どのような幾何特徴が3軸では加工できないか

3軸フライス盤の工具は主軸方向にしか送りできないため、ワークの基準面に対して垂直または平行な穴しか加工できない。バイヤーの部品図面に「穴の軸線がA基準と30°、B基準と15°」のような多角度の穴位置が指定されている場合、3軸ではクランプ治具を反転させるか再位置決めする必要があり、反転のたびに位置決め誤差が蓄積され、穴と穴の間の実際の位置度が公差帯を超えることが多い。多角度の穴位置は流路継手、油圧バルブブロック、医療機器の筐体、航空宇宙構造部品によく見られ、このような部品は3軸で無理に加工しても、複数回のクランプによる基準のずれで不良品になる。判断方法は明確である。図面上に同一平面上にない穴位置が2つ以上あり、位置度を維持する必要がある場合は、3軸で試作してから手直しするのではなく、直接5軸を検討すべきである。

3軸フライス加工で深いキャビティに遭遇した場合、工具をキャビティより長くして底に到達させる必要があるが、長い工具は剛性が不足し振動しやすく、側壁に許容できない工具痕を残したり、最悪の場合工具が折れたりする。アンダーカットはワークの側面にある遮蔽された領域であり、3軸の工具は方向が制限されているため、正面から進入できない。これらの特徴はバルブ部品、流体継手、インペラ、ブレード、プラスチック金型の冷却水路によく見られる。バイヤーがこのような部品を受け取った場合、まず図面の断面図を確認する。キャビティの深さが穴径の4倍以上ある場合、または側壁に明らかな逆テーパー輪郭がある場合、3軸では特殊な工具を使用しても1回で完了することは難しい。5軸加工は工具の角度の傾斜と旋回により、短い工具で側面フライス加工を行い深いキャビティとアンダーカット領域に進入し、剛性と表面品質の両立を図る。

3軸加工で複雑な部品を加工する場合、一般的な方法はワークを反転させてもう一度クランプし、反対側の特徴を加工することである。しかし、反転のたびに新しい位置決め誤差が生じ、2つの面の間の相対位置度は累積的に増幅される。これは精密部品にとって致命的な問題である。例えば、アルミニウム合金の継手本体に6つの穴が3つの異なる方向に分布している場合、3軸では3回のクランプが必要となり、毎回のクランプの位置決め誤差が0.02 mmであれば、3回の累積で穴位置間の実際の偏差が0.05 mmを超える可能性があり、図面に指定された±0.02 mmの公差をはるかに超えてしまう。5軸加工は、回転・傾斜テーブルを介して、ワークを1回のクランプで全ての特徴を加工できるため、基準がずれることなく、位置度を確実に維持できる。買い手にとって、複数回のクランプは納期を延ばし、人件費を増加させる。5軸による一度の成形の総加工時間は、多くの場合、3軸による複数回のクランプよりも短い。

買い手は加工の専門家である必要はなく、いくつかの簡単な図面の特徴から迅速に判断できる。図面を順に確認してほしい。第一に、同一平面上にない2つ以上の穴が位置度を維持する必要があるか。第二に、断面図に深さが穴径の4倍を超える深いキャビティ、または側壁にアンダーカット輪郭があるか。第三に、曲率半径が工具半径の3倍未満の複合曲面があるか。第四に、非円形断面の異形穴があるか。第五に、図面に「1回のクランプで完成」または「複数回の位置決め禁止」と指定されているか。これらのうち2つ以上に該当する場合、この部品を3軸で加工するリスクは高く、4軸または5軸を直接検討すべきである。元順利はBROTHERの3軸・5軸機、Starのスイス型自動旋盤、複合加工機を備えており、部品の幾何学的特徴に応じて最適な工程を選択できる。買い手が3Dデータを提供すれば、エンジニアが最も経済的な加工経路を評価できる。