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5軸加工とは|5軸加工のメリットと同時5軸?割り出し5軸加工を解説

5軸加工とは|5軸加工のメリットと同時5軸?割り出し5軸加工を解説

更新日時:
2021/09/11 (2020/05/08 公開) 編集者:甲斐 智
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切削 | 工作機械 | 除去加工 |
       

5軸加工は、マシニングセンタの3軸(X/Y/Z)に、「回転」と「傾斜」の2軸を加えた切削加工です。

インペラ(航空機の內部プロペラ)などの航空機部品をはじめ、発電機のタービンブレードなどの、 滑らかな曲面加工 で活用されています。

また加工面の多い金型の「スピード加工」にも効果を発揮します。

この記事では、5軸加工のメリットや、意外とわかりにくい「5軸加工機」と「5面加工機」の違いなど、5軸加工にまつわる用語を解説しています。

工作機械と5軸加工について|ワークの高度化や複雑化にともない、5軸加工を採用する企業が増えています!
ワークの高度化や複雑化にともない、5軸加工を採用する企業が増えています!

5軸加工ってどんな加工?

5軸加工は、マシニングセンタでの3軸(X/Y/Z)に、「回転」と「傾斜」の2軸を加えた切削加工です。

これまでの3軸加工ではできなかった、 連続的な3次元曲面の加工や、アンダーカット(隠れた加工面) の加工ができます。

5軸加工とは?:
直線軸XYZの3軸に2軸の回転傾斜軸を追加した機械で行える、より柔軟な加工方法です。
回転軸を追加することにより、一回の段取りで多くの部分が加工できます。
プラス2軸の使い方により、大きく分けて2パターンの加工に分類されます。
引用元:DMG MORI CO., LTD.「5軸加工とは?」

従來の3軸加工にくらべ、工程毎の段取り(加工ワークの取り替え)が不要になり、生産性と加工精度が飛躍的にあがります。

工作機械と5軸加工について|5軸加工ってどんな加工?

5軸加工には、5軸加工機(5軸マシニングセンタ)が使われます。
3軸加工とくらべ、作業者による補正や修正がむずかしく、高性能のNC裝置CAD/CAMが必要になります。

インペラの自由曲面加工
工作機械と5軸加工について|インペラの自由曲面加工 5軸加工には、5軸加工機(5軸マシニングセンタ)が使われます
多面體の複雑加工
工作機械と5軸加工について|多面體の複雑加工 5軸加工には、5軸加工機(5軸マシニングセンタ)が使われます

5軸加工のメリット

工作機械と5軸加工について|5軸加工のメリット「同時5軸加工」で使われるNC工作機械です

5軸加工では、ワークやツールを旋回(回転/傾斜)させることで、3軸加工ではできないさまざまなメリットが生まれます。

1回の段取りで、多面加工ができる

従來(3軸加工)
工作機械と5軸加工について|従來(3軸加工) 3軸加工では、加工する面ごとに段取り(ワークの取り付け)をする必要があります

3軸加工では、加工する面ごとに段取り(ワークの取り付け)をする必要があります。
そのためワークの位置ズレによって、加工精度が低下することがあります。

5軸加工
工作機械と5軸加工について|5軸加工 1回の段取り(ワークの取り付け)で、多面の加工ができます

5軸加工では、1回の段取り(ワークの取り付け)で、多面の加工ができます。
ワークのつかみ直しによる位置ズレがないため、加工精度の低下がありません。
また段取り時間を大幅に短縮することができます。

