精密機械加工と製造の分野では、CNC マシンは強力なツールです。このうち、4 軸および 5 軸 CNC マシンは、高精度部品を作成するための能力を高め、公差を高めることを目的としています。このホワイトペーパーでは、これら 2 つのタイプの CNC マシンについて説明し、それぞれの特徴、利点、そしてどちらがより重要であるか、両者の違いについて説明します。さらに、理解のために、軸マシンの品質、軸マシンのイノベーション、軸マシンの競争力、軸マシンのカスタマイズなどの関連する側面も含まれます。
4 軸 CNC マシンは 3 軸 CNC マシンを改良したものです。標準の X (左右)、Y (前後)、Z (上下) 軸に加えて、もう 1 つの移動軸 (通常は回転軸) が含まれています。追加軸の最も明白な利点は、ほとんどの場合、加工操作の柔軟性が向上することです。
4 番目の軸では、ワークピースまたは切削工具のいずれかに加えて、システムの構築方法に応じてタイプを移動するオプションが提供されます。ワークピースの位置決めアプローチが回転している場合、回転軸はワークピースホルダーに取り付けられます。これは、ツールが X、Y、Z 軸に沿って移動しながら、ワークピースが特定の軸を中心に回転できることを意味します。これは、円筒形または円形の物体を加工する場合に適用され、円周上で均一かつ連続的な切断が可能になります。このような 4 軸 CNC 機械は、細かく均一な表面を備えたシャフトやパイプなどの部品を製造できます。
逆に、ワークテーブルに固定されまったく動かない状態で切削工具が第 4 軸の周りを回転する場合、より複雑なパターンを平面に高品質に彫刻する場合に比べてさらなる利点が得られます。または斜めのカット。切削工具の向きをこのように制御することで、より細かいディテールや角度をより高い精度で実現できるようになります。
構造は Axis マシンの品質に従っている必要があります。これは、適切に構築された 4 軸 CNC マシンには安定した構造が必要であることを意味します。これは、マシンがさまざまな方向に移動する場合にエラーが発生しないための条件です。 4 軸目の動作を行う回転装置は、最終加工品の誤差をなくすために回転角度を超精密にする必要があります。同様に重要なのは、切削工具を保持するスピンドルです。主軸は加工品質に直接影響するため、回転が滑らかで一定の回転速度を維持できる高品質なものが必要です。
これは、より革新的な制御システムが統合された 4 軸 CNC マシンの進化で明らかです。このような新しい制御システムは、非常に使いやすいプログラミング インターフェイスを備えており、オペレータはより高度な加工プログラムをより簡単に作成できます。たとえば、特定の最先端の制御システムは、ワークピースの形状と必要な加工操作の種類に基づいて最適なツールパスを自動的に作成し、時間を節約し、潜在的なエラーを減らすことができます。
競争という点では、4 軸 CNC 機械のメーカーは自社の機械に非常に競争力のある価格を設定しています。これは、エネルギー消費を抑えながら効率的に動作し、優れた性能を発揮するモーターの設計など、特定のコスト削減テクノロジーを厳密に採用することによって可能になります。言い換えれば、企業は 4 軸 CNC マシンに投資することで、機器のコストとパフォーマンスのバランスを取ることができます。
軸 マシンのカスタマイズ。多くの場合、メーカーは顧客に 4 軸 CNC マシンの一部の機能をカスタマイズするオプションを提供します。これは、個々の顧客のより具体的なニーズに向けたものです。たとえば、より大きなワークピースに対応できるようにワークテーブルのサイズを調整したり、さまざまな材料に合わせてスピンドルの速度範囲を変更したりできます。
この 5 軸 CNC マシンは、多軸加工の概念をまったく新しいレベルに引き上げます。動作軸は 5 つあります。3 つの直線軸 (X、Y、Z) と、回転用の 2 つの軸 (通常は A と B と表示されます) です。5 つの軸すべてに沿った同時動作により、以前は達成できなかった自由度と精度の加工が可能になります。
5 軸 CNC 機械では、ワークピースと切削工具の両方の位置と動きが調整されます。これにより、切削工具はワークピースの位置を変更することなく、あらゆる方向および角度から加工できるようになります。たとえば、航空宇宙産業で使用される、複雑な曲面やアンダーカットを持つ複雑なタービンブレードを製造する場合、そのような部品は、4 軸で行う場合と比較して、何度も位置を変更する必要がなく、1 回のセットアップで正確に製造されます。機械。
5 軸 CNC マシンの 2 つの回転軸により、4 軸マシンを使用した場合よりもはるかに複雑な 3D 形状を作成できるようになります。これらの回転軸に要求される精度レベルがなぜこれほど高いのかは明らかです。高い寸法精度で希望の形状を得るには、これらの切削工具をワークピースの周囲に正確に配置できることを確認する必要があります。
構造と品質の両方の要求は、5 軸 CNC 機械にとって、次の点で限りなく厳しくなります。 軸 マシンの品質。構造を可能な限り強力に保つ必要があるため、機械の要件は、5 軸すべての同時動作に対する振動や不正確さを排除することです。 5 軸加工機で使用されるスピンドルや回転装置には超高精度が要求され、回転や動作のわずかな変動でも最終製品に重大な誤差が生じます。
軸マシン 革新は 5 軸 CNC マシンにとどまります。新しいテクノロジーでマシンのパフォーマンスレベルを強化し、向上させるために、メーカーからさまざまなアップデートが常に提供されています。たとえば、より優れたアルゴリズムを備えた高度な CNC 制御では、ツールパスをさらに最適化することで 5 軸の贅沢な利点を活用できます。革新的な機械の一部にはリアルタイム監視システムが搭載されており、工具の磨耗や切削力の変化など、加工プロセスで何らかの異常が発生した場合、直ちに調整を行って品質管理を確保できます。
