5軸CNC加工：定義、プロセス、種類 | JS Precision

今日の製品の形状は、究極の性能を追求する現代のエンジニアリングにおいて、完全な空気力学的表面を持つタービンブレードから、軽量化のために開発された不規則な形状の航空宇宙用骨格、さらには人体骨格と融合する医療用インプラントに至るまで、ますます複雑になっています。

これらの部品の製造は、従来の機械加工技術にほぼ強迫的な課題をもたらすようになりました。5軸 CNC 加工は、この課題に対する究極の答えです。

5方向に動く工作機械というだけでなく、複雑なCNC加工思考によって「一度のセットアップで完璧な形状」を実現するという理念です。

このガイドは、5軸CNC加工の定義、プロセス、そして種類を完全に理解するのに役立ちます。これにより、プロジェクトに適しているかどうかについて迷うことなく、この技術を活用できるようになります。また、この分野におけるJS Precisionの実践的な経験も紹介し、お客様の製造ニーズに応える信頼できる参考資料となります。

コアアンサーの要約

JS精密エンジニアガイド：5軸加工技術の包括的な解説

JS Precision の 5 軸 CNC 加工は12 年間この業界に深く関わっており、製造だけでなく、販売においても決定的な役割を果たしてきました。

当社は、 ISO 9001品質マネジメントシステム認証、AS9100航空宇宙産業認証、ISO 13485医療機器品質マネジメントシステム認証を取得しています。また、DMG MORIやMazakなどのブランドのハイエンド5軸CNC工作機械を30台保有しています。

当社は、大手航空宇宙メーカーや大手医療機器会社を含む、航空宇宙、医療、ドローン業界の 800 社以上の顧客向けに、 100,000 個を超える複雑な部品を加工してきました。

例えば、航空宇宙業界の顧客向けに製造されたエンジン燃焼室の構造部品は、Ti6Al4Vチタン合金で加工され、許容誤差は±0.005mmに達しました。

医療グレードPEEK製脊椎インプラント部品の月産5,000個を医療顧客向けに量産し、 99.8%以上の合格率を維持しました。また、ドローンメーカー向けには、年間2万個の統合フレーム生産能力を達成し、不良率0.1%未満を確保しました。

これは理論的なガイドではなく、長年にわたる実践経験を凝縮したものです。すべてのポイントは実際の運用で検証されており、その専門性と実用性は完全に信頼していただけます。

信頼性の高い5軸CNC加工サービスをお探しなら、JS Precisionが豊富な業界経験と権威ある認証を取得し、ハイエンド機器による高精度な加工ソリューションをご提供いたします。ご要望の部品をお送りいただければ、すぐにご返答いたします。お気軽にお問い合わせください。すぐに作業を開始いたします。

5軸CNC工作機械とは？3次元を超えた製造革命

JS Precisionの5軸CNC加工における専門知識をご理解いただいた後、おそらく「 5軸CNC加工機とは一体何なのか？なぜ3次元を超えた製造革命と言われるのか？」という疑問が湧いてくるかもしれません。

基本的な定義

5 軸 CNC 工作機械は、従来の 3 つの直線軸に2 つの回転軸を追加した高度な装置です。X 軸、Y 軸、Z 軸はそれぞれ、機械の前後、左右、上下の動きを制御します。

これにより、切削工具がワークに対して多角的にアプローチできるようになり、 3軸工作機械では不可能だった五面加工や連続した空間面加工を実現します。

コアタイプ分析

5軸CNC工作機械が提供できる核心的な価値は、「一度のセットアップで全て完了」です。3軸加工と比較して、効率が50%以上向上し、位置決め誤差がなくなり、複雑な形状を加工できるため、製造業に革命的な影響を与える鍵となります。

図 1: 5 軸マシンの追加の 2 つの軸は、A 軸と B 軸が X、Y、Z の周りをどのように回転するかを決定します。

5 軸 CNC 加工はどのようにして ±0.01mm という驚異的な精度を実現するのでしょうか?

5軸CNC工作機械の基礎を解説した後で、「±0.01mmという驚異的な精度は一体どうやって実現できるのか？」と疑問に思う方もいるかもしれません。この精度は、人間の髪の毛の直径である約0.05mmよりもはるかに小さいのです。

1. エラーの排除:

ワンタイムセットアップは、誤差を排除するための基本的な方法です。従来の3軸CNC加工では、多くのクランプ工程が必要であり、データム変換誤差の蓄積が精度に影響を与えます。一方、5軸CNC加工では、誤差の蓄積なく、すべての加工工程をワンタイムセットアップで完了します。

2. 短いツールの利点:

2つの回転軸によってワークの角度を調整できるため、切削工具は常に加工面に対して最適な角度で進入します。工具が短いほど、高速回転時の振動が少なくなります。また、 「工具のたわみ」も少なくなり、表面品質と寸法安定性が向上します。

3. 動的精度補正：

ハイエンドの 5 軸 CNC マシンは、精度補正のために複数の方法を採用しています。その中の一部のモデルでは、リニア エンコーダを使用した閉ループ フィードバック システムでのリアルタイムの偏差補正、熱変形補正のための温度調整パラメータ、バックラッシュ エラー除去のためのバックラッシュ補正を提供して、高速切削時の高精度を確保できます。

高性能の工作機械、温度管理された作業場、定期的な校正により、最大 ±0.01mm の精度を実現します。

CNC マシン 5 軸で最もよく機能する材料はどれですか?

