4軸加工とは?

1. 導入

精密製造の世界では, CNC 加工が重要な役割を果たします.

3 軸 CNC マシンは長年にわたって標準であり続けてきましたが、, 4 軸加工への進歩により、幅広い業界に汎用性と精度の向上がもたらされました.

航空宇宙から自動車、医療、エレクトロニクスまで, 複雑な形状を効率的に加工できる能力は、現代の生産を変革しました.

このブログでは 4 軸加工について詳しく説明します, その原則, 種類, そしてそれが提供するユニークな利点, それが今日の製造業者にとって貴重なツールである理由を強調する.

2. 4軸加工とは?

4-軸加工はその発展形です CNC加工 4軸で動作する: X, Y, Z, とA軸.

これらの軸は切削工具の動きとワークピースの回転を制御します。, 従来の 3 軸加工と比較して、より複雑な部品の作成が可能になります。.

• ×, Y, Z軸: 水平方向の標準移動 (×), 垂直 (Y), そして深さ (Z) 方向.
• A軸 (またはB軸): 4番目の軸 (A軸またはB軸) X 軸を中心とした回転運動を提供します (あ) またはY軸 (B), 切断中にワークピースを回転させる機能を機械に与える.

この回転機能が 4 軸加工を 3 軸加工と区別するものです, 手動でワークピースの位置を変更することなく、機械がさまざまな角度から穴あけやフライス加工などの操作を実行できるようになります。.

両者の主な違い 3, 4, および5軸加工:

• 3-軸加工: 切削工具は 3 つの直線軸に沿って移動します (×, Y, Z). 一度に 1 つの平面での作業に制限されます, 加工できる部品の複雑さが制限される.
• 4-軸加工: Xに加えて, Y, と Z 軸, 回転 A 軸 (X軸周り) 紹介されています.
  これによりワークピースが回転できるようになります, 位置を変更せずに複数の面での加工が可能.
• 5-軸加工: 2 つの回転軸を追加します (通常、A と B、または B と C), 切削工具またはワークピースを傾けたり回転させたりできるようにする. この機能により、単一のセットアップで複雑な形状をあらゆる角度から加工できるようになります。.

3. 4 軸加工のしくみ?

の詳細な説明 4 軸:

• ×, Y, Z軸: これらは切削工具の直線運動を制御します。, 3次元空間に正確に配置する.
• あ (またはB) 軸: この回転軸によりワークを回転させることができます。, 機械がさまざまな角度で円周に沿って切断できるようにする, 継続的かつ正確な切断を保証する.

段階的なプロセス:

1. 部品を設計する: エンジニアがCADを使用して3Dモデルを作成 (コンピュータ支援設計) ソフトウェア, SolidWorks や AutoCAD など.
2. ツールパスの生成: カム (コンピュータ支援製造) ソフトウェア, Mastercam や Fusion のような 360, 3DモデルをGコードに変換します, CNC マシンが読み取るもの.
3. マシンをセットアップする: オペレーターがワークピースを機械に固定します, 正しく位置合わせされ、固定されていることを確認します. 切削工具の初期位置も設定します。.
4. プログラムをロードする: 生成された G コードは CNC マシンにロードされます, オペレーターはシミュレーションを通じてプログラムを検証します.
5. 加工開始: オペレータが加工プロセスを開始します, マシンに問題がないか注意深く監視し、必要に応じて調整を行います.
6. 後処理: 加工が完了したら, 部分が取り外される, 必要な仕上げ, バリ取りや研磨など, 実行される.

一般的なプログラミング言語とソフトウェア:

• Gコード: CNC マシンの標準プログラミング言語, 機械の動作に関する詳細な指示を提供します.
• CAM ソフトウェア: 人気のオプションには Mastercam などがあります, 融合 360, およびSolidCAM, ツールパスを生成および最適化するための高度な機能を提供します.

4. 4 軸 CNC マシンの種類

• 4-軸CNCフライス盤:
  4 軸 CNC フライス盤は、回転 A 軸を追加することで標準の 3 軸機能を強化します, X軸を中心に回転します.
  この追加軸により、手動で部品の位置を変更することなく、多面加工が可能になります。, 複雑なデザインや詳細な機能の作成に最適です.
  航空宇宙などの業界で広く使用されています, 自動車, そして医療, タービンブレードの製造に最適です, エンジン部品, および医療用インプラント.
• 4-軸CNC旋盤:
  従来の旋削加工とフライス加工または穴あけ加工を組み合わせたもの, 4 軸 CNC 旋盤は 4 番目の軸で部品を回転させることで柔軟性を高めます.
  このセットアップは複雑な処理を効率的に処理します, クランクシャフトやカムシャフトなどの円筒部品.
  複数のセットアップが不要になります, 業務間のスムーズな移行と生産性の向上を保証します。.

