適切な3軸、4軸、5軸CNCの選び方

現代の製造業において、CNC（コンピュータ数値制御）加工技術は精密部品製造の基盤となっており、航空宇宙、医療、自動車産業など、CNC機械の応用はあらゆる場所に広がっています。

これらの機械はコンピュータ制御によって高精度な切削、穴あけ、研磨を実現し、金属やプラスチックなどさまざまな材料を処理することができます。しかし、CNC加工機の選択には単一の基準はなく、部品の複雑さ、幾何学的形状、必要な精度に応じて決定されます。基本的な3軸機から高精度な5軸機まで、それぞれのCNC工作機械には独自の利点と適用分野があります。

本記事では、異なる軸数のCNC機械の動作原理、長所・短所について詳しく解説し、具体的なニーズに応じた最適な設備の選び方を探ります。

CNC加工とは何ですか?

CNC（コンピュータ数値制御）加工は、コンピュータによって自動的に機械を制御し、金属、プラスチック、木材などさまざまな材料で部品を製造する技術です。

予め書かれたプログラム命令を実行することにより、CNC工作機械は切削、穴あけ、研磨を精密に行うことができ、製造者は精密で高精度な部品を生産することができます。

利点

• CNC加工は卓越した精度で知られており、特に航空宇宙や医療など、精度が非常に重要な産業に適しています。
• CNCは生産効率を向上させ、オートメーション制御により、最小限の人為的介入で製造プロセスを加速することができます。
• 数値制御工作機械の柔軟性は、多くの応用分野に適用でき、従来の加工方法では実現できない多機能性を提供します。

CNC加工シャフトとは何ですか?

CNC加工において、軸とは切削工具や工作物が移動できる方向を指します。

基本軸運動

これらの軸は、数学の授業で学んだ座標のようなもので、標準的なCNCは通常、3つの直線軸（X、Y、Z）に沿って動作し、工具は次のことができます：

• X軸：左右に移動
• Y軸：前後に移動
• Z軸：上下に移動

これらの運動方向は、工具が材料をどのように精密に切削し、成形するかを決定します。

追加軸の重要性

CNC機械に第4（B）軸と第5（C）軸が追加されると、工具や工作物はX、Y、Z軸を中心に回転できるようになり、加工能力がさらに柔軟になります。

このような多軸設計により、機械は異なる角度から切削を行うことができ、工作物の再定位を頻繁に行う必要がなくなります。これにより、航空宇宙や医療などの高精度な産業における加工効率と精度が大幅に向上します。

三軸CNC

これは三種類型の中で最も基本的なもので、主に3つの軸（X、Y、Z）に沿って移動しますが、4軸や5軸のように回転することはありません。

この配置により、工具は材料に対して基本的な切削や彫刻を行うことができます。

多くの製造業者にとって、3軸CNC加工は平面部品を製作するための理想的な選択肢であり、特に設計が比較的簡単で、大量生産が必要な工作物に適しています。

三軸CNCの長所と短所

• 長所：コストパフォーマンスが高く、操作が簡単で、特に平面部品や構造が簡単な設計の加工に適しています。設備の初期投資とメンテナンスコストが低いため、このタイプの機械は大規模生産に非常に適しており、製造コストを効果的に削減できます。
• 短所：加工能力に限界があり、回転運動を実行できないため、複雑な部品を製作する際には工作物を何度も再設定する必要があります。これにより生産時間が増加し、労働コストが高くなるため、高精度で多面加工が求められる場合には、少し不十分です。

四軸CNC

4軸CNC加工では、工作機械に第4軸（B軸）が追加され、工作物はX軸を中心に回転させることができます。

この回転機能により、加工の柔軟性が向上し、機械は多角形の部品を製作したり、斜めの穴を加工したりすることができ、工作物を頻繁に再設定する必要がなくなります。その結果、生産効率が向上し、設計の可能性が広がります。

第四軸の特徴

B軸の回転運動により、4軸CNC加工は工作物を異なる角度で回転させることができ、手動で位置を再調整する必要がありません。

この追加の動きは、加工プロセスを加速させるだけでなく、単一の設定で複数の側面の加工を完了することができ、特に円筒形部品や斜角孔の製作に適しています。例えば、ギア、タービンブレード、軸部品などです。

四軸CNCの長所と短所

• 長所：第四軸の回転運動を活用することで、4軸CNC工作機械は、設定回数を減らして複雑な部品を加工でき、特に多面加工や円筒形部品の製作に適しています。これにより、精度が向上するだけでなく、生産効率も向上し、より高度な数値制御加工の選択肢となります。
• 短所：4軸機器は3軸機器よりも柔軟ですが、5軸機器と比較すると、精度や利便性に制限があります。また、複雑な幾何形状には、設定時間が長くなったり、より高度な操作スキルが必要な場合があり、加工の難易度が増すことがあります。

