サプライヤーは5軸加工の能力を大々的に宣伝しており、エンジニアも当然のことながら、軸数が多いほど部品の品質が向上すると考えがちです。確かにその通りである場合もありますが、多くの場合はそうではありません。5軸加工を必要としない部品に5軸加工を指定すると、付加価値を生み出すことなくコストを増大させるだけになってしまいます。.

その逆の誤りは、よりコストがかかります。複数の平面に形状を持つ部品に対して3軸加工を強行すると、複数のセットアップが必要となり、単一の5軸加工よりもコストがかさむだけでなく、形状間の精度も低下してしまいます。.

各設定が実際にどのような働きをするかを理解すれば、選択は簡単になります。.

「アクス」とは何か

機械軸とは、制御された移動の方向のことです。3つの直線軸は、一般的に以下の通りです：

• X 左右に動く
• Y 前後に動く
• Z 上下に動く

回転軸は、それらの直線軸を中心に回転します。一般的なものとしては、X軸を中心に回転する「A」や、Y軸を中心に回転する「B」があります。機種によっては、Z軸を中心に回転する「C」を使用するものもあります。.

「5軸」という数字は、その機械が制御できる軸の数を表しています。.

3軸加工

切削工具はX、Y、Z軸方向に移動し、被削材は固定されたままです。これは最も一般的な加工構成であり、すべての加工部品の大部分を占めています。.

優れた点： 一方向からのみアクセス可能な平面、ポケット、スロット、穴、およびプロファイル。プログラミングは簡単で、セットアップも迅速であり、加工速度は3機種の中で最も遅く、また市場で広く入手可能です。.

制限事項： この工具は一方向からのみ加工にアプローチできます。他の面の加工を行うには、ワークのクランプを解除し、位置を調整して、再度クランプする必要があります。こうしたセットアップにはその都度時間がかかり、わずかな位置誤差も生じるため、別々のセットアップで加工された部品は、同時に加工された部品ほど互いの位置関係を厳密に保つことができません。.

主な用途： プレート、ブラケット、カバー、1面または2面に形状加工が施されたハウジング、および一般的な機械部品の大部分。.

4軸加工

回転軸を1つ追加します。通常、X軸を中心に回転するものです。実際には、ほとんどの場合、ワークを保持する回転テーブルやインデクサーを指します。.

区別しておくべき2つの異なるモードがあります。.

インデックス付き4軸 ワークを所定の位置まで回転させ、固定した後、3軸動作で加工を行います。これはより一般的な方式です。これにより、オペレーターがワークを扱うことなく、1回のセットアップでワークの複数の面を加工することができ、セットアップ回数を削減し、形状間の位置関係を改善することができます。.

連続4軸 切削中に回転するため、インデックス加工では実現できないヘリカル形状、カム、およびラップアラウンド形状の加工が可能になります。.

優れた点： ある軸を中心に複数の面に加工箇所がある部品、フライス加工が必要な円筒形の部品、および手動での位置調整を省くことが重要なあらゆるケース。.

主な用途： 平部やキー溝のある軸、半径方向の穴のある円筒形ハウジング、4つの面に形状がある部品。.

5軸加工

2つ目の回転軸を追加することで、工具が実質的にあらゆる方向からワークに接近できるようになります。.

ここでも、2つのモードが重要になります。.

3+2加工, 、いわゆる「位置決め5軸」とも呼ばれるこの方式では、両軸を回転させてワークの位置を調整し、それらを固定した後、3軸の動きで加工を行います。実際、5軸加工の大部分はこの方式で行われています。これにより、1回のセットアップで、複雑な形状のワークを多方向から加工することが可能になります。.

連続5軸 切削時に5軸すべてを同時に動かします。これは、タービンブレードやインペラー、複雑な有機的な形状など、真に彫刻的な表面を加工するために不可欠であり、これにより、より短く剛性の高い工具が、延長するのではなく傾けることで、深い加工箇所まで到達できるようになります。.

優れた点： 複雑な形状、複合角度にある加工箇所、工具の傾斜を必要とする深い穴、そして、本来なら多数必要となるセットアップを1つにまとめること。. 5軸加工 また、すべての加工を1回のクランプで完了させるため、各特徴点間の精度も向上します。.