• 4-Axis CNC ルーター:
  4軸CNCルーター, 木工でよく使われる, 回転機能を追加, 曲面の細かい彫刻や複雑なカットが可能.
  この機械はサイン製作において複雑な形状を作成するために広く使用されています, キャビネット, そして芸術的な家具.
  位置を変更せずに複数の面を加工できるため、時間が節約され、精度が向上します。.
• 4-横軸マシニングセンタ (HMC):
  水平主軸と回転軸付き, 4 軸 HMC は大型の重切削加工に優れています。, かさばる部品.
  エンジンブロックの製造によく使用されます, トランスミッションのケース, および工業用金型.
  水平セットアップにより、より良い切りくず排出が可能になります。, 回転軸により、より効率的な多面加工が可能になります。.
• 4-立形マシニングセンタ (VMC):
  4軸VMCの場合, スピンドルは垂直です, そして追加された軸 (A または B) 角度のある表面や多面の表面のより柔軟な加工が可能になります.
  このタイプの機械は汎用性が高く、医療機器などの業界で応用されています。, エレクトロニクス, そしてプロトタイプ開発, 複雑なデザインにも高精度を提供.

5. 4 軸 CNC 加工の利点

4-軸加工にはいくつかの重要な利点があり、複数の業界で人気のある選択肢となっています。:

• 精度の向上: 追加の回転軸により, 機械はワークピースの複数の面で操作を実行できます, 精度の向上.
  これにより人間の介入の必要性が軽減されます, につながる 最大でエラーを削減 30% 特定のアプリケーションでは.
• 効率の向上: 複数のセットアップや部品の再配置の必要性を軽減することで、, 4-軸加工により生産時間が大幅に短縮されます。 50%, 部品の複雑さに応じて.
• 設計の柔軟性: 複雑な形状や角度を加工できるため、航空宇宙や自動車などの業界に最適です。, 部品の複雑さが最も重要な場合.
• コスト削減: セットアップの削減, 生産時間の短縮, 人件費の削減は全体的な節約につながります, 特に大量生産の場合.

6. 4 軸 CNC 加工の欠点

その利点にもかかわらず, 4-軸加工にはいくつかの制限があります:

• 初期費用が高い: 4-一般に、軸加工機は 3 軸加工機よりも高価です, 価格は20,000から20,000以上までやりすぎ100,000, サイズと機能に応じて.
• 複雑なプログラミング: 4 軸機械の操作とプログラミングには高度なトレーニングが必要です.
  CNC オペレーターには追加の作業が必要になる場合があります。 20-30% もっと時間を 3 軸システムと比較した 4 軸システムの複雑さを学ぶ.
• 限られた動き: 3 軸よりも高い柔軟性を提供しながら, 5 軸加工ほど多くの複雑な形状を処理することはまだできません。.

7. 4軸加工に適した材質

• 金属:

• • アルミニウム: 軽量で耐腐食性があることで知られています, アルミニウムは航空宇宙産業や自動車産業で広く使用されています.
  • 鋼鉄: 高い強度と耐久性を実現, さまざまな用途に適したものにする, 構造部品や機械を含む.
  • チタン: 高い強度重量比と優れた耐食性で知られています。, チタンは航空宇宙や医療機器でよく使用されています.
  • 真鍮: 美的魅力と機械加工性のためによく使用されます, 真鍮は装飾および工業用途で人気があります.

• プラスチック:

• • アクリル: 優れた光学的透明性を提供し、看板や陳列ケースによく使用されます。.
  • ポリカーボネート: 耐衝撃性と透明性に優れている, ポリカーボネートは安全装置や電子機器の筐体に使用されています.
  • ABS: 強くて耐久性のあるプラスチック, ABS は家電製品や自動車部品に一般的に使用されています.

• 複合材料:

• • カーボンファイバー: 高強度と軽量を実現, 航空宇宙および高性能自動車用途に最適です.
  • グラスファイバー: 耐久性とコストパフォーマンスに定評がある, グラスファイバーは海洋で使用されています, 工事, およびレクリエーション製品.

• その他の素材:

• • 木材: 家具に使用される, キャビネット, そして芸術的なプロジェクト.
  • フォーム: プロトタイピングやモデル作成によく使用されます.
  • セラミックス: さまざまな産業および芸術用途で使用されます, 電気絶縁体や装飾品を含む.

