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多軸加工は、4方向以上に移動するツールを伴う製造プロセスであり、余分な材料をフライス加工したり、ウォータージェット切断やレーザー切断によって金属やその他の材料から部品を製造するために使用されます。このタイプの加工は、もともと大型の複雑な機械で機械的に実行されていました。これらの機械は、カムプレート上にあるレバーを介して個別に制御される4、5、6、さらには12軸で動作しました。カムプレートは、ツールデバイス、部品が固定されているテーブルを制御する機能と、機械内でツールまたは部品を回転させる機能を提供しました。機械のサイズと複雑さのため、生産のためにセットアップするには膨大な時間がかかりました。[1]コンピューター数値制御加工が導入されると、複雑な部品をより高速かつ効率的に加工する方法が提供されました。
一般的なCNCツールは3軸の移動をサポートしていますが、多軸マシンは1つまたは複数の軸の周りの回転もサポートしています。5軸マシンは業界で一般的に使用されており、ワークピースは3軸（通常はx、y、z）に沿って直線的に移動され、ツールスピンドルは追加の2軸の周りの回転が可能です。 [2]
現在では、3軸ツールパスを5軸ツールパスに自動的に変換できるソフトウェアなど、多軸加工をサポートするCAM（コンピュータ支援製造）ソフトウェアシステムが数多くあります。 [3]コンピュータ支援製造が進歩する前は、設計から製造への情報の転送には多くの場合、膨大な手作業が必要であり、エラーが発生し、時間と材料の無駄が生じていました。
多軸マシンには 3 つの主要コンポーネントがあります。
- 機械の物理的機能、つまりトルク、スピンドル速度、軸の方向/操作。
- CNC ドライブ システムは、機械を動かすコンポーネントです。これには、サーボ モーター、高速移動システム、ボール スクリュー、および位置決めの監視方法が含まれます。
- CNCコントローラは、機械内でデータの転送/保存を行い、入力データを処理して実行する。[4]
多軸マシンは、他の CNC ツールに比べていくつかの点で優れていますが、マシンの複雑さと価格が高くなります。
- 機械加工中に部品を手作業で回転させなければならない場合、人的労力が削減されます。
- ワークピースをスピンドルの周囲に動かすのではなく、工具を表面の接線方向に動かすと、より優れた表面仕上げが得られます。
- より複雑な部品、特に曲がった穴のある部品を製造できます。
- 工具と加工面の間の角度を最適にできるため、工具寿命が延びます。
- より高品質な部品。かつては複数のセットアップが必要だったものが、今では 1 回ではなく数回で実行できるようになり、手順が減り、エラーが発生する可能性が減ります。
多軸加工機の軸数は4～9軸です。[5]各軸の移動は、テーブル（ワークピースが取り付けられている）を移動させるか、ツールを移動させることによって実行されます。実際の軸の構成は異なるため、同じ軸数の機械でも実行できる動作が異なる場合があります。
アプリケーション
多軸 CNC マシンは、次のような多くの業界で使用されています。
- 航空宇宙産業：航空機部品の製造には多軸工作機械が使用され、複雑な部品を効率的に製造することができます。[6]
- 自動車産業：多軸CNCマシンはエンジンハウジング、リム、ヘッドライトを製造します。[7]
- 家具産業：CNC旋盤は木製のテーブル脚やその他のほとんどの部品を大量生産します。[8]
- 医療業界：多軸CNCマシンは、カスタム股関節置換術、歯科インプラント、義肢を製作します。[9]
多軸加工は、金属、プラスチック、木材から強度の高い高品質のモデルを作成し、簡単にプログラムできるため、ラピッドプロトタイピングにもよく使用されます。 [10]
コンピュータ支援製造（CAM）ソフトウェア
CAM ソフトウェアは、3D モデルをツール パスに変換するプロセスを自動化します。ツール パスとは、多軸マシンが部品をフライス加工する際にたどる経路です (図 1)。このソフトウェアは、ツール ヘッドのさまざまなパラメーター (CNCルーターの場合はビット サイズ)、ブランクの寸法、マシンが持つ可能性のある制約を考慮に入れます。複数のパスのツール パスを生成することで、部品の細部まで精細に仕上げることができます。最初の数回のパスで大量の材料を除去し、最後の最も重要なパスで表面仕上げを行います。[15] CNC 旋盤の場合、CAM ソフトウェアは、部品の中心軸が旋盤の回転軸と揃うようにツール パスを最適化します。[16]ツール パスが生成されると、CAM ソフトウェアはそれをG コードに変換し、CNC マシンがフライス加工を開始できるようにします。[17]
CAM ソフトウェアは現在、開発が進む多軸マシンの機能を制限する要因となっています。この分野における最近の進歩には次のようなものがあります。
- トポロジー最適化は、CNCマシン上で3Dモデルをより効率的かつ費用対効果の高いものに改良するアルゴリズムです。[18]
- 3Dモデルの特徴を自動認識し、3Dモデルの特徴から機械が従うべき指示を識別することでツールパスの生成を簡素化します。[19]
参照
参考文献
- ^ Apro, Karlo (2009). 5軸加工の秘密. インダストリアルプレス. ISBN 9780831133757. OCLC 1008856747.[ページが必要]
- ^ 「5軸CNC加工の主な用途は何ですか？ - Kentin Engineering Australia」。Kentin Engineering Australia。2016年5月5日。 2018年11月17日閲覧。
- ^ MCADCafé. Sescoi の WorkNC 5 軸と Auto 5 - ALLIO における競争上の優位性。
- ^ Saxer, M; De Beer, N; Dimitrov, DM (2012 年 12 月 3 日). 「工具アプリケーション向け高速 5 軸加工」. The South African Journal of Industrial Engineering . 23 (3): 144–153. doi : 10.7166/23-3-517 . ProQuest 1269154092.
