5軸加工を使用すると、いくつかの分野でメリットが得られます。特に、機器、プロセス、固定具を分析することでメリットが得られます。 切削工具 そしてカットアクション。
完全な 5 軸加工でのみ実現できる特定の機能に加えて、5 軸を使用する選択的かつ簡略化された加工プロセスもあります。これには、特にさまざまな荒加工、中仕上げ、フライス加工操作で、3 軸プラス 2 軸、または場合によっては 3 軸のみを使用することが含まれます。
一部の部品フィーチャは双曲輪郭を持ち、5 つの軸に沿って同時に移動する場合があります。ただし、適切なツールを使用し、適切な一定の切削量を維持すれば、ほぼすべての曲率を効果的に加工できます。
5軸加工の主な利点
明らかなのは、高精度で優れた表面品質を持つ複雑な 3 次元 (両面) 部品フィーチャを効率的に製造できることです。通常はセットアップが 1 回だけで、切削操作が最小限で済むため、切削時間が大幅に短縮され、ツールの突出しは可能な限り短く保たれます。金属除去率は向上することが多く、ツール衝突のリスクは管理可能です。5 軸加工、同時加工、3 軸プラス 2 軸加工の場合、切削ツールとプロセスの選択が、良好な結果を得るための重要な要素です。同時加工の方が 3 軸プラス 2 軸加工よりもプロセスの選択が重要です。同時加工の方が難易度が低く、3 軸操作として扱えるためです。
5 軸 CNC 加工は、5 つの軸で移動して 3D パーツ形状を生成する工作機械の能力に基づいています。さらに、真の 5 軸同時加工とは、回転軸に沿ってツールを配置できることに加えて、切削中にツールをこれらの軸に沿って送ることもできることを意味します。必然的な結果として、工作機械は 1 回のセットアップで複雑なパーツ形状を生成できます。3 つの基本軸 (x、y、z) に加えて、z 軸を中心に切削し、y 軸 (または x と y) を中心に回転する 2 つの追加軸 (b と c、または場合によっては a と c、マシン構成によって異なります) が含まれます。工作機械のスピンドルまたはテーブルが角度で固定され、3 軸モードで加工が行われる場合、それは 3 軸プラス 2 軸加工です。工作機械の観点から、5 軸加工を実現するには、5 軸加工センター、傾斜テーブル配置、またはスピンドル ヘッド アタッチメントを使用する方法がいくつかあります。
CoroMill Plura 超硬ソリッドエンドミルを使用したインペラの 5 軸加工
回転工具によって部品表面に生成されるテクスチャが主な考慮事項です。このため、リード角と工具傾斜角は CAD-CAM プログラムに実装されており、クランプ方法を設計する際に考慮する必要があります。刃先の主なすくい角だけでなく、工具の噛み合い量と逃げ角の大きさも、バックカットを回避するために影響を及ぼします。
リード角は、工具が送り方向でワークピースに接触する点における、工具の中心線とワークピース表面に対する垂直線との間の角度として測定されます。多くの場合、この値は一定のままで、使用する工具の推奨値と一致しますが、CAM が許可する場合はプログラミングによって変更できます。固定リード角では、工具は送り方向全体で部品表面に対して所定の角度で傾斜します。リード角は、表面の最小内部半径と工具の有効直径に基づいています。
工具の傾斜角は送り方向に垂直な平面を基準とするため、リード角とは対照的に、工具の中心線と切削面に対する垂直線を基準に測定されます。各ポイントで一定のリード角は、曲面や凹面の部品表面を生成するために不可欠です。スポットミリングは切削時間が長くなり、工具寿命が短くなる可能性がありますが、凹面や二重曲面を得る安全な方法です。工具は常にフィレット半径でワークピースと接触しており（接触点の位置は、特定の表面に応じて工具フィレット半径に沿って変化します）、連続パスによって 3D 表面を生成できます。エンドミルによるスポットミリングは、荒加工、中仕上げ、仕上げ加工に適しています。
サイドミリング工程
スポットミリングよりも切削時間が短く、効率は良いですが、いくつかの点で制限があります。中仕上げおよび仕上げ作業に最適ですが、単一の曲面および凸面に限定されます。名前が示すように、サイドミリングでは主にツールの側面で切削し、ツール半径 (ある場合) はパーツのコーナー半径のみを生成します。ツールとパーツの接触面積が大きいため、より高いパワー、トルク、安定性、チップ排出、およびマシンの実行性が必要です。
5 軸加工用のツールの選択は、適用される特定のフライス加工方法 (スポット フライス加工またはサイド フライス加工) によって決まります。サイド フライス加工には、超硬エンド ミルやヘッド交換式フライス カッターなど、十分に長いラジアル切削刃を持つツールが必要です。これらのフライス カッターはストレートまたはテーパー型で、さまざまなコーナー半径を備えています。サイド フライス加工には、トロコイド、スライス、またはプロファイル フライス加工など、いくつかの技法があります。テーパー型ボール エンド ミルは、より小さなフィット半径を必要とするボール エンド ミルよりも安定性に優れています。
