5軸CNC加工サービス：知っておくべきことすべて | JS Precision

5軸CNC加工サービスは、航空宇宙産業の複雑なインペラ、ロボット関節の精密キャビティ、バイオメディカル製品の不規則構造など、複雑なインペラ、精密キャビティ、不規則構造の加工において発生する問題を解決する中心的なソリューションです。これは、機械加工の限界を超える柔軟性と精度を備えた技術です。

ただし、5 軸 CNC 加工は単なる機械の改良ではなく、設計から納品までの全体的なプロセス最適化システムです。

このホワイト ペーパーは、技術的な分析だけでなく、5 軸 CNC 加工の利点がコンポーネント機能の向上、総所有コストの削減、市場投入までの時間の短縮という形で実現される様子を示す価値マップとしても機能します。

コア回答表

主な結論:

1. 人的介入が少ないため精度が向上： 1 回のセットアップで、繰り返し位置決めエラーが発生しない高精度 5 軸 CNC 加工の許容レベルが確保されます。

2. 実際のコストは総所有コスト (TCO) に基づきます。5軸マシンの時間当たりのコストは確かに高くなりますが、プロセス、固定具、スクラップを削減することで得られるメリットは、3 軸加工の追加コストを上回る場合が多くあります。

3. 成功には付加製造のための設計 (DFAM) が必要:設計段階での部品の配置、切削工具のアクセス性に対するアプローチ、および切削技術の最適化により、5 軸加工機能が最適に活用されます。

4. 専門サプライヤーが必要：繊細な部品には、エンジニアの専門知識とプロセスノウハウが必要です。JS Precisionは、試行錯誤のリスクを排除します。

JS Precisionの5軸CNC加工サービスをお選びください：複雑な製造ニーズを満たすために

5軸CNC加工の分野では、経験が最も貴重です。JS Precisionは12年間この分野に携わり、航空宇宙、医療機器、産業用ロボット、光学機器など、4つの高精度産業において、6,000件を超える複雑な部品加工ソリューションを提供してきました。

航空機メーカー向けにはタービンブレードを±0.008mmの精度で加工し、病院向けには整形外科機器の複雑な表面成形を、ロボットメーカー向けには手首を一体化したリストユニットを製造してきました。

これらの事例には、チタン合金、耐熱合金、エンジニアリングプラスチックなどの機械加工が含まれており、薄肉部品、深空洞部品、特殊形状部品の機械加工に関する社内専門知識が蓄積されています。

国際規格ISO 13041-4:2004 「CNC 工作機械の精度評価 - パート 4: 5 軸リンク工作機械」の加工一貫性の要件に従い、当社のプロセス安定性はこの規格によって認定されています。

このガイド内の各ポイントと各データ セットには実践的な経験が裏付けられており、空虚な理論はなく、経験だけに基づいています。

当社の技術がお客様の複雑な部品に適しているかどうかを評価してみませんか？今すぐ部品の要件をお知らせください。JS PrecisionがISO規格への準拠における実現可能性を無料で分析いたしますので、安心して5軸CNC加工サービスをお選びいただけます。

潜在能力を解き放つ: 5 軸 CNC 加工サービスはどのように機能するのか?

5 軸 CNC 加工サービスの背景知識は複雑ではなく、次のような理解が必要です。

3 軸加工は、固定角度で壁を塗装することに似ており、平面のみに制限されますが、 5 軸 CNC 加工は人間の腕に似ており、上下左右に動かすこともできます (XYZ 直線運動)。また、手首と肘を回転させることもできます (AC または BC 回転運動)。そのため、「ブラシ」を「壁」のどの角度にも接触するように配置できます。これが、複雑なコンポーネントを扱うための本質です。

コアモーション解析：XYZ直線軸とAC/B回転軸の組み合わせの魔法

5 軸工作機械では、回転運動と直線運動を組み合わせることで基本的な利点が実現され、次の 2 つの構成が提供されます。

• 回転テーブル構成：ワークは回転テーブル（A軸回転、C軸回転）上に設置され、切削工具は固定されています。小型・中型の多面加工に適しています。
• 旋回ヘッド構成：旋回ヘッド構成では、切削工具は旋回式主軸ヘッド（B軸旋回、C軸回転）に取り付けられ、ワークは固定されています。大型ワークの複雑な曲面加工に適しています。