- ^ Karlo Apro (2008). 5軸加工の秘密。Industrial Press Inc. ISBN 0-8311-3375-9。[ページが必要]
- ^ ペリー、クリントン（2018年9月）。「航空宇宙向け5軸CNCマシン」。航空宇宙製造と設計。 2024年4月4日閲覧。
- ^ 「自動車産業における5軸CNC加工の精密利用」www.waykenrm.com 2018年10月30日2020年11月15日閲覧。
- ^ 「スペシャリストCNC加工ソリューション」。家具・建具製造。 2020年11月15日閲覧。
- ^ Duncan Thompson (2021年12月). 「股関節インプラントでボールに乗る」.世界で最も柔軟なツールグラインダー - ANCA - CNCマシン. 2023年9月26日閲覧。
- ^ 「ラピッドプロトタイピングで 5 軸 CNC マシンが好まれる理由」www.ltc-proto.com 。 2020 年 11 月 16 日閲覧。
- ^ 「CNC旋盤とは何か、その機能は何か?」。Worthy Hardware。2017年8月9日。 2020年10月22日閲覧。
- ^ 「5軸CNC加工について知っておくべきことすべて」www.waykenrm.com 。 2020年10月25日閲覧。
- ^ 「マシン構成」。5軸CNC加工とプログラミングとは。 2020年11月15日閲覧。
- ^ 「5軸マシニングセンターの4つのタイプ」www.mmsonline.com 。 2020年11月15日閲覧。
- ^ Chang, Kuang-Hua, 1960- (2013). CAD/CAE を使用した製品製造とコスト見積り。オックスフォード、英国: Academic Press。ISBN 978-0-12-404600-9. OCLC 868597615.
{{cite book}}: CS1 maint: 複数名: 著者リスト (リンク) CS1 maint: 数値名: 著者リスト (リンク)[ページが必要] - ^ 川口康弘; 中本圭一; 石田徹; 竹内好美 (2009). 「C8 マルチタスクマシンによる芸術的加工(多軸制御加工)」21 世紀先端製造業に関する国際会議論文集: Lem21 . 2009 (5): 145–148. doi :10.1299/jsmelem.2009.5.145.
- ^ Dejan (2020-05-06). 「Gコードの説明 | 最も重要なGコードコマンドのリスト」HowToMechatronics . 2020年11月15日閲覧。
- ^ Mirzendehdel, Amir M.; Behandish, Morad; Nelaturi, Saigopal (2020 年 5 月). 「多軸加工のためのアクセシビリティ制約によるトポロジー最適化」. Computer-Aided Design . 122 : 102825. arXiv : 2002.07627 . doi :10.1016/j.cad.2020.102825. S2CID 211146708.
- ^ 製造科学技術VI：2015年6月1日〜2日、ブルネイ、バンダルスリブガワンで開催された2015年6回国際製造科学技術会議（ICMST 2015）からの査読済み論文の抜粋。De Silva、Liyanage C.、Debnath、Sujan、Reddy、M. Mohan。[チューリッヒ]、スイス。2015年9月2日。ISBN 978-3-0357-0014-5. OCLC 921032943.
{{cite book}}: CS1 メンテナンス: 場所が不明な発行元 (リンク) CS1 メンテナンス: その他 (リンク)[ページが必要]