部品の設計 5軸CNC機械加工 しかし、それを本当に活用できているかどうか確信が持てない？

あなたは一人ではありません。

多くのエンジニアは「複雑な形状」のために5軸を選びますが、それでも部品を 3軸マシンで切削されるかのように設計してしまいます

—つまり、コストが高くなり、追加のセットアップや、機械加工が困難（または不可能）な機能が増えることを意味します。 このガイドでは、5軸CNCで加工される部品のための実用的な設計のヒントを学びます —同じ種類の DFMルール ZSCNC を毎日使用している

部品の精度、安定性、コスト効率を保つために。

• 次のことがわかります： 設計のために 単一セットアップの加工
• で精度を向上させ、サイクルタイムを短縮する 改善 および 工具アクセス 衝突回避
• よりスマートに使う 治具の特徴、壁の厚さや半径は、機械や工具が実際に好むもの

最大限に活用することに本気で取り組むなら 5軸CNC ただ支払うだけでなく、読み進めてください。

5軸部品設計の基本原則

5軸CNC加工用の部品を設計するとき、私は 製造性設計（DFM for 5軸加工） を後付けの制約ではなく、主要な制約として扱います。いくつかの基本原則が、スムーズでコスト効率の良い作業と、機械上の悪夢の違いを生み出します。

単一セットアップの加工を最大化

私の最初の目標は常に 設計のために 可能な限りどこでも。セットアップが少ないほど：

• 高い精度： 基準点間の許容差積み上げの可能性が低くなる。
• コスト削減： オペレーターの時間短縮、治具の数を減らし、納期を短縮。
• 再現性の向上： すべての重要面に対して調整された一つの保持戦略。

主要な基準点と重要な特徴を一列に整列させ、複数の再固定を必要としない単一の5軸配置戦略でアクセスできるようにする。

複数の軸から工具へのアクセスを考慮した設計

良好 5軸CNC設計ガイドライン 工具アクセスから始める。私は確実に:

• すべての重要な特徴に 複数の角度からアクセスできるようにします、ただ一つの面だけではなく。
• 特徴は向きが調整されているので 短くて剛性の高い工具 が極端な傾斜なしに届くことができる。
• リリーフ、面取り、フィレットは 多軸CNCにおける工具アクセスをサポートし それと戦うのではなく支援します。

いくつかの妥当な回転方向から特徴を“見る”ことができなければ、

信頼性の高い切削は難しいです。

干渉回避のための幾何学計画 5軸では、工具、ホルダー、スピンドルが常に部品の周りを動いているため、 5軸干渉回避

• は絶対に妥協できません。私は:
• 不自然な工具傾斜を強いる高い突起や突起物を避ける。 深い特徴の周囲に十分なクリアランスを確保し、工具ホルダー
• 機械が極端な回転角度を必要としないように、オーバーハングやポケットを簡素化します。

シミュレーションが容易で安全に高速で動作するジオメトリを設計します。

複雑さと製造性のバランスを取る

5軸が複雑な形状を可能にするからといって、それを行うべきだというわけではありません。常にバランスを取ります。 5軸部品の最適化 実際の工場の制限と合わせて：

• 持ちにくいまたはアクセスが難しい場合は、「ヒーロー」部品を論理的なサブコンポーネントに分割します。
• 装飾的または非機能的な詳細を置き換えます 加工可能な 遷移と半径にします。
• 厳しい許容差や極端な表面は、本当に重要な場所にのみ確保します。

目標は、性能が良く および 機械上で信頼性の高い動作をする部品です。

早期に機械加工者と調整します

図面が「最終」になるまで待たずにフィードバックを求めます。早期に 5軸加工のためのDFM レビューは後で数週間節約します。私は：

• モデルを早期に5軸プログラマーや機械加工者と共有します。
• 直接質問します 工具アクセス、到達可能なエリア、衝突リスクについて.
• フィクスチャリングと工具戦略に基づいて特徴、半径、方向を調整します。

