3 軸と 5 軸の CNC マシン: 完全ガイド

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CNC マシンは金属加工に革命をもたらしました。製造プロセスはかつては数日かかっていましたが、今では数分で完了します。さまざまな CNC ベースのマシンが登場し、製造業者を支援しています。しかし、3 軸と 5 軸の CNC マシンは議論の的となっています。

どちらもさまざまな用途に適していますが、どちらが優れているのでしょうか。興味深いことに、どちらのマシンも同じ機能を提供しますが、効率が異なります。この 2 つを混同する人はよくいますが、それぞれに長所と短所があります。このガイドでは、これら 2 つの CNC マシンについて詳しく説明します。では、始めましょう。

3軸および5軸CNCマシンの概要

3 軸マシンと 5 軸マシンの両方が製造工程で使用されています。これらは、ワークピースを切断、成形、穴あけ、または精密に削り取ります。どちらも作業に切削工具を使用します。コンピューター化されたシステムまたはソフトウェアがこれらのツールを制御します。

3 軸マシンでは、ツールは X、Y、Z の 3 方向に移動できます。5 軸 CNC マシンでは、ツールは 5 方向または軸に移動できます。ツールの X、Y、軸の動きは、両方のマシンで標準です。ただし、5 軸 CNC マシンでは、傾斜と回転の動きが追加されます。

5 軸マシンには、あらゆる形状の材料を切断するために移動する軸がより多くあります。デザインがどんなに複雑で入り組んでいても、このマシンは簡単に作成できます。対照的な 3 軸マシンは単純です。複雑なデザインの材料を切断または成形することはできません。多くの利点があるにもかかわらず、5 軸は非常に高価です。

3軸および5軸CNCマシンの動作メカニズム

3 軸 CNC マシンは材料を安定させます。スピンドルに取り付けられた切削工具は、さまざまな方向に移動して材料を切断します。これらの切削工具は、ミル、旋盤、ルーター、グラインダーなど、何でもかまいません。これらの工具を 3 方向に動かすことで、材料を形作ります。

工具は、マシンに送られるコンピューター化された指示に従って動くことに注意することが重要です。必要な形状の設計 (CAD) が作成されます。その後、エンジニアはこの設計をプログラムされた指示に変換します。コードの形式でこれらの指示セットがマシンに送られます。

その結果、切削工具はこれらの指示に従います。5 軸 CNC マシンでは、材料は回転テーブル上に置かれます。切削工具は、3 軸マシンと同様に 3 方向に移動します。ただし、回転テーブルは回転および傾斜できます。テーブルの回転により、工具に 2 つの追加方向が提供されます。

ワークピースは、回転テーブルの動きにより工具の下に来ます。5 軸マシンは、あらゆる角度から材料を簡単に切断し、複雑な形状を作成できます。ただし、3 軸マシンは切断設計の点で制限があり、どちらのマシンも命令としてコード化された情報を必要とします。

3軸CNCマシンと5軸CNCマシンの違い

これらのマシンについて基本的な知識は身に付きました。しかし、これらには多くの根本的な違いがあります。購入を決定するには、これらの違いを理解することが不可欠です。では、これらのマシンの重要な相違点をすべて詳しく見ていきましょう。

1- プログラミングの複雑さ

3 軸 CNC マシンは簡単でわかりやすいです。命令コードも非常にシンプルです。エンジニアが設計を作成し、それをコード形式に変換するのは簡単です。エンジニアはこのマシンを操作するために G コードの基本知識を持っている必要があります。

一方、5 軸 CNC 加工は複雑です。動きに関係する軸の数が多いため、専門的なプログラミングスキルが必要です。たとえば、一部のマシンでは、操作に G コードに加えて M コードを使用します。プログラミングの点では、5 軸マシンは技術的です。

2- セットアップの期間と複雑さ

3軸マシンはセットアップに時間がかかります。特に複雑な形状を作る場合は、ワークピースを繰り返し調整する必要があります。これでは、作業を完了するのに多くの時間がかかります。ただし、このマシンは単純なタスクでは時間がかかりません。

