5 軸 CNC 加工により、わずか 48 時間で複雑な曲面部品を製造できるのはなぜでしょうか?

現代の製造業の競争環境において、複雑で高精度な部品を迅速に生産する能力は、重要な差別化要因となります。航空宇宙、医療、自動車、電子機器など、幅広い業界では、複雑な曲面を持つ精巧な部品の需要がますます高まっています。

従来の3軸CNC加工は、単純な形状には効果的ですが、これらの課題に直面した際にはしばしば不十分となり、複数回のセットアップ、リードタイムの​​延長、精度の低下につながります。ここで、 5軸CNC加工の変革力が際立ちます。

図1. 主要産業における曲面部品の成長傾向

5軸CNC加工の根本的な利点は、切削工具またはワークピースを5つの異なる軸に沿って同時に移動できることにあります。これは、X、Y、Z軸に沿った直線運動に限定される従来の3軸加工を大きく凌駕するものです。

2 つの回転軸 (通常は A (X 軸を中心とした回転) と C (Z 軸を中心とした回転)、または B と C と表記) を追加することで、比類のない柔軟性が得られ、事実上あらゆる角度からワークピースにアクセスできるようになります。

図2、運動学的比較：3軸と5軸

ハードウェアは物理的な機能を提供しますが、動作を調整するのはソフトウェアです。高度なCAMソフトウェアは、以下の機能を使用して、3D CADモデルを最適化されたGコードに変換します。

●スムーズな工具角度遷移のためのベクトル場ベースの計画

● 自動フィーチャ認識（平面、ポケット、自由曲線）

● リアルタイムの送り速度調整により、一定のチップ負荷を維持します。

● 急激な方向転換を避けるための先読みアルゴリズム

図3. ツールパスのスムージングと先読みの図解

3.1 スワーフ（フランク）フライス加工

カッター側面を使用して、タービンブレードなどの長い規則面を加工します。優れた表面品質を維持しながら、1 回のパスで大量の切削を行います。

3.2 ダイナミックコンボ加工

荒加工、中仕上げ、仕上げを 1 つの連続したツールパスに組み合わせ、切削パラメータをリアルタイムで動的に調整して、ツールの変更を最小限に抑えます。

3.3 アダプティブクリアリング+レスト加工

積極的な荒加工のために一定のエンゲージメントを維持し、その後、小さなツールで残りの材料を自動的に除去して、高速仕上げの準備を整えます。

図4. 適応戦略後のサイクルタイムの内訳

● 機械群: 100台以上の同時5軸センター

    ● スピンドル速度:最大15,000 rpm、HSK-A63インターフェース

    ● 回転精度: ±0.005 mmの位置決め

    ● ツールチェンジャー: 20 個以上のポケット、3 秒のチップツーチップ

    ● ソフトウェア:統合CAM + デジタルツイン検証

図5. 現場レイアウトとデジタルツインのスクリーンショット

チャレンジ

● 部品：ヘリカルギアセット、高強度合金鋼

● 許容差: 歯形と穴の±0.05 mm

● 締め切り: 水曜日午後→金曜日午前

解決

アダプティブ荒加工、スワーフ仕上げ、機上バリ取りを組み合わせたシングルセットアップ5軸プロセス。全サイクル時間：11時間36分。

結果

3時間早く納品。表面仕上げRa 0.4μm、全寸法が許容範囲内。お客様は予定通り検証テストを開始。

図6. 加工前と加工後のギア

当社では、同時 5 軸モーション、インテリジェントなツールパス アルゴリズム、専用の加工戦略を統合することで、精度や表面品質を犠牲にすることなく、リード タイムを数週間から 48 時間に定期的に短縮しています。

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