5 軸 CNC 加工では、切削工具が複数の方向からワークピースにアプローチできるため、3 軸加工機では困難または不可能な複雑な形状の加工が可能になります。ただし、すべての設計が 5 軸加工の恩恵を受けるわけではありません。その機能を最大限に活用するには、エンジニアは部品の形状、工具へのアクセス、ワークホールディング、セットアップの削減がどのように相互作用するかを理解する必要があります。このガイドでは、5 軸 CNC 加工の主要な設計上の考慮事項について説明し、設計段階で情報に基づいた意思決定を行うのに役立ちます。
簡単な回答
5 軸 CNC 加工の設計は、位置を変更せずに部品の複数の面にツールを到達できるようにすることで、セットアップを最小限に抑えることに重点を置いています。設計上の主な利点には、アンダーカット、複雑な輪郭、深いキャビティ、および角度のあるフィーチャを 1 回のセットアップで加工できることが含まれます。ただし、ツールに極端に長いリーチの使用を強いたり、過度のオーバーハングを必要としたりする機能は避ける必要があります。共通の設計ルール: 適切な工具クリアランスを維持し、鋭利な内部コーナーを避け、部品を下側またはカスタム固定具によって確実に保持できるようにします。 5 軸加工は、複数のセットアップによる累積誤差を排除することでリードタイムを短縮し、精度を向上させます。
重要なポイント
- 5 軸加工は複雑な形状に優れています。アンダーカット、自由曲面、深いポケット、角度のある穴を 1 つまたは 2 つのセットアップで加工できます。
- セットアップを減らすと位置精度が直接向上し、治具のコストが削減されますが、部品は単一の治具ですべての重要な機能にアクセスできるように設計する必要があります。
- 内側コーナー半径: 標準のカッター直径に対応できる十分な大きさの半径を常に指定します。工具は 5 軸で傾きますが、半径が非常に小さいため、工具は小さくて壊れやすいものになります。
- 工具のたわみが大きくなるため、たとえ 5 軸であっても、アスペクト比の高い (深さ > 4 × 直径) の深くて狭いキャビティは避けてください。
- ワークホールディング: 多くの場合、下側をクランプするカスタムのソフトジョーまたは真空治具が必要です。パーツに固定用の平らでアクセスしやすいベースがあることを確認してください。
5 軸加工を選択する場合
5 軸加工が最も価値があるのは、部品に次のいずれかの特性が含まれている場合です。:
- 複雑な自由曲面 (タービンブレード、インペラ、金型キャビティなど)
- 直線方向からアクセスできないアンダーカット
- 角度のある壁を持つ深いキャビティ
- 3 軸加工機で複数のセットアップが必要となる、異なる面上の複数のフィーチャー
- 複数のセットアップによるスタックアップが許容できない高精度の要件
加工面が 1 つまたは 2 つだけの単純な角柱部品の場合、通常は 3 軸加工の方が経済的です。 5 軸は、その機能によってセットアップが少なくなり総コストが削減されたり、他の方法では不可能な形状が可能になったりする部品用に予約する必要があります。
5 軸加工の主要な設計ルール
工具へのアクセスとクリアランス
5 軸加工機は工具を傾けることができますが、どの工具にも物理的な制限があります。ツールホルダー、コレット、スピンドルヘッドがワークや治具に衝突しないようにしてください。ツールが適切な角度 (理想的には垂直から 45° 未満) からフィーチャーにアプローチできるように部品を設計します。ツールを長時間ほぼ水平にする必要がある機能は避けてください。これにより剛性が低下し、振動が発生する可能性があります。
内コーナー半径
内径が小さいため、小径のカッターを使用する必要がありますが、剛性が低く、加工に時間がかかります。 5 軸加工では、より大きな半径のボール エンド ミルを使用できる場合もありますが、機能が許容する最大の半径を指定するという原則は変わりません。一般的な指針として、内側コーナーの半径は少なくとも 0.5 mm、深さが 10 mm を超える場合は 1 mm 以上であることが望ましいです。
深い空洞とポケット
5 軸加工では、工具を傾けてより好ましい刃先角度を使用することで、深いキャビティの表面仕上げを向上させることができます。ただし、キャビティの深さと直径の比率は依然として重要です。切削工具直径の 4 倍より深いキャビティの場合、工具のたわみが問題になります。設計に非常に深くて狭いスロットやポケットが必要な場合は、工具を短くできるようにリリーフや段付きフィーチャーを追加することを検討してください。
アンダーカットとスロット
傾斜した工具がフィーチャの下に到達できるため、アンダーカットは 5 軸に自然に適合します。ただし、アンダーカットにカッター本体に対して十分なクリアランスがあることを確認してください。確実に切りくずを排出するには、アンダーカットの幅は工具直径より少なくとも 50% 大きくする必要があります。また、アンダーカットの根元の鋭い内部コーナーを避けてください。工具寿命を延ばすためにフィレットを追加してください。
ワークホールディングとパーツベース
アクセス可能な 5 つの側面すべてを加工するには、部品を底部から保持する必要があります。ソフトジョーまたはカスタム固定具でクランプできる、平らで頑丈なベース面を設計します。切削力を受けるとたわむ可能性がある、薄くて繊細なベースは避けてください。部品の全側面が複雑な形状である場合、犠牲的なサポート タブや二次加工が必要になる場合があり、これにより 5 軸の利点が減少します。
5 軸加工でよくある設計ミス
- 溝が深すぎて逃げがない: 非常に長い工具が必要となり、表面仕上げが不十分になります。
- 鋭い内側の角: EDM または別の作業が必要です。
- 不十分な工具クリアランス: 衝突せずに機械を十分に傾けることはできません。
- 治具接触面積を無視: クランプ面が小さいため、加工中に部品が移動します。
- ツールホルダー径は考慮していません: かさばるホルダーを傾けると部品に当たる可能性があります。
コストに関する考慮事項
5 軸加工は、機械への投資とプログラミングの複雑さのため、通常、3 軸よりも時給が高くなります。ただし、複数の 3 軸セットアップ、特別な治具、または加工後の手作業が必要な場合、部品の総コストは低くなる可能性があります。特定の形状に対する 3 軸アプローチと 5 軸アプローチの見積もりの比較については、加工パートナーに問い合わせてください。多くの場合、損益分岐点は約 3 セットアップです。部品が 3 軸加工機で 3 つ以上のセットアップを必要とする場合、5 軸が魅力的になります。
これがあなたにとって何を意味するか
設計を最終決定する前に、5 軸プログラマーの観点から設計をレビューしてください。適切な工具長ですべての機能にアクセスできるか?内部半径は一定ですか?固定用のきれいなベースはありますか?不明な場合は、 3Dモデルと2D図面 エンジニアリングレビューのためにHongKe CNCのような有能なCNC加工パートナーに問い合わせてください。 5 軸加工が適切かどうかをアドバイスし、コストと品質を最適化するための小さな設計の調整を提案します。