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生産設備や装置の設計者さん向けに、"タメになる"部品設計の秘訣について、製造現場目線で情報を共有させていただくシリーズの第7回です。 今回は、現在の切削加工技術の中で、最新とも言える「5軸加工」についてご紹介していきます。機械部品の設計や製造をしている人であれば、1度は耳にしたことがあるのではないでしょうか。 5軸加工とは、5軸加工に対応したマシニングセンタによる切削加工を意味します。このようなマシニングセンタは、通称「5軸加工機」とか「5軸マシニングセンタ」とも呼ばれます。 通常のマシニングセンタはX、Y、Zの3軸にしか動きませんので、「3軸加工機」とも呼ばれます。それに対し5軸加工は、3軸加工機だと手間取る段取り替えを省略して工程短縮ができたり、3軸加工機にはできない加工ができたり、といったメリットがあります。 1. 3軸加工機と5軸加工機の違い それでは、3軸加工機と5軸加工機はどこがどのように違うのでしょうか。まずは、構造的な所から見ていきましょう。 図1-1が3軸加工機と5軸加工機の内部エリアの外観です。3軸加工機は、今までもご紹介してきたように、ワークを固定するテーブルと主軸から構成されます。 テーブルに対して、主軸が左右方向(X軸)、前後方向(Y軸)、上下方向(Z軸)の3軸方向に動くことができます。主軸にエンドミルが取り付けられ、回転しながら3軸方向に自由に動いてワークを削っていくわけです。これにより、3次元加工も含めた様々な形状を実現できることは既にご説明した通りです。 ・ 3次元加工については、こちらの記事をご参照ください: 第4回 3次元加工の世界へようこそ!
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5 軸加工との良い距離感とは? 今回は現在における切削加工の最新技術である5軸加工についてご紹介しました。5軸加工についてのメリットとデメリットをまとめてみましょう。 <メリット> 段取り回数を省略でき、工程短縮によるコストダウン、加工精度向上が見込まれる 刃物の突き出し量を短くしたり、回転中心以外で削れるため表面をきれいに仕上げたりすることができる 刃物の突き出し量を短くすることでしかできない形状を実現できる インペラなど同時5軸加工でしか削れない製品を実現できる <デメリット> 構造上、重切削に向いていない(場合により3軸加工機との併用が必要) 加工機の大きさに対して、取り扱えるワークサイズが小さい 必ずしも加工精度が良いわけではない 加工賃は割高となる 必ず1面は加工できない部分があるため別工程での加工が必要 5軸加工を意識した設計も良いと思いますが、是非これらのメリットとデメリットを考えたうえで設計に反映していただけると良いと思います。 5軸加工機は1台で全ての工程を効率的にできる万能加工機でも、3軸加工機の完全上位互換機でもありません。5軸加工機特有の課題もあることをご理解いただき、適切な距離感で上手にご利用いただければと思います。 [LINK]
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0となります。本来L/D≦5とすべきところに対して、突き出し量が大きすぎるということですね。このまま削ってしまうと、全体的にガサガサとした表面になったり、場合によっては加工中に刃物が折損してワークを損傷させたりしてしまうかもしれません。 5軸加工機で加工する場合は、ワークを都合の良い角度に傾けることができますので、図3-6(2)のようにホルダが干渉する心配なく、突き出し量を小さくすることができます。 これにより、3軸加工では加工できない形状を作り出すことができます。あるいは、突き出し量を小さくすることで、表面をきれいに仕上げることができるようになります。 図3-6 L型ブロックの加工方法比較 また、ボールエンドミルの先端は回転速度がゼロです。つまり、回転中心付近は本来は切削する力がほとんどないのです。それを無理やりワークに押し付けて削っていくわけですね。5軸加工によってワークを傾けてエンドミルを当てると、この回転速度ゼロの部分をワークに当てずに済みます。 つまり、切削力のある部分でワークを削れるため、表面をきれいに仕上げることができるというメリットもあるのです。 4. 同時5軸加工って何ができるの?
