3軸と5軸CNC加工の基本

エンジニアやバイヤーは通常、最初に一つの質問をします： 「本当に5軸が必要なのか、それとも3軸で十分なのか？」 それに答えるには、各機械が実際の生産で何を行っているのかを明確に理解する必要があります。

3軸CNC加工とは何ですか？

A 3軸CNC機械 は切削工具を沿って動かします X軸、Y軸、Z軸 だけです：

部品は一定の向きで固定されます。
工具は左右（X軸）、前後（Y軸）、上下（Z軸）に動かすことができます。
これは次のような場合に理想的です： 平らな面、シンプルなポケット、溝、穴のパターン.

3軸を使用する場合：

あなたが加工しているのは シンプルな角柱形状の部品.
ほとんどの特徴は 一方または二方からアクセス可能です.
あなたが気にするのは 低コスト、シンプルなセットアップ、迅速な対応.

5軸CNC加工とは何ですか？

A 5軸CNCマシン 通常の3つの直線軸に2つの回転軸（通常はA軸、B軸、またはC軸）を追加します：

あなたにはまだ X軸、Y軸、Z軸がありますが、テーブルまたはヘッドも 傾斜し回転します.
工具は部品に対して ほぼ任意の角度からアプローチできます.
これは 複雑な幾何学的形状の加工にとって重要です曲面や多面体の部品の加工においても重要です。

5軸を使用する場合：

必要なのは 一つのセットアップで多面体の部品を加工.
あなたには 複合角度、アンダーカット、深いキャビティ.
表面の連続性と 高精度のCNC公差 が複数の面にわたって重要です。

3+2（インデックス）と完全同時5軸

すべての5軸マシンが同じ動作をするわけではありません：

3+2（インデックス付き5軸加工）
- 回転軸は固定角度に動き、その後ロックされる。
- その向きで3軸の動きによって切削が行われる。
- 最適な用途 多面体の部品、面間の厳しい公差、そして セットアップの削減 完全な5軸の複雑さなしで。
全ての5軸を同時に動かす
- 5軸すべてが 同時に動作.
- 必要な部品例 タービンブレード、インペラー、ブリスク、そして有機的なフリーフォーム表面.
- 重要な用途 高性能航空宇宙CNC部品、先進的なロボット工学、そして医療用インプラント加工。

3軸と5軸の典型的な部品

3軸CNC加工に最適：

ポケットや穴のある平板
基本的なブラケット、ブロック

5軸CNCの3軸に対する主な利点

5軸CNC加工は単に「軸数が多い」だけではなく、部品へのアプローチ方法や提供できるコストと品質を変えます。

セットアップの回数が少なく、手作業の介入も減少

5軸を使えば、一度のクランプで複数の面を加工できます。つまり：

はるかに少ないセットアップ回数 3軸と比較して
手作業の扱いが減り、部品の衝突や位置ずれの可能性も少なくなる
複雑な作業では、これだけでセットアップ時間を数時間短縮し、ミスを減らすことができます。

位置ずれの少ない高い精度

3軸機械で部品を再クランプするたびに、積み重ね誤差のリスクがあります。
5軸CNCは部品を一つのセットアップで保持し、工具をその周りで回転させることで、

改善 全体的な精度と再現性を向上させます。
複数の面や角度にわたって厳しい公差を一貫して維持

複雑な3D表面の仕上げが向上

同時5軸加工により、曲面やフリーフォーム表面に対して工具を一定の最適角度で保持できる。結果：

より滑らかな表面仕上げ 有機的な形状、金型、エアロプロファイルの表面に最適
後処理の研磨や手仕上げの手間を削減

最適な角度と短い工具による長寿命化

ツールを傾けられるから:

