3-軸加工では、X に沿って切削工具を移動します。, Y, および Z 直線軸. 最も広く使用されている CNC フライス加工構成の 1 つです, そしてそれは角柱状の部品に適しています, ポケット, スロット, 穴, アクセス可能な 3D サーフェス. このガイドではその仕組みについて説明します, その利点, 4 軸または 5 軸の方が適している場合.
3軸加工とは?
3-軸加工は、3 つの直線軸を制御する CNC フライス加工です。: バツ, Y, とZ.
工具またはテーブルはこれらの軸に沿って移動しますが、主軸の方向は固定されたままです。. 立形マシニングセンタは最も一般的なタイプです. 横型機械は、横型スピンドルを備えた同じ 3 軸を使用します。.
工具軸が固定されたままなので, 各セットアップでは、そのツール方向からアクセスできるフィーチャーを加工できます。. 他の向きのフィーチャは再配置が必要になる場合があります, 追加の備品, または複数のセットアップ.
3 軸加工のしくみ?
コントローラーはツールパスに沿ってツールを移動させる CNC プログラムに従います。.
- CAD モデルと図面により、形状と公差が定義されます。.
- プログラマーが適切なカッターを選択します, CAM ソフトウェアはジオメトリに基づいてツールパスを生成します, 加工戦略, および切断パラメータ.
- ポストプロセッサはマシン固有の G コードを出力します。.
- ワークホールドは機械内の部品の位置を特定します.
- ツールは X に沿って切断します, Y, および Z はプログラムされたパスへ.
- 検査により重要な寸法が検証されます.
餌, スピード, 工具のかみ合わせ, 結果を決めるのはワーク保持力の剛性と. ガイドを参照してください CNCフライスとは何ですか より広範なプロセスに向けて.
3 軸加工の一般的な機械構成
いくつかの機械スタイルは 3 つの直線軸で動作します.
これらの機械カテゴリは追加の回転軸でも利用できる場合があります. この表は、3 つの直線加工軸で動作する構成を説明しています。.
| マシンタイプ | スピンドル | 典型的な使用 |
| 立形マシニングセンタ | 垂直 | 一般的なフライス加工, 金型, 括弧 |
| 横形マシニングセンタ | 水平 | 生産加工, ボックス型パーツ, 切りくずの排出 |
| ベッドミル | 垂直 | 大きくて重い部品 |
| ガントリーミル | 垂直 | 非常に大きなプレートとフレーム |
| ドリリング＆タッピングセンター | 垂直 | 穴とネジを高速で加工 |
| CNCルーター | 垂直 | シート, パネル, そしてより柔らかい素材 |
スタイルを比較する 立型フライス盤と横型フライス盤 そして 12 CNCマシンの種類.
重要なコンポーネント
各コンポーネントが精度に影響を与える, 再現性, そしてツールライフ.
- スピンドル: 工具を保持し、必要な速度で回転させます.
- リニア軸とガイドウェイ: ツールまたはテーブルの位置を決めます.
- ボールネジとサーボ: コントローラーのコマンドをモーションに変換する.
- コントローラ: プログラムを読み込んでモーションを管理します, オフセット, そしてツールの変更.
- フィードバックシステムまたはエンコーダー: 閉ループマシンに位置フィードバックを提供します.
- 自動ツールチェンジャー: 作業ごとにカッターを交換します.
- 冷却システム: 熱を制御し、切りくずを除去します.
- ワークホールディング: 現れる, チャック, クランプ, そしてカスタムフィクスチャー.
機械剛性, スピンドル振れ, 熱安定性により、3 軸加工機の実際の精度が制限されます。.
2.5D 対 3D 加工
2.5D 加工では、主に離散 Z レベルでフィーチャを加工します。, 一方、3D 加工では座標 X が使用されます。, Y, 輪郭のある表面に従うための Z 移動.
2.5次元作品では, 切削形状は各深さの XY 運動によって定義されます. 代表的な機能としてはポケットが挙げられます。, スロット, 穴, 上司, と平面輪郭.
3D 面加工では通常、ボールノーズ カッターまたはコーナーラジアス カッターが使用されます。, 表面形状と仕上げ要件に応じて選択されたカッター形状とステップオーバー付き. ステップオーバーは表示されるスカラップの高さを制御します, そのため、仕上げを細かくするとサイクル時間が長くなります.
