5軸CNC加工の解説：利点、用途、コスト

5軸CNC加工とは？

簡単に言うと、 5軸CNC加工とは、 CNCマシンが加工プロセス中に5つの軸に沿って移動できることを意味します。よく知られている3つの直線軸は次のとおりです。

• X軸：左から右
• Y軸：前から後ろ
• Z軸：上下

追加の2つの軸は回転運動です。機械の構成によっては、切削工具、工作物、またはその両方が回転および傾斜することができます。

これにより、機械は単一の垂直方向からはアクセスしにくい表面にもアクセスできるようになります。例えば、斜めの穴、曲面、あるいは異なる側面に配置された複数の特徴を持つ部品を考えてみてください。部品を手で繰り返し動かす代わりに、機械はより適切な角度からこれらの領域にアプローチできます。

機械の正確な動作は様々であるため、5軸加工機の視覚的な定義は一つではありません。重要なのは結果です。つまり、位置調整の回数を減らしながら、より複雑な形状を加工できる自由度が高まるということです。

3軸、4軸、5軸CNC加工

5軸加工を理解する最も簡単な方法は、より馴染みのある他の加工方法と比較することです。

3軸CNC加工

3軸CNCマシンは、切削工具をX、Y、Z軸に沿って移動させます。ブラケット、プレート、ハウジング、ポケット、スロットなど、主に上部からアクセスできる、または簡単な設定変更後に加工できる部品の加工に最適です。

単純な形状の部品であれば、3軸加工が最も実用的で費用対効果の高い選択肢となることが多い。

4軸CNC加工

第4軸は回転軸として機能し、通常はワークピースを1つの軸を中心に位置決めしたり回転させたりすることができます。これは、円周方向や複数の側面を加工する必要がある部品に便利です。

5軸CNC加工

回転軸が2つ追加されたことで、機械はより多くの方向からワークピースにアプローチできるようになりました。これは、従来であれば複数の治具や段取りが必要だった複雑な形状や特徴を持つ加工において特に有効です。

つまり、技術の進歩は、ある機械が別の機械より「優れている」ということではありません。重要なのは、形状に合った加工プロセスを選択することです。5軸加工が最適な場合もあれば、過剰な場合もあります。適切な製造レビューを行えば、どちらが適切か判断できるはずです。

5軸CNC加工はどのように機能するのですか？

プロセスは依然としてCADモデルと加工プログラムから始まります。違いは、そのプログラムに従いながら、機械が部品と切削工具をどのように位置決めするかという点にあります。

5軸加工について語る場合、一般的に2つの方法があります。

3+2位置加工

3+2加工では、2つの回転軸によってワークピースが特定の角度に位置決めされ、その後、3つの直線軸を用いて切削が行われます。加工サイクル中に、ワークピースは自動的に複数回再配置される場合があります。

この方法は、部品に複数の角度のついた面や穴がある場合でも、5軸すべてに沿って連続的に同時に移動させる必要がない場合に有効です。

同時5軸加工

同時加工では、工具が切削している間、5軸すべてが同時に動くことができます。これは、工具角度を連続的に変化させる必要がある複雑で流れるような形状や幾何学的形状の加工に適しています。

典型的な例としては、特定の航空宇宙部品、インペラ、タービン関連部品、複雑な金型、ハイエンドの自動車部品やロボット部品などが挙げられる。

5軸CNC加工の主な利点

1. セットアップ回数の削減

これは最大の利点の1つです。部品の複数の面を加工する必要がある場合、従来の方法では複数回の段取りが必要になることがあります。段取りのたびに時間がかかり、わずかな位置決め誤差が生じる可能性も高まります。

5軸加工では、多くの場合、1回またはそれ以下のクランプ操作でより多くの形状を加工できます。これにより、効率と一貫性の両方を向上させることができます。

2. 複雑な機能へのアクセス性の向上

斜めの穴、複雑な表面、アンダーカットのような領域、そして手の届きにくいポケットなどは、より直接的なアプローチが可能になる場合があります。工具を斜めに傾けて加工することで、固定された垂直位置の制約に合わせて部品を再設計する必要がなくなるからです。

3. 多面体部品の精度向上

手動での位置調整手順を減らすことで、セットアップエラーの蓄積を抑えることができます。これは、複数の重要な部品が互いに正確な位置関係を維持する必要がある場合に特に有効です。

もちろん、機械の性能だけでは精度は保証されません。プログラミング、治具、工具、材料の安定性、検査など、すべてが依然として重要です。しかし、不要な段取りを減らすことで、工程の出発点をより良くすることができます。

