5 軸 CNC 加工: 究極のガイド

5 軸 CNC 加工では、XNUMX 軸で同時に移動および回転できる機械を使用して部品を加工します。その利点には、複雑な設計や複雑な詳細を備えた部品の製造に対する高い適合性、精度、速度、生産効率が含まれます。 

これまで見た中で最も洗練された CNC 機械加工部品を想像してみてください。メーカーが 5 軸加工に依存している可能性が高くなります。ただし、このプロセスを使用したり、CNC マシニング センターに委託したりする場合は、それを理解した上で行う必要があります。 

この記事では、プロジェクトへの統合を成功させることを目的とした CNC 加工プロセスについて説明します。プロセスを定義し、その仕組みを説明し、その典型的なアプリケーションについて説明します。

5軸CNC加工とは何ですか？

5 軸 CNC 加工は、5 つの軸 (直線 XNUMX 軸と回転 XNUMX 軸) を同時に移動および回転できる XNUMX 軸 CNC 機械の使用に依存する CNC 加工のクラスです。 

一般に、3 つの直線軸は切断を支援する基本軸です。 3 つの回転軸は補助的なもので、マシンは 2 つの回転軸にのみアクセスできます。これらはワークピースの適切な方向を調整するのにのみ役立ちます (切断には関与しません)。

また、同時に 5 つにリンクできる軸の数にも制限があります。これは、制御システムの複雑さ、プログラミングの複雑さ、および機械的制約が増大する可能性があるためです。 

5 軸 CNC セットアップは従来のセットアップよりも多様です。 3軸 と 4軸 移動および回転できる軸の数による CNC セットアップ。さらに、その構成により複数のセットアップが不要になります。その結果、監視の必要性が減り、生産効率が向上します。

5 軸とは何を表しますか?

CNC 加工技術における「5 軸」は、切削工具が同時に移動および回転できる 5 つの軸を表します。一般的な CNC 機械には XNUMX つの直線軸 (基本軸) と XNUMX つの回転軸 (A、B、C) があり、XNUMX 軸機械は直線軸と XNUMX つの回転軸に沿って移動します。 

X軸

X 軸は、機械のベッドの長さに沿った切削工具の水平方向の動きを表し、機械の構成に応じて、左から右または右から左に移動できます。 X 軸に沿った移動により、フライス加工、穴あけ、輪郭加工などの CNC 加工操作が可能になります。 

Y軸

Y 軸は切削工具の横方向の動きを表し、機械の構成に応じて前後または前後の動きになります。 Y 軸に沿った移動により、側面フライス加工、溝加工、プロファイリングなどの CNC 加工操作が可能になります。

Z軸

Z 軸は切削工具の垂直方向の動きを表します。 5 軸 CNC 機械の種類に応じて、移動は上下に行えます。 Z 軸に沿った移動により、穴あけ、タッピング、ボーリングなどの CNC 加工操作が可能になります。

A軸

A 軸は、X 軸を中心とした切削工具の回転運動、つまり傾斜または旋回を表します。この軸により、アンダーカット、面取り、角度のあるフィーチャーとの柔軟性と互換性が向上します。

B軸

B 軸は、Y 軸を中心とした切削工具の回転運動を表します。この軸により、多面加工や深いポケット、複雑な輪郭、曲面などの加工機能が可能になります。

C軸

C 軸は、Z 軸を中心とした切削工具の回転運動を表します。つまり、垂直方向に傾斜または旋回します。 

3軸、4軸、3+2軸、5軸CNC加工の比較

異なるクラスの CNC マシン間の大きな違いは、切削工具が移動または回転できる軸の数です。以下の表は、3 軸、4 軸、3+2 軸、および 5 軸 CNC マシン間の相違点と類似点を示しています。

機能	3軸CNC加工	4軸CNC加工	3+2 軸 CNC 加工	5軸CNC加工
説明	基本的な CNC 加工操作に適しています。切削工具は 3 軸 (X、Y、Z) に沿って移動できます。	横軸回転が可能なため複雑な加工に適しています。 (つまり、回転軸 (A 軸) の追加)。	切削工具は 3 軸で同時に移動し、XNUMX つの割り出し回転軸で回転します。ただし、XNUMX 軸から回転軸に切り替えるには、常に位置を変更する必要があります。	切削工具は 5 つの軸に沿って同時に移動できます。
X軸	はい	はい	はい	はい
Y軸	はい	はい	はい	はい
Z軸	はい	はい	はい	はい
A軸	いいえ	はい	はい	はい
B軸	いいえ	いいえ	はい	はい