トロコイド加工（3 軸粗加工技術）では、工具は連続した螺旋状の工具経路で切削し、限られたスペースを放射状に送り、高い材料除去率を実現します。工具は各切削で連続的に外側に移動し、溝または輪郭を形成します。半径方向の切込み深さが小さいため、より大きな切込み深さを使用でき、生成される切削力は比較的小さくなります。スライシング（3 軸中粗加工/仕上げ加工技術）は部品の丸め加工に似ており、一般に高速で動的剛性のある工作機械が必要です。さらに、切削は小さな半径方向の切込み深さで複数のパスで実行されるため、大きな半径に対してより大きな軸方向の切込み深さを適用できます。コピー加工は、側面のみを使用する 2D 切削プロセス、または工具半径の底面を形成する 3D 切削プロセスです。コピー加工には、高速で動的剛性のある工作機械と極めて高い安定性も必要です。
スポットミリング用
部品の特徴や表面品質の要件に応じて、ツールの選択肢は多数あります。一般的に、大きなオープン面には、丸型インサート フライス カッターまたはボール ノーズ フライス カッターが適しています。ポケットには、ツールの突出量が大きいテーパー ボール ノーズ フライス カッターが最適な選択肢となることが多く、モジュラー ツール システムによって提供される小径アダプタにより、ツールへのアクセスが必要な場合でも最大限の安定性が確保されます。
荒加工用の工具の適用は、工作機械の機能と部品表面の要件に関係しており、3 軸加工ではより大きな有効工具径が適用される場合があります。半仕上げの場合、工具パス戦略は仕上げ戦略を模倣する必要があり、通常は 5 軸加工 (場合によっては 3 軸を使用) で最も効率的になり、最高の加工結果が得られます。目標は、仕上げ操作のために均一な加工代を残すことです。
仕上げの場合、ツールの選択は必要な表面品質と精度レベルによって決まります。部品の特徴と仕上げに固有のさまざまな種類のツールを使用することで、同時 5 軸加工を最適化できます。丸型インサート エンド ミルがより一般的に使用され、ボール ノーズ エンド ミルは、閉じたポケットなど、より厳しい形状とアクセス性が求められるカットに適しています。
さまざまなフライス工具
荒加工と仕上げ加工の関与度合いに応じて、同時および 3 軸加工操作に適しています。たとえば、大径の丸インサートフライスカッターは、比較的大きな半径切削を使用する浅い大きな表面に適しています。丸インサート工具または大きなコーナー半径または丸いノーズを持つエンドミルを使用してフライス加工する場合は、適切なリードイン角度とすくい角を適用して、最大のパフォーマンスと加工結果を確保するのが最適です。高い送り能力につながる可能性があるチップの薄化効果は、考慮する必要がある生産性要因です。
ボールノーズ工具は 5 軸ポイントミリングに適していますが、部品の特徴や固定具などにより、アクセス性と軸の自由度が制限されます (3 軸 + 2 軸)。これらの工具は一般に、超硬エンドミルまたはヘッド交換式ミリングカッターで、処理時間が短く、高速切削で非常に高い効率を実現します。もちろん、3 軸 + 2 軸加工操作にも適しています。
5軸加工時の表面品質
これは部分的にはステップオーバーの問題であり、工具径に関係しています。これは加工時間と表面品質に影響を与えるため、特定のアプリケーションでは重要な要素です。従来のプロファイルフライス加工用のボールエンドミルカッターと比較して、丸インサートフライスカッターを使用すると、切削時間を大幅に短縮できます。丸インサートフライスカッターの場合、ステップオーバーと直径の関係は最大1：2であり、ステップオーバーが大きいほど加工時間が短縮されますが、表面仕上げは高くなります。この点で、ボールエンドミルカッターは同じ生産性を提供できず、加工条件も劣ります。工具は、歯当たりの送りと切削幅に応じて特定の高点を持つ表面を形成しますが、切削深さは切削力に影響を与え、高い工具安定性を必要とします。滑らかで均一な表面品質を実現するには、工具の傾斜、送り値、切削方向、工具のクランプを最適化して、最適なバランスを実現する必要があります。
まとめると、各加工方法とツールの種類にはそれぞれ固有の利点があります。ツールを正しく選択し、そのアプリケーションを最適化することで、より多くの加工の可能性が生まれ、5 軸加工のコストを削減する機会が得られます。さらに、優れたシミュレーション ソフトウェアを使用すると、エラーの可能性が大幅に減り、工作機械で新しいプログラムをテストするために貴重な生産時間を無駄にすることがなくなります。