どちらも、側面、アンダーカット、さらには背面からでもツールがワークピースに簡単にアクセスできるため、3 軸加工で一般的に使用されるベベルやその他のアクセスが困難な領域の加工に最適です。

CADから切削加工まで：デジタルツインとツールパスプランニングの重要な役割

5軸CNC加工の特殊な加工には、高度なCAD/CAMソフトウェアのサポートが必要です。デジタルツインを作成するためにインポートされた3D CADモデルでは、工具長や切削角度などの要素を考慮し、衝突のない連続パスを計画します。仮想シミュレーション段階では、衝突回避の問題やオーバーカットの問題を特定します。

JS Precision の CAM プログラミング チームは、平均 8 年以上の経験と、複雑なコンポーネントのパスを最適化する能力を誇ります。

飛行機を超えて：5軸CNC加工と3軸CNC加工の精度優位性対決

同じ複雑な部品を加工する場合、5 軸 CNC 加工と 3 軸 CNC 加工の精度の差はかなり大きくなります。

3 軸加工では、各方向の位置決め誤差を含め、セットアップと方向の変更が必要ですが、5 軸 CNC 加工プロセスでは、±0.01 mm を超える位置精度と 30% 以上向上した輪郭精度の使用を含め、最短の許容差チェーンで単一の方向内ですべての加工を実行します。

ASME B5.54-2020規格「CNC工作機械およびマシニングセンターの性能評価規格」によれば、5軸マシンセンターの空間位置決め精度は±0.015mm/mの規格を満たす必要があり、当社のマシンはすべてこの規格に合格しています。

累積エラーの終結点: 「最初から正しく行う」ことがなぜより正確なのか?

3軸加工における不精度の主な原因は、複数の段取り工程です。段取り1回あたりの位置決め誤差が±0.005mmと仮定すると、4回の段取りによる誤差の累積は最大±0.02mmに達する可能性があります。一方、5軸加工では段取りは1回のみで済むため、位置決め誤差は問題になりません。

当社の実験によると、3 つの交差穴を持つ立方体部品を加工する場合、3 軸加工の同軸度の値は 0.035 mm ですが、5 軸加工では 0.008 mm となり、精度が 77% 向上することが確認されています。

表面品質の飛躍的向上 - 連続したツールマークと最適な切削条件

同時5軸加工により、工具側面が常に最適な角度で曲面に接触するため、ワークには常に一定のツールマークが残ります。面粗さRa値はわずか0.8μm以下なので、研磨作業が少なく、一部部品では完成品も可能です。

5軸CNC加工と3軸CNC加工の精度の違いについて詳しく知りたいですか？ 弊社のテスト比較マニュアルをご希望の方は、お問い合わせください。このマニュアルには、精度情報と各種部品の表面仕上げの写真が掲載されており、お客様の意思決定に役立ちます。

図 1 3 軸加工ではワークの表面に工具跡やバリが残る場合がありますが、5 軸加工ではより滑らかな表面を実現できます。

複雑性への投資：5軸CNC加工コストを決定する主な要因

お客様から5軸CNC加工のコストに関する懸念が寄せられていますが、コストは主に計画と加工要件によって異なります。コストの透明性は、合理的な設計の策定と追加費用の削減に役立ちます。また、複雑な部品の5軸加工コストは、形状の複雑さ、材料、公差などによって異なります。

主なコスト要因: プログラミング時間、加工サイクル、材料

5軸CNC加工のコアコンポーネントのコスト：

• プログラミング時間コスト：複雑な部品のルート計画には、上級エンジニアが数時間から数日を要します。深いキャビティやアンダーカットのある部品では、衝突のシミュレーションを何度も行う必要があり、この労力が見積もりに影響を及ぼします。
• 加工サイクルコスト： 5軸NC工作機械の切削速度は3軸工作機械より遅くはありませんが、複雑な曲面をノンストップで加工するには時間がかかり、機械時間あたりの価格は3軸工作機械の1.5～2倍になります。
• 材料費:チタン合金などの特殊材料は通常の鋼鉄よりも 3 ～ 5 倍高価であり、加工性が低いため加工時間もさらに長くなります。

