加工機には、2つの回転軸が追加されています。最も一般的なトラニオン・テーブル方式では、A軸がテーブルをX軸を中心に回転させ、C軸がZ軸を中心に回転させます。コントローラは5つの動きすべてを同時に制御するため、工具は1つの動作で傾斜、旋回、および送りを行うことができます。

実際の効果は、1回のクランプと1つの基準点設定で、工具が5つの面に加工できるという点です。繰り返し治具の取り付けを行うことによる累積誤差が、著しく減少します。

5つの軸の連携方法

ほとんどの産業用機械は、トラニオン・テーブル方式かスピンドル・テーブル方式のいずれかを採用しています。トラニオン方式では、ワークは回転・傾斜するテーブル上に載せられ、スピンドルが直線的に送り出されます。一方、スピンドル・テーブル方式では、スピンドル自体が傾斜します。

CNCコントローラは、1つのGコードプログラムに基づいて、5軸すべてをリアルタイムで補間します。送り速度、主軸回転数、および工具の向きを同時に計算し、切削刃を最適な角度に保ちます。

オペレーターにとっては、これにより、輪郭加工されたインペラーブレードやチタン製の膝関節部品を、3回の別々のセットアップを行うのではなく、1つの連続したプログラムで仕上げることができるようになります。

5軸加工が実際にコスト削減につながる場合

5軸加工は、すべての部品にとって最適な選択肢というわけではありません。形状が平坦で、直方体状であり、アンダーカットがない場合は、3軸加工の方がプログラミングが早く済み、1サイクルあたりの加工コストも安くなります。

5軸加工のコスト面でのメリットは、特定のケースにおいて顕著になります：

複数の面は、1つの公差基準を共有しなければならない

この部品には、曲面や深い角度のついたポケットがあります

材料費（チタン、インコネル、医療用ポリマー）が高く、セットアップにかかる人件費が総コストを押し上げている

壁が薄かったり、内部の構造が複雑だったりすると、ある方向からは手が届きにくい

もし比較するのであれば 5軸加工と3軸加工のコスト比較、その答えは、機械の購入価格だけではなく、ほとんどの場合、部品の形状やロットサイズによって決まります。ほとんどの 航空宇宙および医療用部品の製造, 1回のセットアップで済むという利点により、取り扱い上のリスクが十分に低減されるため、プログラミングにかかる労力を正当化できる。

この表から明らかなのは、軸数は形状や加工プロセスに基づいて決定されるものであり、「多ければ多いほど良い」というルールではないということです。部品リストの大部分が平面形状である場合は、3軸加工機を使用することで単価を抑えることができます。

購入者からよく寄せられる質問

5軸加工機は、3軸加工機で加工できるすべての材料を加工できるのでしょうか？

はい。材料との適合性は全く同じです。アルミニウム、鋼、チタン、ステンレス、インコネル、エンジニアリングポリマーなど、すべて加工可能です。異なるのは、1回のセットアップで工具が加工できる形状の範囲であり、特定の合金を切削する工具の能力そのものではありません。

1つの面が傾斜している部品を加工するのに、5軸加工は必要ですか？

通常はそうではありません。単一の傾斜面であれば、回転テーブルを備えた3軸加工機で加工したり、治具を一度だけ交換したりすることで加工できる場合が多いです。5軸加工が必要になるのは、2つ以上の傾斜面を、再クランプすることなく同じ基準点に合わせなければならない場合です。

5軸加工機はどの程度の公差に対応できますか？

通常、達成可能な公差は、機械の状態、工具、および被加工物の剛性に応じて、±0.01 mm から ±0.005 mm の範囲となります。より厳しい仕様については、具体的な条件を確認してください。 CNC加工の公差 設計を確定する前に、サプライヤーと対応能力について確認してください。

5軸加工は、1個あたりのコストが高くなりますか？

必ずしもそうとは限りません。加工時間は長くなるかもしれませんが、セットアップの手間、治具のコスト、取り扱い上のリスクは低減されます。高価な材料や複雑な部品の場合、単位当たりの総コストは、セットアップを複数回行う3軸加工ルートよりも低くなる可能性があります。

部品に適した軸数の選定

どの機械が適しているかは、形状、材質、公差要件、およびロットサイズによって異なります。図面に、1つの基準点を共有しなければならない非平行な面が3つ以上ある場合は、5軸加工を選択する価値があり、そのための追加のプログラミングの手間も惜しくないでしょう。

CADファイルや仕様書は、以下の宛先までお送りください。 YPMFG 技術レビューのため。チームは、5軸加工プランが、セットアップを複数回行う3軸加工プランと比較して総コストを削減できるかどうかを評価し、以下の処理が必要な箇所を指摘します。 カスタムCNC加工 部品を量産に投入する前に、このアプローチを検討してください。