5軸CNC加工の本質的な利点の一つは、精度の高さに加え、幅広い材料への適応性を備え、オールラウンドに使用できることです。5軸CNC加工機に最適な材料は何でしょうか？

5軸CNC加工は、ほぼすべての加工可能な材料、特に高価な材料や難削材の加工に対応可能です。JS Precisionは、数百種類の材料の加工実績を誇り、チタン合金の硬化防止や、厳格な環境管理下で医療グレードPEEKとの生体適合性を確保する特殊工具を提供しています。

3 軸 CNC と 5 軸 CNC: ROI はどれくらいですか?

材料の適応性という点では、コストに注目しがちです。3軸CNCと5軸CNCのROIにはどのような違いがあるのでしょうか？コスト削減と価値向上の両方の観点から検討する必要があります。

明らかなコスト削減

隠れた価値を高める

多くの企業は、高コストと高リスクを伴う5軸加工装置に投資しています。専門的な5軸CNC加工サービスを選択することで、最高レベルの機能を提供し、リスクを回避し、コストを削減できます。

3軸CNC加工と5軸CNC加工のどちらにするかご検討中なら、JS Precisionがコストパフォーマンスに優れた5軸CNC加工サービスをご提供いたします。部品図面と技術要件をお送りいただければ、詳細なソリューションをご提供いたしますので、設備投資にかかる時間を節約できます。

図2：3軸CNCと5軸CNCの投資収益の違いは？

複雑な CNC 加工部品用の 5 軸加工プロセスを開発するにはどうすればよいでしょうか?

5軸加工を選択したら、複雑なCNC加工部品の工程計画をどのように立てればよいでしょうか？以下は、当社の4つのステップからなる工程計画方法です。

1. DFM（製造性を考慮した設計）：お客様は部品の設計初期段階において、JS Precisionのエンジニアと緊密に連携し、製造性を考慮した設計解析を実施する必要があります。5軸加工の特性に基づき、部品構造を最適化し、穴位置の調整、曲面の簡素化、製造性の向上、コスト削減、サイクルタイムの短縮を実現します。

2. 戦略の選択： 「3+2」固定軸加工と5軸同時加工を組み合わせた戦略を採用します。「3+2」は荒加工や多角度加工に適しており、高い効率を提供します。一方、5軸同時加工は表面仕上げに適しており、精度と表面品質を保証します。

3. ツールパスの最適化:衝撃を軽減し、切削力を安定させ、振動によるオーバーカットを回避し、品質を向上させながらツールを保護するために、ヘリカルフライス加工や輪郭加工などの技術を適用します。

4. 治具設計：これらのカスタム治具は、 複雑なCNC加工を成功させるための基礎となります。ワークのぐらつきを防ぎながら、干渉を回避するために回転軸の範囲を維持しながら、剛性を確保する必要があります。

当社は部品の機械加工を行うほか、設計から量産までエンドツーエンドのプロセスソリューションも提供しています。

JS Precisionは、プロセス設計を必要とする複雑なCNC加工部品向けに、DFM解析から治具設計まで、プロセス全体をサポートする5軸CNC加工サービスを提供しています。お客様のプロジェクトが効率的に生産されるよう、プロセス全体を徹底的にサポートいたします。このコラボレーションを開始するには、ぜひお問い合わせください。

5 軸高速 CNC 加工の黄金パラメータは何ですか?

5軸高速CNC加工は、さらなる効率向上を可能にします。しかし、重要なのは速度を上げることではなく、黄金比をマスターすることです。では、黄金比とは一体何でしょうか？

高速加工のコンセプト

5軸高速CNC加工の原理は、「高速、高送り、浅い切込み、小さなステップ距離」です。これは、工具速度の高速化、移動量の増大、浅い切込み、そして小さなステップ距離を意味します。これは、単位時間あたりの材料除去量の増加と切削抵抗の低減につながり、表面品質の向上につながります。

パラメータ調整の芸術

1. 主軸回転速度と送り速度の適合：工具径、刃数、および被削材に基づいて計算されます。例えば、10mmの4刃超硬工具を用いてアルミニウム合金を加工する場合、最適な切削片厚さを維持し、工具の摩耗を防ぐために、主軸回転速度を10000rpm、送り速度を1500mm/分に設定する必要があります。