品質、性能、価格の最適な組み合わせを提供する機械を提供するために、メーカー間で熾烈な競争が行われています。これらのハイテク機械のコストを削減し、より多くの顧客ベースで使用できるようにするイノベーションが導入されています。たとえば、一部の企業はより効率的な製造プロセスを導入しようとしています。これにより、5軸CNCマシンの生産コストを削減し、高品質を維持することが可能になります。
軸マシンのカスタマイズは、5 軸 CNC マシンにとってさらに重要な要素です。業務は非常に複雑かつ多様であるため、生産者は自分たちが望むものについて非常に狭い詳細を要求することがよくあります。非常に先進的なメーカーは、マシン固有のニーズに合わせてクレアチンをカスタマイズする際に顧客と協力できるようになります。これには、特別でユニークな加工タスクを処理するためにプログラミング機能を調整したり、機械をワークスペースの測定値に適合させるために物理的なレイアウトを変更したりすることが必要になる場合があります。
円筒形オブジェクトに対する多用途性: この機械は、ワークピースまたはツールを第 4 軸を中心に回転させることができるため、円筒形オブジェクトの加工に優れています。このような物体に細かく均一な表面を作成できるため、シャフトやパイプが標準要素である自動車製造などの分野で活用されます。
一部のタスクでのプログラミングの簡素化: 特定の加工タスクでは、1 軸の周りの周回回転に明示的に基づいているため、4 軸 CNC 機械のプログラミングは比較的簡単です。したがって、多軸加工の経験が浅い人でも、これらの特定のタスクには 4 軸加工機を使用する方が簡単であることがわかります。
比類のない精度と柔軟性: 5 つの軸が同時に動作するため、複雑な 3D 形状の作成において非常に厳しい公差を達成することもできます。ほとんどの場合、これは、演習が非常に正確である必要がある航空宇宙や医療機器製造のような分野では非常に重要です。 1 回のセットアップであらゆる角度からワークにアプローチできるため、位置変更の回数が大幅に減り、時間を節約し、より高い品質を保証します。
複雑な形状の機械加工: 5 軸 CNC 機械は、4 軸機械が達成できるものよりもはるかに複雑な部品を切断します。彼らは、タービンブレードやファッショナブルなジュエリーなどのハイエンド製品によく関係するアンダーカットやその他の複雑な曲面をフライス加工します。
より良い表面仕上げ: 5 軸すべてでの切削工具のスムーズで中断のない動きにより、5 軸 CNC 機械は良好な表面仕上げを実現します。切削抵抗のバランスが取れているため、加工中の振動が少なく、最終製品に良好な加工面が得られます。
4 軸 CNC マシンと 5 軸 CNC マシンの基本的な違いは次のとおりです。
軸の動き: 最初の違いは、軸の数とその機能です。 4 軸 CNC 機械では、3 軸と比較して 1 つの追加の回転軸がワークピースまたは工具の回転に使用されます。逆に、5 軸 CNC 機械の場合、これらは 2 つの回転軸になります。ワークピースと切削工具の両方をより調整された方法で同時に動かすことが可能になり、製造の自由度が大幅に向上します。
精度と複雑さ: 5 軸 CNC 機械は、より高い精度と、より複雑な形状を加工する能力を提供します。 4 軸機械は、回転に関して比較的多くのタスクを処理し、複雑な形状を作成できますが、その能力は、アンダーカットや厳しい公差を持つ非常に複雑な 3D 形状を処理できる 5 軸機械とは比べものになりません。ワークピース内に 2 つの回転軸が存在するため、切削工具をワークピースの周りでより正確に動かすことができるため、より正確な加工結果が得られます。
コストとアクセスのしやすさ: 4 軸 CNC マシンは一般的に安価で、より多くの企業にとって手頃な価格です。機能と価格のバランスが優れており、5 軸 CNC マシンの複雑さが増し、より高度な技術とコンポーネントが必要になるため、必要な機能が高価に販売されているため、5 軸マシンの機能を必要としない人に適しています。
プログラミングの複雑さ: 一般的に、5 軸 CNC マシンのプログラミングは 4 軸マシンのプログラミングよりも困難です。このような 5 つの同時動作には、ワークピースとツールパスの幾何学的な理解をさらに良くする必要があります。したがって、オペレータは、5 軸加工に関連する正しいプログラムを作成するための高度な CAD/CAM ソフトウェアの使用について、より専門的である必要があります。一方、4 軸 CNC マシンのプログラミングは、一部の特定のタスクについては比較的簡単です。
要約すると、4 軸 CNC マシンと 5 軸 CNC マシンはどちらも同じことを行いますが、互いに異なるいくつかの特性があり、それぞれに他よりも特有の利点があります。どちらを選択するかは、その機械でやりたい仕事の種類、どれくらいのお金を費やしてもよいか、そして機械にどの程度の精度や複雑さを求めるかによって決まります。自動車の部品を作る場合でも、航空機の部品を作る場合でも、あるいは単に芸術作品を作る場合でも、これら 2 種類の CNC 機械の違いを見分けることができれば、工作機械の種類について十分な情報に基づいた選択ができるようになります。仕事を終わらせる必要があるだろう。軸マシンの品質、軸マシンのイノベーション、軸マシンの競争力、および軸マシンのカスタマイズに関して、それぞれの特定のニーズへの適用性を評価できます。