主な用途： 航空宇宙用構造部品、インペラーやタービンの形状、医療用インプラント、複雑な金型のコアやキャビティ、および各形状要素が互いに角度を成して配置されているあらゆる部品。.

本当に重要なコスト比較

工作機械の時間単価は、軸数が増えるにつれて高くなります。5軸の工作機械は、3軸の工作機械よりも時間単価が高く、場合によってはかなり高くなることもあります。また、プログラミングにもより多くの時間がかかり、より高度な技術が求められます。.

そのため、多くの購入者はコスト削減のために、デフォルトで3軸加工を指定する傾向があります。単純な部品であれば、それは正しい選択です。しかし、複数の平面にフィーチャーがある部品の場合、それは「安物買いの銭失い」となります。なぜなら、比較の対象は時間単価対時間単価ではなく、総コスト対総コストだからです。.

5つの面に形状を持つ部品を考えてみましょう：

セットアップコストが主な要因となる少量生産の場合、5軸加工は単価は高くなるものの、総コストでは多くの場合、5軸加工の方が安くなります。一方、セットアップコストが多数の部品に分散される大量生産の場合、専用の3軸固定治具の方が有利になる可能性があります。.

だからこそ、「どちらが安いか」という質問に対する正直な答えは、「部品の形状や発注数量によって異なります」ということになり、どちらが安いかを知る唯一の方法は、両方の見積もりを取り寄せることです。.

部品に必要なものを判断する方法

以下の質問について考えてみてください。.

すべての機能は、一方向からアクセスできますか？ もしそうなら、3軸がほぼ間違いなく正解であり、それ以上は無駄なコストになります。.

それらは反対側の面にあり、単に反転させるだけでよいのでしょうか？ 通常、3軸のセットアップを2つ用意すれば、これを経済的に処理できます。.

円筒の放射状の穴のように、特徴は1つの軸を中心に分布していますか？ 4軸（おそらくインデックス式）が最適でしょう。.

特徴は複合角、つまり2つの平面にまたがる角にあるのでしょうか？ ここでこそ、5軸加工のコストに見合う価値が発揮されます。3軸加工機で複合角度を加工するには、角度付きの治具が必要になりますが、これは高価で精度が低く、多くの場合、実用的ではありません。.

その部品には、長い工具では届きにくいような深い凹凸がありますか？ 5軸加工では工具の傾斜が可能となるため、より短く剛性の高い工具を使用でき、仕上げ品質とサイクルタイムの両方が向上します。.

その部品には、実際に彫刻が施されたような表面がありますか？ 連続5軸加工が必要です。.

異なる面上の特徴点間の許容関係は重要なのでしょうか？ セットアップ回数が少なければ、累積誤差も小さくなるため、形状へのアクセス性にかかわらず、軸数を多くすることが有利となる。.

よくある誤解

“「5軸の方が精度が高い。」” 必ずしもそうとは限りません。5軸加工機は、優れた3軸加工機に比べて軸ごとの精度が高いわけではありません。5軸加工機がもたらすのは、セットアップ作業を省くことで実現される「形状間の精度」の向上であり、これは別の次元の話です。また、この点は、面同士の関係が密接な場合にのみ重要となります。.

“「5軸加工は常に速い。」” 単純な部品には向いていません。穴の開いた平板の場合、3軸加工機の方が速く、コストも安くなります。5軸加工が複雑な部品の加工時間を短縮できるのは、切削速度が速いからではなく、セットアップの手間を省けるからです。.

“「念のため、5軸と明記しておくべきでしょう。」” 形状上必要がない場合、これはコスト増につながるだけで何のメリットもありません。部品の要件を明記し、サプライヤーに製造プロセスを選定してもらうようにしましょう。サプライヤーは自社の機械の能力や稼働状況について熟知しているからです。.

“「4軸加工とは、単に安価な5軸加工に過ぎない。」” これらはそれぞれ異なる課題を解決します。4軸加工は、1つの軸の周囲に分散した形状に対応します。5軸加工は、複合角度に対応します。複合角度を必要とする部品は、いかなる条件でも4軸加工では対応できません。.

