インダストリー 4.0 の時代を迎え、CNC (コンピューター数値制御) 加工は、現代のものづくりの基礎。コンピューターを使用して工作機械を制御するこの技術は、高精度、高効率、一貫性により従来の機械加工に革命をもたらしました。しかし、より複雑で精密なコンポーネントへの需要が高まるにつれ、従来の 3 軸または 4 軸 CNC 加工では対応できないことがよくあります。
ここで 5 軸 CNC 加工が登場します。 5 軸 CNC 機械では、従来の 3 つの直線軸に 2 つの回転軸を追加することで、ほぼあらゆる方向からツールがワークピースにアプローチできるようになります。この機能により、追加のセットアップの必要性が大幅に排除され、生産効率が向上し、美しく複雑な部品が生産されるため、あらゆるワークショップに信じられないほどの可能性が解き放たれます。
この記事では、5 軸 CNC 加工とは何かを明確にし、その仕組みを説明し、5 軸の動作を詳細に掘り下げ、その利点と制限を共有することに重点を置きます。
5 軸 CNC 加工をより深く理解するために、まず CNC 加工における軸数について説明しましょう。軸数とは、目的の製品を作成するために切削工具 (またはワークテーブル) が移動できる方向の数を指します。基本的に、機械が持つ軸の数が増えるほど、ツールと作業台の移動と回転の範囲が広くなり、最終的にはより複雑で正確なコンポーネントの製造が可能になります。
5 軸 CNC 加工では、5 つの異なる軸に沿って切削工具または部品を同時に動かします。 X、Y、Z 直線軸に沿って移動する従来の 3 軸加工とは異なり、5 軸 CNC 機械には 2 つの追加の回転軸が組み込まれています。これにより、1 回のセットアップで複数のサーフェスを処理できるようになります。複雑な曲線や輪郭を簡単に処理でき、複雑で不規則な形状の部品の加工に最適です。
それでは、5 軸 CNC 加工の軸の知識から始めましょう。
標準の 3 軸加工は、X、Y、Z 軸に沿って行われます。これら 3 つの直線軸は、スピンドルまたはワークピースが移動できる方向を表します。
回転軸を使用するということは、機械が事前に確立された直線軸の 1 つの周りで部品または切削工具 (スピンドル ヘッド) を回転できることを意味します。 5 軸 CNC 加工では、さまざまな機械が次の回転軸 (A と B、B と C、または A と C) のさまざまな組み合わせを使用します。
5 軸 CNC 加工は、切削工具またはワークピースを 5 つの異なる軸に沿って同時に移動させることによって動作します。 3 つの直線軸と 2 つの回転軸が連動して必要な加工を実現します。
ここでは、5 軸 CNC 加工がどのように機能するかを段階的に説明します。
最初のステップでは、CAD (コンピューター支援設計) ソフトウェアを使用して、機械加工する部品を設計します。設計者は、必要な寸法、形状、機能をすべて指定して部品の 3D モデルを作成します。
部品が設計されると、CAM (コンピューター支援製造) ソフトウェアを使用して 3D モデルが機械可読命令に変換されます。これには、ツールパスの定義、適切な切削工具の選択、切削速度や送りなどの加工パラメータの決定が含まれます。
5 軸 CNC 機械は部品の要件に基づいて選択されます。ワークピースを確実に保持して位置合わせするための治具が設計され、ワークテーブルに取り付けられています。切削工具は、材質、希望する表面仕上げ、部品の複雑さに基づいて選択され、ツールチェンジャーに取り付けられます。
CAM で生成されたプログラムを CNC マシンの制御システムにロードします。このプログラムには、機械が加工操作を実行するために必要なすべての命令が含まれています。
マシンの電源がオンになると、プログラムが開始されます。また、CNC システムは、事前定義されたツールパスに沿ってツールの動きを制御します。 3 つの直線運動は、従来の 3 軸加工と同じです。左右 (X 軸)、前後 (Y 軸)、および上下 (Z 軸) です。回転と傾きの同時動作については、前述したように以下の 3 つの組み合わせがあります。
1. A と B2 の回転動作。 AとC3の回転動作。 B&Cの回転動作
これらの軸の具体的な構成は、5 軸 CNC 機械の種類によって異なります。下の図は、A と B、A&C、B&C の回転モーションを示しています。
オペレーターは加工プロセスを監視し、すべてがスムーズに進んでいることを確認します。必要に応じて、切削パラメータまたはツールパスを調整して、加工プロセスを最適化できます。
需要が増え続けるにつれて、現在ではさまざまな種類の 5 軸加工機が登場しています。 2 つの回転軸の構成に基づいて、5 軸フライス センタは、テーブル/テーブル、ヘッド/テーブル、またはヘッド/ヘッドの 3 つの主要なタイプのいずれかに分類できます。