段差のある加工でも、みじかいツールを使うことができる

従來(3軸加工)
工作機械と5軸加工について|従來(3軸加工) 3軸加工では、ツールホルダとワークとの干渉を避けるため、ツールを長く突き出す必要があります

3軸加工では、ツールホルダとワークとの干渉を避けるため、ツールを長く突き出す必要があります。
そのためツールがたわみ、加工精度が低下することがありました。

5軸加工
工作機械と5軸加工について|5軸加工 ツールやワークを傾けることで、みじかいツールでも加工ができます

5軸加工では、ツールやワークを傾けることで、みじかいツールでも加工ができます。
ツールの剛性が上がるため、安定した加工が実現します。

ツールを傾けてあてることができる

従來(3軸加工)
工作機械と5軸加工について|従來(3軸加工) 3軸加工では、ツールの先端を金屬に押しつけて削ります

3軸加工では、ツールの先端(ボールエンドミル)を金屬に押しつけて削ります。
刃先の先端の回転スピードはゼロに近いため、加工効率がよくありません。

5軸加工
工作機械と5軸加工について|5軸加工 ツールを傾けてあてることができます

5軸加工では、ツールを傾けてあてることができます。
そのためツールの性能を最大限に発揮しながら加工することができます。

「同時5軸加工」と「割り出し5軸加工」の違い

5軸加工には、軸を同時に動かす「同時5軸」と、回転軸を固定する「割り出し5軸」があります。

同時5軸加工

工作機械と5軸加工について|同時5軸加工 3軸(X/Y/Z)と、2軸(回転/傾斜)を同時に動かす加工方法です

同時5軸加工は、3軸(X/Y/Z)と、2軸(回転/傾斜)を同時に動かす加工方法です。
5軸を同時に動かすことで、3次元曲面加工やアンダーカット(隠れた加工面)の加工ができるようになります。

それぞれの軸とツールの制御には、高性能のNC裝置を搭載した「5軸加工機」が必要になります。

割り出し5軸加工

工作機械と5軸加工について|割り出し5軸加工 あらかじめ 2軸(回転/傾斜)で位置決めをおこない、3軸(X/Y/Z)で加工する方法です

割り出し5軸加工は、あらかじめ 2軸(回転/傾斜)で位置決めをおこない、3軸(X/Y/Z)で加工する方法です。
ワークの角度を固定するため、同時5軸にくらべ、簡易的な方法です。

同時5軸のような3次元曲面の加工はできませんが、1回の段取りで多面加工ができます。
アンダーカット(隠れた加工面)の加工には、複數回のワークの角度調整が必要です。

同時5軸加工にくらべ、各軸のズレを調整しやすいため扱いやすいのも特徴です。

5軸加工機械(5軸マシニングセンタ)とは

工作機械と5軸加工について|5軸加工機械は「同時5軸加工」で使われるNC工作機械です

5軸加工機械は「同時5軸加工」で使われるNC工作機械です。
マシニングセンタの3軸加工(X/Y/Z)に、2軸(回転/傾斜)を加えたもので、「5軸マシニングセンタ」ともよばれます。

