5軸加工機のメリット・デメリット
（５軸加工機の特長の解説）
こんにちは、アートウインズです。
今回は前回に引き続き、5軸加工機の記事になります。
前回は比較がメインだったので今回は5軸加工機によりフォーカスして実際に使用してみた経験を活かし、メリット・デメリットに分けたり、特長などを深掘りしてみます。
この記事は前回に執筆した「3軸と5軸の加工機の違い」の内容も一部含みますので、先に前回記事を見て頂くことを推奨します。 また、ある程度のマシンに対しての御理解がある方はそのまま次に進んで頂いても理解して頂ける内容だと思います。
なるべく、初心者でも取り入れやすい様な内容にしていきたいと思います。
それでは本題に入ります。
５軸加工機とは？
こちらは、前回の記事で詳しく説明しているので、おさらいとして簡単な説明となります。
詳しく見たい方は「3軸と5軸の加工機の違い」という記事にて説明しているので、そちらをご覧ください。
５軸加工機とは、X・Y・Zの３つの直線軸とA・B・Cのいずれか２軸の回転軸や傾斜軸を追加した合計５つの軸が備わったマシンの事を言います。
『回転軸』と『傾斜軸』の２軸が加わることで、サイドや法線方向を割り出して加工する事が可能になり、ワンチャック（１工程）で多面の加工をする事が実現できます。
その為、従来行っていた次工程へのマシニング段取りや角度を出すための専用治具が不必要になり、大幅な時間短縮やコストダウンを見込め、生産性の向上にも繋がります。
特に多面加工のある大物や数物の製品に対しては絶大な威力を発揮できるかと思います。
加工の特長
５軸加工機で新たに加工が出来る特長は大きく分けて２つあります。
「割り出し５軸加工」と「同時５軸加工」の２パターンです。
では、この２パターンについて解説していきます。
割り出し５軸加工
回転軸と傾斜軸の２軸を加工を行いたい任意の角度に割り出し、その角度を固定した状態で直線軸３軸で加工を行う方法のことを言います。
この加工方法のメリットは、加工自体は３軸加工になる為、比較的簡単に加工プログラムを作成することができます。
その為、マシンの加工ムーブのイメージも付きやすいのでリスクヘッジをしながら加工を行えます。
極論「割り出し５軸加工」だけでも十分な程、様々な加工を行える為、無理して「同時５軸加工」をする必要もありません。
弊社では５軸加工機で行う加工方法の９割は割り出しによる加工で行っています。
同時５軸加工
三次元曲面のような形状を５軸全てを同時に動作させながら加工を行う方法のことを言います。
この加工方法のメリットは、加工物の形状を干渉させないように形状を躱し（避ける）ながら加工を行う事ができます。
形状を躱す事で、工具長さを縮められる事や割り出しだけでは難しいインペラのような製品にも形状に沿って角度を変えながら加工を行うことが可能になります。
デメリットはプログラムの難易度があがり、複雑な形状や大きな製品になれば、形状の干渉やテーブルに衝突といった事故に出くわす可能性も比例して上がるので、細心の注意を払う必要があります。
対策としては、プログラムの設定確認やテスト運転・プログラムのシミュレーションソフトなどを用いてトラブル回避に努める必要があると思います。
５軸加工機のメリット
５軸加工機を導入するにあたってのメリットを綴っていきます。
ワンチャックで多面加工ができる。
これは５軸加工機を導入する最大の恩恵です。
むしろこの機能を採用し、導入する企業が殆どなのは間違いないと思います。
ワンチャックとは、一度のワークの取り付け段取りの事を言います。
一度取り付けると加工原点も加工範囲内であれば始まりから終わりまで変える事なく、任意の角度から加工をする事ができます。
そのため、次工程の段取りによる時間やヒューマンエラーの削減が大いに見込めます。
アンダー加工ができる。
形状によっては、逆テーパーになっているようなアンダー形状も角度を割り出すことで、加工を行えるようになるケースもあります。
３軸では諦めなければならない形状も５軸では容易く再現できる形状といったケースも多々あります。
継ぎ目の削減
大きな三次元曲面のような形状で、３軸ではサイド４面から加工を行うとそれぞれの切削面の継ぎ目に段が生じるケースがよく見受けられます。
しかし、同時５軸加工をする事で、位置ズレや退避ズレが無くなり、継ぎ目の無い加工面を仕上げる事が可能になります。