こすれを避けることができる

3軸CNCだけで十分な場合

ほとんどの工場では日常作業に5軸は必要ありません。適切に設定された3軸CNCは、実際の部品の大部分をカバーし、迅速に、繰り返し、安価に作業できます。

3軸加工に適した部品形状

3軸CNC加工は、部品が次のような場合に通常十分です：

平坦または角柱状: プレート、ブラケット、ブロック、フランジ
シンプルな2.5Dジオメトリ: ポケット、ボス、段差、面取り
簡単なドリルパターン: 穴グリッド、タップ穴、面取り加工（カウンターシンク）を一面または二面に施す

上面からすべての特徴にアクセスできる（または簡単な再クランプで対応できる）場合、3軸が適切な工具です。

平坦な部品、シンプルなポケット、ドリル穴

次のような部品に適しています：

取り付けプレート、カバー、ベースプレート
浅いポケットを持つシンプルなハウジング
ストレートな貫通穴を持つマニホールドや治具

3軸ミリングは、短いサイクルタイムとシンプルなプログラムで一日中対応できます。例えば、多くの アルミニウムの自動車用ブラケットやハウジング部品 3軸マシンで効率的に生産できる、私たち自身が運用しているのと同様にカスタムアルミニウムCNC加工部品大量に。

大量生産の基本部品

もしあなたが 大量で繰り返し生産される部品 安定した設計のもとで

3軸は次の点で優れる：
機械の時間単価が低い セットアップが速い
リピート注文ごとに 作業保持が簡単

および少ない特殊治具 スペーサー、ブロック、カバー、簡単な包装機械部品、または標準的な 自動車用アルミ部品のような自動車用アルミ部品のCNC加工サプライヤーとして生産している.

予算とシンプルさがより重要な場合

次のときに3軸加工を選択：

新製品を発売しているとき キャッシュフローが重要なとき
あなたが望む 簡単なプログラミング オペレーターのトレーニングが容易
あなたの形状は、実際には多軸動作を必要としません

プロセスを複雑にすることなく、予測可能なコストと、新しいスタッフの迅速なオンボーディングを実現できます。

3軸マシンで製造された一般的な部品

一般的な3軸CNC部品の例：

ブラケット、クランプ、およびサポート
ポンプとモーターのプレート
単純な金型、トリムツール、および治具
包装機械の部品とカバー

これらは、複雑な方向、複合角度、または彫刻された表面を必要としません。

単純な作業に5軸を過剰指定するリスク

基本的な部品を、単に「良さそう」という理由だけで5軸マシンに押し込むのは無駄です。次のようなリスクがあります。

高い機械加工レート 品質の向上は期待できません
長いプログラミング時間 単純な形状の場合
より複雑なセットアップ 付加価値がない

部品がほとんど平坦で、単純なポケットとドリル穴があり、1回のクランプで多面加工を必要としない場合、3軸CNC加工で十分であり、ほとんどの場合、最も費用対効果の高い選択肢となります。

3軸の代わりに実際に5軸加工が必要なとき

部品の形状や品質要件があらゆる段階であなたを悩ませ始めたとき、3軸の代わりに本当に必要なのは5軸CNC加工です。固定具を積み重ねたり、面ごとの許容差を追いかけたり、手仕上げに何時間も費やしたりしている場合、それがサインです。

3軸の限界を超える複雑な形状

ほとんどの特徴を上から数回の再固定で捉えられる限り、3軸は問題ありません。5軸の領域に入るのは次のような場合です：

重要な特徴が複数の角度のある面に配置されているとき。
長くて不自然な工具を使わずに重要な部分に到達できないとき。
新しいリビジョンごとにカスタム固定具が必要になるとき。

「シンプルな」部品のCAM設定がパズルのように見える場合、5軸は通常それを迅速に解決します。

一度のセットアップで多面加工

5軸は、真の多面加工が必要なときに真価を発揮します：

互いに密接に関係する必要がある3〜5の重要な面を持つ部品。
ポートや特徴がすべての面にあるハウジング、ブラケット、マニホールド。
少量多品種の仕事で、5つの異なる固定具を用意できない場合。

