5-Axis CNC 加工の完全ガイド
Nov 26, 2024
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5-Axis CNC 加工: 完全ガイド
5- 軸 CNC 加工の概要
5- 軸 CNC 加工は、多軸加工技術の高度な形式です。工具やワークの動きを 5 軸で同時に制御することで、複雑な幾何学的形状をより正確に加工できます。従来の3-軸加工と比較して、5-軸は自由度が高く、航空宇宙、自動車、医療機器などの高精度部品の製造に適しています。 5- 軸加工は、複数の面と角度の加工を 1 回のセットアップで完了できるため、生産効率が向上し、加工時間とエラーが削減され、精密製造に推奨される技術です。
目次
1.5-軸 CNC マシンとは何ですか?
2.5-軸CNCマシンの種類
3. 5-軸 CNC 機械加工 vs. 3+2 機械加工 vs. 4+1 機械加工
4.5- 軸マシニング センターの構成オプション
5.なぜ 5- 軸 CNC 加工を選ぶのですか?
6.5-Axis CNC マシンのプログラミング
7.5-軸 CNC 加工の主な手順
8.CNC加工用切削工具
9.カスタム 5- 軸 CNC 加工サービス
5 軸 CNC 工作機械は、5 軸で同時に工具操作を実行できる高精度装置で、複雑な形状や表面仕上げの美しい部品の製造に適しています。 5軸工作機械は従来の3軸工作機械に比べて自由度が高く、多方向に同時に加工できるため、加工効率と精度が向上します。
5 軸機械には、X、Y、Z 軸に加えて、A、B、または C 軸も含まれます。これらの追加の軸はワークテーブルの回転と傾きを制御し、ワークピースを複数の角度で切断できるようにします。これにより、複雑な形状の加工、特に 360 度回転時の正確なサイドカットが可能になります。ツールは静止したワークピース上でスイングしたり、ワークテーブルを希望の角度に傾けたりして、さまざまな複雑な加工ニーズに対応できます。 5 軸工作機械の種類と加工方法は、特定の構成とアプリケーションの要件によって異なります。
さまざまな市場のニーズを満たすために、CNC 機器メーカーはさまざまな 5 軸 CNC 工作機械を設計しました。それらは主に、ワークテーブルの回転またはさまざまな方向へのツールの動きによって区別されます。 5 軸 CNC 工作機械の一般的なタイプは次の 5 つです。
(1) デュアルピボット主軸ヘッドタイプ
このタイプの工作機械は、2 つの回転座標によって工具軸の方向を直接制御し、高精度のマルチアングル加工機能を提供します。
(2)ピッチスイングヘッドタイプ
2つの座標軸がツール上部にあり、回転軸が直線軸と直交していないタイプで、複雑な形状の加工に適しています。
(3) ダブルターンテーブルタイプ
ダブルターンテーブル工作機械は、2つの回転座標により空間の回転を制御し、複数軸での精密な切削を同時に行うことができます。
(4) ピッチテーブルの種類
このタイプの工作機械は、ワークテーブル上に 2 つの座標軸を配置し、回転軸が直線軸と直交しないため、多角度で複雑な幾何学的加工に適しています。
(5) 回転テーブル＋回転主軸頭タイプ
この工作機械は、工具とワークにそれぞれ2つの回転座標を与えることで、より高い柔軟性と精度を実現し、複雑な3次元加工を実現します。
3. 5- 軸 CNC 加工 vs 3+2 加工 vs 4+1 加工
5 軸加工=5 面加工?