正確で手頃な価格の高精度5軸部品を設計する最速の方法は、工場で設計することです。

5軸CNCにおける工具アクセスと干渉回避

5軸CNC用の部品を設計する際、工具アクセスと干渉回避が実際のコストとリードタイムを決定します。これはCADモデルだけではありません。

アンダーカットや到達不能な部分を避ける

実際に価値を追加する範囲で5軸の自由度を活用します。避けるべきもの：

• 不要なアンダーカット 小さな工具、特殊なカッター、または不自然な工具経路を必要とするもの
• ブラインド内部特徴 極端な傾斜や特殊な固定具なしでは到達できないもの

アンダーカットが実用的な機能を追加しない場合は、それを取り除くか、標準的な5軸工具経路で到達できるように再設計します。これは、当社の 5軸CNCマシニングセンター.

十分な内部半径を使用する

内部コーナーは工具のサイズを決定します。工具アクセスを清潔かつ安定させるために：

• 設定 内部半径 ≥ 1.5〜2倍の工具半径
• 小さく壊れやすい工具を強制する鋭い内部コーナーを避ける
• フィレットで遷移をブレンドし、工具のスムーズなエンゲージメントを維持します

これにより、たわみが低減し、表面仕上げが向上し、加工速度が向上します。

工具のL/D比率による深い空洞の制限

深いポケットは、5軸加工が遅く高価になる場所です。一般的には：

• 保持 工具の長さと直径の比率（L/D） ≤ 5:1 効率的な切削のために
• キャビティの深さを 工具直径の6〜8倍を超えないように設計してください リリーフステップなしで
• 深いキャビティを 段階的なレベルに分割する 可能な限り

浅くて計画的なポケットはコストが低く、一貫性があります。

垂直壁にドラフト角を追加する

完全に垂直な壁は必ずしも良いわけではありません：

• 追加 1〜3°のドラフト 機能が許す範囲で
• これにより工具のかかりが滑らかになり、こすれを減らします
• ドラフトされた壁は短い工具でアクセスしやすく、チップフローも良くなります

小さなドラフト角でも切削を安定させ、工具寿命を延ばすことができます。

実際の回転運動に合わせて特徴を配置する

機械に5軸があるからといって、どの角度も実用的とは限りません：

• 重要な特徴を配置して 適度な傾斜角度（<60°）でアクセスできるように
• 頭を極端な位置や特異点に強制する向きは避けてください
• 回転軸が明確にアクセスできるように、重要な面を「外側」に向けて保つ

良い特徴の向き付けは、余分な設定の必要をしばしば排除します。

ホルダーとスピンドルノーズのスペースを確保してください

多くの設計はカッターをクリアしますが、ホルダーと衝突します：

• 追加 余裕のクリアランス 深い特徴の周りに工具ホルダーのために、ただし工具先端だけでなく
• モデル化、または少なくとも考慮してください ホルダーとスピンドルノーズのジオメトリ 狭いポケット内で
• 過度な工具突き出しを必要とする狭いスロットやギャップは避けてください

不確かな場合は、かなりの 太めのホルダーを想定してください—それに合えば、迅速かつ安定して切削できます。

5軸CNC加工のための固定戦略

強力な固定は、スマートな5軸CNC設計の基盤です。厳しい公差と低コストを求めるなら、CAM段階ではなく、最初から固定について考える必要があります。

内蔵固定機能を設計する

5軸CNC部品の場合、私は常にモデル自体に固定機能を組み込もうとします：

• 追加 ダブテイル、タブ、犠牲ブロック 小さなまたは薄い部品のクランプ用
• 含める 基準パッド または、最終工程まで加工されないボス面
• これらのフィーチャーを維持する シンプルで堅牢 これにより、機械工は部品を素早く、繰り返し掴むことができる

複雑なアルミニウム部品では、これがクリーンなシングルセットアップ加工と、面倒でコストのかかるワーク保持との違いになることがよくあります。部品を調達する場合は、スマートな固定機能を追加することに経験豊富なサプライヤーを探してください。 カスタムアルミニウムCNC加工部品 メインの形状を複雑にしすぎるのではなく。

平らで剛性の高い基準面を使用する

5軸加工には安定した基準が必要:

• 提供する 大きく、平らで、剛性の高い基準面—小さく、不安定なパッドは避ける
• 主要な基準面を より厚い領域 部品のたわみを避けるため
• 基準面が プローブしやすい 高速で、繰り返し可能なセットアップのために

これにより、両方が改善されます 精密な5軸部品設計 そして、バッチ間の現実的な再現性。

複雑な部品向けのソフトジョーとカスタム治具

有機的な形状や複雑な表面のために：

• 計画する ソフトジョー 部品の輪郭に合わせて加工された
• 使用 カスタム5軸治具 医療、航空宇宙、または有機的なジオメトリ向け
• 余分な材料を残す 治具が掴む場所に 最終工程で取り除く

これは標準のバイスやクランプが機能しない多軸部品にとって重要です。

3+2軸および完全5軸加工を計画する

すべての特徴が完全な同時動作を必要としない場合もあります：

• 重要な特徴を 3+2位置決めで 可能な場合は
• 真の 同時5軸 複雑な曲線、ブレード、または彫刻された表面には
• 複数の方向から参照面を見える状態に保ち、再方向付けを容易にする

これにより 多軸工具経路の効率性 高いCAM時間と制御下にある。

クランプと工具クリアランスについて考える

不十分なクランプは振動と衝突を引き起こす：

• クランプゾーンを配置する 重要な加工領域から離して
• 工具、ホルダー、またはスピンドル先端が通過する場所でのクランプを避ける 工具が通過する必要がある場所 工具が過剰に突き出さないように十分なスペースを確保する
• これによりチャタリングが発生する 剛性がありアクセスしやすい治具工具経路と干渉しないもの

目標は 最小限の再クランプ設計 余分なセットアップはコストがかかりリスクを増加させる：

目標は

一度のセットアップでできるだけ多くの面を加工すること

• 工具の反転や再配置を可能にする治具機能を使用する 工具の突き出し過ぎを避ける
• 振動やチャタリングを防ぐために十分なスペースを確保する 工具経路に干渉しない堅牢でアクセスしやすい治具 正確に部分を
• 一貫したデータ戦略を維持し、CAMとセットアップを簡素化します

社内で管理したくない場合は、低セットアップに対応したショップと連携してください カスタムアルミニウムCNC加工 例えば私たちの 中国のカスタムアルミニウムCNC機械加工部品サプライヤー、最初から治具設計を工程に組み込むことで、サイクルタイムとコストを抑えることができます。

5軸部品の壁厚、剛性、振動制御

5軸CNC用の部品設計時において、壁厚と剛性は、作業がきれいに切断できるか、またはチャターノイズに変わるかを決定します。

最小壁厚ガイドライン

切削中に部品がたわまないように、現実的な最小値を設定してください：

• アルミニウム： 安定した加工のために ≥ 1.0–1.5 mm 壁厚を目指す
• ステンレス / 鋼： ≥ 1.5〜2.0 mm
• チタン： ≥ 2.0–2.5 mm
• エンジニアリングプラスチック： 通常 ≥ 2.0–3.0 mm高さのある壁にはより厚く

薄くすることも可能ですが、その場合は送り速度を遅くしたり、小さな工具を使用したり、より多くのパスを取る必要があるため、コストが急激に上昇します。

背の高い薄い壁やリブは避ける

背が高く細い形状は、たわみや表面仕上げ不良の主な原因となります。

• 保持 高さ対厚さの比率 できるだけ低く（理想的には 8:1未満 金属の場合）
• 非常に高い壁を分割する 段階的なレベルに分割する 可能であれば
• 支えのない長さを短くし、追加する クロスリブ 長いリブを安定させるため

軽量の包装機械部品やハウジングなどを設計する場合、超薄型の「シート状」の形状よりも、適度な壁とスマートなリブを使用する方が良いことがよくあります。多くの精密部品でそのアプローチが見られます。 CNC加工入門ガイド.