3-軸 vs 4 軸 vs 5 軸
軸が増えるとアクセスが追加され、セットアップが軽減されます, しかし、コストと複雑さも追加されます.
| 要素 | 3-軸 | 4-軸 | 5-軸 |
| 軸 | バツ, Y, Z | 回転軸を 1 つ追加します | 2つの回転軸を追加します |
| アクセス | 1 つの固定された工具方向からアクセスできる機能 | 1 つの回転軸周りの機能 | 複数の方向と複雑な輪郭 |
| セットアップ | 多面パーツの詳細 | 多くの場合、少ない | 多くの場合、少ない |
| プログラミング | 最も単純な | 適度 | 最も複雑な |
| 一般的なマシンとプログラミングのコスト | より低い | 適度 | より高い |
| に最適です | プリズムおよび2.5Dパーツ | シャフトとラップされたフィーチャー | 複雑な輪郭と複数の面の関係 |
見る 4-軸CNC加工 そして 5軸加工とは 代替案について.
3+2軸加工とは?
3+2 加工は位置5軸加工です. 2 つの回転軸がワークピースまたはツールを固定角度で配置します, その後、機械は 3 つの直線軸を使用して切断します。.
連続的な同時 5 軸動作を必要とせず、多面部品のセットアップを削減できます。. 回転軸は一度設定されます, その後、切断は 3 軸操作と同様に進行します。. これにより、 3+2 3 軸作業と完全同時 5 軸作業の間の実用的な中間ステップ.
3 軸加工の利点
3-軸加工はコスト効率が高い, 広く入手可能, 角柱部品の信頼性が高い.
- 多くの場合、適切な部品の多軸加工よりも機械コストとプログラミングコストが低くなります.
- 2.5D 機能の簡単なプログラミングとセットアップ.
- シンプルなマシンキネマティクスと短い, 剛性の高いツールにより、材料の効率的な除去をサポートできます。.
- 良好な寸法制御, 平坦さ, 適切な機械を使用した適切な機能で再現性と再現性が達成可能, ツーリング, ワークホールディング, およびプロセス制御.
- 豊富なカッターの選択肢, エンドミルやフォームカッターを含む.
- バイスで簡単ワーク保持, クランプ, とプレート.
- 幅広い機械の可用性により、プロトタイプや生産において 3 軸加工を実用化できます.
回転軸アクセスの恩恵を受けられない形状の場合, 3-軸加工では、プログラミングと機械の複雑さを軽減しながら、必要な精度を実現できます。.
3 軸加工の限界
スピンドルの方向が固定されているため、1 つのセットアップで到達できる範囲が制限されます.
- 固定工具の方向からアクセスできないアンダーカットには、特別なアンダーカット工具が必要な場合があります, 追加のセットアップ, またはマルチ軸の機械加工.
- 複数面パーツには追加のセットアップが必要です, コストとセットアップエラーが追加されます.
- クロスセットアップの精度はデータムに依存します, 備品, ワークホールディングの品質.
- 深い窩洞には長い工具が必要, それが逸れてビビリます.
- 複雑な曲面では、小さなステップオーバーを伴う多くのパスが必要です.
- 角度のある面には特別な治具または別の機械が必要な場合があります.
これらの制限はアクセス数とセットアップ数に関するものです, 軸自体の精度ではありません.
3 軸加工を選択する場合
アクセス可能な方向から機能にアクセスでき、コストが重要な場合は 3 軸を選択します。.
- 平板, 括弧, および 2 つまたは 3 つの面に特徴を備えたハウジング.
- ポケット, スロット, 標準公差の穴.
- キャビティが一方向に開いている金型.
- 備品, ジグ, およびツーリングプレート.
- 試作品および少量から中量の部品.
- 多軸レートを正当化するのが難しい部品.
回転割出しや 1 つの回転軸を中心とした加工によって段取りが軽減されたり、工具へのアクセスが向上したりする場合は、4 軸を選択してください。. 複雑な形状や複数の面の位置関係が少ないセットアップで得られる場合は、5 軸を選択してください。.
5 軸の利点は固有の精度ではありません. 少ないセットアップにより、データムの転送と再位置決めのエラーを削減できます. 見る 3-軸と 12 軸の機能の比較.
3 軸部品の設計ガイドライン
ツールへのアクセスとセットアップの数を考慮した設計.
- ツールが到達できる面上のフィーチャを維持する.
- 深いところを避ける, 長い工具が必要な狭いポケット.
- 実用的な最大の内部半径を使用する.
- 工具挿入クリアランスを提供する, 安心, または必要に応じてアクセス可能なアプローチ形状.
- 各セットアップに対して明確なデータムを定義する.
- 機能的特徴に対する厳しい公差を制限する.
- 仕上げパスに十分なストックを確保する.
セットアップ数を減らすことで、取り扱いと治具のコストを削減し、関連するフィーチャー間のデータム転送エラーを減らすことができます。.
公差と表面仕上げ
3 軸加工には普遍的な公差はありません. 機能は機能のサイズに依存します, 材料, 幾何学, 機械の状態, ワークホールディング, ツーリング, 熱安定性, セットアップ数, そして検査.