部品を常に取り外すのではなく傾斜や回転させることができる点が、精度と時間の両面で5軸が3軸に対して明らかな優位性を持つ理由です。

複数の面や角度にわたる厳しい許容差

面を奇妙な角度で結びつけるGD&Tの指示がある場合、5軸は「便利な機能」から「必要不可欠なもの」へと変わり始めます：

複数の平面にわたる真の位置決めと垂直性。
面取り、穴あけ、シール面などの角度に敏感な特徴。
誤差が増幅されるたびに再固定が必要な精密な結合部品。

5軸は再固定を減らすことで、全体の部品においてより高い精度と再現性を実現します。

有機的な曲線と自由曲面

部品がブロックというより彫刻のように見えるなら、それは5軸加工の領域です:

有機的な曲線と自由形状（ロボット工学、医療用インプラント）。
滑らかにブレンドする必要がある彫刻された表面。
ねじれたブレードを持つ流れ路部品（インペラ、ブリスク、タービン）。

同時5軸加工では、工具を表面に対して垂直に保つことができるため、より優れた表面仕上げと、終わりのない研磨なしでより一貫したスカラップが得られます。

アンダーカット、急な壁、深いポケット

形状が「扱いにくい」場合、すぐに3軸の限界を感じるでしょう:

アンダーカット 真上から到達できないもの。
急な壁 （約45〜60°を超える）長い工具がびびり、たわむ場所。
深く、狭いポケット クリアランスが悪夢のような場所。

5軸を使用すると、部品または工具を傾けて、突き出しを短くし、衝突を回避し、設計を妥協する代わりに、これらの問題のある領域をきれいに切断できます。

3軸プロセスが限界を超えている兆候

すべての部品に5軸機械が必要なわけではありませんが、次のパターンが見られる場合は検討する必要があります:

1つの部品に対してセットアップと再クランプが多すぎる。
奇妙な角度を出すためだけの複雑で高価な治具。
オペレーション間のミスアライメントによる高い不良率。
3D表面の手作業によるバリ取りと研磨の時間。
すべての機能に独自のセットアップが必要なため、長いサイクルタイム。

その段階で、5軸加工は通常 セットアップを減らし、精度を向上させ、1つの部品あたりの総コストを削減します。たとえ機械自体の時間単価が高くても。部品に厳しい公差や耐摩耗性の材料が求められる場合は、 高精度な材料選択 （当社のガイドをご覧ください正確なCNC加工用材料を選ぶとき）と組み合わせることで、より信頼性の高い工程を実現します。

5軸CNCに依存する実世界の部品と産業

比較するとき、 5軸と3軸CNCの違いは、単に マルチ軸CNC加工.

なしでは機能しない部品や産業に顕著に現れます。

5軸加工が必要な航空宇宙部品 航空宇宙では、重量、強度、精度が何よりも重要です。部品はしばしば 一つのセットアップで多面加工

や複雑な表面に対して厳しい公差が求められます。 5軸加工の恩恵を受ける典型的な航空宇宙部品:

ねじれた自由形状の翼型プロファイルを持つタービンブレードやブリスク
複合角度とポケット加工を施した構造ブラケット、多面にわたる加工
エンジン部品とともに 複雑な幾何学的形状の加工にとって重要です アクセスが難しい特徴を持つ

これらの部品は5軸加工だけで「より良く」なるだけでなく、しばしば 現実的ではない 標準の3軸では、過度な治具や再固定、手作業の仕上げなしには不可能。

タービンブレード、ブリスク、インペラー、構造部品

次のような部品は インペラー、ブリスク、タービンブレード 古典的な 同時5軸加工の 仕事:

ブレードは空気の流れと強度を維持するために滑らかで連続した工具経路が必要
インペラーは深い湾曲した羽根と狭いハブの周りにアクセスが必要
航空宇宙の構造部品は、多角度でポケット、リブ、ボスを組み合わせることが多い

これらを3軸で行おうとすると通常は:

