精密機械部品の専門サプライヤーとして、当社のエンジニアリング チームはお客様から「この部品は絶対に 5 軸加工が必要ですか? それとも 4 軸加工機でもっと安価に加工できますか?」といった問い合わせをよく受けます。または、「コストを節約するために 3 軸加工を選択したが、6 回の位置変更とクランプ操作が必要な場合、完成品に大きな影響を与えるでしょうか?」精密製造の分野では、適切なタイプの工作機械を選択することは、技術的な問題だけでなく、費用対効果の問題でもあります。
Hansheng は、精密製造における広範な製造経験を活用して、コスト、精度、形状、バッチ サイズの観点から 3 軸、4 軸、5 軸 CNC 加工の詳細な比較を提供し、最適な選択を支援します。{0}
さらに詳しく読むために、この記事では主に比較に焦点を当てます。特定のテクノロジーの詳細について詳しく知りたい場合は、次の専用記事を参照してください。
コアの比較
3 つのオプション間の比較をより明確にするために、簡単に参照できる包括的な比較表を作成しました。
| 寸法 | 3軸CNC加工 | 4 軸 CNC 加工 | 5軸CNC加工 |
|---|---|---|---|
| 運動原理 | X、Y、Z 軸の直線移動。切削工具は常にワークピースに対して垂直です。 | X、Y、Z 軸 + A- 軸の直線移動 (ワークピースは X- 軸の周りを回転します)。 | X、Y、Z 軸 + A/B/C 軸の直線移動 (ワークはあらゆる方向に回転/傾斜可能)。 |
| コア機能 | 上面のみまたは単一のデータム平面のみを加工できます。 | 1 回のセットアップで 4 つの側面を加工できます。円筒部品や螺旋形状に適しています。 | 1 回のセットアップで 5 つの面を加工できます。非常に複雑な連続面やアンダーカットを加工できます。 |
| 加工費 | 最も低い（時間当たりの料金が低いなど）。 | 中程度（コスト効率が高く、手動セットアップのコストが削減されます）。- | 最高（高価な機器、複雑なプログラミング）。 |
| プログラミングの複雑さ | シンプルで常勤オペレーターでも設定可能。 | 中程度、回転軸の干渉を考慮する必要があります。 | 非常に高いため、高度な CAM ソフトウェアと経験豊富なエンジニアが必要です。 |
| 適合部品 | 平らなプレート、シンプルなハウジング、片面に穴が開けられた部品。- | シャフト、ギア、横穴付きハウジング、円筒形の彫刻。 | タービンブレード、航空宇宙構造部品、整形外科用インプラント。 |
| 主な制限事項 | 多面加工には複数のセットアップが必要であり、エラーが蓄積され効率が低下します。- | 回転軸に対して垂直でない角度のある穴は加工できません。デッドゾーンはまだ存在します。 | 高コスト。治具の設計に対する非常に高い要求。 |
プロジェクトに基づいてどのように選択すればよいでしょうか?
Hansheng Automation は、プロジェクトに必要な軸の数を 2 つの観点から評価するのに役立ちます。
プロジェクト部品の幾何学的特徴と複雑さ
1. 部品が主に平面で、フィーチャ (穴、スロット、キャビティ) が 1 つまたは 2 つの反対方向に集中している場合、または部品の加工が 2 つの表面のみで、公差要件により手動反転が可能である場合 (例: +/- 0.05 mm 以上)、3 軸加工が最も経済的なオプションです。
2. プロジェクトの部品が円筒形である場合、またはフィーチャが中心軸の周囲に分散している場合 (側面穴のあるギアやブッシュなど)、または正方形の部品の側面で大規模な機械加工が必要な場合、4 軸加工により 1 回のセットアップで 4 つの表面の作業を完了でき、3 軸機械での繰り返しセットアップに伴うデータム損失の問題を回避できます。
3.設計に複雑な有機表面（インペラなど）、空間的に複雑な角度の付いた穴（非-、非-）、または剛性を維持するために工具を傾ける必要がある深いキャビティと狭いスロットが含まれる場合、または精密部品の 5 つの表面で非常に高い位置精度公差（例: +/- 0.01mm）を維持する必要がある場合、5 軸加工のみがニーズを満たすことができます。
プロジェクトの経済性と生産規模
