5軸加工とは？5軸加工のメリットと同時5軸・割り出し5軸加工

　 　 　

5軸加工は、マシニングセンタの3軸（X/Y/Z）に、「回転」と「傾斜」の2軸を加えた切削加工です。
インペラ（航空機の内部プロペラ）などの航空機部品をはじめ、発電機のタービンブレードなどの、 滑らかな曲面加工 で活用されています。また加工面の多い金型の「スピード加工」にも効果を発揮します。

この記事では、5軸加工のメリットや、意外とわかりにくい「5軸加工機」と「5面加工機」の違いなど、5軸加工にまつわる用語を解説します。

5軸加工ってどんな加工？

5軸加工は、マシニングセンタでの3軸（X/Y/Z）に、「回転」と「傾斜」の2軸を加えた切削加工です。
これまでの3軸加工ではできなかった、 連続的な3次元曲面の加工や、アンダーカット（隠れた加工面） の加工ができます。

5軸加工とは？：
直線軸XYZの3軸に2軸の回転傾斜軸を追加した機械で行える、より柔軟な加工方法です。
回転軸を追加することにより、一回の段取りで多くの部分が加工できます。
プラス2軸の使い方により、大きく分けて2パターンの加工に分類されます。

引用元：DMG MORI CO., LTD.「5軸加工とは？」

従来の3軸加工にくらべ、工程毎の段取り（加工ワークの取り替え）が不要になり、生産性と加工精度が飛躍的にあがります。

5軸加工には、5軸加工機（5軸マシニングセンタ）が使われます。
3軸加工とくらべ、作業者による補正や修正がむずかしく、高性能のNC装置やCAD/CAMが必要になります。

5軸加工によるワーク加工例

5軸加工によるワーク加工の一例を紹介します。

インペラの一体加工

特殊構造のインペラ（航空機の内部プロペラ）を、総削り出しで加工できます。

多面体の複雑加工

複雑な形状の多面体も、1回の段取りで精密に加工することができます。

金型の精密加工

高い精度が求められる自動車用金型や、半導体部品用金型の精密加工が可能です。

自動車部品の工程集約

複雑な工程や段取りが必要な自動車部品の加工工程を、集約することができます。

5軸加工のメリット

5軸加工では、ワークやツールを旋回（回転/傾斜）させることで、3軸加工ではできないさまざまなメリットが生まれます。

1回の段取りで、多面加工ができる

段差のある加工でも、みじかいツールを使うことができる

ツールを傾けてあてることができる

「同時5軸加工」と「割り出し5軸加工」の違い

5軸加工には、軸を同時に動かす「同時5軸」と、回転軸を固定する「割り出し5軸」があります。

同時5軸加工

同時5軸加工は、3軸（X/Y/Z）と、2軸（回転/傾斜）を同時に動かす加工方法です。5軸を同時に動かすことで、3次元曲面加工やアンダーカット（隠れた加工面）の加工ができるようになります。
それぞれの軸とツールの制御には、高性能のNC装置を搭載した「5軸加工機」が必要になります。

割り出し5軸加工

割り出し5軸加工は、あらかじめ 2軸（回転/傾斜）で位置決めをおこない、3軸（X/Y/Z）で加工する方法です。ワークの角度を固定するため、同時5軸にくらべ、簡易的な方法です。

同時5軸のような3次元曲面の加工はできませんが、1回の段取りで多面加工ができます。アンダーカット（隠れた加工面）の加工には、複数回のワークの角度調整が必要です。
同時5軸加工にくらべ、各軸のズレを調整しやすいため扱いやすいのも特徴です。

5軸加工機械（5軸マシニングセンタ）とは

5軸加工機械は「同時5軸加工」で使われるNC工作機械です。
マシニングセンタの3軸加工（X/Y/Z）に、2軸（回転/傾斜）を加えたもので、「5軸マシニングセンタ」ともよばれます。英語では〔5-axis CNC Machining Center〕と表記されます。

従来のマシニングセンタに「回転テーブル」を後付けすることで、5軸機能を追加することもできます。
それぞれの軸の誤差の積み重ねが、大きな誤差（累計誤差）になるため、高性能のNC装置だけではなく、作業者の熟練や知識も重要になります。

5軸加工機械のタイプ

5軸加工機械は、2軸（回転/傾斜）の種類によって、大きく3つに分けられます。

• テーブル型 5軸加工機械
• 主軸型 5軸加工機械
• 混合型 5軸加工機械

テーブル型 5軸加工機械

テーブルに2軸（回転/傾斜）を追加した、5軸加工機械です。テーブル上のワークを旋回させながら、加工をします。

5軸加工機械を代表的するタイプで、精密な金型など小～中物の加工に向いています。剛性が高く加工精度が高いのが特徴です。主軸の動きや座標がわかりやすく、扱いやすいです。

テーブルを複雑に動かすため、重たいワークの加工には向きません。またテーブルの旋回軸から離れた箇所では、加工精度が下がることがあります。
小型の立形タイプが多く、コストも比較的低いものが多いです。

主軸型 5軸加工機械

主軸に2軸（回転傾斜ヘッド）を追加した、5軸加工機械です。ツールを旋回させながら、加工をします。

テーブルが旋回しないため、重たいワークでも安定した加工が実現。テーブルが広く使えるため加工範囲が広く、大物の加工もできます。

ツールはワークにくらべ軽量なため、軸の制御は安定。長いツールでは軸の誤差が大きくなるため、加工精度が下がることがあります。
5面加工機のながれをくんだ、大型の門型タイプが多いです。

混合型 5軸加工機械

主軸とテーブルそれぞれに1軸を追加した、5軸加工機械です。ツールとテーブルを旋回させながら、加工をします。

テーブルが傾斜しないため、重たいワークでも安定した加工が実現します。難加工材や重切削でも使われます。主軸型にくらべ剛性と加工精度が上がりますが、大物の加工には向いていません。

横形タイプが多く、APC（自動パレット交換装置）などの拡張性が高いのも特徴です。

5軸加工機と5面加工機の違い

5軸加工機と似た機械に、5面加工機があります。
5面加工機は、ユニバーサルヘッド（交換式の旋回工具）を搭載した門形マシニングセンタです。

主軸の角度を 30° や 90° に可変させることで、ワークの全側面（4面）と上面（1面）の5面を加工します。大型ワークを段取り（取り替え）なしで加工するために使われます。

ヘッドを「曲面加工用」に交換することで、5軸加工と似た加工もできますが、 TCP（工具先端点制御）がないため、複雑な動きには向いていません。

5軸加工機の代表的なメーカー

ワークの高度化や複雑化にともない、ワンチャッキングの多面加工ニーズが高まっています。
工作機械メーカーでは、無人運転に対応した機種や大物ワークに対応した機種など、それぞれの得意分野を活かした5軸加工機の開発が進んでいます。

自動車や航空機部品の加工現場で多く使われている「5軸加工機」のメーカーを、一部ご紹介します。

◎あいう順・敬称略

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5軸加工の運動性能評価「NAS979」

自由度の高い5軸加工の運動性能評価には、NAS979（航空機部品を対象とした「円錐台（テーパーコーン）」の切削加工）による評価規格が知られています。

5軸加工とは？まとめ

この記事では、5軸加工のメリットや5軸加工機の種類について解説しました。
5軸加工は、航空機部品の加工が盛んな北米や欧州で誕生した加工技術です。最近では日本でも「加工工程の集約」や「効率化」のため、5軸加工を採用する企業が増えました。

本記事が、5軸加工導入のきっかけとなればうれしいです。