心間 心間とは、 主軸端面から心押し台先端までの距離のことをいい、 加工できる最大長さの目安 となります。 ただし、実際には主軸にチャックと呼ばれる素材を把持する治具を取付けるため、心間長さと加工できる長さは変わります。加工できる最大長さを表す指標であり、振りと同じく機械の大きさの目安となります。 心間(主軸端面から芯押し台先端までの距離) 2-3. その他の確認ポイント NC旋盤を選定する上で、振り、心間は重要な項目ですが、それ以外にも代表的な項目として下記が挙げられます。 ■対象ワークの範囲 ■目標加工時間 ■加工範囲・図面公差・幾何公差の確認 ■チャッキング ■機械サイズ ■生産個数 ■主軸、ミーリング最高回転数 ■工具本数 ■機械ストローク ■モーターパワー・推力 ■搭載オプション ■価格 生産個数、目標サイクルタイムによっても生産効率の良い機械を選定する必要があります。もちろん機械の設置面積も検討しなければなりません。各項目をしっかりと検討することが大切です。 大は小を兼ねるという言葉がありますが、工作機械の場合、 機械が大型になれば設置面積、アイドルタイム、価格などマイナスに働く要素がありますので、 その加工物に合った機械選定 が生産性を向上させるポイントとなります。 3. 機械選定の落とし穴 振りと心間を確認して加工対象ワークが加工できる大きさの機械を選定しても安心はできません。 ■振りは満足していてもストロークができない。 ■チャックサイズが大きくなるとツール隣接干渉が発生し、工具搭載本数が少なくなる。 ■回転数不足により適正な周速で加工できない。 ■モーターパワー不足により低速回転領域でのトルク不足 などなど 導入後に使用してみて初めて発覚する問題も多々あります。 ストロークを確認している様子 【2. 確認すべきポイント】に挙げた項目をしっかりと検討し、対象ワークが加工できる仕様の機械であることを確認することが大切です。工作機械メーカーに質問、選定してもらうことも良いでしょう。 それでも心配な場合は、 メーカーによるテスト加工 などを行ってもらい、発注前に対象ワークが加工できるのか、実加工を見せてもらうことも選定の一つの案です。 4. チャッキングについて NC旋盤を使用して加工する場合、最も重要と言っても過言ではないのが チャッキング です。 どれだけ精度の良い機械を導入してもチャッキングが悪ければ宝の持ち腐れになってしまいます。 ワークのチャッキング 対象ワークの素材をどのようにチャッキングするかで切削条件、加工精度、サイクルタイム、工程集約の内容が変わります。加工対象ワークの素材を加工箇所、加工精度、加工工程に合わせて"どこを把握するのか"、"どれくらいの圧力で把握するのか"、"干渉はないか"、"精度に影響は出ないか"、をしっかり検討し、チャック選定を行う事も大切です。 一般的にバー材であればコレットチャック、切断材なら三方締め油圧チャックを選定しますが、三方締めチャックでも爪との干渉や把握力による変形などが発生しやすくなります。鍛造素材・鋳造素材、異形素材などはデザインチャックといい、特殊な構造のチャックを選定する場合もあります。 加工精度、加工箇所に合わせて加工精度や変形の影響が少ないチャックを選定することが大切です。工作機械メーカー、チャックメーカーとしっかり打合せし、チャック選定を行いましょう 5.
1. NC旋盤の種類 NC旋盤と言っても様々な機種がありますが、大きく分けると縦旋盤と横旋盤があります。その中でも主軸が2つ搭載されている機械を2スピンドル旋盤と言い、対向2スピンドル旋盤、平行2スピンドル旋盤と呼ばれています。 1-1. 縦旋盤 縦旋盤は、底面に主軸、上面に刃物台を垂直に配置した機械で、素材を縦にチャッキングして地面に対して垂直に加工するので重力に強い特徴があります。そのため 横旋盤で加工できないような大径で重量のあるワークなどの加工に適しています。 縦旋盤 1-2. 横旋盤 横旋盤は地面に対して平行に主軸が配置されており、水平方向に加工します。素材を横向きにチャッキングしているので、 切削切粉の排出性が良く、バー材を使用した加工も可能です。 横旋盤 1-3. 平行2スピンドル機 1工程2工程の加工を1台で行える2スピンドル旋盤も主流となっています。 平行2スピンドル機は2つの主軸を平行に配置されており、 機械の横幅を小さくすることができます。 しかし、1工程、2工程のワーク受け渡しはローダーで行うため、位相精度に影響が出るため、位置決め治具等が必要になる場合があります。 平行2スピンドル 1-4. 対向2スピンドル機 対向2スピンドル機は、2つの主軸を対向に配置した機械で、 1. 2工程のワークをダイレクトに高精度で受け渡すことができます。 1. 2工程の加工ワークを横から見ることができるため、プログラムの確認動作など視認性が良く、操作しやすい構造になっています。 対向2スピンドル 2. 確認すべきポイント NC旋盤を選定する際に重要な点は多々あります。せっかく新しい機械を導入しても「こんなはずではなかった・・・」とならない様にしっかりと確認する必要があります。 まず一番に確認する事は、 加工したい対象ワークが加工できるか という点です。 機械の「振り」と「心間」が加工対象ワークに適しているかどうかで選定する機械が大きく変わってきます。 2-1. 振り 振りとは、ベッド上の振りとカバー上の振りの2つの振りがあります。ベッド上の振りとは、 装着できる加工物の最大径の目安 となります。実際にはカバー上で振れる径の方が小さくなりますので、カバー上の振りが加工できる最大ワークとなり、機械の大きさの目安となります。 振り(加工物の最大径の目安) 2-2.