4. 特定の曲面部分の表面仕上げの向上

5軸加工機は、曲面を移動する際に切削工具をより適切な角度に保つことができます。用途によっては、これにより目に見える工具痕を減らし、過剰な二次仕上げを必要とせずに、より滑らかな仕上がりを実現できます。

5. 複雑な部品の全体的なリードタイムの​​短縮

5軸加工機は時間当たりのコストが高くなる場合があるが、だからといって最終製品のコストが必ずしも高くなるわけではない。複数の治具、段取り、加工工程を5軸加工機で代替できる場合、製造時間は実際には短縮される可能性がある。

そのため、購入者は機械の1時間あたりの料金だけでなく、製造コスト全体を考慮する必要があるのです。

5軸CNC加工の一般的な用途

5軸加工技術は多くの産業で利用されていますが、重要なのは産業分野名よりも部品そのものです。ロボット、自動車、実験装置など、最終的にどの製品に組み込まれるにせよ、複雑な部品には複雑な加工技術が必要となります。

航空宇宙部品

航空宇宙部品は、複雑な形状、軽量設計、そして厳格な寸法精度が求められることが多い。曲面や多角度形状が一般的であるため、5軸加工は一部の部品にとって最適な加工方法となる。

自動車部品およびパフォーマンスパーツ

高性能自動車部品には、角度のついた取り付け面、軽量化のためのポケット、精密なインターフェースを備えた複雑なアルミニウムまたは鋼鉄製の部品が使用される場合があります。5軸加工は、特定のブラケット、ハウジング、エンジン関連部品、およびカスタム高性能部品に有効です。

ロボット工学と産業オートメーション

ロボットの関節部、精密ハウジング、エンドエフェクタ、およびカスタムオートメーションコンポーネントは、多くの場合、複数の機能面をコンパクトな空間に統合しています。このような場合、セットアップ回数を減らすことで、重要な寸法を正確に合わせることができます。

医療・科学機器

複雑な機器部品には、精密な形状、コンパクトな内部空間、そして高品質な表面仕上げが求められる場合があります。5軸加工は、設計上必要とされるこれらの要件を満たすことができます。

エネルギー、エレクトロニクス、先端機器

精密マニホールド、センサーハウジング、コネクタ、冷却関連部品、その他の特殊部品も、形状が単純な角柱状部品よりも複雑になった場合、多軸加工の恩恵を受ける可能性があります。

5軸加工にはどのような材料が使用できますか？

この機械自体は、5軸加工を1種類の材料に限定するものではありません。同じ技術を、以下のような幅広い材料に使用できます。

• アルミニウム（6061および7075を含む）
• ステンレス鋼
• 炭素鋼および合金鋼
• 真鍮および銅合金
• チタン
• エンジニアリングプラスチック
• インコネルなどの高性能合金

材料は切削速度、工具、加工時間、そしてコストに影響を与える。単純なアルミニウム部品と複雑なインコネル部品は、形状が似ていても、製造コストは全く異なる場合がある。

5軸CNC加工のコストに影響を与える要因とは？

おそらく購入者が最も気にしているのは、 5軸CNC加工は高価なのか、という点でしょう。

正直に言うと、状況によります。そして、これは単なる都合の良い答えではありません。いくつかの要因によって価格は大きく変動する可能性があります。

部品形状

複雑な表面形状、深い空洞、薄い壁、そして工具のアクセスが困難な箇所は、一般的に加工時間を増加させます。数個の斜め穴のみを必要とする部品は、従来の部品と比べてそれほどコストがかからない場合もありますが、連続的に曲面加工された部品は、はるかに高度な加工技術が要求される可能性があります。

交換されたセットアップの数

5軸加工によって3～4回の手動段取り作業が不要になれば、全体的な時間短縮につながる可能性がある。特に少量生産の複雑な部品の場合、特注治具や繰り返し行う位置合わせ作業はすぐにコストがかさむため、これは非常に大きなメリットとなる。

材料および材料除去

硬い材料ほど加工に時間がかかります。大量の材料除去も加工時間を増加させます。大きなブロックから小型部品を加工する場合、大量の材料ロスと加工時間が発生する可能性があります。

許容範囲要件

すべての表面に同じ公差が必要なわけではありません。あらゆる箇所に極めて厳しい公差を指定すると、製品の機能を向上させることなくコストが増加する可能性があります。

現実的なアプローチとしては、真に重要な寸法を特定し、重要でない表面には妥当な許容誤差を設けることが挙げられます。

量

試作品と量産では、コスト構造が異なります。大量注文の場合、プログラミングやセットアップのコストはより多くの部品に分散されますが、少量生産の場合は柔軟性とスピードが優先される傾向があります。