絵に何を描くか

最も有効なアプローチは、その部品を「どのように作るか」ではなく、「何が必要か」を明確にすることです。.

形状、公差、表面仕上げ、および材料を明確に定義してください。どのフィーチャ間の関係が重要かを特定してください。これにより、サプライヤーはどの工程設定が重要かを把握できます。加工戦略の決定は、サプライヤーの技術チームに任せてください。彼らは自社の工作機械の能力、工具、および現在の稼働状況を熟知しているからです。.

特定のアプローチを推奨する明確な理由がある場合は、単なる指示ではなく、その理由を明記してください。「これら4つの穴は、X以内の範囲でボアに対する位置を保持しなければならない」という記述は、「5軸加工を行う」という指示よりも有用です。なぜなら、これによりサプライヤーに実際に重要な点が伝わり、その目標を達成するための最適な方法を見つけられるようになるからです。.

旋盤加工およびミルターン加工

上記と併せて注目すべき点として、同じ問題を異なる方法で解決することが多いからです。.

基本的に円筒形の部品は、通常、以下に適しています。 CNC旋盤加工 フライス加工よりも。ミルターン加工機は、旋削と駆動式フライス工具を組み合わせたもので、平部、貫通穴、フライス加工部を備えた円筒形部品を1回の加工で仕上げることを可能にします。.

シャフト、継手、コネクタ、およびこれらに類する部品の場合、ミルターン加工は、コストと精度の両面で、3軸および5軸のフライス加工よりも優れた性能を発揮することがよくあります。部品が基本的に円形である場合は、フライス加工を採用すると決めつける前に、この加工方法について相談してみてください。.

実践的な指針

一般的なエンジニアリング部品のほとんどについては、3軸加工で十分です。形状上必要のない機能に無駄な費用をかける必要はありません。.

加工対象が単一の軸の周囲に配置されている場合、4軸インデックス加工により、セットアップの手間を経済的に削減できます。.

形状が複合角度を形成している場合、穴が深い場合、あるいは面をまたぐ形状間の公差が極めて重要となる場合、時間単価は高くなるものの、全体としては通常、5軸加工の方がコストが安くなります。.

部品が円筒形の場合は、フライス加工を行う前に、フライス・旋削の併用を検討してください。.

Elite Mold Tech社では、単一の施設内で3軸、4軸、5軸の加工に加え、旋盤加工やミルターン加工も行っています。つまり、加工方法の提案は、利用可能な機械ではなく、部品そのものに即して行われます。図面をお送りいただければ、見積もりと併せて加工戦略の評価をご提示いたします。その際、別のアプローチを採用した方がコストを抑えられる場合についてもご提案いたします。.

よくある質問

Q：5軸加工は3軸加工よりも精度が高いですか？

A: 軸ごとではありません。1回のセットアップで異なる面の形状を同時に加工することで、各面間の位置関係をより正確に保ち、別々のセットアップを行う際に生じる累積誤差を排除します。.

Q: 4軸加工はどのような場合に適していますか？

A: 円筒形の部品にある放射状の穴や平らな面など、特徴が単一の軸に沿って配置されている場合です。インデックス式4軸加工なら、本格的な5軸加工のコストをかけずに、手動での位置調整の手間を省くことができます。.

Q: 5軸加工は必ずしもコストが高くなるのでしょうか？

A: 時間単価は高くなりますが、複雑な部品の場合、セットアップの回数が減るため、総コストは安くなる可能性があります。単純な一方向の部品であれば、あらゆる点で3軸加工の方が安くなります。.

Q: 「3+2加工」とは何ですか？

A: 5軸加工機で、まず両軸を回転させてワークを所定の位置に配置し、軸を固定した後、3軸の動きで切削を行うものです。連続5軸加工のような複雑なプログラミングを必要とせずに、ほとんどの複雑なワークを加工できます。.

Q: 図面に軸の数を明記すべきでしょうか？

A: 基本的にはいいえ。形状、公差、およびどのフィーチャ間の関係が重要かを指定し、あとはサプライヤーに、自社の設備や現在の生産能力に基づいて加工戦略を選定してもらうようにしてください。.