3軸CNC加工とは：基礎、プロセス、用途

CNC加工の中で最も広く使用されている方法の一つが3軸加工です。数十年前から存在し、金属、プラスチック、その他の材料を精密に切断、成形、加工するための頼りになる選択肢であり続けています。しかし、3軸CNC加工とは一体何であり、どのように機能するのでしょうか？

このガイドでは、基本的な定義から、その用途、機械、利点、5 軸加工などのより複雑なオプションとの比較まで、知っておく必要のあるすべてのことを説明します。

3軸CNC加工とは何ですか?

3軸CNC加工とは、切削工具を左右（X軸）、前後（Y軸）、上下（Z軸）のXNUMX方向に動かして材料を加工する方法です。このXNUMXつの動きによって、工作機械は固体ブロック（ワークピース）から材料を削り取り、目的の形状を作り出すことができます。

• X軸（左から右）
• Y軸（前後）
• Z軸（上下）

実際には、オペレータはツールパスを次のようにプログラムします。 CAD / CAMソフトウェア、その後、コード（通常はGコード形式）をアップロードします。 CNCマシン機械はコマンドを読み取り、ツールをX、Y、Zに沿って移動させ、最終的な形状が現れるまで材料を切断します。

この工程では、切削工具またはワークピースのいずれかが固定され、もう一方を3軸に沿って移動させます。この構成により、平面または輪郭のある面を正確に成形することができ、フライス加工、穴あけ加工、タッピング加工などによく使用されます。

3軸加工プロセスの仕組み

3軸加工プロセスは、シンプルながらも高度に制御された手法で行われます。その仕組みをステップごとにご説明します。

1. 設計段階

エンジニアまたは設計者は、コンピュータ支援設計（CAD）ソフトウェアを使用して部品の3Dモデルを作成します。設計には、寸法、公差、穴やねじなどの特殊な形状が含まれます。

2. CAMプログラミング

CADファイルはコンピュータ支援製造（CAM）ソフトウェアにインポートされます。CAMソフトウェアは、選択された工具（エンドミル、ドリルなど）の切削戦略とツールパスを計算します。

ソフトウェアの出力 Gコードは、CNC コントローラに、ツールを X、Y、Z に沿ってどのように移動させるか、速度、クーラント、送り速度を正確に指示します。

3. マシンのセットアップ

A CNC機械加工士 加工対象物（金属、プラスチック、木材、その他の材料）を機械のテーブルまたは治具に固定します。CNC加工士は、切削工具をスピンドルに取り付け、3軸すべてにおいて工具の位置をゼロにします。CNC加工士は、Gコードを機械のコントローラに読み込みます。

4. 材料の除去

CNCマシンは プログラムされたツールパス 切削工具はX、Y、Z軸に沿って移動し、部品を成形します。最終形状に到達するまで、複数のパスが必要となる場合があります。

5。 検査

機械加工後、部品は取り出され、寸法精度と表面仕上げが検査されます。二次加工として、 バリ取り研磨や熱処理などが続く場合があります。

3 軸 CNC マシンの種類

さまざまなタイプの機械が、特定のタスクや材料に特化しています。

Machine Type	主な移動軸	主な用途	材質例	一般的な使用方法
CNCミリングマシン	X、Y、Z	正面フライス加工、ポケット切削、スロット加工	アルミニウム、スチール、プラスチック	エンジン部品、ブラケット、金型
CNCマシニングセンター	X、Y、Z	1回のセットアップでドリル、タッピング、フライス加工が可能	鋼、チタン合金	穴あけ、タッピング、複合フライス加工
CNC旋盤（ライブツール付き）	X、Z、回転軸	円筒部品の旋削、穴あけ	金属、プラスチック	シャフト、ブッシング、ねじ部品
CNCのルーター	X、Y、Z	大きなパネルや木材の切断と彫刻	木材、発泡スチロール、プラスチック	家具、看板、プロトタイプ
CNC彫刻機	X、Y、Z	表面彫刻、標識作成、ラベル貼り	金属、プラスチック、木材	銘板、ロゴ、装飾作品
CNCプラズマカッター	X、Y、Z	プラズマトーチで平らな板を切断する	スチール、ステンレス、アルミニウム	金属板やシートの切断

各機械は、切削工具（またはワークピース）を3つの直線軸に沿って動かします。 マシニングセンター 通常、自動工具交換装置とスピンドル速度の高速化が追加されます。旋盤はスピンドル内でワークピースを回転させ、ルーターやプラズマカッターは固定されたテーブル上で工具を移動させます。