（形状によっては例外はあります。）
コスト削減
多面加工をワンチャックで加工する事ができる恩恵により、斜め加工をする際の角度を割り出す専用の治具を製作しなくてもよく、
その製作分の材料や工具の出費を丸々浮かせる事が可能になり、塵も積もればで材料費などは大幅なコストダウンを見込めます。
切削面のパフォーマンス向上
これも周速ゼロ点を避けることによる効果で恩恵を受ける事ができます。
同時５軸加工によって周速ゼロ点の実質工具が回転していない部分での切削を避ける事が可能になり、刃が回転しているポイントで切削をしているので切削面のパフォーマンスが向上します。
周速ゼロ点が加工部に接触すると、焼けた様なざらっとした面に仕上がるのですが、こういった気になる仕上がりも回避できます。
５軸加工機のデメリット
５軸加工機を導入するにあたってのデメリットを綴っていきます。
初期投資
導入の際にかかる初期費用が高くなる傾向が強いです。
高くなる原因としては、単純にマシン自体の価格が高いことはもちろん。
それ以外にもワンチャックで多面加工をするということは、工具の選択も増えます。
単純に５面分をワンチャックで加工すると、５面分を加工するためのツーリングと工具が必要になります。
次にテーブルを傾けたり、回転させるための治具（バイスなど）が必要になります。
５軸専用の製品が存在していますが、通常の３軸で使用する治具製品より値段が高いことが多いです。
最後にソフト関連です。
５軸加工をしようとするとCAMがほぼ必須になります。
たとえCAMを導入していたとしても、同時５軸を制御する為のオプション機能や正常に動いているか確認する為のシミュレーションソフトの導入にも費用がかかってくるケースがあります。
とは言っても全てを揃える必要性はなく、ケースバイケースで取り揃えれば良いと思います。
まずは割り出し５軸加工から始めるのであれば、同時５軸加工のオプションは必要性がなかったり、シミュレーションもCAMに備わっている機能で事足りる場合もあります。
工具もなるべく同じ工具を使用して加工を行えば工具本数を減らすことも可能なので、何を優先するかによっては導入を後回しにできるものもあります。
加工範囲
テーブルが動いたり傾いたりするせいか、見た目の割に加工範囲は広くありません。
マシンによっては丸いテーブルに対して全領域に加工範囲がなく、痒いところに手が届かない場面に遭遇するケースがあります。
届かない領域はテーブルを回転させることでクリアすることができるのですが、慣れていない場合はテーブル（C軸）だけを180°回転させて加工する制御に困惑するのではないかと思います。
制御できない場合は機械メーカーやCAMメーカーに問い合わせする事をおすすめします。
主軸とテーブルの干渉リスク
テーブルが動く分、どうしても主軸とテーブルの干渉（接触）リスクが上がります。
特に傾斜軸が動いているときは要注意です。
主軸とテーブル以外にもバイスなどの治具関連にも干渉リスクがあり、プログラム中に意外と盲点になりやすいので角度をつけた時のイメージ像が重要になります。
※干渉防止制御がついているマシンも存在し、干渉する手前でアラームがなる仕様になっています。
寸法制度
一つの原点でワンチャックの加工をするので、寸法精度もばっちり！と言うわけでもありません。
傾斜軸や回転軸によってテーブルが動いている分、どうしても細かい位置ズレが生じる場合もあります。
特に対面する面同士の加工にズレが生じるケースが見受けられます。
弊社の対策としては、ワークの角ではなく中心部から原点（加工開始点）を取ることによってズレの緩和が強いられている傾向があり、この方法を手段として取り入れています。
他にも、前回記事にて注意点なども記載しているので、よろしければそちらの記事も参考にしてみて下さい。
まとめ
メリットには注意深くなる必要があり、デメリットには対策をとって対応できます。
時間をかけてそれらを知識として取り入れる事が経験として培われます。
参入障壁はあるものの、導入することで作業効率化やコストダウンに多大な影響を与えることは間違いありません。
弊社では５台の５軸加工機を導入しており、５軸加工機があるからこそ対応出来る仕事があり、どんどん仕事の幅が広がり恩恵を受けています。
弊社の経験をベースにしたので業種によっては見解が異なる部分もあると思いますが、この記事が少しでも御参考になればと幸いです。
