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3D加工の特徴とは?マシニングセンタで加工する場合の主な流れ

2020年10月28日(水) 更新

現在の切削加工は、X軸(水平軸)とY軸(垂直軸)の2次元的なものだけではなく、それにZ(奥行き軸)軸を加えた3D加工が主流です。さらに、回転軸(C軸)と傾斜軸(A軸)を加えた5軸加工機なども登場しています。

今回は、3D加工の特徴に加え、3D加工でよく登場するマシニングセンタの加工法についても解説します。合わせて、3D加工の設計におすすめのCAMソフトウェアも掲載しますので、ぜひご覧ください。

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3D加工とは?

3D加工は軸加工の一種です。そのほかにも、1軸加工や同時2軸加工、5軸加工といった種類があります。以下から、3D加工医の特徴や、そのほかの軸加工の例をご紹介します。

3D加工の特徴

3加工とは、X・Y・Z軸の3軸を同時に制御し、工具の位置決めをして加工する方法です。その特徴から、同時3軸加工とも呼ばれます。

立体的で複雑な形状の生成に用いられており、CADやCAMを使って設計・プログラミングがなされます。また、3Dで設計された形状は、マシニングセンタを使って加工・製造されます。

近年では3D加工が一般的となり、高速・高精度の加工ができるようになりました。大量生産品に用いられる金型の製造はもちろん、精密さが求められる医療分野や自動車分野の製品にも、3D加工で作られたパーツ等が使用されています。

3D加工以外の加工方法の例

軸加工には3D加工以外にもさまざまな工法があります。以下は、その代表例です。

1軸加工

もっともシンプルな加工方法です。たとえば、Y軸のみを動かして対象物に穴をあけるといった加工に用いられます。旋盤やフライス盤などで2軸を固定し、残りの1軸のみを動かして加工する方法なども1軸加工に該当します。

同時2軸加工

Z軸を固定し、X軸とY軸を動かすといった、2軸を使う方法です。真円加工や切削加工などに用いられます。NC旋盤やマニシングセンタなどを使った加工が代表的です。

5軸加工

X・Y・Z軸に加えて、回転軸(C軸)と傾斜軸(A軸)を加えた機械で加工する方法です。3D加工よりもさらに複雑な立体物の製作に用いられます。また、回転軸が追加されたことで、一回の段取りでより多くの加工を行えるというメリットもあります。

なお、5軸加工には2パターンの加工方法があります。

  • ● 割り出し5軸加工:任意の角度でC・A軸を位置決めし、X・Y・Z軸で加工する方法
  • ● 同時5軸加工:C・A軸とX・Y・Z軸を動機させ、3次元曲面を加工する方法

3D加工を行えるマシニングセンタとは?

次に、3D加工の加工機として多く用いられるマシニングセンタの特徴や、加工時の工程を解説します。

マシニングセンタの特徴

マシニングセンタ(machining center)は、金型の製造や金属部品加工などに使用される加工機です。略称では「MC」とも呼ばれます。

従来、金型製造や金属部品加工にはNC工作機械が用いられていました。しかし、この機械で加工を行う場合は、必要な工具を都度手動で交換しなくてはなりませんでした。一方、マシニングセンタは、工具交換をコンピュータ制御で行うので、作業効率を大きく向上できます。

近年のマニシングセンタはX軸・Y軸・Z軸の3軸を同時制御する3D加工が一般的で、寸法精度・スピードについても高度化。短納期への対応や、小ロットの試作品制作といった場面でも活躍しています。

マシニングセンタで加工する際の流れ

マシニングセンタを使って3D加工をする大まかな流れを解説します。

1.3DCADで設計図を作成する

製作する部品の形状を3DCADで作成し、データと設計図を用意します。

2.3DCAMでプログラムを作成する

設計データを基にNCのツールパス(使用工具、工具の位置情報、軌跡、動作速度などの情報)を作成します。

3.マシニングセンタへNCデータを転送

ツールパスをマシニングセンタが読み込めるようデータ形式を変換し、転送します。

4.マシニングセンタに素材をセット・基準出しをする

マシニングセンタの平面度を確認後、材料をマシニングセンタにセットし、原点やXYZ軸、切削工具などの位置合わせを試運転をしながら実施します。

5.加工スタート

プログラムを実行し、マシニングセンタで加工をスタートします。

3D加工におすすめの製品

3D加工を扱えるCADやCAMにはさまざまな製品があります。以下で、おすすめの製品の一部をご紹介します。

FeatureCAM

AUTODESKのFeatureCAMは、フィーチャーと呼ばれる概念を採り入れたCAMシステムです。操作性に優れており、たとえば3次元形状に対して、加工方法を設定するだけで加工パスが作成できます。一般的なCAMであれば、工具の選定や加工条件設定などを手作業で行わなくてはなりませんが、FeatureCAMにはこうした煩わしさが少なく、業務効率化につながります。

FFCAM

工作機械メーカー「牧野フライス製作所」が、高精度・高品質をコンセプトに開発した、3次元加工に特化したCAMです。誰でも簡単に短時間でNCデータが作成できるよう、効率的かつ直感的に設計された操作性が特徴。さらに、高い視認性やマニュアル不要のインターフェースなども人気の理由です。

PowerMill

AUTODESKのPowerMillは、高速加工・多軸加工に適したCAMです。豊富な加工種類が用意されているのが大きな特長。手作業による設定が比較的多いものの、すべてテンプレート化できます。蓄積したデータをテンプレートにしておくことで、熟練者でなくても設定が容易になります。また、形状に対して、均一になるように演算しているので、高精度に仕上がり易いソフトウェアです。

SprutCAM

SPRUT TechnologyのSprutCAMは、3次元CAMでありながら導入しやすい低価格が特徴のソフトウェアです。ただし、豊富に用意された3D加工タイプやそのほかの加工法など、機能面に不自由はありません。操作性もユーザーフレンドリー。たとえば削り出し加工が標準設定となっており、削りの腰結果を自動的に加工素材として設定可能。そのままピンポイントにパスを作成できます。

当社はお客様のモノづくりをサポートします

3D加工を行う上でマシニングセンタは欠かせない加工機です。その設計のためには、高機能で使いやすい3DCAM・CADを用意しましょう。当社では、切削加工をはじめとしたモノづくりに携わる方のサポートや、お悩みに対応可能です。今回ご紹介したソフトウェアの導入等をご検討であれば、ぜひ一度お気軽にご相談ください。

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