1.プロトタイプや非常に小さなバッチ（約 1-10 個）の場合は、初期コストが最も低い 3 軸加工が通常推奨されます。形状によって多軸加工を使用する必要がない限り、3 軸加工に適した設計を簡素化するようにしてください。
2.中量生産（10-500 個）の場合、4 軸加工が最高の費用対効果をもたらします。 4 軸加工機の時給は 3 軸加工機よりわずかに高くなりますが、手動セットアップ時間が大幅に節約されます。たとえば、3 軸加工機で 3 回のフリップが必要な部品は、4 軸加工機では 1 回のセットアップで完了できるため、全体のコストが大幅に削減されます。
3. 高精度の要件があり、非常に高い位置精度を保証する必要がある大量生産の場合、または部品が非常に複雑な場合には、5 軸加工のほうが単価は高くなりますが、複数プロセスのワークフローでの待ち時間や廃棄のリスクがなくなり、プロジェクト サイクル全体の観点から見て費用対効果が高くなる可能性があることをお勧めします。-
多軸加工に関するよくある誤解-
誤解 1: 「機械の軸数が多ければ多いほど、加工品質は良くなります。」
この理解は完全に正しいわけではありません。加工品質は、工作機械の剛性、切削工具の選択、エンジニアのスキルレベルなどの複数の要因によって決まります。 5 軸機械を選択して盲目的にハイテクノロジーを追求すべきではありません。-プロジェクトの実際のニーズを考慮する必要があります。
誤解 2: 「5 軸工作機械なら何でもできる」-。
実のところ、5 軸マシンにも限界があります。-治具と干渉する危険性が非常に高く、工具の長さは制限されています。さらに、5 軸加工のプログラミングとデバッグ時間は、3 軸加工よりもはるかに長くなります。-単純な部品の場合、5 軸機械を使用することは、「スーパーカーを使ってテイクアウトを配達する」ようなものです。-可能ですが、リソースの膨大な無駄になります。
結論は
ハンシェンオートメーションでは、「実践的な製造」の理念を堅持しています。ハイエンドの機器を持っているからといって、高価なプロセスを販売しようとすることはありません。-その代わりに、当社は DFM (製造可能性設計) 分析を通じて、品質とコストの最適なバランスを見つけることに取り組んでいます。
よくある質問
Q: 3 軸加工機で部品を加工できる場合でも、5 軸加工をリクエストできますか?
A: 技術的には可能ですが、通常は不必要な無駄です。部品の表面仕上げに非常に高い要件がある場合（たとえば、ボールエンドミルによる切削痕を減らすために 5- 軸の同時加工が必要な場合など）を除き、最高の費用対効果を得るために「最も単純なプロセス原則」に従い、3 軸加工を使用することをお勧めします。-
Q: 設計の観点から見ると、多軸加工のコストを削減するにはどうすればよいですか?{0}}
A: 内部フィレットの半径を最大化します (直径が極端に小さい工具の使用は避けてください)。
非常に厳しい公差を持つフィーチャーの数を減らします (合わせ面の厳密な公差のみを指定します)。
カスタム ツールの代わりに標準ツールを使用できるように、可能な限り標準寸法でフィーチャを設計します。
Q: 評価にはどのようなファイル形式を使用できますか?
A: 部品が 3 軸、4 軸、または 5 軸加工に適しているかどうかを正確に判断するには、3D CAD モデル (.STEP または .IGES 形式) が必要です。公差付きの穴、ねじの仕様、表面粗さの要件を指定するには、2D PDF 図面も含めてください。
Q: 5 軸加工の場合、リードタイムは長くなりますか?
A: これは部品の複雑さによって異なります。 5 軸加工の初期プログラミング (CAM) と衝突シミュレーションの時間は、実際には 3 軸の場合よりも長くなります。ただし、加工が開始されると、プロセス間の移動や待ち時間が短縮されるため、実際の生産速度は速くなることがよくあります。緊急で複雑なプロトタイプの場合は、通常、5 軸がより高速なオプションです。
参考文献
Machinery's Handbook (第 31 版) – Industrial Press、2020
ISO 10791 シリーズ: マシニング センターの試験条件 – 国際標準化機構