多くのセットアップ
多数のカスタム治具
表面仕上げのばらつきとスクラップのリスク増加

有機的な形状を持つ医療用インプラントや外科用工具

医療用インプラントの機械加工 は、5軸加工がほぼ必須となるもう1つの分野です。例えば：

有機的で解剖学的な曲線を持つ股関節および膝関節インプラント
内部格子構造を持つ脊椎ケージ、および 複雑な内部経路
丸みを帯びたハンドルと角度の付いた切削チップを備えた外科用ツール

ここで、 CNCフライス加工における表面仕上げ と再現性のある精度は、交渉の余地がありません。 5軸CNC機械加工 これにより、表面を滑らかにブレンドし、紙の上で寸法を測ることさえ難しい奇妙な自由形状に対して、厳しい公差を維持できます。

複雑な内部経路を持つエネルギーおよび自動車部品

エネルギーおよび自動車部品は、年々小型化および複雑化しています。たとえば、当社の エネルギー部品の機械加工 および 自動車CNC機械加工 では、多くの場合、以下が必要です。

角度の付いたポートと交差するチャネルを備えたポンプ本体とバルブ
以下の機能を備えたターボチャージャーハウジングとローター 複合角度加工
深いキャビティと正確なシーリング面を備えたEVおよびパワートレインコンポーネント

ここでの5軸の意味は：

セットアップの削減
顔と穴の間のより良い整列
3軸のみでは経済的でない、より小さく効率的な設計

深いコアや難しいドラフト角を持つ金型、ダイ、工具

金型とダイの作業は完璧に適合 マルチ軸CNC加工:

短くて剛性の高い工具が必要な深いコアとキャビティ
3軸スピンドルでは直接到達できない難しいドラフト角やアンダーカット
一貫した高品質な表面仕上げが必要なフリーフォームの3D表面

5軸を使用すると、工具を最適な角度に傾け、短い工具でより近くを切削し、研磨や手作業の再加工を大幅に削減できる。

ミニケーススタディ：同じ部品に対する3軸と5軸の比較

ケース1 – 小型インペラー：

3軸の場合：
- 6回以上のセットアップ、カスタム治具、長いリーチの工具、重いバリ取り
- 側面の不一致や表面仕上げの低品質のリスクが高い
5軸の場合：
- 1〜2回のセットアップ、同時5軸工具軌跡
- より良いバランス、より厳しい公差、滑らかな表面

ケース2 – 複合角度を持つ多面ブラケット：

3軸の場合：
- 各面ごとに回転・再固定、位置決めと再測定、誤差の可能性が高まる
5軸（または3+2インデックスされた5軸）の場合：
- 一つの設定で、各顔に自動的にインデックス付け
- より速く、より正確に、固定費用を削減

これらのような部品に見える場合 – 多くの角度のある面、有機的な曲線、深いポケット、または内部流路 – それがポイントです 5軸CNC機械加工 「あれば便利」から「コスト、品質、リードタイムの目標を達成する唯一の方法」へと変わる瞬間です。

コストと効率性：5軸加工が実際にお金を節約する理由

5軸と3軸CNCを比較するとき、機械の価格だけが全てではありません。本当に重要なのは 総部品コスト 時間の経過とともに。

5軸CNCは初期費用が高い

5軸機械と同時5軸制御は、標準的な3軸ミリングセンターよりも高価です。
通常、より多く支払うのは：
- 機械本体
- プロービング、回転テーブル、自動化オプション
- 高度な5軸CAMソフトウェアとポストプロセッサ

しかし、その追加投資は 適した作業に対して効果を発揮するように設計されています.

5軸の節約の由来

ほとんどの節約は 工程効率から来ており品質を犠牲にしないことからも来ています：

セットアップの削減：特に多面加工部品の場合、1つの5軸設定で3軸の3〜6回の設定を置き換えることができます。
サイクルタイムの短縮：ツールパスがより効率的になり、再クランプや再ゼロ出しに時間を費やす必要がありません。
治具作業の削減：機械が向きを処理するため、複雑なカスタム治具やジグに費やす時間とお金を削減できます。