五軸CNC

最高の精度と複雑さが要求される加工において、5軸CNC加工は最も適した軸数です。

この構成は、標準的な3つの直線軸（X、Y、Z）に加えて、2つの回転軸（B軸とC軸）を追加したものです。機械の種類によって、回転運動は工具の先端または工作物自体で発生し、ほぼすべての角度から精密な切削を行うことができます。

五軸CNCの長所と短所

• 長所：5軸CNCは卓越した精度と柔軟性を備えており、単一の設定で複雑な形状や高難度の幾何学的構造を加工できます。航空宇宙や医療製造など、高精度が要求される産業では、5軸加工技術は非常に重要で、部品が厳格な公差や品質基準を満たすことを確実にします。
• 短所：5軸CNC機械は設備のコストが相対的に高く、システムの高度な複雑性により、専門的な技術を持つオペレーターが必要です。

異なる軸の応用

三軸の適用

• 通常は電子機器、自動車、一般的な製造に使用されます。
• 特に、幾何形状が比較的簡単な部品の生産に適しています。例えば、電子機器の外殻、基本的な自動車部品、平面構造のコンポーネントなどです。

四軸の適用

• 航空宇宙、医療製造、エネルギー生産で一般的に使用されます。
• タービンブレード、ギア、航空宇宙部品、医療インプラントの製作に最適な選択肢です。
• 多角形部品を効果的に処理でき、単一のセットアップで角度のある表面や円筒形部品を精密に加工することができます。

五軸の適用

• 航空宇宙、医療、金型製造、テクノロジー研究開発などの高精度分野で一般的に使用されます。
• 複雑な航空宇宙部品、カスタム医療インプラント、そして複雑なデザインの金型の製造。

三軸、四軸、五軸、どのように選択すべきか？

軸数を選択する際は、ワークピースに複雑な角度や曲面があるかどうかを考慮する必要があります。曲面や角度が多いほど、選択する軸数も多くなります！

部品の複雑さと幾何形状

• 簡単で平面的な部品や基本的な穴あけのニーズには、三軸CNC機械が理想的な選択です。これらの機械はシンプルで経済的であり、複雑でない形状の処理に非常に適しています。
• 多角形の部品や角度のある穴、円筒形状の加工には、四軸CNC機械が強力な選択肢です。追加されたB軸の回転機能により、機械は複数の面の特徴をより効率的に加工でき、追加のワークピースの再設定を必要とせず、加工効率と柔軟性が向上します。
• 高度に複雑な部品（例えば、曲線や複雑な幾何形状を持つ航空宇宙部品や医療機器）に対して、五軸CNC機械は比類のない精度と多機能性を発揮します。B軸またはC軸の回転機能を追加することで、五軸機械は単一のセットアップで複数の角度から加工ができ、最も複雑なデザインや高精度な要求にも卓越した結果を提供します。

材料に関して

• 三軸機器：アルミニウムやプラスチックなど、比較的柔らかい材料の加工に適しています。
• 四軸および五軸機器：鋼やチタンなど、硬い材料を加工する際には通常、より効率的です。

まとめると

• 三軸機器：平坦な表面や簡単な幾何形状の基本的な部品に適しており、特に予算が限られている場合や使いやすさが求められる状況では理想的な選択肢です。
• 四軸機器：精密な傾斜面や多面加工が必要な部品に最適で、特に航空宇宙や医療業界など、中程度の複雑さを持つアプリケーションに適しています。
• 五軸機器：複雑な形状や角度を持つ部品の加工に最適で、航空宇宙、医療、金型製造業でよく使用されます。極めて高い精度と最小限の設定時間が求められる場合、五軸CNCは最適な選択肢です。

一般的な研磨設備

超精密研磨設備>>>AS-4100 5190

• 使いやすいインターフェース
• 研磨の自動化が可能
• 研磨経路補償設計
• 研磨の効率と安定性を高める。
• 自由形状超精密研磨ヘッドの実現
• 顕微鏡的に見て、研磨痕や虹色の縞模様はない。
• 本装置は、無電解ニッケルめっき、銅、アルミニウム、超硬合金、工具鋼に適しています。

結論は

CNC加工の軸数の選択は、部品の複雑さと材料の要件に基づいて決まります。簡単な平面部品や基本的な穴あけの場合、三軸CNCは最もコスト効果が高く、操作が簡単な選択肢で、アルミニウムやプラスチックなどの比較的柔らかい材料に適しています。複数の面加工、角度のある穴、円筒形状の加工が必要な場合、四軸CNCはより高い加工柔軟性と精度を提供し、特に航空宇宙や医療業界に適しています。高度に複雑な部品、特に曲面や複雑な幾何形状を持つ部品には、五軸CNCが比類のない精度と多機能性を提供し、複数の角度から一度の設定で加工でき、高精度な要求に対応します。全体として、加工の複雑さと精度の要求が高くなるにつれて、より多くの軸を持つCNC機械を選択することで、より効率的に加工タスクを完了できるようになりますが、コストと操作の難易度も相応に増加します。

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研磨の方に、加工ニーズにより カスタマイズが最大効率に調整されるのは可能です。

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