リブ、ガセット、および局所的な肉厚化を使用する

部品全体を重くする代わりに、必要な箇所のみを補強する:

• 追加 リブ 平行な壁の間
• 追加 ガセット 角や取り付け点の周り
• 以下の領域を局所的に厚くする クランプ、ボルト、およびベアリングシート
• 周囲を厚くする 穴パターン 穴あけ時の歪みを避けるため

これらの特徴により、部品は機械内でより安定し、歪みによるやり直しを減らすことができます。

トポロジー最適化と加工性

トポロジー最適化は重量削減に優れていますが、実際の加工方法も忘れないでください：

• 小さな工具や奇妙な工具経路を強いる「有機的」な形状は避ける
• 形状を簡素化して スイープ、フィレット、平面の表面に 5軸工具経路に対応できる
• 保持 内部半径 実用的なエンドミルに十分な大きさ（半径 ≥ 1.5×工具半径が理想）

目標は、特殊な工具やセットアップを必要とせず、合理的なサイクル時間で動作する軽量な部品です。

重量、剛性、加工性のバランス

航空宇宙、自動車、医療部品の場合、最適なバランスは：

• 荷重を支えるまたは部品の位置決めに必要な部分のみの材料
• 十分な 断面厚さ 切削力に抵抗できる
• 標準工具で加工可能な 形状 適切な突き出し長さで

わずかな軽量化のために非常に長く薄い工具を使用すると、通常、質量で得られる以上のコスト、時間、およびリスクを失います。

スマートなフィーチャ間隔でびびりを抑制

振動は、工具、セットアップ、および設計の組み合わせです。設計面では、次の方法で改善できます。

• 避ける 大きく、開放的なパネル 内部リブのない
• 薄いフィーチャを櫛のように並べるのではなく、互い違いにする
• 維持する 重要な表面 振動しやすい薄っぺらな部分から離して
• 小さくて柔軟な工具が必要なマイクロフィーチャのクラスターを避ける

優れた5軸設計により、部品は加工中にチューニングフォークではなく、頑丈でしっかりとサポートされた構造のように動作します。

CAMプログラミングと5軸ツールパス設計

5軸CNCの部品を設計するとき、私は常に最初からCAMプログラミングとツールパスについて考えています。優れた形状は、プログラミング時間を大幅に短縮し、機械のリスクを軽減できます。

効率的な5軸ツールパスのためのフィーチャの整列

CAMをクリーンかつ高速に保つには:

• 主要なフィーチャを整列させる （穴、ボス、ポケット）論理的な向きに合わせることで、3+2軸または単純な5軸動作で簡単にアクセスできるようにします。
• フィーチャを向きごとにグループ化して、プログラマーが使用するワークプレーンを減らし、より再現性の高いツールパスを使用できるようにします。
• 本当に必要な場合を除き、ランダムな角度は避けてください。独自の方向が増えるたびにCAMの時間が追加されます。

スワーフ、コンター、およびスパイラルパスの設計面

5軸は、形状がツールパスのスタイルと「一致」する場合に威力を発揮します。

• ために スワーフ切削、ツールがその側面で一回のパスで切削できるように、ルール面またはほぼルール面を使用します。
• ために コンターおよびスパイラルツールパス、表面を滑らかで連続的に保ち、マイクロステップや不要な中断を避けます。
• 大きな自由曲面領域は、安定した5軸の表面仕上げとより短いサイクルタイムを実現するために、一貫した曲率で設計する必要があります。

CAMの時間とリスクを削減するためにジオメトリを簡素化する

オーバーモデリングされた部品は、プログラミングと検証に費用がかかります。

• 可能な限り、小さな装飾的な詳細、マイクロ面取り、および非機能的なテキストを削除します。
• プログラマーが1回限りのツールパスの代わりに配列化された操作を使用できるように、パターンを規則的に保ちます。
• ドリルサイクルを再利用できるように、標準の穴の種類とサイズを使用します。

公差は重要な場所にのみ使用する

厳しい公差は、CAMとQCの両方の複雑さを増大させます。

• 適用 厳しい公差 機能上重要な機能（嵌合面、ベアリングボア、シール領域）にのみ適用します。
• 一般的な表面は標準のCNC機械加工精度で残してください。不明な場合は、公開されている 5軸部品の標準公差 を基準として使用してください。
• 表面仕上げは、機能または美観に必要な場合にのみ指定してください。