2. トロコイドフライス加工の用途:トロコイドツールパスの適用領域は、深いキャビティ/狭い溝で、全幅切削を行わず、工具ストレスが少ないため工具が保護され、特に加工が困難な材料を扱うアプリケーションで効率が高くなります。

3. 加速・予測機能：工作機械の加速性能を高めることで、工具は速やかに速度に到達し、非切削時間を短縮できます。予測機能は、工具パスにおけるイベントを事前に分析し、減速や表面変形を防止するために必要なパラメータも提供します。

当社には、効率性と品質のバランスが取れた、検証済みの何千ものパラメータのライブラリがあります。

5軸高速CNC加工サービスが必要な場合は、JS Precisionが専門的なパラメータライブラリとハイエンドの工作機械を完備しています。お客様の部品を効率的に加工いたします。深いキャビティでも複雑な表面でも、容易に加工できる自信があります。部品の要件をお伝えいただければ、最適なパラメータをご提案いたします。

ケーススタディ：JS Precision社が5軸高速加工でドローンのメインフレームを改造する方法

クライアントの課題

産業用ドローンメーカーは、7075アルミニウム合金製の一体型メインフレームを製造する必要がありました。従来、同社は3軸工作機械を使用してフレームを5つの部品に加工し、 12時間以上かけて組み立てていました。

組み立てられたフレームの精度誤差は最大±0.1mmと高く、飛行安定性の要件を満たしていません。コネクタの数が多く、重量は1.2kgにも達し、飛行距離に影響を与え、構造強度にもリスクを及ぼしています。試験中にコネクタの緩みがいくつか確認されました。

JS Precisionのソリューション

1.設計統合：

まず要件に基づいて設計を統合し、当初5つの部品で構成されていたものを1つの統合構造に設計しました。この設計により、コネクタを一切排除し、組み立て誤差や重量の問題を根本から解決しました。

2.5軸高速加工：

採用された5軸高速加工機は、DMG MORI DMC 850 Vecです。まず、「3+2」固定軸モードを用いて70%の余分な材料を高速に除去し、その後、5軸同時加工モードに切り替えて仕上げ加工を行いました。仕上げ加工では、フレームの不規則な曲面や内部流路といった複雑な構造を、全工程を通して二次クランプなしで加工しました。

3.最適化されたパラメータ:

7075アルミニウム合金の場合、主軸回転速度は18,000rpm、送り速度は8,000mm/分、切込み深さは0.2mmと決定されました。さらに、狭い内溝加工における工具の過負荷を回避するため、トロコイド加工を採用しました。CNCシステムの100セグメント先読み機能により、表面加工中のスムーズな動きが保証されました。

当社の実績と価値

最終的に、全体の加工時間を12時間から4時間に短縮し、効率は300%向上しました。これによりフレーム重量は15%減の1.02kgとなり、航続距離は10%増加しました。また、全体の剛性は40%向上し、強い衝撃にも耐えられるようになりました。

シングルクランプ加工により部品公差は±0.008mmとなり、飛行安定性の要件を満たし、雨水が内部回路に入り込まない完璧な密閉を実現します。

このフレームにより、顧客は競合他社に比べて優れた積載量と航続距離を実現し、市場で大きな競争上の優位性を獲得しました。

図3：7075アルミニウム合金一体型無人航空機メインフレーム

信頼できる 5 軸 CNC 加工サービス プロバイダーを特定して提携するにはどうすればよいでしょうか?

5軸加工の上記の利点を踏まえ、適切なサービスプロバイダーをお探しかもしれません。では、信頼できる5軸CNC加工サービスプロバイダーをどのように特定し、提携すればよいのでしょうか？ 5つの重要な評価基準をまとめました。

1. 技術設備：工作機械のブランド、精度、フライス加工能力、旋削能力を確認します。例えば、DMG MORIやMAZAKなどの5軸工作機械を保有しているか、位置決め精度が±0.005mmに達しているかを確認します。

2. エンジニアリングチーム： CAMプログラミングおよび部品のプロセスエンジニアリングにおける業務経験の概要をご提示ください。UGおよびMastercamソフトウェアに精通し、プロセスを定義し、部品固有のニーズに基づいたソリューションを提供できることが必須です。

3. 品質システム：座標測定機やレーザースキャナーなどのフルサイズの検査機器を備えているか確認してください。検査能力がなければ、部品の精度を確保することは非常に困難です。

4. 業界専門知識：自社の業界に関連する成功事例を評価しましょう。例えば、航空宇宙分野では耐熱材料に関する経験が、医療分野では生体適合性に関する経験が求められます。

5. コミュニケーションと透明性：明確なプロセス計画、進捗状況のフィードバック、検査報告書を作成できているか確認します。コミュニケーションの透明性は、より安心感をもたらします。

