多軸 CNC 加工において適切なタイプの機械を選択することは、最も重要な決定事項の 1 つです。これにより、プロセスの全体的な機能、可能な設計、および全体的なコストが決まります。 3 軸 vs 4 軸 vs 5 軸 CNC 加工はよく議論されており、正しい答えはプロジェクトの要件によって異なります。
このガイドでは、多軸 CNC 加工の基本を説明し、3 軸、4 軸、5 軸 CNC 加工を比較して、正しい選択を支援します。
3 軸加工の概要
スピンドルは X、Y、Z 方向に直線的に動き、ワークピースを 1 つの平面に保持する固定具が必要です。最新のマシンでは、複数のプレーンで動作するオプションが可能です。ただし、特別な治具が必要で、製作費が少し高く、時間もかかります。
ただし、3 軸 CNC が実行できることにもいくつかの制限があります。多くの機能は、3 軸 CNC の相対的な価格にもかかわらず、経済的に実行不可能であるか、単に不可能です。たとえば、3 軸機械では、角度のあるフィーチャや XYZ 座標系上のものは作成できません。
逆に、3 軸加工機ではアンダーカット フィーチャを作成できます。ただし、いくつかの前提条件と、T スロット カッターやダブテール カッターなどの特殊なカッターが必要です。これらの要件を満たすと価格が高騰する場合があり、4 軸または 5 軸 CNC フライス加工ソリューションを選択する方が現実的になる場合もあります。
4 軸加工の概要
4 軸加工は、3 軸加工よりも高度です。 XYZ 平面内での切削工具の移動に加えて、ワークピースを Z 軸上で回転させることもできます。これにより、4 軸フライス加工は、独自の治具や切削工具などの特別な要件を必要とせずに、最大 4 つの面で作業できることになります。
前に述べたように、これらのマシンに軸が追加されると、3 軸マシンで作業を完了できる場合でも、特別な要件が必要な場合に、より経済的に実行可能になります。 3 軸で適切な治具と切削工具を作成するために必要な追加コストは、4 軸機械と 3 軸機械の全体的なコスト差を超えます。これにより、一部のプロジェクトではより実行可能な選択肢になります。
さらに、4 軸フライス加工のもう 1 つの重要な側面は、全体的な品質です。これらの機械は同時に 4 面で作業できるため、治具上でワークピースの位置を変更する必要はありません。これにより、人的エラーの可能性が最小限に抑えられ、全体的な精度が向上します。
現在、4 軸 CNC 加工には 2 つのタイプがあります。継続的かつインデックス作成。
連続加工では、切削工具とワークを同時に動かすことができます。これは、機械が回転しながら材料を切断できることを意味します。これにより、複雑な円弧や螺旋のような形状の加工が非常に簡単になります。
一方、インデックス加工は段階的に行われます。ワークピースが Z 平面の周りを回転し始めると、切削ツールは停止します。これは、インデックス作成マシンは複雑な円弧や形状を作成できないため、同じ機能を備えていないことを意味します。唯一の利点は、3 軸加工機に不可欠な特別な治具を必要とせずに、ワークピースの 4 つの異なる側面を加工できるという事実です。
5 軸加工の概要
5 軸加工ではさらに一歩進んで、2 つの平面での回転が可能になります。この多軸回転と 3 方向に移動する切削工具の機能は、これらの機械が最も複雑な作業を処理できるようにする 2 つの不可欠な特性です。
市場では 2 種類の 5 軸 CNC 加工が利用可能です。 3+2軸加工と連続5軸加工。どちらもすべての平面で動作しますが、前者にはインデックス 4 軸マシンと同じ制限と動作原理があります。
3+2 軸 CNC 加工により、回転を互いに独立させることができますが、両方の座標平面の同時使用は制限されます。一方、連続5軸加工ではそのような制約がありません。これにより、優れた制御が可能になり、最も複雑な形状を簡単に加工できるようになります。
3 軸、4 軸、5 軸 CNC 加工の主な違い
プロセスのコスト、時間、品質の最適なバランスを確保するには、CNC 加工の種類の複雑さと制限を理解することが不可欠です。
前述したように、多くのプロジェクトでは、治具やプロセスに関連する複雑さのため、経済的な 3 軸フライス加工ではより高価になります。同様に、すべてのプロジェクトに 5 軸フライス加工を選択するだけでは、マシンガンでゴキブリと戦うのと同義になります。効果的とは思えませんよね？
まさにこれが、3 軸、4 軸、5 軸加工の主な違いを理解することが重要である理由です。そうすることで、重要な品質パラメータに妥協することなく、特定のプロジェクトに最適なマシンを確実に選択できます。