このセットアップでは、両方の回転軸がワークテーブルに取り付けられています。これは、ワークピースがテーブル上に固定され、テーブルが回転および傾斜して 5 軸運動を実現することを意味します。他のタイプと比較して、テーブル-テーブル構成は構造がシンプルで保守が容易で、作業範囲が最小限に抑えられます。中・小型ワーク、特に形状が複雑でサイズが小さいワークの加工に威力を発揮します。ただし、可搬質量に限界があるため、大きなワークや重いワークには不向きです。
ヘッド/ヘッド マシンはスピンドル ヘッドを使用してすべての回転および旋回運動を実行しますが、ワークピース自体は静止したままです。この設定により、主軸頭とワークとの干渉を回避し、ワークの移動による誤差を低減します。ヘッド/ヘッド型 CNC マシンは大型部品の製造に最適です。ただし、この設計では回転軸方向の可動範囲が制限されます。主軸ヘッドはさまざまな角度で回転したり傾けたりできますが、回転軸の可動範囲は比較的狭いため、特定の複雑な加工シナリオでは制限要因となる可能性があります。
ヘッド/テーブル構成のマシンは、テーブル/テーブル設定とヘッド/ヘッド設定が混在しています。 1 つの回転軸は主軸ヘッド上にあり、もう 1 つの回転軸は回転テーブル上にあります。ヘッド/ヘッド構成とは異なり、特定の状況では主軸ヘッドの回転軸が物理的構造や動作範囲の制限に遭遇する可能性がありますが、ヘッド/テーブル構成ではテーブル上の回転軸が自由に回転できるため、ワークピースは回転し続けることができます。 。このセットアップにより、アンダーカットや複雑な表面、または多面のワークピースへのアクセスが向上します。しかし、ワークは回転軸上に固定されているため、回転テーブルの耐荷重や回転能力によってワークの大きさや重量が制限される場合があります。
5 軸 CNC 加工にはいくつかの重要な利点があり、現代の製造業、特に複雑な部品や高精度の製品の加工において不可欠な技術となっています。主な利点の一部を次に示します。
5 つの軸すべてを同時に移動できるため、ツールの角度と位置を動的に調整でき、ワークピースの届きにくい領域へのアクセスが向上します。これにより、従来の 3 軸または 4 軸加工では非常に困難または不可能だった深いキャビティ、アンダーカット、自由曲面、複雑な輪郭などの非常に複雑な形状の加工が可能になります。
効率的な加工: 5 軸加工では、1 回のセットアップで多面加工を完了できるため、複数のセットアップや位置変更の必要性が最小限に抑えられます。この中断のないプロセスにより、ダウンタイムが削減され、全体的なスループットが向上し、生産サイクルの短縮につながります。
高精度: 5 軸加工機は、5 つの自由度にわたって工具を制御することにより、優れた精度を達成できます。この正確な制御により、複雑な表面が、多くの場合マイクロメートルレベルにまで及ぶ厳しい公差に合わせて機械加工されることが保証されます。 5 つの軸すべてを同時に動かすことで、切削工具は加工プロセス全体を通じて最適な位置と方向を維持し、誤差を減らし、精度を向上させます。
5 軸加工の回転軸は、切削工具がワーク表面に対して一定の最適な切削角度を維持できるようにすることで、この面で重要な役割を果たします。これにより、工具のびびりのリスクが軽減され、より滑らかで高品質な表面が確保されます。仕上げる。さらに、5 軸加工により短い切削工具の使用が可能になり、振動やたわみが低減され、優れた表面仕上げが得られ、追加の仕上げプロセスの必要性が最小限に抑えられます。
5 軸加工により、複雑なコンポーネントを 1 回のクランプ操作で作成できます。これにより、治具やツールを頻繁に交換する必要性が最小限に抑えられ、位置ずれ、エラー、潜在的なワークピースの損傷のリスクが軽減されます。最適化されたツールパスは、切削工具にかかる応力と熱を軽減し、工具の寿命を延ばすように設計されています。これにより、工具交換やメンテナンスの中断が減り、より連続的で効率的な加工プロセスに貢献します。
5 軸 CNC 加工技術の多用途性により、その用途はさまざまな業界に拡大しています。
航空宇宙: 航空機部品、エンジン部品、その他の高精度で複雑な製品の製造に広く使用されています。
軍事: 精度と信頼性が重要な精密武器や機器の製造に不可欠です。
精密機器および医療機器: 厳しい精度と表面品質要件を備えた機器や機器の作成に最適で、重要なアプリケーションで最適なパフォーマンスと信頼性を確保します。
5 軸 CNC 加工には利点があるものの、次のような制限もあります。