8. 4軸加工でどんな部品が加工できるの？?

• 複雑な形状: 複雑な形状や輪郭を持つ部品, タービンブレードやエンジン部品など.
• 曲面と角のある面: さまざまな角度での加工が必要な部品, 金型などの, 死ぬ, そしてカスタムフィクスチャー.
• 高精度部品: 厳しい公差と高精度が要求される部品, 医療用インプラントや航空宇宙部品など.

9. 4-軸 vs. 3-軸加工

• 3-軸加工:

• • 直線運動のみ.
  • シンプルなものに適しています, 平面部品.
  • 初期コストの削減とプログラミングの容易化.

• 4-軸加工:

• • 回転軸を追加します.
  • より複雑な多面部品の加工が可能.
  • 初期コストは高くなりますが、柔軟性と効率が向上します.

10. 4-軸 vs. 5-軸加工

• 4-軸加工:

• • 追加の回転軸が 1 つあります.
  • 多くの複雑な部品に適していますが、一部のマルチアングル操作には制限があります.
  • 5 軸マシンと比較して、より手頃な価格でプログラムが容易.

• 5-軸加工:

• • 2 つの追加の回転軸.
  • 最高レベルの柔軟性を提供し、最も複雑な部品を加工できます.
  • 初期コストが高く、プログラミングが複雑になる, 比類のない多用途性を提供します.

11. 4 軸加工に関する重要な考慮事項

マシンの選択:

• 考慮すべき要素:

• • 機械のサイズと容量, 加工予定の最大の部品を確実に処理できるようにする.
  • 精度と再現性, 高品質基準を維持するために重要です.
  • ブランドの評判とサポート, 信頼できるカスタマーサービスと技術サポートも提供します, 大きな違いを生むことができる.

• 比較:

• • VMC は汎用性があり、幅広いアプリケーションに適しています, 一方、HMC は大きくて重い部品の取り扱いに優れています。.
    マルチタスクマシンは、単一のセットアップで複数の操作を組み合わせることで、最も包括的なソリューションを提供します。.

ツーリング:

• 適切なツールを選択することの重要性:

• • 最適な切削速度と送り速度を実現するには、適切な切削工具の選択が不可欠です, 生産性と工具寿命に直接影響を与える.
  • 高品質のツール, 超硬エンドミルやコーティングドリルなど, 工具寿命を大幅に延長し、摩耗を減らすことができます.

• 一般的なツール オプション:

• • エンドミル: フライス加工と輪郭加工に使用.
  • ドリル: 穴を開けるのに欠かせない.
  • リーマー: 既存の穴の拡大や仕上げに使用します.
  • タップ: めねじを作成するために使用されます.

ワークホールディング:

• ワークの固定技術:

• • 登場: 長方形および正方形の部品に強力で安定したグリップを提供します。.
  • チャック: 丸い部品や不規則な形状の部品の保持に最適です.
  • カスタム治具: 特定の部品に合わせてカスタマイズ, 最大限の安定性とアライメントを確保する.

• ベストプラクティス:

• • ワークピースがしっかりとクランプされ、位置合わせされていることを確認し、加工中の動きを防ぎます。.
  • ワーク保持装置が良好な状態に保たれるように定期的に検査およびメンテナンスを行う.

プログラミング:

• 効率的かつ正確なプログラミング:

• • G コードを理解し、高度な CAM 機能を利用する, ツールパスの最適化やシミュレーションなど, 加工プロセスを大幅に改善できます.
  • シミュレーションと検証は、実際の加工を開始する前に潜在的な問題を特定するのに役立ちます, 時間を節約し、エラーのリスクを軽減します.

• ベストプラクティス:

• • ツールパスを最適化して工具交換を最小限に抑え、サイクルタイムを短縮する.
  • 新機能や改善点を活用するために CAM ソフトウェアを定期的に更新する.

メンテナンス:

• 定期メンテナンス:

• • 潤滑: 可動部品を十分に潤滑して摩耗と摩擦を軽減します。.
  • 較正: 正確で一貫したパフォーマンスを保証するためにマシンを定期的に校正する.
  • クリーニング: 切粉や破片を除去し、清潔で安全な作業環境を維持します。.

• 一般的な問題とトラブルシューティング:

• • 問題の特定と解決, 工具破損など, 表面仕上げの問題, そして機械の故障, 機械をスムーズかつ効率的に稼働し続けるのに役立ちます.