適格な一般参考文献として, 多くの機械加工フィーチャは±0.01 ～ ±0.05 mm 程度になります。. 公差を厳しくするには、機能固有のエンジニアリングのレビューが必要です. TOPS Precision は、選択した重要なフィーチャを、形状が異なる場合に約 ±0.005 mm まで評価できます。, 材料, 設定, および検査能力許可.
表面仕上げはカッターの形状に依存します, 歯当たりの送り, 主軸速度, 工具振れ, 材料, 剛性, そして仕上げ戦略. 3D輪郭について, ステップオーバーは、表示されるスカラップの高さも制御します. Ra は表面粗さが機能的に重要な場合にのみ指定してください. 見る CNC加工公差.
材料
3-軸加工では、ほとんどの機械加工可能な金属とプラスチックを処理します.
- アルミニウムおよび多くの真鍮グレードを効率的に加工します, 一方、銅の被削性は合金と焼き戻しによって異なります。.
- 鋼とステンレス鋼には適切な工具と冷却剤が必要です.
- チタンには厳密なセットアップと制御された切断が必要です.
- POMなどのエンジニアリングプラスチック, ピーク, アクリルは熱とストレスに注意が必要です.
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コスト要因
3-軸の加工コストはセットアップによって異なります, マシンタイム, 材料, と寛容性.
- セットアップ: セットアップを追加するたびに、人件費と備品のコストが追加されます.
- マシンタイム: 材料除去率とツールパスの長さ.
- 材料: 合金の種類と在庫サイズ.
- 許容範囲: 制限が厳しい場合は、より多くの注意と検査が必要です.
- 表面仕上げ: より細かい 3D 仕上げには、より小さなステップオーバーが必要です.
- 量: セットアップコストがバッチ全体に分散する.
- 検査: 重要な機能には測定時間が必要です.
マシンレートが重要, ただしセットアップ数, サイクル時間, フィクスチング, 一部の形状では、検査が部品の総コストに大きな影響を与える可能性があります。. 見る CNCフライス加工コスト.
業界別のアプリケーション
| 業界 | 代表的な 3 軸部品 |
| 産業機器 | ブラケット, プレート, ハウジング, 備品 |
| エレクトロニクス | エンクロージャー, ヒートシンク, パネル |
| 医療機器 | デバイスのハウジング, 機器のコンポーネント |
| 自動車 | ブラケット, プロトタイプコンポーネント, ツーリング |
| 航空宇宙製造 | 備品, ツーリング, 括弧, ハウジング, プロトタイプコンポーネント |
| 消費者製品 | プロトタイプ, 金型, カスタムハードウェア |
よくある質問
3軸加工とは?
Xに沿って工具を動かすCNCフライス加工です, Y, および Z 直線軸.
3軸加工と5軸加工の違いは何ですか?
3-軸は 3 つの直線軸を使用します. 5-軸は、複雑な方向を設定できるように 2 つの回転軸を追加し、多くの場合セットアップが少なくなります.
3軸加工で曲面も切断可能?
はい. コーディネートされたX, Y, Z 運動は輪郭のある表面に従います. 複雑な表面の場合は 5 軸よりも遅くなります.
3軸加工でアンダーカットをカットできますか?
工具が利用できる場合は、一部のアンダーカットを専用カッターを備えた 3 軸ミルで加工できます。. アクセスできないアンダーカットには別のセットアップが必要になる場合があります, 特別な治具, 放電加工, またはマルチ軸の機械加工.
3軸加工の精度はどのくらいですか?
すべての 3 軸加工に単一の公差はありません. 精度は機械の能力に依存します, フィーチャーサイズ, 幾何学, 材料, ツーリング, ワークホールディング, 熱安定性, セットアップ数, そして検査. 厳密な機能は個別にレビューする必要があります.
3軸は5軸よりも安価です?
簡単なパーツの場合, 3-軸加工は機械やプログラミングの複雑さが低いため、多くの場合経済的です。. 多面部品用, 5-軸加工により治具を削減可能, セットアップ, 取り扱い, とサイクルタイム. 部品の総コストを比較する, マシンレートだけではない.
5 軸の代わりに 3 軸を使用する必要があるのはどのような場合ですか?
アクセス可能な方向からフィーチャに到達でき、パーツに複雑な方向や複数面の関係が必要ない場合.
3 軸加工部品の見積もりを取得する
3Dモデルを送信してください, 2D図, 材料, 量, および公差要件. 当社のエンジニアが形状を確認します。, セットアップを数える, 3軸を推奨します, 4-軸, またはお見積り前に5軸加工を承ります.
1 「」について考えました3-軸加工: テクノロジーを理解する, 用途とメリット”