その理由は、単純なタスクを扱う場合はワークピースを調整する必要がないためです。5軸マシンはセットアップが簡単です。ワークピースの位置を継続的に変更する必要はありません。材料を配置したら、マシンの電源を入れます。タスクを簡単に完了できます。

これは、切削工具がさまざまな方向に移動するためです。マシンの複雑さについて説明しましょう。興味深いことに、3軸CNCマシンは複雑ではありません。少しの経験があれば、効率的に操作できます。ただし、5軸マシンは非常に複雑です。オペレーターとして非常に高いスキルと経験が必要です。

3- 人件費と柔軟性

先ほども述べたように、3 軸マシンは従来のマシンです。その操作には労働者の特別なスキルは必要ありません。長年使用されているため、誰もがよく知っています。ある程度の経験を持つ労働者であれば、このようなマシンを操作できます。労働力が少なくて済むため、専門家を雇う必要はありません。

5 軸マシンは非常に複雑です。関連する専門知識を持つ熟練した労働者が必要です。したがって、特定の労働者を雇う必要があり、人件費が追加されます。ただし、複雑な形状を簡単に作成できます。どのようなデザインでも、このマシンは正確なプロトタイプを提供します。したがって、非常に柔軟性が高く、それがこのマシンの大きな特徴です。

4- パフォーマンスと効率

これらの CNC マシンのパフォーマンスは、2 つの属性で判断できます。1 つ目はターンアラウンド期間、2 つ目は精度です。どちらの点でも、5 軸マシンが優位です。このマシンは、複雑な形状をすぐに提供できます。

ただし、3 軸マシンには時間がかかります。オペレーターは、作業を完了するためにワークピースを何度も再調整する必要があります。そのため、5 軸を使用するとターンアラウンドが長くなります。精度に関しては、どちらのマシンも同等に優れています。

クイックノート: 5 軸 CNC マシンは、他のマシンよりも効率が優れています。そのため、大規模に作業する確立されたメーカーは、これらのマシンを使用します。3 軸マシンは、小規模なメーカー向けです。

5- 耐久性と長寿命

3 軸マシンはより耐久性が高いと考えられています。その理由は、それほど複雑ではなく、部品が少ないからです。したがって、これらのマシンのメンテナンスは比較的簡単です。定期的に大きな摩耗や損傷が発生することはありません。

問題が発生した場合でも、現地の作業員が修理できます。逆に、5 軸 CNC マシンは通常、摩耗や損傷が発生しやすい傾向があります。これは、複雑な部品やコンポーネントが原因です。メンテナンスコストも高く、これも欠点の 1 つです。

6- コストと手頃さ

これは、意思決定プロセスを決定する最も強力な要因の 1 つです。3 軸 CNC マシンは安価です。逆に、5 軸マシンは高価です。購入には多額の予算が必要であり、多くの人にとって大きな障害となります。

問題は、どちらを購入すべきかということです。ニーズの少ない小規模メーカーの場合は、3 軸マシンの購入をお勧めします。ただし、精度と迅速なターンアラウンドを求める場合は、5 軸マシンが優先されます。

3軸および5軸CNCマシンの限界

これら 2 つのマシンが優れていることは間違いありません。ただし、長所と短所により、それぞれ適したアプリケーションが異なります。両方のマシンの制限について説明しましょう。

3軸CNCマシンの限界

まず、このマシンの機能は非常に限られています。切削工具は 3 方向にしか移動できません。そのため、あらゆる形状を切削することはできません。複雑なデザインが必要な場合は機能しません。
複雑な形状を切削するには、複数の工具が必要です。それらの工具は別々に購入する必要があります。コストがかかります。
作業中は、必要な形状を得るために何度も工具を交換する必要があります。これにより、効率が低下するだけでなく、生産期間も長くなります。
3 軸マシンは巨大です。多くのスペースが必要になるため、これも欠点です。サイズが大きいため、小規模なメーカーが対応するのは困難です。
このマシンは、高精度の用途にも適していません。その理由は、工具を交換してワークピースを何度も調整する必要があるためです。このため、小さなエラーが発生する可能性があります。

