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3~5軸加工の違いと特徴
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3軸、4軸、5軸のCNCマシニングにおける根本的な違いは、切削工具がワークピースに対して行う運動の自由度の数にあります。簡単に言えば、工作機械の軸数が多いほど、その動作能力はより複雑になり、ますます高精度で複雑な形状の部品の加工が可能になります。
ナビゲーション矢印 ベース:CNC軸の理解
違いを詳しく見ていこうとする前に、まず2つの基本的な軸について理解しましょう:
- 直線軸(X、Y、Z):これらはすべてのCNC加工の基盤を成します。これらを三次元座標系に例えると、工具がこの3つの方向(左右、前後、上下)に沿って直線的に移動しながら材料を切削します。
- 回転軸(A、B、C):これらの軸は直線軸に追加され、ワークピースまたは工具を回転および傾斜させることができます。
- A軸:X軸の周りを回転します。
- X軸:Y軸の周りを回転します。
- X軸:Z軸の周りを回転します。
› 3つの処理方法の詳細な説明
3軸加工:基本的で効率的 
3軸加工は最も基本的で一般的な形式であり、X軸、Y軸、Z軸の3つの直線軸のみで構成されています。
- 作業方式:加工中、ワークは固定されたままであり、切削工具が3つの直線方向に移動する。
- 特徴:
- 利点:構造がシンプルでプログラミングが容易、かつコストが最も低いため、平面の加工、穴あけ、および簡単な溝や輪郭の形成に非常に適しています。
- 制限事項:一度に加工できるのは1つの面のみです。部品の複数の面を加工する必要がある場合は、手動による再クランプと再位置決めを何度も行う必要があります。これにより時間のかかるだけでなく、繰り返しの位置決めに起因する誤差が生じやすくなります。
- 典型的な用途:錠剤、ブラケット、筐体など、単純な幾何学的形状を有する部品。
4軸加工:回転自由度を追加 
4軸加工は、3軸加工に回転軸(通常はA軸またはB軸)を追加し、X軸・Y軸・Z軸に加えてさらに1つの回転軸を組み合わせた構成となります。
- 加工方法:ワークを回転式ワークテーブルに取り付けます。工具の直線運動に加え、ワーク自体も回転させることで、工具がワークの側面または円筒面に接触できます。
- 特徴:
- 利点:部品の複数の表面を一度のクランプで加工できるため、クランプ回数が大幅に削減され、作業効率と精度が向上します。特に円筒形状の部品や側面に特徴的な形状を持つ部品の加工に適しています。
- 制約:より複雑な形状の加工が可能であるものの、依然として一部に加工不能な死角があり、また5軸マシンのように任意の角度から切削を行うことはできません。
- 典型的な用途:円筒カム、歯車、タービンブレード、および円筒側面に穴あけまたはフライス加工による溝を必要とする部品。
5軸加工:複雑な部品に対する究極のソリューション 
5軸加工は、3つの直線軸に加えて2つの追加の回転軸(例えばA軸とB軸、またはA軸とC軸)を組み込んだ、最も高度な加工方式です。
- 動作モード:工具とワークは複雑な連動運動を実行でき、これにより工具はほぼあらゆる角度からワークに接近することが可能です。
- 特徴:汎用性
- 利点:極めて複雑な自由曲面および空間幾何形状の加工が可能である。
ワンステップ成形:複雑な形状の部品のほとんどは、一度のクランプで全表面の加工を実施でき、極めて高い精度を達成します。優れた表面品質:工具の角度を調整することで、加工中に常に最適な切削ポイントを使用し、優れた仕上がり面粗さを実現します。
-
- 制限事項:本装置は高価であり、プログラミングおよび操作の両方が極めて複雑で、高度な技術的専門知識を必要とします。
- 典型的な用途:航空宇宙用エンジンブレード、精密医療機器(人工関節など)、複雑な金型、および自動車用ターボチャージャーのインペラ。
| 機能 | 3軸加工 | 4軸加工 | 5軸加工 |
| 移動軸 | X、Y、Z(線形) | X、Y、Z + A(回転) | X、Y、Z + 2つの回転軸 |
| 能力 | 平坦な表面、シンプルなポケット、穴あけ | 円筒形部品、インデクシング | 複雑な輪郭、自由形状の表面 |
| 精度 | 低くなる(複数のセットアップによる) | 中程度 | ハイ(シングルセットアップ) |
| コスト | 低い | 中程度 | 高い |
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