C軸の基礎知識

C軸とは

作業原点である直線軸には、縦方面のX軸、横方面のY軸、そしてX-Y面に対して、垂直に動作をして高さを表すZ軸の3つの軸があります。C軸というのは、Z軸の周りを回転する軸であり、5軸制御のマシニングセンタ（5軸加工機）の回転軸などで用いられます。
5軸制御のマシニングセンタなどの工作機械には、X軸、Y軸、Z軸の周囲をそれぞれ回転する3つの軸があり、X軸、Y軸にはC軸以外の軸が存在しています。X軸には、水平方向に回転する軸が、Y軸には垂直方向に回転する軸があるのです。

回転軸の種類

それぞれの回転軸は、A軸、B軸、そしてC軸と名前が付けられており、先に解説したC軸以外の主な動作は、次のとおりです。

・A軸の動作

作業原点に対して水平に動作するX軸の周りを回転する軸

・B軸の動作

作業原点に対して垂直に動作するY軸の周りを回転する軸

5軸制御マシニングセンタの特徴

5軸制御マシニングセンタとは

5軸制御のマシニングセンタというのは、メーカーによっては5軸加工機とも呼ばれています。直線軸であるX軸・Y軸・Z軸に加えて、A軸・B軸・C軸の回転軸の内2軸を備えているマシニングセンタです。マシニングセンタは、数値制御工作機械であり、コンピューターによって加工動作をコントロールされています。コンピューター制御というと、NC旋盤をはじめとするNC工作機械を思い浮かべやすいですが、マシニングセンタとNC旋盤などの工作機械は固定方法や工具の動作方法が全く異なります。

NC旋盤などは、加工する材料を回転させて刃物に当てて切削などを行っていきます。一方、マシニングセンタは、加工する材料は固定した状態で、刃物を回転させて切削などを行っていくのです。加工に対するアプローチ方法が正反対といえるでしょう。また、マシニングセンタには工具の自動交換やパレットの自動交換機能がついています。通常のNC工作機械は、工具などを交換する際に自動で行われず、オペレーターが直接交換作業を行う必要があります。

一方で、マシニングセンタは、工具交換も含めて、コンピューター制御をすることができるので、これまでかなりの時間をかけて作業を行っていた複数工程を一つの工程として、まとめることが可能です。工業分野においては、この恩恵が非常に大きく、マシニングセンタの導入が増加していきました。マシニングセンタには、さまざまな種類があり、主軸の軸方向によって立形マシニングセンタ、横形マシニングセンタなどがあります。さらに、その中に5軸制御のマシニングセンタが存在するのです。

5軸制御マシニングセンタの例

5軸制御のマシニングセンタには、立形5軸制御マシニングセンタ、横形5軸制御マシニングセンタがあります。主な特徴は、以下のとおりです。

・立形5軸制御マシニングセンタ

立形3軸機のテーブル上面に回転軸2軸を追加したマシニングセンタです。回転軸が垂直方向に設置されているタイプで、材料を上から加工していく形となります。回転軸の組み合わせは、A軸とC軸か、B軸とC軸があり、どちらのタイプでもC軸は適用されます。立形5軸制御マシニングセンタは、設置スペースが少なく済むものが多いため、さまざまな工業分野で幅広く普及しています。

さらに、材料を上から加工していくため、設計図面を確認しながら加工作業をすすめていくことが可能です。ただし、切りくずなどがたまりやすいという欠点があるため、圧縮空気や潤滑油罪での洗い流しを定期的に行う必要があります。

・横形5軸制御マシニングセンタ

工具の回転軸が横向きになっていて、材料を水平方向に加工していくタイプのマシニングセンタです。B軸テーブルの上に、C軸テーブルがあるなど、さまざまなタイプがあります。B軸と組み合わせることで、材料の4面を的マテ加工することができるなどのメリットがあり、面替えなどの作業が必要ないため、加工精度を高く維持することが可能です。