英語では〔5-axis CNC Machining Center〕と表記されます。

工作機械と5軸加工について|5軸加工機械とは

従來のマシニングセンタに「回転テーブル」を後付けすることで、5軸機能を追加することもできます。

それぞれの軸の誤差の積み重ねが、おおきな誤差(累計誤差)になるため、高性能のNC裝置だけではなく、作業者の熟練や知識も重要になります。

それぞれの軸のよび方

5軸加工では、3軸(X/Y/Z)に加え、2軸(A/B/C)が使われます。

  • A軸:X軸の周りを回転する回転軸
  • B軸:Y軸の周りを回転する回転軸
  • C軸:Z軸の周りを回転する回転軸

5軸加工機械のタイプ

5軸加工機械は、2軸(回転/傾斜)の種類によって、おおきく3つに分けられます。

テーブル型 5軸加工機械

工作機械と5軸加工について|テーブル型 5軸加工機械 テーブルに2軸(回転/傾斜)を追加した、5軸加工機械です

テーブルに2軸(回転/傾斜)を追加した、5軸加工機械です。
テーブル上のワークを旋回させながら、加工をします。

5軸加工機械を代表的するタイプで、精密な金型など小~中物の加工に向いています。
剛性が高く加工精度が高いのが特徴です。

主軸の動きや座標がわかりやすく、扱いやすいです。

テーブルを複雑に動かすため、重たいワークの加工には向きません。
またテーブルの旋回軸から離れた箇所では、加工精度が下がることがあります。

小型の立形タイプが多く、コストも比較的低いものが多いです。

主軸型 5軸加工機械

工作機械と5軸加工について|主軸型 5軸加工機械 主軸に2軸(回転傾斜ヘッド)を追加した、5軸加工機械です

主軸に2軸(回転傾斜ヘッド)を追加した、5軸加工機械です。
ツールを旋回させながら、加工をします。

テーブルが旋回しないため、重たいワークでも安定した加工が実現。
テーブルが広く使えるため加工範囲が広く、大物の加工もできます。

ツールはワークにくらべ軽量なため、軸の制御は安定。
長いツールでは軸の誤差がおおきくなるため、加工精度が下がることがあります。

5面加工機のながれをくんだ、大型の門型タイプが多いです。

混合型 5軸加工機械

工作機械と5軸加工について|混合型 5軸加工機械 主軸とテーブルそれぞれに1軸を追加した、5軸加工機械です

主軸とテーブルそれぞれに1軸を追加した、5軸加工機械です。
ツールとテーブルを旋回させながら、加工をします。

テーブルが傾斜しないため、重たいワークでも安定した加工が実現します。
主軸型にくらべ剛性と加工精度が上がりますが、大物の加工には向いていません。

難加工材や重切削でも使われます。

橫形タイプが多く、APC(自動パレット交換裝置)などの拡張性が高いのも特徴です。

5軸加工機と5面加工機の違い

工作機械と5軸加工について|5軸加工機と5面加工機の違い 5面加工機は、ユニバーサルヘッド(交換式の旋回工具)を搭載した大型の門形マシニングセンタです

5軸加工機と似た機械に、5面加工機があります。
5面加工機は、ユニバーサルヘッド(交換式の旋回工具)を搭載した門形マシニングセンタです。

主軸の角度を 30° や 90° に可変させることで、ワークの全側面(4面)と上面(1面)の5面を加工します。
大型ワークを段取り(取り替え)なしで加工するために使われます。

ヘッドを「曲面加工用」に交換することで、5軸加工と似た加工もできますが、 TCP(工具先端點制御)がないため、複雑な動きには向いていません。

5軸加工機の代表的なメーカー

工作機械と5軸加工について|5軸加工機の代表的なメーカー

ワークの高度化や複雑化にともない、ワンチャッキングの多面加工ニーズが高まっています。

工作機械メーカーでは、無人運転に対応した機種や大物ワークに対応した機種など、それぞれの得意分野を活かした5軸加工機の開発が進んでいます。

自動車や航空機部品の加工現場で多く使われている「5軸加工機」のメーカーを、一部ご紹介します。

〈5軸加工機の関連メーカー〉
メーカー 5軸加工機の種類
オークマ(株) 5軸制御マシニングセンタ
OKK(株) 5軸制御マシニングセンタ
大鳥機工(株) 高速5軸マシニングセンタ
キタムラ機械(株) 同時5軸制御立形マシニングセンタ
(株)ジェイテクト 5軸立形マシニングセンタ
DMG森精機(株) 5軸制御マシニングセンタ
(株)ニイガタマシンテクノ 高剛性5軸加工マシニングセンタ
ハース(Haas)- アメリカ 同時5軸マシニングセンタ
(株)牧野フライス製作所 5軸制御橫形マシニングセンタ
(株)松浦機械製作所 5軸制御立形マシニングセンタ
三井精機工業(株) 5軸制御立形マシニングセンタ
安田工業(株) 立形5軸マシニングセンタ
ヤマザキマザック(株) 同時5軸制御橫形マシニングセンタ
〈小型5軸加工機の関連メーカー〉
メーカー 5軸加工機の種類
(株)巖間工業所 5軸モデリングマシン
(株)エグロ 同時5軸制御小形マシニングセン
(株)スギノマシン 超小型?同時5軸制御精密形狀加工マシン
(株)長谷川機械製作所 超小型5軸ミーリングセンタ

◎あいう順?敬稱略

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5軸加工の運動性能評価「NAS979」

自由度の高い5軸加工の運動性能評価には、NAS979(航空機部品を対象とした「円錐臺(テーパーコーン)」の切削加工)による評価規格が知られています。

5軸加工とは?まとめ

この記事では、5軸加工のメリットや5軸加工機の種類について解説しました。

5軸加工は、航空機部品の加工が盛んな北米や歐州で誕生した加工技術です。
最近では日本でも「加工工程の集約」や「効率化」のため、5軸加工を採用する企業が増えました。

本記事が、5軸加工導入のきっかけとなればうれしいです。

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切削 工作機械 除去加工

この記事の編集者?プロフィール

甲斐 智(KAI Satoshi)
甲斐 智(KAI Satoshi)

1979年 神戸生まれ
多摩美術大學修了後、工作機械周辺機器メーカーの販売促進部門
15年以上に渡り、工作機械業界?FA業界のWebマーケティングに攜わる
メーカーでは各種技術専門誌へ寄稿
文部科學省「學校と地域でつくる學びの未來」參加企業

所屬
SNS?運営サイト

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