5 軸加工と 5 面加工は 2 つの異なる加工方法です。 5 軸加工は 5 つの軸が同時に動くため、より複雑な部品の加工に適しています。一方、5 面加工 (3+2 加工) は 3 つの軸に基づいており、回転軸と傾斜軸を追加して 1 回のセットアップで 5 つの面を加工します。 。
3+2-軸CNC加工
3+2 加工、つまり 5 面加工では、3 つの直線軸に加えて、1 つの回転軸と 1 つの傾斜軸を使用します。この方法では、追加の 2 つの軸を使用してワークピースの位置を変更し、1 回のセットアップで部品の 5 つの側面を加工できます。
4+1-軸CNC加工
4+1 加工では 5 軸工作機械が使用されますが、1 つの回転軸または傾斜軸が固定されています。 4 軸が同時に動作し、通常は 1 軸のみが位置決めに使用されます。これは 3+2 加工よりも強力ですが、それでも 5- 軸加工と完全に同等ではありません。
フル5-軸CNC加工
フル 5- 軸加工は、3 つの直線軸と 2 つの回転軸を含む 5 つの軸が同時に動作することで、より複雑な形状や精密な加工を実行できます。フック面、特殊形状、中空加工など高精度で複雑な形状を必要とする部品に適しています。
5 軸加工は複雑で精密な加工タスクに適していますが、5 面加工は 3 軸をさらに拡張したものです。 5 軸工作機械のプログラミングは 3 軸よりも複雑で、工具形状の設計もより洗練されています。
一般的な 5- 軸 CNC 機械構成タイプには、テーブル-テーブル、ヘッド-テーブル、ヘッド-ヘッド、その他の組み合わせが含まれます。
テーブルとテーブルの構成
この構成はトラニオン テーブル マシンと呼ばれることが多く、テーブルに 2 つの回転軸が組み込まれているのに対し、マシンのヘッドは固定されています。テーブルを回転させることでワークの位置決めを行います。この構成は、2 つの回転軸を使用してワークピースの向きを調整する従来の 3 軸 CNC 機械に基づいています。トラニオン構造により、優れたアンダーカット能力、広い作業スペース、高速性と耐久性を実現し、高精度かつ大規模な加工を実現します。
ヘッドテーブル構成
この構成では、機械のヘッドがすべての回転運動を実行し、テーブルは静止したままになります。ヘッドは複数の角度で回転または傾けて、複雑な加工タスクを完了できます。この構成は、複雑な形状や狭いスペースのワークの加工、特に高精度の加工が必要な用途に非常に効果的です。
ヘッドヘッド構成
ヘッドヘッド マシンは、マシンの両方のヘッドが回転できる、より複雑な構成です。この機械は他の構成よりも自由度が高く、より複雑な加工操作が可能になります。複数の角度で同時に切断する必要がある加工作業に適しています。ヘッド-ヘッド構成は、繊細な部品や複雑な形状の加工に特に適しており、より優れた安定性と精度を実現します。
5-軸 CNC 工作機械は、複雑な形状、高精度、滑らかな表面を加工できるため、特に医療、航空宇宙、自動車分野など、さまざまな業界で大きな利点を持っています。
従来の 3- 軸工作機械とは異なり、5- 軸 CNC 加工は、多面的な切断、穴あけ、タップ加工を 1 つのセットアップで同時に完了できるため、時間を大幅に節約し、効率を向上させることができます。従来の工作機械では完成できない複雑な形状を処理できるため、ワークの位置変更の必要性が減り、加工精度と表面品質が向上します。 5- 軸 CNC マシンは高い精度と安定性を備えているため、特に高い公差や微細な輪郭を必要とする業界での大量生産や高水準の製造に最適です。 5- 軸加工は人間の介入を減らすことで生産効率と加工品質を向上させ、現代の製造業にとって不可欠なツールです。
5-軸CNC加工の利点
納期短縮と生産効率の向上
加工精度と品質の向上
複雑な形状や細部の加工が可能
生産能力の増強
複数の加工機を入れ替える
加工プロセスにおける潜在的なエラーを削減
自動工具選択と最適化された切削速度により、切削工具の寿命を延長します。
振動を低減し、より高い仕上げ面を実現
6.5-軸CNCマシンのプログラミング
5- 軸 CNC マシンの G コード プログラミングは、CAD ソフトウェアで設計されたモデルから始まり、次にスピンドル速度、送り速度、工具の動作を含むアルゴリズムに変換されます。従来の 3- 軸加工機と比較して、5- 軸加工では、工具のさまざまな角度とテーブルの傾斜パスを制御する必要があります。
プログラミング方法