CNC 加工の種類間の 5 つの主な違いは次のとおりです。
動作原理
すべての CNC 加工の動作原理は同じです。コンピューターによってガイドされた切削工具がワークピースの周りを回転して材料を除去します。さらに、すべての CNC 機械は、M コードまたは G コードを使用して、ワークピースに対する工具の動きを解読します。
違いは、異なる平面を中心に回転する追加機能にあります。 4 軸と 5 軸のどちらの CNC フライス加工でも、異なる座標を中心とした回転が可能であり、この品質により、より複雑な形状を比較的簡単に作成できます。
精度と精度
CNC 加工は、その精度と公差の低さで知られています。ただし、CNC の種類は製品の最終公差に影響します。 3 軸 CNC は非常に正確ですが、ワークピースの位置を一貫して再配置するため、ランダムなエラーが発生する可能性が高くなります。ほとんどのアプリケーションでは、この誤差の範囲は無視できます。ただし、航空宇宙や自動車などの機密性の高いアプリケーションでは、わずかな偏差でも問題が発生する可能性があります。
4 軸と 5 軸の CNC 加工では、再位置決めが必要ないため、この問題は発生しません。単一の治具で複数の平面での切断が可能になります。さらに、これが 3 軸加工の品質における唯一の差異の原因であることに注意することが重要です。これとは別に、精度と正確さの点での全体的な品質は変わりません。
アプリケーション
CNC の種類の違いは、業界全体の用途というよりは、製品の性質に関係しています。たとえば、3 軸、4 軸、5 軸フライス加工製品の違いは、業界そのものではなく、設計全体の複雑さに基づいています。
航空宇宙分野の単純な部品は 3 軸機械で開発できますが、他の分野の複雑なものは 4 軸または 5 軸機械の使用が必要になる場合があります。
コスト
3 軸、4 軸、5 軸 CNC フライス加工の主な違いはコストです。 3 軸機械は当然、購入とメンテナンスがより経済的です。ただし、それらの使用にかかる費用は、備品やオペレーターの空き状況などの要因によって異なります。オペレータに発生する経費は 4 軸でも 5 軸でも変わりませんが、治具が経費の大きな部分を占めます。
一方、4 軸および 5 軸加工はより技術的に進歩しており、優れた機能を備えています。したがって、当然高価になります。ただし、これらは多くの機能をもたらし、多くの特殊なケースでは実行可能な選択肢となります。そのうちの 1 つは、3 軸機械で理論的に可能な設計には多くのカスタム 治具が必要になるというもので、以前にすでに説明しました。これにより、全体のコストが増加し、4 軸または 5 軸加工がより現実的な選択肢になります。
リードタイム
全体的なリードタイムに関しては、連続 5 軸加工機が全体的に最高の結果をもたらします。停止がなくシングルステップで加工できるため、最も複雑な形状でも最短時間で加工できます。
その後、連続 4 軸機械が登場します。これは、1 つの軸での回転が可能であり、一度に平面の角度フィーチャしか処理できないためです。
最後に、3 軸 CNC マシンは切断が段階的に行われるため、リードタイムが最も長くなります。さらに、3 軸機械の制限により、ワークピースの再位置決めが頻繁に行われることになり、その結果、プロジェクト全体のリードタイムが増加することになります。
3 軸、4 軸、5 軸フライス加工、どれが優れていますか?
製造業においては、これより絶対に優れた方法や万能のソリューションなどはありません。正しい選択は、プロジェクトの複雑さ、全体の予算、時間、品質要件によって異なります。
3軸、4軸、5軸、どれもメリットとデメリットがあります。当然のことながら、5 軸ではより複雑な 3D ジオメトリを作成できますが、3 軸ではより単純な部品を迅速かつ一貫して量産できます。
要約すると、どちらがより良い選択であるかという質問に対する答えはありません。コスト、時間、結果の完璧なバランスを実現する加工方法は、特定のプロジェクトにとって理想的な選択となります。
続きを読む: CNC フライス加工と CNC 旋削: どちらを選択するのが正しいか
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結論
3 軸、4 軸、5 軸 CNC はすべて異なり、それぞれのタイプに長所と短所があります。ただし、正しい選択は、プロジェクト固有の要件とその要求によって決まります。製造において正しい選択はありません。正しいアプローチは、品質、コスト、時間の最適な組み合わせを見つけることです。特定のプロジェクトの要件に基づいて、3 種類の CNC すべてが提供できるもの。
投稿日時: 2023 年 11 月 29 日