設計と支出の最適化：連携とその重要性

設計の最適化により、大幅なコスト削減が実現できます。

たとえば、顧客の部品の内角半径は 0.5 mm で、特殊なマイクロツールと 8 時間の処理サイクルが必要でした。当社では、従来のツールでこれを 1.5 mm に改善し、サイクルを 3 時間に短縮し、コストを 40% 削減することを提案しました。

適切な寸法（5:1 の比率を超えない）でアスペクト比を改善すると、適切なブランクの選択とは別に、コストを削減するのに役立ちます。

複雑な部品の高精度なモデリングを実現しながらコストを削減したいとお考えですか？JS Precisionに設計プランをご共有いただければ、当社のエンジニアが5軸CNC加工のコスト削減に役立つ無料アドバイスをご提供いたします。

5 軸 CNC 加工コストで全体的な経済性を向上させるにはどうすればよいでしょうか?

多くの人は、5軸工作機械の高時給に目が行きがちで、そのプロセスコスト全体のメリットを無視しがちです。5軸CNC加工のメリットは、精度と効率性だけでなく、総所有コスト（TCO）の削減にも表れます。複雑な部品の全体的な経済性は、3軸加工をはるかに上回ります。

直接コストの削減：備品、労働時間、床面積

5 軸加工システムは、次の方法でコストを直接削減します。

• 設備コストの削減: 3 軸加工では、設計と製造に数千ドルかかる複雑な治具がいくつか必要です。5 軸加工では汎用の治具が必要であり、コストは 70% 以上削減されます。
• 人件費の削減:さまざまなプロセスを統合する際に、一部の部品に 3 軸マシンで 3 つのプロセスが必要な場合でも、それらのプロセスすべてを 5 軸マシンで一度に実行できるため、効率が 40% ～ 60% 向上します。
• フットプリントの削減: 1 つの 5 軸ユニットで 2 ～ 3 個の 3 軸ユニットを置き換えることができるため、作業場のスペースと設備投資を削減できます。

間接的な価値向上：設計、加速、リスクの簡素化

5 軸加工には、次のような大きな間接的なメリットもあります。

• 設計の簡素化:複数の部品を 1 つの構造に組み立てることで、組み立てコストとコネクタのコストが削減され、剛性が向上します。
• 納期の短縮:生産時間サイクルが30% ～ 50% 短縮され、顧客が市場機会を迅速に活用できるようになります。
• リスクの低減:シングルクランプにより、オペレーターによるエラーが排除され、初回品目の成功率が98% 以上になります。

ミクロンスケールへの挑戦：厳格な5軸CNC加工公差によるシステムエンジニアリングの実現

5軸CNC加工における厳格な公差（例えば±0.01mm）を達成するには、高精度の工作機械だけでは不十分です。これは複数の段階を含むシステムエンジニアリングであり、 JS Precision は、複雑な部品の 5 軸加工に必要な許容誤差が維持されることを保証する包括的な保証システムを導入しています。

工作機械は基礎に過ぎない：熱安定性、校正、そして工具管理

高精度加工の鍵は、安定した動作と設備の状態にあります。

• 恒温作業場。温度による膨張・収縮を抑えるため、 20±0.5℃に保たれています。
• 定期校正:レーザー干渉計による四半期ごとの校正と月ごとの迅速な検証により、工作機械の精度を確保します。
• ツール管理:クランプ精度が 0.002 mm 未満の油圧式または焼きばめ式のツール ホルダーを使用し、継続的な監視を可能にするツール摩耗インジケータを備えています。

プロセスとプログラミングの本質：特定の障害に対抗するための専門的なアプローチ

さまざまな複雑なコンポーネントには、特殊な処理戦略が必要です。

• 薄肉部品の加工:低い切削力係数、複数の小さな材料除去カット、および変形を低減するサポート デバイス。
• 深穴加工:長いホルダーとダイナミックミリングを使用して振動を抑制し、加工パスを最適化してエラーを防止します。
• 切削順序:仕上げの前に荒削り、内部の前に外部、二次フィーチャの前に主要フィーチャ、荒加工の後に応力除去。

5軸CNC加工の許容誤差にミクロンレベルの精度が必要ですか？JS Precisionのプロセス診断専門家にプロセス診断サービスをご利用ください。当社のチームが、お客様の複雑な部品の5軸加工に最適な精度保証プランをご提供いたします。

