5軸CNCマシン：基本ガイド

1.概要

工作機械は、その国の製造業のレベルを象徴している。工作機械製造の頂点は、5軸連動数値制御工作機械システムに代表される。

ある面では、その国の産業発展状況を反映している。米国を筆頭とする欧米先進国は、長い間、5軸連動数値制御工作機械システムを重要な戦略資源として扱い、輸出許可制度を実施してきた。

特に冷戦時代には、中国や旧ソ連のような社会主義圏の国々に対して封鎖や禁輸を行った。前世紀末には、日本の東芝が旧ソ連に5軸連動数値制御フライス盤を数台売りつけた「東芝事件」があった。

その結果、潜水艦のプロペラの製造が改良され、アメリカのスパイ船のソナーで探知できないようになった。そのため、アメリカは戦略物資の禁輸措置に違反したとして、東芝に罰則を科した。

マシニングセンタは強力な総合加工能力を持つ。ワークを一度クランプした後、高精度でかなりの量の加工をこなすことができる。

中難度のバッチ部品では、その効率は通常の工作機械の5倍から10倍で、特に通常の工作機械ではできない多くの作業をこなすことができる。特に 複雑な形状 や高精度ユニット、あるいは小規模の多品種生産などである。

現代の製造業では、精密機械加工がますます普及している。精密加工を可能にするハイエンドのCNCマシンと金型は、製造業チェーンの最前線に位置している。金型製品の品質は、CNC機器に大きく左右される。

熾烈な市場競争の中で、製造業は、より短い生産サイクル、より高い加工品質、より迅速な製品の段取り替え能力、より低い製造技術を必要としている。

このような状況に対応するため、ハイエンド製品を採用する製造企業が増えている。 CNCマシン 工具-4軸および5軸加工機。

私たちは、3軸工作機械が直交する3つの移動軸（一般にX軸、Y軸、Z軸と定義される）しか持たず、3方向の直線運動の自由度しか実現できないことを知っている。

そのため、加工工具の軸方向に沿った構造を加工することができる。側面構造のフィーチャーは加工できない。(3軸工作機械では、複数の治具を設計し、何度も取り付け、位置決め、クランプを行わなければならず、加工全体が分解されるため、加工サイクルが長くなり、品質が大幅に低下する)

制限のない工具（またはワークピース）は、空間内に6つの自由度を持つ。現実には 金属切断そのため、ワークと工具の間には大きな切削力と摩擦力が発生する。

ワークの位置が動かないようにするには、クランプして固定する必要がある。5軸CNC加工とは、1つの工作機械に少なくとも5つの座標軸（3つの直線座標と2つの回転座標）を持ち、コンピュータ数値制御の下で同時に調整・加工できることを指す。

5軸連動CNC工作機械システムは、インペラ、ブレード、船舶用プロペラ、大型発電機のローター、タービンローター、大型ディーゼルエンジンのクランクシャフトなどを加工する唯一の手段である。

複雑な表面の加工に特化したハイテク、高精度工作機械であり、国の航空、航空宇宙、軍事、研究、精密機器、高精度医療機器産業などに大きな影響を与えている。

インペラーとは、インパルス蒸気タービンのローターの一部を構成する動翼を備えた車輪と、車輪とそれに取り付けられた回転翼のアセンブリの両方を指す。

蒸気タービン発電機とは、蒸気タービンによって駆動される発電機を指す。ボイラーで作られた過熱蒸気がタービンに入り、膨張して仕事をし、羽根を回転させる。

作業後の使用済み蒸気は、復水器、循環水ポンプ、復水ポンプ、給水加熱装置などを経て、再利用のためにボイラーに戻される。

5軸

標準座標系は右手直交座標系である。基本座標軸は3つの直線軸である：これらの各直線軸に対応する回転軸をそれぞれA、B、Cと表す。

5軸CNC加工とは、少なくとも5つの座標軸（3つの直線座標と2つの回転座標）を持ち、コンピュータ数値制御システムの制御下で加工のための協調動作を行うことができる工作機械を指す。

の「軸」である。 a CNC 工作機械は運動軸を示し、これは座標におけるXY軸のような空間座標軸とも考えられ、各運動軸は独立したコントローラとモーター駆動システムを持つ。

つまり、CNC工作機械は、主軸を除く5つのサーボ軸が同時補間（5つのサーボ軸が同時に動いて1つの部品を加工すること）できる。

構造品種

5軸 CNC工作機械 ワークテーブル傾斜型、主軸傾斜型、ワークテーブル/主軸傾斜型の組み合わせの5軸加工機である。

5軸CNC工作機械:

• 傾斜作業台タイプ
• 傾斜スピンドル式
• 傾斜ワークテーブル/スピンドルタイプ

傾斜作業台タイプ

これは傾斜作業台タイプを指す。機械ベッド上に設置された作業台は、A軸と定義されるX軸を中心に回転することができ、通常+30度から-120度の範囲で動作する。

また、作業台の中央には回転テーブルが設置されており、C軸と定義される描かれた位置のZ軸を中心に回転することができるため、360度の完全な回転が可能である。

A軸とC軸の組み合わせにより、作業台に固定されたワークの底面を除く5面を、立主軸で加工することができる。

A軸とC軸の最小割り出し角度は通常0.001度で、ワークピースを任意の角度で細分化できるため、傾斜面や穴の加工が可能です。

A軸とC軸をXYZリニア軸と協調させると、複雑な空間サーフェスを加工することができる。もちろん、ハイエンドの数値制御システム、サーボシステム、ソフトウェアのサポートが必要だ。

