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 マシニングセンター(MC)をはじめとして5軸制御の工作機械への関心が高まっている。

 5軸加工機といえば、“3軸MCではできない複雑形状を加工するもの。高度な技術・スキルが必要で使いこなすのが難しい機械”との印象が強かった。しかし、「最近は5軸MCへの抵抗が少なくなり、導入が増えている」(大手工作機械メーカー)という。

2つの加工方法、同時5軸と割り出し5軸

 5軸加工機とは、端的に言えばさまざまな方向からワークを加工できる工作機械である。ワークに対して工具を上面もしくは側面からしか当てられなかった3軸加工機に対し、2軸の旋回軸の追加によって色々な角度から工具をアプローチできるのが特徴だ。主軸ユニットもしくはテーブルをXYZの3軸の直線移動軸と、A/B/Cのうちのいずれか2軸の旋回軸で駆動して実現する

* X軸、Y軸の方向は機械によって異なるが、Z軸は主軸の軸方向。X軸を回転中心とする旋回軸をA軸、Y軸とZ軸を中心とする回転軸をそれぞれB軸、C軸と呼ぶ。軸構成は、主軸ユニットだけが移動・旋回するものもあれば、テーブルが旋回するもの、テーブルが移動・旋回するものなど、用途やサイズによってさまざまある。

 5軸加工機を使った加工には大きく2つの方法がある。1つは5軸全てを同時に駆動制御する「同時5軸加工」。難易度は高いが、加工面に沿って適切に刃先が移動するように制御すれば、3軸加工機では削れない自由曲面やオーバーハングがあるような曲面が加工できる。

 もう1つは、ワークに対して工具がアプローチする角度を傾け(割り出し)て決めた上で、3軸と同じように直線移動の制御だけで加工する「割り出し5軸加工」である。

 詳細は後述するが、割り出し5軸加工には、ワンチャッキングによる工程集約という大きなメリットがあり、自動化や工数削減、コスト削減、精度向上といった効果が期待できる(図1)。

図1 5軸加工の利点と難点
図1 5軸加工の利点と難点
5軸加工のメリットは突き詰めるとワンチャッキングと複雑形状加工の2つに集約される。ワークの固定が1回で済み、段取り替えが不要になるワンチャッキングのメリットは割り出し5軸加工で享受でき、工程集約による効率化、自動化、治具の簡略化、加工精度の安定、工具の有効活用といった効果が期待できる。さらに同時5軸加工まで実施すれば3軸ではできなかった複雑形状の加工が可能になり、製品の高付加価値化が期待できるが難易度は高くなる。また5軸加工の実践には3D CAD/CAMが必須となり、その投資が必要な他、加工プログラム生成が難しい、扱える人材が少ない、設備が高い、精度の追い込みが機械の性能に制限されるといった課題もある。
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 冒頭のように、近年5軸加工機の導入が増えているのは、同時5軸による複雑形状の加工ニーズもさることながら、割り出し5軸加工によって工数やコストが削減できる上に、安定した加工精度を確保しやすいという利点に注目が集まっているからだ。