5 軸 CNC 機械は、主に高度な設計と機能により、従来の 3 軸および 4 軸機械よりも高価です。さらに、多数の可動部品を備えた複雑な機械構造には定期的な保守と校正が必要なため、これらの機械のメンテナンスコストも高くなります。さらに、高度な制御システムには専門家の注意が必要であり、運用コストがさらに増加します。
高度な CAM (コンピューター支援製造) ソフトウェアと、5 軸 CNC 加工用のプログラムを作成する高度なスキルを備えたオペレーターが必要です。さらに、このプロセスには時間がかかるため、正確かつ効率的なツールパスを確保するには詳細な計画と検証が必要です。この複雑さにより、トレーニング コストが増加し、セットアップ時間が長くなる可能性があります。
オペレーターは、機械とその制御システムの複雑さを理解するために専門的なトレーニングを必要とします。オペレーターはこれらの機械の高度な機能の取り扱いに習熟する必要があるため、オペレーター向けの特別なトレーニングを行うとさらにコストがかかります。
シナリオによっては、5 軸加工が実現できない場合があります。たとえば、短いカッターや幅広のハンドルを使用する場合、5 軸加工技術では、傾斜した角度で発生する振動により問題が発生する可能性があります。これらの振動は加工精度や表面仕上げに悪影響を及ぼし、特定のタスクでは 5 軸加工の効率が低下する可能性があります。このような場合、5 軸加工の利点がそれほど重要ではない特定の用途に安定性と精度を提供する 3 軸加工の方がより現実的な選択肢となる可能性があります。
この記事を通じて、5 軸 CNC 加工について包括的に理解していただけたと思います。この高度な技術により、非常に複雑な形状の製造が可能になり、優れた表面仕上げを備えた複雑な部品の作成が容易になります。初期コストは高くなるかもしれませんが、5 軸加工は長期的には時間とコストを最終的に節約します。精密 5 軸加工プロジェクトをより効率的かつコスト効率よく行うには、信頼できるパートナーを選択する必要があります。チゴ以外に探す必要はありません。
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銅、真鍮、青銅は一般に非鉄金属に分類され、レッドメタルと呼ばれる同じグループに属します。これらはすべて、耐食性、高い電気/熱伝導性、溶接性などの特徴を備えており、建築、電子、アートワーク、機械などの業界で広く使用されています。
材料の硬度は、材料が大きな変形を受けることなく機械的力にどれだけ耐えられるかを示す重要な特性です。これは製造およびエンジニアリングにおける重要な特性であり、製品の性能と寿命に影響を与えるだけでなく、生産プロセスの効率と最終製品の品質にも直接影響します。
ストレスとひずみは、材料が力にどのように反応するかを説明するための最も重要な概念の2つです。応力は、負荷下の材料内の単位面積あたりの内部力であり、ひずみは、適用された力から生じる材料の形状の変形または変化です。 ただし、ストレスとひずみの関係は理論をはるかに超えています。これは、健全なエンジニアリングの決定に不可欠です。それらを並べて比較することにより、材料のパフォーマンス、安全性がどれだけ安全に変形できるか、いつ失敗する可能性があるかをよりよく予測できます。この記事では、それらの定義、違い、関係、および実用的なアプリケーションについて説明します。 詳細に入る前に、ストレスと緊張に関するこの短い入門ビデオが役立つことがあります。 ストレスとは ストレスは、外部負荷に抵抗するために材料が発達する単位面積あたりの内部力です。顕微鏡的に、適用された負荷は、変形に反対し、構造を一緒に「保持」する原子間力を誘導します。この内部抵抗は、私たちがストレスとして測定するものです。 負荷の適用方法によっては、ストレスは次のように分類されます。 引張応力(σt)および圧縮応力(σc):これらは、断面領域に垂直に作用する正常な応力です。 せん断応力(τ):断面領域と平行に作用する接線力によって引き起こされます。 ねじれ応力(τt):トルクまたはねじれによって誘発されるせん断応力の特定の形態。 その中で、引張ストレスは、エンジニアリング設計における最も基本的なタイプのストレスです。計算式は次のとおりです。 どこ: σ=ストレス(Paまたはn/m²;時々psi) f =適用力(n) a =力が適用される元の断面領域(m²) 材料のストレスがどのように測定されるか 直接ストレスを測定することは不可能なので、代わりに、適用された力または結果として生じる変形のいずれかを測定する必要があります。以下は、重要な測定技術の簡潔な概要です。 