複雑な部品を混在させて加工する場合、優れた5軸セルは、基本的な3軸機械でいっぱいの工場を凌駕し始めます。

取り扱いおよびアライメントエラーによるスクラップの削減

3軸で部品をアンクランプして再クランプするたびに、次のリスクがあります。

面間のずれ
複数の側面での公差の累積
オペレーターのエラーと部品の損傷

5軸では、より多くの作業が 単一のクランプで行われます。つまり：

スクラップ部品の削減
より一貫した精度と再現性
不良部品の再加工に費やす時間の削減

航空宇宙部品や医療用インプラントなどの高価な部品では、スクラップを減らすだけで5軸を正当化できます。そのような種類の加工を行っている場合は、専門の CNC機械加工サービスを検討する価値があります。3軸で無理に加工するのではなく。

プログラミング時間、CAM、およびスキルレベル

はい、5軸プログラミングはより要求が高いです：

必要となるのは 5軸対応のCAM と堅実なポストです。
プログラマーは工具の向き、干渉チェック、多軸戦略を理解している必要があります。
セットアップスタッフとオペレーターは、プロービング、ワークオフセット、安全なマシン動作のトレーニングが必要です。

しかし、一度ワークフローが整えば、特に リピート注文のような複雑なジオメトリの加工、インペラー、金型、多面ハウジングにおいて、マシンでの時間節約は追加のプログラミング労力を上回ります。

また、 3+2（インデックスされた5軸） から始めて、プログラミングを簡素化し、必要に応じて完全な同時5軸に移行できます。

時間単価と総部品コスト

よくある落とし穴： だけを見ること：.

マシンの時間単価
5軸マシンの料金：時間あたり高い

3軸マシンの料金：時間あたり低い

しかし重要なのは：

1つの部品あたりの総コスト = （マシン時間 + セットアップ時間 + プログラミング + 固定具 + 廃材）/ 製造部品数

セットアップ時間は数時間から数分に短縮される
複数の治具は1つのスマートセットアップに置き換えられる
スクラップと再加工はほぼゼロに削減される
無人または軽度の監視でシフトを運用できる

5軸が3軸より安くなるとき

5軸CNCは通常、次の条件で3軸より安くなる：

部品の必要性 3回以上のセットアップ 3軸で仕上げるために
追いかけている 厳しい公差 複数の面や角度にわたって
存在する アンダーカット、深いキャビティ、複雑な曲線、または複合角度
運用する 繰り返しバッチ 同じ複雑な部品の
治具と手動のバリ取り/仕上げ作業が利益を圧迫している

経験則として：

シンプルで平坦な角柱状の部品 → 3軸のままで良い。
複雑で多面的、または高度に輪郭のある部品 → 5軸加工は、機械のレートが高くても、部品あたりの実質コストが低くなることが多いです。

もし迷っているなら、私は通常両方のシナリオを実行します：部品を3軸（複数のセットアップ、治具、手仕上げ）として見積もり、5軸（より少ないセットアップ、より良い工具アクセス）として見積もります。特に少量多品種の作業や、ロボット工学、航空宇宙、精密工具などの産業では、数値が答えを非常に明確にします。より詳細な内訳と例については、当社の CNC機械加工ブログ.

実践的なチェックリスト：3軸 vs 5軸 CNC機械加工

この簡単なチェックリストを使用して、本当に5軸CNC機械加工が必要かどうか、または3軸で十分かどうかを判断してください。

1. 部品の形状と特徴

自問してください：

私は機械加工する必要がありますか 3〜4面以上を 一度に？
ありますか 複合角度、面取り、または平らな面に対して垂直でない穴は？
任意 アンダーカット、深いキャビティ、または彫刻された3Dサーフェス?
すべてのフィーチャーは、工具を真下（Z軸のみ）に向けることで到達できますか？

すべてが上から、または簡単な反転で到達できる場合 → 通常、3軸で十分です。
1回のセットアップで複数の角度と面が必要な場合 → 5軸の領域です。

2. 公差、表面仕上げ、品質

実際に必要なものを定義してください：

複数の面にわたる許容差
- ルース：±0.1 mm（±0.004インチ）→ 3軸＋追加セットアップでしばしば許容範囲内
- 複数の角度／面での厳しい許容差：±0.01–0.02 mm → 5軸が大いに役立つ
3D形状の表面仕上げ
- 平坦でシンプルなポケット → 3軸
- 滑らかな有機的な曲線、タービンのような形状、金型 → より良いスカロップと流れのために5軸

高性能プラスチックの加工時に PTFE or PEEK一貫した向きと少ないセットアップが、5軸で精度と仕上がりの安定に役立つ。これは、 PTFE および PEEK.