スムーズツール動作のためのブレンド半径の追加

急な角度の変化は、ツールパスを不安定にし、危険にします:

• 追加 ブレンド半径とフィレット サーフェス間の移行部で、カッターがスムーズに動けるようにします。
• より強力なツールとより高い送り速度を可能にするために、可能な限り大きな内部半径を使用してください。
• 壊れやすいマイクロツールや複雑な残し代加工戦略の使用を強制する小さなフィレットは避けてください。

CADモデルをシミュレーションに適したものにする

優れた5軸CAMは、クリーンなデータと安全なシミュレーションにかかっています:

• 提供 水密でソリッドなモデル ギャップ、オーバーラップ、または重複するサーフェスがないこと。
• CAMシステムを混乱させる可能性のある隠れたボディ、構築ジオメトリ、または複雑なインポートされたジャンクは避けてください。
• プログラマーが5軸ツールパスの構築中にツール、ホルダー、およびスピンドルの衝突チェックを安全に実行できるように、十分なストックとクリアランスを残してください。

5軸CNC加工のための材料選択と被削性

5軸CNC加工用の部品を設計する場合、材料の選択は形状と同じくらい重要です。工具アクセス、サイクルタイム、表面仕上げ、およびコストに影響します。

5軸CNC加工の材料の基本

予測可能な被削性を持つ材料を選択してください

避けるべき一般的な5軸CNC設計のミス

5軸CNC機械加工用の部品を設計する場合、目標は精度と速度であり、軸数を誇示することではありません。ここでは、私が見かける最も多い落とし穴と、それを回避する方法を紹介します。

1. 5軸機能の過剰使用

すべての機能に5軸移動が必要なわけではありません。
面、溝、穴がシンプルな3軸またはインデックス付き3+2設定で行える場合は、そのままにしてください。

• 5軸を使用するのは：
  • 複雑な曲面
  • 単一セットアップの加工にメリットのある多面機能
  • 面間の厳密な位置関係を保つため
• サイクルタイムを増やすだけで価値を追加しない“クール”な機能の設計は避けてください。

より単純なプラスチック部品の加工には、専用の CNCフライス加工サービス がしばしば高速かつ安価です。

2. アンダーカットと深く到達困難なポケットの追加

不要なアンダーカットや深いポケットは、多軸CNCの工具アクセスを妨げます：

• 機能上重要でない限り、ブラインドアンダーカットは避けてください。
• すべての表面に現実的な工具長さで到達可能か確認してください。
• ポケットの深さは、実用的な長さと直径の比率（通常≤ 5〜7倍の工具直径）内に保ってください。

特別な工具や極端な傾斜を必要とする機能がある場合は、幾何学を見直してください。

3. 小さな工具が必要な鋭い内部コーナー

鋭い内部コーナーの設計は、最も一般的な5軸CNC設計ミスの一つです：

• 使用 内部半径 ≥ 工具半径 × 1.5〜2 可能な限り
• 本当に必要でない限り、「ゼロ半径」のコーナーは避けてください（例：鋭い機能と噛み合わせる場合）
• 覚えておいてください：小さな工具 = 遅い送り速度、工具寿命の短縮、破損リスクの増加

4. 公差積み上げの無視

5軸は公差の問題を魔法のように解決しません：

• すべての面に超厳しい公差を指定しないでください
• 厳しい公差に焦点を当てるのは 機能に重要な 特徴のみ
• 組み立て時に複数の加工面がどのように関係しているかを考える
• 明確な基準点と一貫した参照スキームを使用する