12. 4 軸加工の一般的な用途

• 航空宇宙産業:

• • エンジンコンポーネント, タービンブレードやコンプレッサーハウジングなど.
  • 構造部品, 翼桁と胴体セクションを含む.
  • タービンブレードには高精度で複雑な形状が必要です.

• 自動車産業:

• • エンジン ブロックとシリンダー ヘッドは、4 軸加工が達成できる精度と複雑さの恩恵を受けます。.
  • トランスミッションコンポーネント, ギアやシャフトなど.
  • エキゾーストマニホールドおよびその他の複雑な排気系部品.

• 医療機器:

• • インプラント, 股関節や膝の置換などには、高い精度と生体適合性が必要です.
  • 手術器具, 鉗子を含む, はさみ, とリトラクター.
  • 補綴物, 多くの場合、複雑でカスタマイズされた設計が必要です.

• 家電:

• • スマートフォン用の筐体および筐体, 錠剤, およびその他の電子機器.
  • コネクタとソケットには正確で信頼性の高い製造が必要です.
  • ヒートシンクと冷却ソリューションは、複雑な設計を作成する機能の恩恵を受けます。.

• 石油とガス:

• • バルブと継手は高圧や過酷な環境に耐える必要があります.
  • ポンプとコンプレッサーには、正確で耐久性のあるコンポーネントが必要です.
  • ドリルビットやその他のダウンホールツールは、複雑な形状を作成する機能の恩恵を受けます。.

• 産業機械:

• • ギアボックスとトランスミッションには、正確で耐久性のあるギアとシャフトが必要です.
  • ポンプとバルブはさまざまな条件下で確実に動作する必要があります.
  • 産業オートメーションコンポーネント, ロボットアームやグリッパーなど.

13. 4 軸加工における技術の進歩

• 自動化とAI:

• • 人工知能の統合 (AI) 予知保全とリアルタイム監視用, 問題が重大になる前に検出して対処するのに役立ちます.
  • 自動ツールチェンジャーおよびパレットシステム, ダウンタイムがさらに削減され、生産性が向上します.

• ハイブリッドマシン:

• • アディティブプロセスとサブトラクティブプロセスを 1 台の機械で組み合わせることで、3D プリント機能と機械加工機能の両方を備えた部品の作成が可能になります.
  • ハイブリッド機械は生産時間と材料の無駄を大幅に削減できます, 複雑で革新的なデザインにとって魅力的な選択肢となります.

• 高度なセンサー:

• • リアルタイムのモニタリングとフィードバックセンサーが工具の摩耗に関するデータを提供します, 振動, およびその他の重要なパラメータ, 加工プロセスの最適化に貢献.
  • 高度なセンサーは、潜在的な衝突やその他の危険を検出して防止することで安全性を高めることもできます。.

14. 4 軸加工を始めましょう これ

これを食べました, 当社はさまざまな業界向けの精密 4 軸 CNC 加工を専門としています。.

大量生産が必要な場合でも、複雑なプロトタイプが必要な場合でも, 当社の高度な機械と経験豊富な技術者が優れた品質と納期厳守を保証します.

15. 結論

結論は, 4-軸加工は、単純な 3 軸システムとより高度な 5 軸機械の間のギャップを橋渡しします。, 柔軟性のバランスを提供する, 精度, とコスト効率.

セットアップとダウンタイムを最小限に抑えながら複雑な形状を処理できるため、今日の製造現場では重要なツールとなっています。.

テクノロジーが進化するにつれて, 4-軸加工は今後も航空宇宙などの産業の基礎となるでしょう, 自動車, および医療機器.

よくある質問

Q: 4 軸加工は小規模生産に使用できますか?

あ: はい, 4-軸加工は多用途であり、小規模生産と大規模生産の両方に使用できます。.

柔軟性と効率性を提供します, 幅広い製造ニーズに対応する貴重なツールになります.

Q: 4 軸加工における一般的な課題は何ですか?

あ: 一般的な課題には適切なワークホールディングが含まれます, 衝突を避ける, 正確なプログラミングを保証する.

定期的なメンテナンスとオペレーターのトレーニングは、これらの課題を軽減するのに役立ちます, スムーズで効率的な運用を確保する.

Q: 4軸加工は3軸加工より高価ですか?

あ: 4 軸加工機は初期コストが高くなる可能性がありますが、, 多くの場合、セットアップ時間の短縮により長期的な節約が可能になります, 生産性の向上, より複雑なジョブを処理する能力.

投資収益率が大幅に向上する可能性がある, 特に大量生産または高精度のアプリケーション向け.