5- 軸プログラミングでは、回転運動を制御する 2 つの方法があります。回転角度またはツール ベクトルを使用します。工具ベクトルは、X、Y、Z 軸コマンドを通じて回転角度または傾斜角度を指定します。これは柔軟性があり、特定の軸 (A、B、および C 軸) の注釈を必要とせずに、異なるマシン間でプログラミングを共有できます。一般的に使用されるソフトウェアには、Autodesk、Mastercam、Siemens NX、PowerMill、Edgecam などがあります。
5-軸CNC加工ポイント
切削速度: 工作機械が切削パスを効果的に制御できることを確認します。
先読み機能：計算効率を向上させ、スムーズな処理を実現します。
ツールホルダーシステム: 加工中のツールの振動を避けるために、適切なツールホルダーを選択してください。
送り速度: 送りと工具速度を合理的に制御して工具寿命を延ばします。
クーラント：適切なクーラントと潤滑剤を使用し、過熱を防ぎ、無駄を取り除きます。
ツールパスシミュレーション: 正確な加工を保証するために、加工前にツールパスシミュレーションを実行します。
処理速度の一致を保証する
G コードで示される切削工具のパスを効果的に制御し、加工プロセス中の遅延やエラーを回避するのに十分な処理速度が CNC 機械にあることを確認してください。
先読みを有効にする
先読み機能を有効にすると、CNC マシンが事前にパスを計算し、よりスムーズで効率的な加工プロセスを実現できます。
適切なツール ホルダー システムの選択
安定した工具ホルダー システムを選択することは、加工プロセス中に工具が振動しないようにして、加工の品質と精度を確保するために非常に重要です。
送り速度とツール速度の制御
送り速度を正確に制御すると、工具寿命を延ばすことができます。さまざまな材料の加工ニーズに合わせて工具速度を適切に調整すると、工具寿命を延ばすことができます。
適切な冷却剤を使用する
適切な冷却剤 (潤滑剤やウォーター ジェット システムなど) を使用して、スピンドルの熱を下げ、工具の過熱を回避し、切削プロセス中の安定性を確保し、切削領域の廃材を除去します。
ツールパスシミュレーション
実際の加工の前に、シミュレーション ソフトウェアを使用してツール パスをチェックし、すべてのパスが正しく計画されていることを確認し、結果を検証してエラーや不要な損失を削減します。
8.CNC加工用切削工具
5- 軸 CNC マシンは、3- 軸マシンと同様の切削工具材料を使用しますが、工具保持ステーションと工具交換機能が大幅に向上しています。 5- 軸工作機械には、ワークピースまたはパレットの自動交換システムが装備されており、手動による介入が減り、多品種少量生産の効率が向上します。自動工具交換マガジンには通常 60 ～ 120 個のツール ステーションが含まれており、複雑な設計に適しています。
切削工具材質の選択
適切な工具材料の選択は、強度、熱伝導率、摩擦係数によって異なります。一般的に、工具素材の強度は加工素材の40%～60%高い必要があります。一般的な工具材料には次のものがあります。
炭素鋼:低コストで入手が容易で、日常的な処理に広く使用されており、0.6% ～ 1.5% の炭素を含みます。
ハイス鋼：耐摩耗性が強く、複雑な加工によく使用されます。タングステン、クロム、モリブデン、炭素鋼が含まれています。
炭化物：超高速切削に適しており、耐熱性が高く1000℃まで耐えられます。その組成にはタングステン、チタン、タンタルが含まれています。
セラミック：窒化ケイ素と酸化アルミニウムを主成分とし、化学的安定性、高速性、耐食性に優れています。
その他の材料:ダイヤモンドチップ、窒化ホウ素カーボン、サーメットなど、特殊な作業条件に適しています
9.カスタム 5- 軸 CNC 加工サービス
5- 軸 CNC 加工は精度、滑らかさ、生産性の点でますます有利になっており、この加工技術に対する世界的な需要は増加し続けています。ただし、少量生産の場合、5- 軸 CNC マシンを完全に購入するのは法外な費用がかかる可能性があり、需要がまれな場合にはこれらのデバイスが十分に活用されない可能性があります。そのため、多くの大企業やメーカーが CNC 加工サービスを時間単位で提供しています。
5- 軸 CNC 加工サービスの料金は、工作機械の種類と加工ニーズによって異なります。通常、時間当たりの料金は 50 ドルから 200 ドルの範囲です。これらのサービスを通じて、顧客は高額な設備コストをかけずにソリューションをカスタマイズし、高精度のパーソナライズされた部品製造を実現できます。サービスプロバイダーは、特定のニーズと生産計画に基づいて柔軟な加工オプションを提供します。