5軸CNC加工：CNC加工部品の選び方 | JS Precision

5 軸 CNC 加工は、複雑な部品の製造における限界を打ち破ります。

通常、3回のセットアップと複数のデータム調整が必要となる複雑な航空機エンジンのインペラを想像してみてください。しかし、今では、すべての表面、背面セクション、そしてベースをたった1回のセットアップで精密に加工できます。これは、効率性の飛躍的な向上だけでなく、精度と設計の自由度においても革命的な進歩です。

5 軸加工技術の知識と活用を習得することは、エンジニアや設計者が最高の品質、最も複雑な形状、最短の市場投入時間を実現するのに役立つ重要な資格の 1 つになっています。

JS Precision の専門家が主導するこのガイドでは、5 軸 CNC の世界を詳しく紹介し、複雑な部品を製造するための究極のソリューションとなる方法を紹介します。

概要 コアアンサー

5軸CNC加工機の選び方とは？JS Precisionが重要な判断ポイントを分析

5軸CNC加工の適切な提供には、実践的な経験が不可欠です。JS Precisionは10年以上にわたりこの分野に深く関わっており、航空宇宙、医療、ドローン分野の500社以上の顧客に、DMG MORIをはじめとするハイエンド5軸加工センターによるサービスを提供しています。

当社は、公差±0.015mmのチタン合金製インペラや炭素繊維製医療用ステントなど、複雑な部品の加工を多数手掛けています。炭素繊維製医療用ステントの製造工程は、米国規格に準拠しています。gov/current/title-21/chapter-I/subchapter-H/part-820">医療機器品質システム規制の 21 CFR 820.70 における特別なプロセス検証については、米国食品医薬品局 (FDA) にお問い合わせください。

当社は 7075 アルミニウムと Ti6Al4V の機械加工特性を熟知しており、お客様が複数コンポーネントの溶接部品を単一部品の機械加工に最適化し、コストを最大 30% 削減できるよう支援します。

これは、技術の選択やコスト管理などの重要なポイントを含む、当社の長年のプロジェクト経験をまとめた総合的なマニュアルであり、落とし穴を回避し、信頼できる決定を下すのに役立ちます。

お客様の部品が5軸CNC加工に適しているかどうかを確認したいですか？部品の基本情報をJS Precisionにご提出いただければ、当社のエンジニアが無料の予備評価を行い、お客様の選定の方向性を明確にするお手伝いをいたします。

5軸CNC加工とは？従来の製造業を超えた技術

5 軸 CNC 加工は、3 つの直線軸 (X、Y、Z) と 2 つの回転軸 (A と B、または C) を連携させて使用することで、多方向の複雑な加工を実現できる最先端の CNC 加工技術です。

従来の3軸加工に比べ、「片面加工」から「全方向加工」へと進化し、複雑な部品の製造モデルを根本から変えます。

5つの方向だけではない「つながり」の本質を理解する

5 軸加工の核心は、 5 つの動作軸を含む「連携」にあります。

• X軸:水平方向の移動 - 左右
• Y軸:水平方向の前後移動
• Z軸:垂直方向の移動（上下）
• A軸: X軸を中心とした回転、通常はワークピースの回転
• B/C軸: Y軸(B軸)またはZ軸(C軸)の周りの回転(通常はテーブルまたはスピンドルの回転)

「5軸連動」とは、5つの軸すべてが同時に動くことで、インペラや金型のキャビティなどの複雑な曲面を連続的に加工することを可能にします。

「3+2軸位置決め」は、まずA軸、B/C軸を用いてワークを特定の角度に固定し、次にX軸、Y軸、Z軸を用いて加工を行います。角度のついた穴を持つハウジングのような多面体部品に適しています。この2つの加工シナリオは大きく異なります。

複雑な部品になぜ「選ばれる」のか？

5 軸 CNC 加工は、従来の加工における 3 つの主要な課題を自然に解決します。

• 複雑な形状:部品を分解する必要がなく、連続した曲面や不規則な構造を直接加工することで接合エラーを回避できます。
• 深穴加工:回転軸によりワークの角度を調整し、工具をキャビティ壁の奥深くまで入れて加工できるため、工具を長くする必要がなくなります。
• 干渉回避:軸の協調動作により、工具、ワーク、固定具間の干渉が回避され、加工中のリスクが軽減されます。