また、切りくずは下に落ちていくので材料に降りかかったりせずに、工具に切りくずが食い込むといったようなトラブルが起こりにくいというメリットがあります。一方で、立形5軸制御マシニングセンタと比べて、場所を取りやすいという点がデメリットです。

このように5軸制御マシニングセンタといっても、立形5軸制御マシニングセンタと、横形5軸制御マシニングセンタで加工の方法や、メリットやデメリットなどが大きく異なります。

5軸制御マシニングセンタの優れたポイント

ここでは、5軸制御マシニングセンタの優れたポイントについて、詳しく解説します。

・生産効率の向上
・加工品精度のアップ
・コスト削減

マシニングセンタができあがるまでの通常の3軸加工機などでは、加工物の加工面を変えたい場合、一度加工作業をストップさせ材料の固定位置などを付け替えて、再び加工作業を行わなければなりませんでした。これによって、NC制御装置のNCプログラムは工程ごとに作成しなければならず、さらに定期的に作業がストップしてしまうことから、最終加工製品ができあがるまでに、かなりの時間がかかっていました。

一方で、5軸制御マシニングセンタの場合、X軸、Y軸、Z軸に加えて、さらに2つの回転軸を同時に動かすことができます。そのため、一度の加工プログラムで複数の面を加工することもできるようになりました。これによって、段取り替による作業の中断がなくなるため、加工時間を短縮させやすく加工製品の生産効率が大きく向上するのです。

さらに、工具も自動交換となっているため、さらに時間短縮が実現させることができるでしょう。1日当たりの生産数量をアップさせられるため、1製品当たりの生産にかかる人件費などの原価を低くすることができます。また、5軸制御マシニングセンタであれば、最終加工製品の精度を高くすることも可能です。通常の3軸加工機の場合、先に解説のとおり加工面を変える場合には、一度材料を取り外して面を置き換えるなどの作業が発生します。

人の手が介入してしまうと、どうしても設計誤差が生まれやすくなってしまうのです。5軸制御マシニングセンタでは、材料の回転も一連の加工の中に含むことができるので、同時に複数の面を加工することができます。加工面の回転も含めて、コンピューターに制御されている状態となるため、手で交換する加工機と比べて、高い精度の加工製品を作り上げることができるでしょう。

そして、コスト削減も実現することが期待できます。一般的な3軸加工機の場合、平面的な加工作業となってしまうため、特殊な加工を行いたい場合は特殊工具や専用治具が必要となりました。どれだけ小さな加工であったとしても、必要になれば必ず準備しなければならないので、コストがかなりかかってしまいます。

しかし、5軸制御マシニングセンタであれば工具の角度も自由自在となるため、特殊工具や専用治具がなくても、一般的な工具で対応することができるのです。そのため、加工コストを大きく削減することが期待できるでしょう。このように、5軸制御マシニングセンタには、さまざまなメリットがあります。将来的な投資も視野に入れて、導入を推進する企業も少なくありません。

複雑な加工も対応しているフアクトのおすすめのシステム

5軸制御マシニングセンタを導入する場合は、それに対応したCAMが必要となります。フアクトでは、「FeatureCAM」というCAMシステムをおすすめします。主な製品仕様は次のとおりです。

製品名：FeatureCAM

主な特徴：FeatureCAMでは、2次元や3次元加工と同じ感覚で5軸の加工が設定できます。設定画面は5軸の設定が追加されるだけで、違和感なく操作が可能です。NCデータは、ポストプロセッサを通して作成しています。ポストプロセッサは、お客様に公開されているアプリケーションなので、サンプルポストから自由にカスタマイズすることが可能です。カスタマイズは柔軟に対応できるので、幅広い工作機械に対応しています。

5軸制御マシニングセンタで生産性を向上

5軸制御マシニングセンタは、直線軸であるXYZ軸に加えて、回転軸としてABC軸などの組み合わせた5軸加工機です。加工時間の短縮や、加工物の精度向上、コスト削減などを期待することができるでしょう。5軸加工に対応したCAMと併用して、生産性を向上させてみてはいかがでしょうか。

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