図 2 CMM プローブが加工バイスに固定された金属ワークピースを測定しています。

複雑性の克服：複雑な部品の5軸加工における特有の課題と対策

複雑な部品の5軸加工は、インペラ内の狭い空間、渦殻内の複雑な流路、薄肉部品の変形など、しばしば極めて困難な課題に直面します。これらの領域では、高い加工精度、加工速度、そして安定性が求められますが、5軸加工サービスはこれらの問題を解決します。

ツールとワークの「ダンス」：衝突を回避するインテリジェントなツールパス

複雑な部品の加工において、衝突は大きなリスクの一つです。CAMプログラミングでは、「レイヤードカット＋パス最適化」による完全な3Dモデル（ワークピース、治具、工具、スピンドル）を提供し、狭い箇所では短刃工具やカスタマイズされた工具ホルダーを使用することで、衝突のリスクを完全に排除します。

強度と精度の確保：加工時の変形と振動

複雑な部品は変形や振動を起こす可能性があります。当社では以下をご提供しています。

• 変形制御:増分荒削りと仕上げ、荒削り後の応力緩和、仕上げ時の小さな切削量と高いスピンドル速度。
• 振動制御:高剛性の工作機械とカッター、切削パラメータの最適化、深い空洞や細長い構造用のツールホルダーの振動ダンパー。

図 3: 5 軸は、インペラ、整形外科用インプラント、射出成形金型、航空宇宙用ブラケットなどの複雑な形状の部品の加工に適しています。

ロボットアーム向け5軸CNC加工の主な特徴

ロボット産業の基本コンポーネントに関する要件は、軽量、強固、精密、単一プラットフォームでの設計へと高まっています。ロボットアームの 5 軸 CNC 加工は、これらすべての要件を完璧に満たしており、最も採用されているソリューションとなっています。5軸 CNC 加工の利点は、この分野で特に顕著です。

統合加工のパラダイム：複数のアセンブリから単一の複雑な部品へ

従来のロボット部品は主に組み立てられた構造で、 重量が重く、剛性が不十分で、累積誤差が大きい。

5軸加工により、一体成形が可能になります。例えば、従来は9つの部品で構成され、重量2.5kgだったロボットの手首部品は、単一の部品で同等の部品を製造できるようになり、機械全体の重量はわずか2.1kgになり、剛性は40%向上します。

精度が重要：重要なベアリングシートとトランスミッションインターフェースの精度

ロボット関節のベアリング座やギア固定面といった重要部品には、非常に高い精度が求められます。具体的には、ベアリング穴の同軸度は±0.01mm以内、端面の垂直度は0.005mm/m以内です。5軸シングルクランプを使用することで、これらの部品の幾何学的誤差に関する位置決め精度を確保しています。

統合度が300%向上し、コストが28%削減：協働ロボット用リストモジュールの統合インテリジェント製造

ロボットアームの5軸CNC加工に関しては、5軸CNC加工サービスの価値が総合的に発揮される非常にわかりやすい分野です。

顧客の問題

ある顧客は、協働ロボット用の新世代のコンパクトなリストモジュールを開発していました。当初のソリューションでは、9個のアルミニウム部品が組み立てられていましたが、これらの部品には3つの問題がありました。

ベアリング穴の同軸度はわずか0.03mmで、正確な動作を実現するのが難しく、内部の配線が乱雑で問題や故障が頻繁に発生し、接続部品の重量と慣性モーメントが増加して動的応答速度が低下していました。

JSプレシジョンソリューション

当社のエンジニアリング チームは顧客と緊密に連携して、次のような包括的なソリューションを提供しました。

トポロジー最適化設計：有限要素解析を実施することで、9つの部品の機能を1つに統合しました。高精度なセンサー取り付け用キャビティ、軽量キャビティ、そして一体型ケーブルチャネルを単一の部品に直接機械加工することで、軽量でありながら十分な強度を確保しました。

5軸精密成形： 5軸加工センターを使用することで、すべての取り付け面、曲面、内部部品までを加工しました。 1 回のクランプ操作で完了するため、組み立てエラーの可能性がなくなります。