図 1: 5 軸 CNC 加工とは、切削工具が 5 つの異なる軸に沿って同時に移動する加工方法を指します。

明らかに：5 軸 CNC はどのようにして革新的な「ワンタイムクランプ」を実現するのか？

5軸CNCの核心的な利点の一つは「ワンタイムクランプ」です。回転テーブルと複数の軸の協調動作を利用することで、部品の全面をワンタイムクランプで加工できます。これは従来のマルチクランプモデルを根本的に変革し、精度、効率、コストに大きな影響を与えます。

回転テーブル: 複数の面から「死角なし」へ

この場合、回転テーブルを用いてワークピースをA軸、B軸、C軸を中心に回転させることができます。角度範囲は通常-120°から120°で、 「フレキシブルロボットアーム」のように動作します。

従来の 3 軸加工セットアップと比較すると、箱形の部品に多方向の角度付き穴を開ける場合は、通常、3 つの個別のクランプ操作が必要になります。5 軸 CNC 回転テーブルを使用すると、ワークピースの角度を調整できるため、手動で回転させなくても、ツールを前面、側面、上面など複数の方向からワークピースにアプローチできます。

精度を飛躍的に向上させる鍵：データム変換エラーの排除

従来のマルチクランプでは、「データム変換誤差」が発生します。クランプのたびにデータムの再設定が必要となり、誤差はクランプごとに蓄積されます。通常、クランプごとに蓄積される誤差は約0.05mmです。

5軸CNC工作機械は、1回のクランプでセットアップできます。データムを1回設定するだけで、すべての加工はこのデータムを参照して行われます。これにより、データム変換エラーが完全に回避され、穴や曲面の輪郭などの重要な形状の相対位置精度が確保されます。

例えば、医療用インプラントを加工する場合、異なる表面の穴の許容誤差を ±0.02mm 以内に制御できます。

図 2: 5 軸加工では、5 軸の同期動作を実現することで製造プロセスが簡素化され、複数のクランプの必要性が減ります。

5 軸 CNC 加工プロジェクトに最適な材料を選択するにはどうすればよいでしょうか?

5軸CNC加工プロジェクトの成功には、材料選定が非常に重要です。材料によって加工特性は大きく異なります。JS Precisionは様々な材料の加工ポイントを熟知しており、お客様に最適な材料ソリューションをご提案いたします。

金属の王様：航空宇宙グレードのアルミニウムとチタン合金

航空宇宙用アルミニウム合金（7075アルミニウムなど）とチタン合金（Ti6Al4Vなど）は、5軸CNC加工において最も一般的な金属ワークピース材料の一つです。これらの材料を加工する場合、 5軸加工には明らかな利点があります。

• 7075アルミニウム：高強度、軽量、引張強度約570MPa。5軸加工により複雑な表面を正確に制御できるため、ドローン部品や航空機ブラケットに適しています。
• チタン合金Ti6Al4V：耐腐食性と耐高温性に優れています。5軸加工による高速切削と冷却の相乗効果により、加工中の変形を抑制し、インプラント医療部品や航空エンジン部品に適しています。

エンジニアリングプラスチックと複合材料：PEEKから炭素繊維まで

PEEKなどのエンジニアリングプラスチックや炭素繊維などの複合材料は、医療分野やハイエンド分野で広く使用されています。これらの材料を5軸CNC加工する際には、以下の点に留意する必要があります。

• PEEK：耐高温性（連続使用温度260℃）、良好な生体適合性。材料の溶融を防ぐため、加工中は切削速度を制御する必要があります（推奨速度：300～500m/分）。
• 炭素繊維:強度が高く、軽量ですが、医療用ステントや高級機器のハウジングに応用するには、加工中に剥離を防ぐためにダイヤモンド工具などの特殊な切削工具が必要です。

5軸CNC部品のコストを最適化するスマート設計：3つの戦略

5軸CNC加工のコストは、設計段階から部品を最適化することで大幅に削減できます。JS Precisionは、予算を抑えつつパフォーマンスニーズを満たすための3つの実用的な方法をまとめました。