部品の品質を損なわずに5軸加工コストを削減する方法

不必要に厳しい公差を避ける

機能上必要な箇所には厳しい公差を適用し、それ以外の箇所には多少の余裕を持たせる。これは、見積もりを妥当な価格に抑える最も簡単な方法の一つである。

可能な限り標準材料を選択する

6061アルミニウムなどの一般的な材料は、特殊なグレードの材料に比べて、調達や加工が容易で経済的です。機能的に特殊な材料が必要ない場合は、より費用対効果の高い選択肢があるかもしれません。

製造プロセス全体を考慮する

加工図面上ではコスト削減につながるように見える設計変更でも、後々仕上げや組み立て作業が増える可能性があります。加工、表面処理、検査、組み立てを含めた部品全体を考慮することが重要です。

製作前に設計について話し合う

短時間の設計製造性（DFM）レビューを行うことで、加工コストは高いものの、変更が容易な箇所を特定できる場合があります。これは、金型や生産に関する決定が確定する前に特に役立ちます。

従来型のCNC加工ではなく、5軸加工を選択すべきなのはどのような場合か？

部品に以下のような特徴がある場合、5軸加工を検討する価値があります。

• 複数の角度のついた面または穴
• 複雑な曲面形状
• 複数の側面に正確に位置合わせされなければならない特徴
• 工具へのアクセスが困難
• 複数のセットアップを削減する必要性
• 複雑な表面全体にわたって高い一貫性が求められる

しかし、数個の穴が開いただけのシンプルな平板であれば、標準的なCNCフライス加工の方が適しているかもしれません。技術が多ければ良いというわけではありません。適切な技術を使うことが大切なのです。

5軸CNC加工にHONSCNを選ぶ理由とは？

機械を選ぶことと、製造パートナーを選ぶことは全く別の問題だ。

HONSCNでは、初期の試作品から量産まで、お客様のご要望に応じたCNC加工を全面的にサポートいたします。中国・深圳に拠点を置く当社チームは、図面に基づいて機械を動かすだけでなく、信頼できるコミュニケーションと実践的な製造サポートを必要とする世界中のお客様と協力しています。

単一プロセスを超えた製造サポート

複雑な部品には、5軸フライス加工以上の加工が必要になる場合があります。HONSCN は、以下のようなプロジェクトをサポートできます。

• CNCフライス加工
• CNC旋盤加工とスイス型旋盤加工
• 5軸加工
• 表面仕上げ
• レーザーマーキング
• 精密検査およびCMM測定
• カスタム組立およびキット化サービス

材料および応用に関する経験

当社では、アルミニウム、ステンレス鋼、真鍮、プラスチック、チタン、および厳選された特殊合金といった一般的なエンジニアリング材料を取り扱っています。また、強度、重量、表面仕上げ、加工コストなどを考慮する必要がある場合には、 6061アルミニウムと7075アルミニウムといった材料間の製造上の違いについてもご相談に応じます。

品質およびOEM製造サポート

ISO認証を取得したOEM CNC部品メーカーであるHONSCNは、機械加工だけでなく、完成品の要件にも重点を置いています。精密なプロジェクトにおいては、寸法検査、CMM検査、表面処理の調整、顧客の要件に基づいた梱包なども含まれます。

海外から部品を調達する顧客にとって、加工とその後の工程を1つのサプライヤーで調整することは、購買プロセスを簡素化する上でも有効です。サプライヤーの数が減り、引き継ぎ回数も減り、部品が紛失する可能性も低くなります。シンプルですが、非常に役立ちます。

最後に

5軸CNC加工は魔法ではありませんし、あらゆる部品に最適な解決策というわけでもありません。しかし、5軸CNC加工が提供するのは柔軟性です。複雑な形状へのアクセス性が向上し、段取り回数が減り、より効率的なワークフローで複数の面を加工できるようになります。

単純な部品であれば、従来型のCNC加工の方が依然として高速かつ経済的である場合がある。しかし、複雑な部品の場合、 5軸加工は精度を向上させ、全体の工程を短縮し、場合によっては製造コスト全体を削減できる。

最適な出発点は通常、部品図面または3Dモデルです。そこから、形状、材料、公差、数量、実際の用途に基づいて製造プロセスを選択できます。単に、ある加工方法がより高度に聞こえるからという理由だけで選択すべきではありません。

複雑な部品、試作品、または繰り返し生産のための中国・深圳のOEM CNC加工メーカーをお探しの場合は、HONSCNがお客様の設計をレビューし、 5軸加工、CNCフライス加工、CNC旋削加工、および関連する仕上げと検査サービスを使用して、実用的な製造アプローチを特定するお手伝いをいたします。