このセットアップの利点は、比較的シンプルなスピンドル構造で剛性に優れ、製造コストが低いことだ。

しかし、一般に作業台はあまり大きく設計できず、特にA軸の回転が90度以上の場合、ワークの切断によって作業台に大きな負荷トルクがかかるため、その耐荷重はある程度制限される。

傾斜スピンドルタイプ

傾斜主軸タイプは、主軸の前端に回転ヘッドを備え、この回転ヘッドが独立してZ軸を中心に360度回転し、C軸となる。

回転ヘッドには、X軸を中心に回転できるA軸もあり、通常は±90度以上を達成し、前述の同じ機能を実現する。

このセットアップの利点は、主軸加工において柔軟性を提供することである。ワークテーブルを大規模に設計することができるため、このようなマシニングセンタで巨大な航空機ボディやエンジンケーシングを加工することができる。

もう一つの大きな利点は、表面加工にボールノーズエンドミルを使用することである。工具の中心線が加工面に対して垂直の場合、ボールノーズエンドミルの先端の線速度はゼロとなり、先端切削による仕上げ面の品質が悪くなる。

しかし、工作物に対して主軸を斜めに回転させる回転主軸設計を採用することで、ボールノーズエンドミルは先端切削を回避し、一定の線速を確保し、表面加工品質を向上させる。

この構造は、回転ワークテーブル型マシニングセンタでは困難な、金型の高精度な表面加工に大きな威力を発揮する。

高い回転精度を達成するために、ハイエンドの回転軸には円形格子スケールフィードバックシステムが装備され、数秒以内の割り出し精度を可能にしている。

当然ながら、このタイプのスピンドル回転構造はより複雑で、製造コストもそれに応じて高くなる。

ワークテーブル/スピンドル傾斜タイプ

回転軸の一方はスピンドルヘッドの工具側にあり、もう一方はワークテーブル側にある。この 工作機械の種類 A軸、B軸、C軸を自由に組み合わせることができる。

ワークテーブル/主軸傾斜型工作機械の多くは、B軸とC軸を中心に回転するワークテーブルを組み合わせた構成になっている。この構造配置はシンプルで柔軟性があり、主軸傾斜型とワークテーブル傾斜型の両方の長所を兼ね備えている。

このような機械の主軸は水平または垂直に回転することができ、ワークテーブルは位置決めのために割り出しを行うだけでよいため、垂直および水平変換が可能な3軸加工センターとして構成することが容易である。

主軸の向きを変換し、ワークテーブルの割り出しと組み合わせることで、ワークの五面体加工が可能になる。その結果、製造コストを抑え、実用的な実用性を実現します。

5軸CNC加工の応用

5軸連動マシニングセンタは、複雑で多数の加工を必要とする部品の加工に最適です。

これらの部品には、様々な種類の従来型の工作機械や、数多くの 切削工具 また、成功させるためには何度もセットアップや調整が必要になることが多い。

1.エンクロージャー型コンポーネント

エンクロージャー・タイプの部品は、一般的にマルチステーション穴加工と平面加工を必要とし、高い公差が要求される。

特に、形状公差と位置公差はかなり厳しい。

これらの部品は通常、フライス加工が施される、 ボーリングリーマ加工、ボーリング加工、ブローチ加工、ねじ切り加工など、多数の工具を必要とする。標準的な工作機械では、複数のクランプとアライメントが必要なため、加工精度を保証するのが難しい。

筐体型部品の加工では、水平4面を加工するためにワークテーブルを複数回回転させる必要があるため、横型マシニングセンタの使用が適している。

2.複雑な表面

複雑な表面は、機械製造、特に航空宇宙産業において重要な役割を担っている。複雑な表面を従来の機械加工法で製作することは、不可能ではないにせよ、困難である。

このような複雑な表面部品には、さまざまなインペラ、球面形状、さまざまな曲面成形グラインダ、プロペラ、水中ビークルのプロペラ、その他の自由曲面が含まれる。これらのコンポーネントは、5軸マシニングセンターで加工するのが最も効果的です。

フライスカッターは、球面を近似する包絡面として機能する。マシニングセンタで複雑なサーフェスを加工する場合、プログラミングの作業量は相当なものになり、ほとんどの作業で自動プログラミング技術が必要になります。

3.不規則な部分

非定型形状を特徴とする不規則な部品は、点、線、面が混在したマルチステーション加工を必要とすることが多い。このような部品は一般的に剛性が低いため、以下のような制御が難しい。 締め付け 変形を抑え、加工精度を保証する。

実際、部品によっては従来の工作機械では加工が難しい部分があります。マシニングセンタで加工する場合は、シングルクランプやダブルクランプなど、適切な技術的手段を採用するのが賢明です。

点、線、面を含むマシニングセンタのマルチステーション、複合加工機能を活用することで、複数またはすべての加工手順を完了することができます。

4.フランジ部品

フランジ付き部品、キー溝付き部品、ラジアル穴付き部品、または一連の分散した穴を持つ端面、フランジ付きブッシュのような湾曲したプレートまたはシャフト部品、キー溝付きまたは四角い端面を持つシャフト部品、さまざまなモーターカバーのような広範な配列の穴を持つプレート部品。

縦型マシニングセンタは、端面に穴が分布しているディスク部品や曲面部品に適しており、横型マシニングセンタは放射状の穴がある部品に適している。

5.特殊加工

マシニングセンターの機能をマスターした後、適切な治具と専用工具を組み合わせることで、特殊な技術的作業を行うことができる。

これには、金属表面に文字、線、パターンを彫刻することが含まれる。マシニングセンターの主軸に高周波スパーク電源を取り付けることで、リニアスキャンを行うことができる。 表面硬化 金属表面の

さらに、マシニングセンターに高速研削ヘッドを装備することで、低モジュラスのインボリュート円錐歯車やさまざまな曲線や曲面の研削が可能になる。