5 軸 CNC マシンの種類

さまざまなタイプの 5 軸 CNC 機械の主な違いは、回転軸の位置 (機械のスピンドル ヘッドまたはテーブル) です。以下に 5 つの一般的な XNUMX 軸 CNC システムを示しますので、プロジェクトに適したものを選択できます。

頭/頭

ヘッド/ヘッド 5 軸機械には、機械の主軸ヘッドに XNUMX つの回転軸があります。その結果、テーブルが固定されているため工具の干渉がなく、ワークを固定することができます。

回転軸の位置により、このカテゴリの 5 軸機械がワークピースの周りを移動できることも保証されます。そのため、大型部品の加工に適しています。逆に言えば、ヘッドと固定テーブルの XNUMX つの回転軸の焦点により、動きには依然として制限があります。

テーブル/ヘッド

テーブル/ヘッド構成の CNC マシンには、ヘッドとテーブルに 2 つの回転軸があります。ヘッド内の回転軸はその位置により範囲が制限されますが、テーブル上に配置された回転軸には制限がありません。

ヘッド/ヘッドに比べてテーブル/ヘッド軸加工の利点は、部品が常に回転しているため制限がないことです。逆に、ワークは回転軸上にあるため、加工できる数は限られます。

テーブル/テーブル

テーブル/テーブル 5 軸加工機は、両方の回転軸がテーブル上にあります。これにより回転軸が制限され、機械はアンダーカットの加工のみに適したものになります。さらに、テーブル/テーブルの作業範囲は最小限であり、他の 5 軸 CNC マシン タイプよりも低速です (モーターが付属していません)。大型部品や重量部品の加工には不向きです。

5 軸 CNC 加工の長所

5 軸 CNC システムは、以下に示す計り知れないメリットがあるため、多くの部品メーカーにとって優れた加工オプションであり続けています。 

複雑な設計に適しています  

部品メーカーが 5 軸 CNC マシンを選択する最も一般的な理由は、複雑なマシン形状への適合性です。開発前は、このような部品は鋳造を使用して製造されていましたが、このプロセスはリードタイムが長いことで知られていました。対照的に、5 軸加工機は高速であり、追加の動作により、特別な治具や追加のセットアップを必要とせずに、部品をさまざまな角度や円弧で加工することができます。 

再固定の削減

5 軸 CNC 加工により、固定が必要な部品を分割して作成する必要がなくなります。機械は、少ないセットアップでさまざまな角度でワークピースにアプローチできます。 

部品あたりの人件費の削減

5 軸 CNC 加工では、機械オペレーターがワークピースに触れないため、時間とコストが削減されます。再固定は不要です。

より良い表面仕上げ

他の CNC 機械、特に 3 軸機械では、表面仕上げを改善するためにより長いリードタイムが必要です。ただし、5 軸加工機を使用すると、より良い表面仕上げを短時間で実現できます。振動を低減するショートカットツールを使用することで、より良い表面仕上げを保証できます。

機能間の精度

5 軸機械には、セットアップの変更や機械からの部品の取り外しによるアライメントの喪失による不正確さを軽減するゼロまたはホーム機能があります。さらに、加工時のアライメント不良の可能性も低減されます。

より速い切断速度

5 軸 CNC マシンの工具は短いため、より速い切削速度が確保され、カッターへの負荷が軽減され、振動や破損が軽減され、工具の寿命が長くなります。また、回転軸が追加されているため、ヘッドの向きが向上し、従来の CNC マシンよりも穴あけが高速になります。

5 軸 CNC 加工の短所

当然のことながら、これらのタイプの CNC マシンにも制限があり、次のような制限があります。

費用

5 軸 CNC 機械を機械セットアップに組み込むと、従来の CNC マシニング センターよりも多額のコストがかかります。さらに、複雑なためメンテナンスコストも高くなります。 5軸加工サービスを提供するCNC加工業者にアウトソーシングすることでコストを削減できます。 