戦略1：深い空洞と長い張り出しを避ける

深さが直径の 3 倍を超える深いキャビティや、工具の延長が直径の 5 倍を超える長いオーバーハングは、加工の難易度を高めます。

• 特別な拡張ツールが必要です。 通常のツールよりも 50 ～ 100% 高価です。
• 工具の剛性が低いと振動が発生し、加工効率が 30% 以上低下する可能性があります。
• 精度管理が難しいと、何度もやり直しが必要になり、時間コストが増加する可能性があります。

戦略2：内角の半径を標準化する

不規則な内角半径は工具交換頻度を増加させます。

• ツールを変更するたびにリセットと調整が必要になり、これには約15 ～ 30 分かかります。
• 半径をすべて R1.5 に設定するなど、標準化することで工具の種類を減らし、加工時間を大幅に節約し、加工コストを 20% ～ 30% 削減します。

戦略3：「5軸対応」のドラフト角度を理解する

強力な 5 軸加工機能を備えていても、適切なドラフト角度 (推奨 1 ° -3 ° ) には次のような利点があります。

• 工具とワークの摩擦が減少することで表面品質が向上し、粗さはRa1.6からRa0.8まで低減できます。
• 切削抵抗が低減し、工具寿命が延び、工具交換コストが削減されます。

図 3: CNC 設計で深穴加工を避けることは、優れたプロセス仕様であるだけでなく、コストを管理し、製造の一貫性を確保するための鍵でもあります。

3軸CNC vs. 5軸CNC：精度と性能の究極の対決

3軸CNCと5軸CNCのどちらを選択するかは、部品の加工効果に直接影響します。加工能力と精度に関しては、両者の間に大きな違いがあります。それぞれの適用範囲を理解することで、適切な選択を行うことができます。

文句なしの精度の王者：なぜ 5 軸がスタートラインで勝利するのか?

ワンタイムクランプは、5 軸加工が持つ精度の利点の中核です。

• 従来の 3 軸加工プロセスでは、複数のクランプが使用され、それぞれ約 0.05 mmの誤差が生じ、これが蓄積されて精度を保証することが困難になります。
• 5軸加工のワンタイムクランプにより、アルミ合金部品の許容誤差を±0.025mm以内、チタン合金部品の許容誤差を±0.03mm以内に制御できます。

たとえば、傾斜穴のあるギアボックスを加工する場合、3 軸加工後の穴公差は ±0.1 mm に達する可能性がありますが、5 軸加工では ±0.02 mm に制御できるため、高精度の要件を満たすことができます。

能力ギャップ: 一部の部品は3軸加工では全く加工できない

次の 2 種類の部品は、5 軸加工でのみ加工できます。

• アンダーカット：例えば、内溝のあるハウジングの場合、3軸工具では溝の位置に到達できません。5軸加工では、回転軸の角度を調整することで、工具を溝のより深いところまで到達させることができます。
• 連続した複雑な曲面：インペラやプロペラなどの加工には3軸加工が適しています。単軸加工では複数の曲面を分割する必要があり、接合痕が残ります。5軸CNC加工では連続加工が可能で、滑らかな曲面が得られます。

3軸CNCと5軸CNCのどちらがお客様の部品に最適な選択肢かお知りになりたいですか？今すぐJS Precisionにご連絡ください。お客様の部品の複雑さと精度に合わせて、最も費用対効果の高いソリューションをご提案いたします。

コア機器の公開: 5 軸加工センター用のツールを選択するにはどうすればよいでしょうか?

従来の設備と比較して、 5軸マシニングセンターでは工具要件がはるかに高くなります。適切な工具を選定することで、加工精度と効率を向上させることができます。JS Precisionは工具選定において豊富な経験を有し、専門的なアドバイスを提供いたします。

ショートテーパー工具ホルダーの価値：剛性と振動制御

短いテーパー状のツールホルダー (HSK や CAPTO ツールホルダーなど) は、5 軸加工センターに最適です。

• 従来の BT ツールホルダーには長いテーパーが組み込まれており、高動的動作中に振動が発生しやすく、精度に影響を与えます。
• HSK ツールホルダーはテーパーが短く (通常 1:10)、スピンドルとの接触面積が大きく、剛性が高く、振動を 90% 以上削減できます。
• CAPTO ツールホルダーは多角形インターフェースを採用しており、位置決め精度が高く（繰り返し位置決め精度 ± 0.001mm）、高精度加工に適しています。