5軸CNCマシンの限界

この機械の大きな欠点の 1 つは、コストが高いことです。小規模な製造業者がこれを購入するのは困難です。
この機械は非常に複雑です。その動作メカニズムは非常に洗練されています。したがって、操作には専任の高度なスキルを持つオペレーターが必要です。
5 軸 CNC マシンのメンテナンスコストは比較的高く、摩耗しがちです。これは、複雑さと関連するコンポーネントの数によるものです。

3軸および5軸CNCマシンの用途

3 軸および 5 軸 CNC マシンの使用は、さまざまな業界で広まっています。CNC 加工は近年ブームになっていると言っても過言ではありません。これらのマシンは、航空宇宙から医療業界まで、あらゆる分野で役立っています。以下は、これら 2 つの CNC マシンの用途を示す詳細な表です。

3 軸マシンの用途	5 軸マシンの用途
平面、穴あけ、基本的な輪郭加工に使用	防衛産業で武器やその部品の製造に使用
ガスおよび蒸気タービンのブレードの加工に使用	プラスチック射出成形用の複雑な金型の作成に役立ちます
主に彫刻や看板の作成に使用	ラップトップシャーシや電話のハウジングに使用
電子部品やハウジングに使用	彫刻やジュエリーの作成に使用
木工でパネル、家具、装飾品の作成に使用	義肢や矯正器具などの医療機器に使用
自動車産業でエンジンブラケット、カスタムプレート、取り付け器具の作成に使用	航空宇宙産業で航空機部品やエンジン部品の作成に使用

5軸加工センターには多くの利点があることは間違いありません。しかし、最も有名なのは3軸です。その使用範囲は5軸CNCマシンよりも広くなっています。その理由は、シンプルで安価だからです。誰もがこの機械をより簡単にメンテナンスできます。

3 軸マシンを 5 軸マシンにアップグレードできますか?

はい、3軸マシンを5軸にアップグレードすることは可能です。ただし、マシンに大規模な変更を加える必要があります。これはCNC加工の専門家によって行われます。さらに、非常にコストがかかるため、これも障害となります。

変更については、カスタムCNC加工サービスプロバイダーに相談する必要があります。彼らはマシンの状態を確認し、適切なアドバイスを提供します。ただし、問題は、そのような変更や修正を推奨するかどうかです。答えはNOです！

その理由は、そのような修正された3軸マシンは、新しい5軸ほど優れた精度を提供しないためです。さらに、修正のプロセスにもコストがかかります。古いものを変更またはアップグレードするのではなく、新しい5軸を購入することをお勧めします。

クイックヒント：予算が少ない場合は、古い3軸マシンを販売できます。多くのメーカーがそれらの3軸マシンを必要としているため、古いマシンをすぐに購入します。これにより、予算を大幅に増やすことができます。ソーシャルメディアプラットフォームを通じて購入者を見つけることができます。

よくある質問

3軸CNC加工の利点は何ですか?

3軸マシンは操作が簡単で、熟練した労働力を必要としません。何よりも、非常に手頃な価格であり、これは小規模メーカーにとって大きな利点です。

3軸CNCマシンと5軸CNCマシンのプログラミングの違いは何ですか?

5軸CNCプログラミングはより複雑で技術的です。高度なCAM（コンピューター支援製造）ソフトウェアとより熟練したプログラマーが必要です。3軸マシンのプログラミングは、マシン自体が操作しやすいのと同じように、比較的簡単です。

5軸CNC加工の利点は何ですか?

このマシンは、複雑な形状やデザインを作成するのに非常に優れています。回転および傾斜可能な回転テーブルがあり、切断に2つの追加方向を提供します。したがって、3軸加工よりも高度です。

結論

3 軸と 5 軸の CNC マシンの選択に迷っていませんか? 心配しないでください。このガイドに解決策があります。どちらのマシンにも長所と短所があります。選択は、ニーズ、予算、専門知識によって異なります。

3 軸マシンは、小規模な製造業者にとって良い選択肢です。高額な予算を必要としないため、大きな利点があります。一方、5 軸マシンは、確立されたビジネスにのみ適しています。複雑で高精度のアプリケーションに最適です。