CAD/CAMプログラミング

3 つの直線動作に加えて 2 つの追加の回転軸が組み込まれているため、各軸の動作をプログラムするのはさらに難しくなります。つまり、干渉や衝突を防ぐために各軸の動きを考慮する必要があります。複雑であり、加工精度と表面品質が必要なため、資格のある CAD/CAM プログラマーのサービスが必要になる場合があります。

高度なオペレータスキルが必要

複雑な CAD/CAM プログラミングとは別に、5 軸加工には高度な技術が必要となるため、高度なスキルを持ったオペレーターが必要です。

5 軸 CNC マシンの構成方法

5 軸 CNC マシンの構成は、ワークピースを保持するための複雑なクランプ システムや固定具を必要としないため、簡単です。 

保持装置の準備

ゼロクランプバイス、油圧クランプ、またはしっかりと取り付けられたブロックを使用して、ワークを機械テーブルの中心にしっかりと取り付けます。加工前に、ワークピースは安全であり、5 つの側面すべてからアクセスできる必要があります。

切削工具の準備

切削工具と工具ホルダーを準備、測定し、機械の自動工具交換装置 (ATC) マガジンにロードします。

キャリブレーションの実行

生産を開始する前に、特定のソフトウェアと自動測定プローブを使用して機械を校正します。これにより、すべての軸で正確なキャリブレーションが保証され、許容誤差の累積が最小限に抑えられます。

潜在的な衝突をチェックする

加工サイクルを開始する前に、衝突する可能性のある領域がないか注意深く確認してください。各位置の正確さとすべての工具交換の精度を検証します。

プログラム前チェックの実行

プログラム全体を段階的に実行して、各位置とツールの変更が正確であることを確認します。これにより、クラッシュを防ぎ、スムーズな操作が保証されます。

5軸CNC加工の応用例

5 軸 CNC 加工により人的エラーが軽減され、一貫性が向上し、高品質の加工が保証されます。次の業界では、部品製造​​に CNC 機械加工技術が使用されています。

航空宇宙産業

航空宇宙産業では、その精度の高さと、多くの航空宇宙部品の設計が複雑で、機械から機械へのアクセスが困難な領域を必要とするため、5 軸加工への依存が高まっています。 5 軸機械加工部品の典型的な例はタービンブレードであり、最初に鋳造され、次に機械加工されて目的の形状と表面仕上げが実現されます。

自動車産業

自動車業界は、ツールの製造に必要な一貫性と厳しい公差のため、5 軸機械に依存しています。業界では主に、次のような低コストの製造オプションが好まれています。 ダイカスト 金型製造やその他の工具プロセスに使用される 5 軸 CNC マシンを使用した射出成形。

医療産業

医療業界では、品質を達成し、さまざまな材料に適合できる製造プロセスが必要です。 3 軸および 4 軸加工は業界に適していますが、複雑な部品を扱う場合は 5 軸加工の方が適しています。さらに、CNC マシンは医療用インペラや CT スキャナーのコンポーネントにも応用できます。

エネルギー産業

エネルギー産業は他のすべてのセクターの根幹です。エンジニアリングと材料使用の限界を押し上げる高度なコンポーネントが必要です。したがって、引き続き 5 軸 CNC 加工に依存しています。エネルギー産業における 5 軸 CNC 機械加工部品の例には、ドリルビット、ピストン、シリンダー、ロッド、シリンダー、バルブなどがあります。

産業部門

産業分野の範囲は非常に広く、5 軸機械も適している複雑なコンポーネントが必要です。ただし、コストと製造される部品の一般的な種類により、3 軸や 4 軸機械などの一般的な CNC 機械が一般的なオプションであるため、これらは補助的な役割として機能します。

5 軸 CNC 加工のヒント 

5 軸加工中の生産性と効率を最大化するには、以下で強調表示されている実践方法とヒントを検討してください。

ツールパスを最適化する

ツールパスの最適化には、加工中の無駄を最小限に抑え、最大の精度を確保するために、最も効率的かつ効果的なパスを選択することが含まれます。ソフトウェア ツールを使用してツール パスを最適化できます。 CNC 機械がワークピースに基づいて切削速度と深さを調整できるアダプティブ ミーリングも使用できます。 