3軸フライス盤

3軸フライス盤は、回転するカッターを用いて材料の塊を成形します。オペレーターは通常、部品の片面を仕上げるためにXNUMX回のセットアップをプログラムします。これらの機械は、平面形状やシンプルなポケット形状の加工に優れています。

3軸マシニングセンター

マシニングセンターには自動工具交換装置と、多くの場合クーラント用のエンクロージャが備えられています。オペレーターは一度に多数の部品と工具を装填できます。これらのセンターは手作業による介入を減らし、中規模バッチ生産のサイクルタイムを改善します。

3軸CNC旋盤

旋盤は工作物を静止した状態で回転させる 切削工具 材料を除去します。「ライブツール」を備えた旋盤は、フライス加工と穴あけ加工の両方の機能を備えており、複雑な形状を一度のセットアップで加工できます。オペレーターは、ワークピースのハンドリングを最小限に抑え、より高い精度を実現できます。

3軸CNCルーター

ルーターは、高いガントリーと非常に幅広のテーブルを備えています。木工所や看板メーカーは、大型の切断や彫刻にルーターを活用しています。オペレーターは、高速な送り速度と内蔵の集塵システムを高く評価しています。

3軸彫刻機

An CNC彫刻 小径カッターを使用し、低い切削抵抗で加工します。宝石職人やトロフィー職人は、繊細な表面エッチングにこの機械を採用しています。オペレーターは、工具の摩耗を最小限に抑えながら、微細な文字や小さなロゴを彫刻できます。

3軸プラズマカッター

A プラズマカッター イオン化ガストーチを噴射して厚い金属板を切断します。工場のオーナーは、大型の板材を扱う際にカッターの速度を高く評価しています。オペレーターは簡単なプログラミングで、数百の平面部品をマーキングし、切断することができます。

3 軸 CNC 加工の長所と短所

メーカーが 3 軸 CNC 加工を選択する理由はいくつかあります。

• 機械と工具のコストは多軸加工機に比べて低く、セットアップコストが低いため、小規模から中規模の生産に適しています。
• ランプ、輪郭、ポケット、穴はすべて 3 軸エンベロープ内に収まります。
• ほとんどの機械工と CAMシステム 3軸を操作します。オペレーターは高度なトレーニングではなく、基本的なCNCスキルを必要とします。
• 3 軸マシンは、金属、プラスチック、木材、複合材、フォームを切断します。
• 同じ G コードにより、長い生産バッチにわたって一貫した部品が生成されます。
• 適切なツールと送りにより滑らかな仕上がりが得られ、加工後の作業が削減されます。
• 簡単なセットアップでショップに配達 CNCプロトタイプ 数日ではなく、数時間で完了します。

3 軸 CNC 加工は多くのタスクに適していますが、いくつかの制限もあります。

• 内部のポケットに工具が閉じ込められる可能性があるため、設計者は密閉された空洞を避ける必要があります。
• ツールは常に垂直にアプローチします。角度付きのカットには、複数のパスまたは手動による成形が必要です。
• 部品に 3 軸の動きが必要な場合、XNUMX 軸加工では同じレベルの詳細や効率を実現できません。
• 5 面部品を加工する場合、再度クランプしたり追加のセットアップを行ったりすると時間がかかります。

3軸加工の一般的な用途

3 軸 CNC 加工は、単純な形状に対して信頼性とコスト効率に優れているため、幅広い業界で活用できます。

業種	代表的な部品	3軸フィットの理由
自動車	エンジンブロック、ブラケット、トランスミッション部品	大量生産、中程度の複雑さ
航空宇宙産業	計器パネル、シンプルなブラケット	高い再現性、優れた精度
医療	手術器具、小型インプラント	厳しい公差、再現性のある品質
電子	ヒートシンク、エンクロージャ	精密なポケット、複雑な2.5D形状
金型	簡易金型、治具	優れた表面仕上げ、コスト管理
建設業	カスタムブラケット、油圧コンポーネント	耐久性のある部品、簡単なセットアップ
ジュエリー	ベーシックなリング、ペンダント	細かい彫刻、少量生産
木工	キャビネットの表面、装飾パネル	大型で精巧な2D彫刻