方法 /テクノロジー原理測定デバイス /ツール精度と精度一般的なアプリケーションユニバーサルテストマシン(UTM))測定力(f)、ストレス= f/aを計算します統合されたロードセルを備えたUTM★★★★★(高精度)基本的な材料テスト:ストレス - ひずみ曲線、機械的特性評価ひずみゲージ測定ひずみ(ε)、σ= e・ε(線形弾力性を想定)を介して応力を計算する ひずみゲージ、データ収集システム★★★★☆(高)コンポーネント応力分析;疲労評価;組み込み構造監視拡張計測定値の長さの変化、εとσを計算します接触または非接触拡張メーター★★★★☆(高)標本の引張試験;弾性弾性率と降伏ひずみの検証デジタル画像相関(DIC)光学方法は、フルフィールドの表面変形を追跡します高速カメラシステム、DICソフトウェア★★★★☆(フルフィールド)フルフィールドひずみ分析。クラック追跡;物質的な不均一性研究超音波ストレス測定ストレス下での材料の波速度の変化を使用します超音波プローブとレシーバー★★★☆☆(中程度)残留応力検出;溶接されたジョイントと大きな構造における応力監視X線回折(XRD)内部応力によって引き起こされる格子歪みを測定しますXRD回折計、専門ソフトウェア★★★★☆(高精度、表面層に局在する)薄膜、溶接ゾーン、金属およびセラミックの表面残留応力光弾性透明な複屈折材料の光学干渉フリンジを介してストレスを視覚化します偏光のセットアップと複屈折ポリマーモデル★★★☆☆(半定量的な定性)教育デモ;透明モデルにおける実験的ストレス分析マイクロ/ナノスケールの特性評価技術 EBSD、マイクロラマン、ナノインデンテーションなどのテクニックは、マイクロまたはナノスケールのひずみ/ストレスマッピングを提供します 電子またはレーザーベースのシステム、画像分析ソフトウェア★★★★☆(高精度;ローカライズされたマイクロ/ナノスケール) マイクロエレクトロニクス、薄膜、ナノインデンテーション、複合界面の動作 ひずみとは ひずみは、外力にさらされると材料が受ける相対変形の尺度です。これは、単位のない量またはパーセンテージとして表現され、元の長さ(または寸法)の長さ(またはその他の寸法)の変化を表します。 ひずみのタイプは、適用されるストレスに対応します:引張ひずみ、圧縮ひずみ、またはせん断ひずみ。 通常のひずみの式は次のとおりです。 どこ: ϵ =ひずみ(無次元または%で表されます) ΔL=長さの変化 l0=元の長さ 材料の株が測定される方法 さまざまな方法を使用して、ひずみを測定できます。最も一般的に使用される手法は、ひずみゲージと伸筋です。以下の表は、材料のひずみを測定するための一般的な方法をまとめたものです。 方法センシング原則センサー /トランスデューサー測定シナリオ備考ひずみゲージ抵抗の変化フォイルタイプのひずみゲージ静的または低周波ひずみ;一般的に使用されます業界で広く使用されています。低コスト;接着剤の結合と配線接続が必要です拡張計変位クリップオン /コンタクト拡張計材料テスト;全セクション測定高精度;動的テストや高度に局所的な株に適していませんデジタル画像相関(DIC)光学追跡カメラ +スペックルパターンフルフィールドひずみマッピング。亀裂伝播;複雑な形の標本非接触; 2D/3D変形マッピング。高価なシステム圧電センサー圧電効果圧電フィルムまたはクリスタル動的ひずみ、圧力、衝撃、振動高周波応答;静的ひずみ測定には適さないファイバーブラッググレーティング(FBG)光学(ブラッグリフレクション)FBG光ファイバーセンサー長距離にわたる分布または多重化測定EMIの免疫;航空宇宙、エネルギー、スマート構造に適していますレーザードップラー振動計(LDV)ドップラー効果LDVレーザープローブ動的ひずみ/速度測定と表面振動分析非接触;高解像度;高い;表面条件に敏感です ストレスとひずみの重要な違い 以下は、直接の概要を提供するクイックテーブルです。 側面ストレス歪み式σ= f / aε=Δl /l₀ユニットPA(n/m²)、またはpsi(lbf/in²)無次元または%原因外力ストレスによって引き起こされる変形効果内部力を生成して、外部負荷に対抗します。高すぎる場合、塑性変形、骨折、疲労障害、ストレス腐食亀裂につながる可能性があります材料のジオメトリを変更します。降伏点を超えて永続的に弾性制限で回復可能行動材料が抵抗しなければならない領域ごとの内部力。分布に応じて、圧縮、張力、曲げ、またはねじれを引き起こす可能性があります適用された応力下で材料がどれだけ変形するかを説明します。弾性またはプラスチックにすることができます ストレスと緊張が互いにどのように関連するか ストレスはひずみを引き起こします。応力 - ひずみ曲線は、適用された応力に対してひずみ(変形)をプロットすることにより、材料が徐々に増加する荷重の下でどのように変形するかをグラフ化します。その重要なポイントを確認しましょう。 1。弾性領域(ポイントO – B) […]
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