適切なツールと材料を使用する

適切なツールを使用し、 材料 高品質の機械加工部品を確保し、無駄を削減し、加工時間を短縮します。 

ツールを選択するときは、次の点を考慮してください。 

• カット中の素材
• 切込み
• 希望通りの仕上がり。 

高速度鋼 (HSS) 工具は柔らかい材料に最適で、超硬工具は硬い材料に適しており、ダイヤモンド コーティングされた工具は複合材料やセラミックなどの研磨材に適しています。

材料を選択するときは、その特性と、それらがアプリケーションの最終部分にどのように適合するかを考慮してください。たとえば、高強度部品にはチタンまたはステンレス鋼を選択し、軽量部品にはアルミニウムまたはマグネシウムを選択します。

機械や工具のメンテナンスをする

5 軸 CNC フライス盤やその他のツールを定期的にメンテナンスすることで、最高のパフォーマンスで稼働し、ダウンタイムを削減し、部品の品質を向上させることができます。メンテナンスの実践には次のものが含まれます。 

• 機械を定期的にきれいに保つ
• メーカーの推奨に従って機械のコンポーネントに潤滑剤を塗布します。
• メーカーの推奨に従って工具を研ぎ、交換する

切断パラメータを最適化する

切削速度、送り速度、切込み深さなどの切削パラメータを最適化して、加工時間を短縮し、部品の品質を向上させます。低い値から始めて、望ましい結果を得るために徐々に値を大きくすることができます。さらに、加工中にそれらを監視し、必要に応じて調整する必要があります。

シミュレーションソフトを利用する

などのシミュレーションソフトを使うと、 ベリカットでは、加工を開始する前に 5 軸 CNC 加工プロセスを視覚化できます。その結果、切削パラメータを変更してツールパスを最適化し、ツールパスを改善することができます。 

Zintilon 5 軸 CNC 加工サービス

5軸CNC加工の品質確保にはスキルが必要です。したがって、手頃なコストで品質を達成する最良の方法は、評判の良い 5 軸 CNC 加工サービスプロバイダーにアウトソーシングすることです。 

Zintilon では高品質を提供します 5軸CNC加工サービス さまざまな業界向け。当社のエンジニアチームは CNC 加工材料選択の専門家であり、高品質な加工に関する推奨事項を提供します。 

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まとめ

5 軸 CNC 加工を使用すると、複雑なデザインの部品を作成できると同時に、加工操作の簡素化、速度、生産効率などのメリットを享受できます。この記事では、マシニング クラス、その仕組み、およびそのアプリケーションについて説明しました。 CNC 加工サービスをお探しですか?お問い合わせ。

よくある質問

最もよく使用されている CNC マシンは何ですか?

最もよく使用される CNC マシンは 3 軸 CNC マシンです。シンプルなセットアップにより、切削工具は XNUMX 軸 (X、Y、Z) に沿って移動できるため、フライス加工、穴あけ、その他の切削操作などの基本的な CNC 加工操作に適しています。

CNC 加工には何軸を使用できますか?

CNC マシンが移動できる軸の数は最大 12 で、X、Y、Z、A、B、C 軸に沿った移動が可能です。一般に、CNC フライス盤は 2 ～ 3 つの基本軸と、3 軸、4 軸、または 5 軸機械によって異なる程度に使用される XNUMX つまたは XNUMX つの回転軸を利用します。この軸は切断に役立ちます。ただし、これら以外の軸は補助的なものであり、ワークピースの方向を補助するだけです。より大きな数をリンクすると、制御システムやプログラミング、機械的な制約がより複雑になる可能性があります。 

7 軸または 6 軸の CNC マシンはありますか?

はい、標準の X、Y、Z 軸に沿って追加の回転軸を備えた 6 軸および 7 軸 CNC マシンがあります。これらの機械は柔軟性と精度が向上しており、非常に厳しい公差を必要とする産業に適用できます。ただし、一度に 5 つ以上接続すると複雑な制御、プログラミング、機械的制約が発生するため意味がなくなるため、一般的ではありません。