5軸加工とは

読み: ごじくかこう

5軸加工とは、直線3軸(X・Y・Z)に加え、主軸またはテーブルを傾ける2つの回転軸を制御して切削する加工方式であり、複雑な曲面や斜めの穴・面を段取り替えなしに一体で加工できる。

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概要

一般的な3軸のマシニングセンタは、工具をX・Y・Zの直線方向にしか動かせないため、斜めの面や曲面を加工するにはワークの向きを変える段取り替えが必要になる。5軸加工は、これに主軸やテーブルを傾ける2つの回転軸を加えることで、ワークの向きを変えずに様々な角度から工具を当てられる。

段取り替えの回数が減ることは、加工時間の短縮だけでなく、複数の面・穴の位置関係(同軸度など)を同じ基準で保ちやすくなるという精度上の利点にもつながる。

同時5軸と位置決め5軸

5軸加工には大きく2つの制御方式がある。位置決め5軸は、回転軸で角度を決めて固定した後、その姿勢のまま3軸で切削する方式である。段取り替えをせずに複数の面へアクセスできる点は5軸加工の恩恵だが、切削自体は3軸と同じ動きになる。

同時5軸は、切削中も回転軸を含めた5軸すべてを連動させて動かす方式で、工具の姿勢を変えながら複雑な曲面を滑らかに削り出せる。タービンブレードのような自由曲面部品は、同時5軸でなければ効率よく加工できない場合が多い。

段取り削減のメリット

複数の面に穴や輪郭形状がある部品を3軸機で加工する場合、面ごとにワークを外して向きを変える段取り替えが発生し、そのたびに基準がずれるリスクが生じる。5軸加工であれば、1回の段取りで複数面にアクセスできるため、面同士の位置関係(平行度・直角度・同軸度)を保ちやすい。

対象となる部品

タービン翼のような自由曲面部品、複雑な形状の金型、傾斜面に穴やねじが分散した航空宇宙・防衛関連部品などが代表的な対象である。傾斜面への穴あけや、複数方向からアクセスが必要な形状で特に効果を発揮する。

実務での注意点

5軸加工は軸数が増える分、工具と機械・治具との干渉チェックやプログラムの検証がより重要になる。事前のシミュレーションを省略すると、実加工時に工具や主軸がワーク・治具と衝突する事故につながりかねない。

また、5軸加工機を使うこと自体が精度を保証するわけではない。治具の剛性や熱変位の管理など、精度を左右する要因は3軸加工と共通しており、軸数だけで加工品質を判断することはできない。

よくある誤解

✕ 5軸加工なら何でも精度が上がる。

○ 同時多軸制御は工具姿勢の自由度を広げる技術であり、精度そのものは治具剛性や熱変位の管理など別の要因に左右される。軸数の多さと精度の高さは直接イコールではない。

✕ 位置決め5軸と同時5軸は同じ機能である。

○ 位置決め5軸は角度を固定してから3軸で切削する方式で、同時5軸のように回転軸を動かしながら切削する動きとは異なる。タービンブレードのような自由曲面には同時5軸でなければ対応が難しい場合がある。

✕ 5軸加工機があれば深穴もあけられる。

○ 深穴加工に必要なのは軸数ではなく、高圧の切削油供給と切りくず排出の機構である。L/Dの大きい穴には、軸数にかかわらずガンドリル加工やBTA加工など専用工法が必要になる。

よくある質問

5軸加工と3軸加工はどちらが精度が高いですか。+

軸数の多さと精度の高さは直接イコールではありません。5軸加工の利点は段取り替えを減らして面同士の位置関係を保ちやすくなることで、単一面の面粗さや寸法精度は3軸加工でも同等に出せる場合があります。

同時5軸と位置決め5軸は依頼時にどう伝えればよいですか。+

傾斜面の穴あけや複数面加工のように角度を固定してから切削すれば済む形状であれば位置決め5軸で対応できる場合が多く、自由曲面のように工具姿勢を連続的に変える必要がある形状は同時5軸が必要になります。形状の図面と合わせて相談すると判断しやすくなります。

5軸加工機なら深穴もまとめて依頼できますか。+

L/Dの大きい深穴には高圧クーラント供給などの専用機構が必要なため、軸数にかかわらずガンドリル加工やBTA加工に工程を分けることが多くなります。5軸加工機は傾斜面の加工など別の工程を担うのが一般的です。

出典

工作機械の軸構成に関する一般的な分類(直線3軸+回転2軸による同時5軸・位置決め5軸の区分)

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