プロセス最適化:アルミニウム板の加工品質を考慮して適切な切削工具と加工パラメータを選択し、高速切削加工技術を使用しました。

最終的な成功結果

完全に統合されたインテリジェント製造により、全体的なアップグレードが実装され、部品数が 9 個から 1 個に減少し、統合が 300% 強化され、重量が 18% 軽減され、柔軟性が 40% 向上しました。ベアリング穴の同軸度の値は 0.008 mm で、全体的な製造コストが 28% 削減され、組み立てサイクルが 80% 短縮されました。

ロボットアーム向け5軸CNC加工の成功事例について詳しく知りたいですか？業種と部品の種類をご入力いただければ、JS Precisionが類似事例の詳細を共有いたします。

図4 中空手首型コンパクトロボット

よくある質問

Q1: 5 軸加工は 3 軸加工の代わりになりますか?

完全にそうではありません。5軸加工は難度の高い部品向けに開発されており、多面体や深穴部品など、3軸加工では難しい複雑な形状にも対応できます。しかし、単純な平面や穴の形状であれば、3軸加工の方が経済的で適切だと考えられます。

Q2: 5軸加工では±0.025mmの公差を実現できますか？

極めて高い信頼性。JS Precisionの恒温工場、精密工作機械、そして専門的なプロセス保証により、 5軸CNC工作機械の公差は+/-0.025mmの標準精度を実現し、さらに高精度な要件も容易に満たすことができます。

Q3: プログラミング時間はかなり長くなると予想されますか?

5軸プログラミングは確かに3軸プログラミングよりも時間がかかりますが、プログラミング作業を効率的に行うには、経験豊富なエンジニアと成熟したプロセスライブラリが不可欠です。実際、加工と組み立てのターンアラウンドタイムを短縮できることからも、プログラミング作業を行うことのメリットは明らかです。

Q4: 部品の加工ソリューションに関するコンサルティングは提供していますか?

はい、もちろんです。これは当社の基本サービスの一つです。3Dモデルと加工要件をご提供いただければ、製造実現可能性分析と最適化を無料でご提供いたします。これは、5軸加工のエキスパートチームが担当いたします。

Q5: 5軸加工技術は小ロット生産（

非常に適しており、5軸加工では複雑な加工は不要で、他の加工工具を使用することなく、プログラムスイッチオフ機能を使用して部品を簡単に交換できます。複雑な設計の部品を少量生産する場合、最も効果的な加工技術です。

Q6: 弊社の業界（例：医療/光学）で同様のプロジェクトに携わったことがありますか?

当社は、航空宇宙産業、医療産業、ロボット工学産業、光学産業など、様々な高精度産業において、様々な部品の加工実績と経験を有しています。お客様の業種をお知らせいただければ、参考となる非機密扱いのケーススタディをご提供いたします。

Q7: 中国で 5 軸加工プロセスを完了するには、物流と通信は便利ですか?

非常に便利です。組織として、当社は専門的なプロジェクト管理チームを擁しており、インスタントメッセージを通じて進捗状況を常に把握しています。さらに、信頼できる物流会社と連携し、部品の安全かつタイムリーな配送を保証しています。

Q8: 5 軸加工プロジェクトを開始するにはどうすればよいですか?

部品の3Dモデル、必要な材料、許容範囲、数量をお送りください。当社の専門チームが、工程分析レポート、お見積もり、納期を迅速にご提示いたします。その後、プロジェクトを開始いたします。

まとめ

5 軸 CNC 加工サービスは、実現不可能なハイエンド技術ではなく、複雑な加工の問題を解決し、総コストを削減し、製品の競争力を高めるための実用的なツールです。

干渉を抑えながら高精度を実現し、インテリジェントなプロセスで複雑な構造を克服し、包括的な連携を通じて経済効率を高めます。航空宇宙、医療機器、ロボットなど、あらゆる高精度産業において、JS Precisionは5軸加工の専門サービスを提供いたします。

今日のデザインの可能性を検討してみましょう:

複雑な部品の3Dファイルをお送りいただければ、 3Dファイルに基づいた部品の製造可能性に関する無料レポートと、5軸加工のエキスパートが作成する透明性のあるお見積もりをお送りいたします。革新的な設計を競争力の高い製品へと変えるために、ぜひご協力ください。