不適切な公差戦略はコストを増加させるだけで性能向上にはつながりません。

5. 過剰な工具突き出しとたわみを強制すること

長く細い工具だけで到達できる形状を作ることは、チャタリングや表面仕上げの低下を招きます：

• 深く狭い溝や高く細い壁を避ける
• アクセス角度を広げて、標準の工具長で到達できるようにする
• 壁の厚さを増やすか、可能な場合はサポートを追加する

工具のたわみは、精密な5軸部品設計の大敵です。

6. 5軸の専門家との早期設計レビューを省略すること

5軸加工のためのDFMは推測ではありません。複雑さを追求している場合は：

• モデルを早めに加工者や工場と共有する
• 治具戦略、衝突リスク、工具アクセスについてフィードバックを求める
• 図面を最終決定する前に設計を調整します

30分のレビューで、特に医療や航空宇宙部品のような複雑な多軸や高価な作業において、数週間のやり直しとコストを節約できます。正確なCNCサービスが重要です。

事例研究：実世界の5軸CNC設計例

セットアップとサイクルタイムを短縮するための部品の再設計

部品を再設計するだけで大きな改善を実現しました 単一セットアップの5軸加工:

• 複数のブラケット部品を1つの5軸部品に統合
• すべての面に一度のクランプでアクセスできるように特徴を再配置
• 安定した固定のために加工タブと基準パッドを追加

結果：セットアップは4から1に減少し、サイクルタイムは約40%短縮され、面間の許容差問題も解消されました。これが設計初期に推進する理由です。 5軸加工のためのDFM 5軸が本当に役立つタイミングがわからない場合は、 3軸に比べて5軸CNCが適しているタイミングの解説 はじめの一歩として良いでしょう。

航空宇宙ブレード：工具アクセスの最適化

航空宇宙タービンブレードやインペラーには、 多軸CNCにおける工具アクセスをサポートし すべてが重要です：

• フィレットを柔らかくし、より大きな内部半径を追加して、より剛性の高い大きな工具を使用できるようにしました
• エアフォイルの遷移を調整し、スワーフや輪郭工具路の滑らかさをサポート
• 繰り返し使用できる基準パッドを内蔵し、5軸固定を安定させる

その変更だけで表面仕上げが向上し、手作業の研磨を減らし、高価な部品のスクラップも削減できました。

医療用インプラント：より良い仕上げ、より高い精度

医療用インプラントを使用して、 精密な5軸部品設計 表面仕上げは妥協できない：

• 鋭い内部コーナーを丸めて、小さく壊れやすい工具を避けました
• ブレンド半径と滑らかな遷移を追加して、よりクリーンな5軸工具経路を実現
• 壁厚を制御し、薄い部分が切削力で振動や歪みを起こさないようにしました

これにより、より一貫した形状、少ない後処理、世界中の注文で再現性のある品質を提供

モデルに固定具の機能を追加

最も効果的な 5軸固定戦略の一つは 部品に固定具を設計することです：

• 小さな部品のクランプ用一時的なダブテイル
• 二次加工用のタブと犠牲バス
• 荒加工から仕上げまで一貫性のある基準パッド

加工後、これらの機能は最終工程で簡単に除去され、機能的な形状はきれいなまま、堅牢で安定した保持の利点を維持

ビフォー／アフター：コストとリードタイムの削減

比較するとき 5軸部品最適化のビフォーアフターの典型的な成果は次の通り：

• セットアップと再クランプの回数が30〜60回減少
• 手作業でのバリ取りや研磨の削減
• よりシンプルでクリーンな形状により、プログラミングと試作時間の短縮

これが、コストを抑制しながらグローバルプロジェクトで厳しい納期を達成する方法です。お客様は、単価と納期信頼性でそれを直接確認できます。

失敗した5軸設計からの教訓

うまくいかなかった仕事からも多くのことを学びました。

• 深くて狭いポケットを持つ部品は、極端な工具の突き出しを強いる → ビビリ、仕上がりの悪さ、工具の破損
• 不要なアンダーカットや手の届かない領域 → 複雑で危険なツールパスと納期遅延
• 重要でない面に対する過度に厳しい公差 → 機能的な利点がゼロであるにもかかわらず、時間とコストの浪費

教訓：避けるべきこと アンダーカットと手の届かない領域、現実的な 工具アクセスと衝突リスクを考慮した設計、そしてスマートな 多軸加工のための治具戦略を最初から確立する こと。より実践的な例や設計のヒントが必要な場合は、当社の CNC機械加工ブログ.