3 軸マシンは、アンダーカットや深いキャビティを切削するためにツールを傾けることができないため、特徴が主に上面または直線側面にある部品に最適です。

3軸CNC加工と5軸CNC加工の比較

3軸マシンはX、Y、Zに沿って直線的にしか動きませんが、 5軸加工機 2つの回転運動（A軸とB軸）を追加します。主な違いは以下の表のとおりです。

機能	3軸加工	5軸加工
動きの軸	X、Y、Z	X、Y、Z、A（傾斜）、B（回転）
幾何学	シンプルなポケット、スロット、フェイス	複雑なアンダーカット、深いキャビティ、多面体部品
設定時間	多面作業用の1つまたは複数のセットアップ	単一のセットアップでほとんどの機能をカバー
プログラミング	より簡単なCAMセットアップ	より複雑なCAMツールパス計画
オペレータースキル	基本的なCNCの知識が必要	高度なプログラミング、衝突回避の専門知識
機械のコスト	$ 25,000- $ 50,000	$ 80,000〜 $ 500,000 +
柔軟性	到達できる表面に限定される	あらゆる角度から部品にアプローチ可能
生産速度	穏健派	より速い仕上げ、より少ないセットアップ
メンテナンス	低くなる	追加の軸と回転ベアリングにより高くなる
理想的な部品タイプ	2Dおよび2.5D部品、平面	3D輪郭形状、アンダーカット、深い空洞
複雑な形状の精度	グッド	素晴らしい。手動での位置変更は不要です。

一方、 5軸CNC加工 複雑な部品を加工する際の自由度と速度は高いものの、コストが高く、習得も容易ではありません。多くのプロジェクト、特に中小規模の工場では、コスト効率の面から3軸加工が依然として優れた選択肢となります。

続きを読む： 3軸 vs. 4軸 vs. 5軸CNC加工

その他の多軸加工機の概要

製造業の需要が増大するにつれて、より多くの軸が作用するようになります。

• 4軸CNC X軸（A軸）を中心とした回転を追加します。円筒加工や側面フライス加工に適しています。
• 7軸CNCは、5軸CNCをベースにヘッドチルトや旋回ジョイントを追加することで、航空宇宙や医療分野の部品における非常に複雑な形状の加工を可能にします。
• 9軸CNCは、5軸フライス盤と4軸旋盤をXNUMXつのユニットに統合したものです。この構成により、旋削とフライス加工をXNUMXつの治具で行うことができます。
• 12軸CNCは、それぞれ6軸加工が可能なデュアルヘッドまたはツインスピンドルを使用します。これにより、小型で精緻な部品の加工スループットがXNUMX倍になります。

軸数が増えると、機械コスト、プログラミングの複雑さ、メンテナンスの必要性も増大します。メーカーは、これらのトレードオフと、セットアップ時間の短縮や単一治具による加工といったメリットを比較検討する必要があります。

BOYI TECHNOLOGY – CNC加工のパートナー

次のプロジェクトに精密部品が必要ですか？当社の高度な 中国のCNC加工センター 3軸、4軸、5軸CNC工作機械を多数保有し、シンプルな2D部品から複雑な3D部品まで、ワン​​ストップで加工ニーズに対応いたします。小ロットの試作カスタマイズから大規模な安定生産まで、迅速なお見積もり、専門的な製造、厳格な品質検査サービスをご提供いたします。今すぐお問い合わせください。 [メール保護] 無料のプロセス評価を受け、 見積もり相談.

まとめ：

3軸CNC加工は、角柱状の部品や単純な形状の部品を作成するための、シンプルで費用対効果の高いソリューションを提供します。XNUMX軸CNC加工の能力と限界を理解することで、メーカーや設計者は、プロセスの選択、機械への投資、そしてプロジェクト計画について、情報に基づいた意思決定を行うことができます。

エンジニアとショップマネージャーは、次のような場合に 3 軸 CNC 加工を検討する必要があります。

• 部品ジオメトリには主に平面フィーチャが含まれます。
• 生産量は低〜中程度です。
• 予算によって機械と工具のコストが制限されます。
• ショップスタッフは基本的な CNC スキルを持っています。
• この設計では、1 回のセットアップで届きにくい領域を加工する必要がありません。

部品に深いキャビティ、角度の付いたフィーチャ、または複雑な曲線がある場合は、コストは高くなりますが、5 軸を使用すると時間を節約し、セットアップを減らすことができます。

お問合せ 私達についての詳細を学ぶために今日 CNC機械加工サービス そして、私たちがあなたのデザインを実現するのにどのようにお手伝いできるかを説明します。

FAQ