JS Precisionの 5 つの基準には、30 台のハイエンド 5 軸工作機械 (そのうち 10 台はミルターン センター)、平均 8 年以上の経験を持つエンジニア、完全に実装されたテスト機器、多くの分野にわたる多数のケース スタディ、透明性のあるプロジェクト進捗状況が含まれます。

当社は、複雑なCNC加工分野において、お客様にとって信頼できる「外部研究開発・製造部門」となるよう、常に努力してまいります。

図 4: 5 軸 CNC 加工サービス プロバイダーの信頼性を、その技術設備を調べて評価します。

よくある質問

Q1: 5 軸加工で通常達成可能な最小許容誤差はどれくらいですか?

JS Precision では、高品質の設備と厳格な管理により、精度は最大±0.01mmまで可能で、一部の機能では±0.005mm に達することもあり、高精度部品の要求を満たしています。

Q2: 5 軸プログラミングは非常に時間がかかり、難しいですか?

5軸工作機械のプログラミングは、3軸工作機械に比べて複雑です。このような工作機械のプログラミングには、高度なCAMソフトウェアと豊富な経験が必要です。しかし、JS Precisionでは、効率的なワークフローを備えた専門のプログラミングチームを擁しており、この課題を解決いたします。

Q3：「3+2」加工と同時5軸加工の違いは何ですか？

「3+2」は固定軸加工で、ワークの角度は3軸加工前の状態と同じままで、多角度形状の加工に適しています。5軸同時加工では、 5軸すべてが同時に移動するため、複雑な曲面加工に適しています。上記の2種類の加工方法は、同じ工作機械で完結できます。

Q4: 5 軸工作機械でチタン合金を加工する場合の特別な要件は何ですか?

チタン合金の切削には、高剛性の工作機械、特殊な切削工具、高圧内部冷却、適切なパラメータ、そして加工硬化の回避が不可欠です。切削中に過剰な熱が発生しないよう、これらを綿密に管理する必要があります。まさにJS Precisionは、まさにその技術を駆使しています。

Q5: 5軸工作機械で旋削加工を行うことは可能ですか？

はい、ミルターンセンターは5軸フライス加工と旋削加工を組み合わせ、真の「ワンストップ・オールインクルーシブ」加工を実現します。JS Precisionにもこの種の設備があります。

Q6: JS Precision はどのようなサイズの 5 軸部品を処理できますか?

JS Precisionの5軸加工は非常に強力で、ミリメートルからメートルレベルまでの部品加工が可能です。必要なサイズをご指定いただければ、適切なリソースをご用意いたします。

Q7: アルミニウム部品を 5 軸加工しながら鏡面仕上げにするにはどうすればよいですか?

JS Precision は、ダイヤモンド工具の適用、最適化された高速仕上げパラメータ、安定した切削環境により、 Ra 0.2μm 未満のアルミニウム部品を仕上げることができます。

Q8: 5 軸加工プロジェクトの発注から納品までのリードタイムはどれくらいですか?

プロジェクトのリードタイムは部品の複雑さによって異なります。シンプルな試作品であれば3～5日で十分ですが、複雑な部品の場合は2～3週間かかる場合があります。JS Precisionは、お客様のプロジェクトに基づいて納期をご提案いたします。

Q9: 5軸加工後の表面処理は行っていますか？

はい、JS Precision では、陽極酸化処理、サンドブラスト、塗装、不動態化、電気メッキを含むワンストップの表面処理サービスを提供しており、他のサービスプロバイダーに頼ることなく部品の完全な納品を保証できます。

Q10: JS Precision から 5 軸 CNC 加工の見積りを取得するにはどうすればよいですか?

3D 図面と技術要件を JS Precision に送信するだけで、当社の専門チームが最短時間で詳細かつ透明性のある見積もりを作成いたします。

結論

5軸CNC加工は、単に機械の軸を2つ追加するだけではありません。±0.01mmの精度と、より複雑な部品の加工を可能にする製造革命の基盤です。コスト削減、製品性能の向上、市場投入までの時間の短縮に貢献します。これは、航空宇宙、医療、ドローン業界にとって非常に重要です。

プロフェッショナルな 5 軸 CNC 加工サービス プロバイダーとして、複雑な製造を簡素化することで、この技術的利点をお客様にとっての真の価値に変換することが JS Precision の使命です。

従来の機械加工の限界が、製品イノベーションのボトルネックにならないようにしましょう。今すぐCADファイルをJS Precisionの専門チームにお送りください。最高レベルの5軸CNC加工サービスの精度、効率、そして価値を実感いただけます。6時間以内に、初期プロセス実現可能性分析と競争力のあるお見積もりをお届けします。

あなたの次の大きなアイデアを一緒に実現しましょう！