工具の長さと直径のバランスをとる技術

5 軸 CNC 加工では、工具の長さと直径のバランスが加工効果に直接影響します。

• 工具が長すぎる場合（直径の5倍を超える場合）、剛性が低下し、振動が発生します。可能な限り、加工対象物に合わせて工具長を最短にしてください。
• 工具径が大きすぎると、部品や治具に干渉する可能性があります。加工エリアのスペースに応じて工具径を選択し、必要に応じてロングネック工具を使用することをお勧めします。

5軸加工センターの工具選定にお困りですか？加工材料と部品構造をJS Precisionにお知らせください。最適な工具ホルダーと工具モデルをご提案し、5軸CNC加工機の価格を抑えながら、加工安定性の向上をお手伝いいたします。

ケーススタディ：5軸CNCがドローンのサーボマウントの重量を40％削減

顧客の悩み

あるドローン会社は、高強度で軽量な金属製サーボマウントを必要としていました。既存の3軸ソリューションには、2つの大きな問題がありました。

• この部品は3つの部品から溶接されており、重量は200グラムあり、ドローンの飛行時間に影響を与えていた。
• 溶接接合部の強度が低く、高高度飛行中に破損しやすく、信頼性が低下していました。

JSプレシジョンソリューション

• 最初のステップはDFM最適化です。当社のエンジニアは、元の3コンポーネント設計を、不要な材料を取り除き、重要な応力領域を維持しながら、統合されたトポロジー最適化構造へと再構築しました。
• 次のステップは5軸加工です。DMG MORI製5軸加工センターとHSKツールホルダー、超硬工具を組み合わせることで、複雑な形状や軽量キャビティの精密5軸CNC加工を1回のセットアップで完了し、機械測定によるリアルタイムの精度モニタリングを実現しました。

私たちの成功の結果

最終製品の重量はわずか120gで、当初のソリューションより40%軽量化されました。引張試験では構造強度が15%向上し、溶接による破損の問題は完全に解消されました。

同時に、組み立て工程の削減により生産効率が50% 向上し、部品の納期が10 日から 5 日に短縮され、顧客の飛行距離が25% 延長されました。

同様の軽量化と効率向上の事例を再現したいとお考えですか？部品の要件を今すぐJS Precisionまでご提出ください。当社のオンラインCNCサービスが製品のアップグレードをお手伝いします。

図4: CNC金属製ドローンサーボブラケット

複雑な部品の製造：JS Precisionの5軸CNC加工サービスが全工程をカバー

JS Precision の 5 軸 CNC 加工サービスは、図面から完成品までの全プロセスをカバーし、各段階で専門的な制御を行って、効率的で正確なプロジェクト配信を保証します。

ステップ1：DFM解析 – 無料の設計最適化コンサルタント

お見積りを提示する前に、弊社の DFM エンジニアがお客様から提供された部品図面を徹底的に検査します。

• 設計をチェックして、キャビティが深すぎる、フィレットが小さすぎるなどの加工上の問題がないか確認します。
• フィレット半径の標準化、ドラフト角度の調整などの最適化の提案。
• 材料選択の合理性を評価し、コスト削減に役立てます。

このステップは完全に無料で、機械加工前に起こりうるリスクを回避するのに役立ち、設計上の欠陥によるやり直しを防ぐことができます。

ステップ2：精密プログラミング – デジタル世界の完璧なプレビュー

プログラミングフェーズでは、MastercamなどのプロフェッショナルCAMソフトウェアを使用します。エンジニアは以下の3つの主要タスクを実行します。

• ツールパス計画:アイドル時間を短縮し、効率を高めることを目的として、部品の構造に基づいて最適なパスを決定します。
• 衝突検出:仮想環境で加工プロセスをシミュレートし、ツールと部品/治具間の衝突の危険性を検出し、事前に必要な調整を行う機能。
• パラメータ設定：材料の特性に応じて切削速度と送り速度を設定します。例えば、Ti6Al4Vチタン合金の加工の場合、切削速度は80～120 m/分に設定されます。

ステップ3：機内測定 - 加工中の品質保護

すべての 5 軸加工センターには、統合された高精度プローブ システムが搭載されています。

• 最初のピースが加工された後、プローブは穴の直径や表面の輪郭などの主要な寸法を自動的に検出し、設計値と比較します。
• 軽微なエラーがある場合、システムは自動的にツールパスを補正し、一連の部品の精度を一定に保ちます。
• この手順には、バッチの欠陥を回避するために、プロセス中に定期的にサンプリング検査を行うことも含まれます。

JS Precisionの5軸CNC加工サービスを試してみませんか？部品図面をアップロードして、DFM解析から完成品の納品まで、完全に透明性と制御性を備えた当社が提供するフルプロセスサービスをご利用ください。

よくある質問

Q1: 5 軸 CNC 加工で達成できる最小許容誤差はどれくらいですか?

JS Precisionでは、ハイエンドの5軸加工センターと温度管理された工場を駆使し、アルミ合金部品で±0.025mm 、チタン合金部品で±0.03mmの精度を実現しています。特殊なご要望には、最大±0.015mmまで対応可能です。

Q2: 5軸CNC加工に適した部品の種類は何ですか?

複雑な曲面、深いキャビティ、斜めの穴を持つ部品、またはインペラ、医療用インプラント、複雑なドローンサポート、精密金型キャビティなど、1 回の成形プロセスで多面的な加工を実行する必要がある部品に最適です。

Q3: 5 軸 CNC 加工のコストは 3 軸よりも大幅に高くなりますか?

そうですね、5軸加工の時給は高く、おおよそ100～150ドル、3軸加工の場合は50～80ドルです。ただし、部品が複雑な場合は、クランプや治具、二次加工が少なくなるため、部品の総コストは最大20～30%削減できます。一方、単純な部品の場合は、3軸加工の方が経済的です。

Q4：「3+2」加工と「同時5軸加工」の違いは何ですか？

「3+2」とは、まず角度を求めてから3軸で加工することを意味します。多面体部品に適しています。「5軸同時加工」とは、5軸すべてが同時に動くことを意味し、連続した複雑な曲面を持つ部品に適しています。JS Precisionは、両方の加工モードを提供します。

Q5: どのようなファイル形式をサポートしていますか?

はい、STEP、IGES、SLDPRT、X_T、PARASOLIDなど、主要なフォーマットをすべてサポートしています。互換性が高いため、STEPフォーマットを推奨します。

Q6: 見積から納品までの一般的な部品のリードタイムはどれくらいですか?

7075アルミニウムやPEEKなどの標準材料の場合、試作段階は3～5営業日、10～50個の小ロット生産は約7～10営業日かかります。明確な納期をご案内いたします。

Q7: 5軸CNCマシンで実行できる後処理操作は何ですか?

アルマイト加工、サンドブラスト加工、電気めっき、塗装、レーザー彫刻など、幅広い後加工サービスをご提供いたします。これにより、複数のサプライヤーとのやり取りをすることなく、機械加工から後加工までワンストップでご提供いたします。

Q8: 機械加工中に品質をどのように確保しますか?

すべての初回検査および工程検査は機内プローブを使用して行われ、生産中のすべての部品が設計基準を満たしていることを確認するために、最終的な品質検証に CMM も利用できます。

Q9: 5 軸 CNC サービス プロバイダーとして JS Precision を選択する理由は何ですか?

当社は、DMG MORI のハイエンド設備、この業界で 10 年以上の経験を持つエンジニア チーム、厳格な品質管理システム、便利なオンライン サービスを備え、信頼性の高い 5 軸 CNC 加工サービスを提供できます。

まとめ

5軸CNC加工は、製造能力をこれまで想像もできなかった新たな高みへと引き上げました。もはや「高度なオプション」ではなく、製品イノベーションと性能の飛躍的向上を追求する現代のエンジニアリング課題に対処するための中核技術です。

JS Precision は、10 年を超える経験、ハイエンドの設備、エンドツーエンドのオンライン CNC サービスを備え、軽量化から効率向上、精度保証から 5 軸加工による製品の真の強化まで、複雑な部品の加工における問題の解決をお手伝いします。

複雑なデザインを紙の上に残さないでください。

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