3. 量、リピート注文、スケジュール

総コストの観点から考える：機械のレートだけでなく

少量／試作品
- シンプルな部品 → 3軸で十分
- 複雑な多角度部品 → 低数量でもセットアップ時間を節約できる5軸
大量／リピート注文
- 同じ複雑な部品を何度も加工する場合、5軸は：
  - セットアップを削減
  - 取り扱いミスを減らす
  - 時間とともに1つの部品あたりの総コストを削減

セットアップ、検査、治具がリードタイムを圧迫している場合、5軸は経済的に合理的になり始める。

4. 材料と加工性

質問:

材料は 硬いか、粘着性があるか、高価か （例：チタン、インコネル、PEEK、特殊合金）？
何が必要ですか 短くて剛性の高い工具 びびりを避けるために？
維持する必要がありますか 熱と工具摩耗 より良い工具角度で制御しますか？

5軸加工の利点:

工具を短く硬く保つ
工具を傾けて最適な切削角度にする
これは、スクラップのコストが高い、丈夫な金属や高級プラスチックにおいて大きな利点です。

5. 中間的な方法として3+2（インデックス5軸）を試してください

3+2軸加工（インデックス5軸） = 回転軸が部品を配置し、3軸の動きで切削します。

最適な用途:

必要なのは より少ないセットアップでの多面加工
ただし 完全な同時5軸は必要ありません 彫刻面の動き

3+2を使用する場合：

あなたの部品には複数の角度のある面や穴パターンがあります
無限の再クランプなしで面間の精度を求める場合
3軸からより高度な多軸作業に移行している場合

6. 回転テーブルと完全な5軸の違い

3軸に回転テーブルを追加する場合：

部品は主に角柱状（ブロック、シャフト、ブラケット）
必要なのは 4軸インデックス 追加の面のために
予算が厳しく、完全な5軸は過剰な場合

完全な5軸に切り替える場合：

真の3D表面、ブレード、インペラー、または金型が関与している場合
必要なのは 連続した工具の向き 切削中の変化
複雑な幾何学において効率と精度を追求している場合

7. CNCサプライヤーや工場とのコミュニケーション方法

部品を送る際に共有するもの：

3Dモデル + 2D図面：
- 許容差（特に複数面にわたる場合）
- 重要な表面と仕上げ
予想される 体積と繰り返し頻度
材料およびその他の 特別な要件 （例：医療、航空宇宙、食品グレード）
現在苦労している点：
- セットアップが多すぎる？
- アラインメントエラー？
- 手作業のバリ取り/研磨が多すぎる？

工場に率直に伝えてください：
「これが3軸、3+2、または完全な5軸のどちらが良いか、その理由も知りたい。」

良いパートナーは選択肢を案内し、3軸で十分な場合に5軸に過剰投資しないように、またはジオメトリが明らかに多軸CNC加工を必要とする場合に過小仕様にしないようにサポートします。

5軸CNCへの移行に関する一般的な懸念点とよくある質問

3軸CNCはほとんどの日常作業に対応できますか？

はい。平坦な部品、シンプルな2.5Dポケット、穴あけパターン、基本的なブラケットには、 3軸CNC加工 で十分です。部品が主にプリズマティックで、一面または二面に特徴があり、難しい角度を必要としない場合は、3軸のままコストとプログラミングをシンプルに保つことができます。多くの工場は標準の 3軸フライス盤 問題なく。

私の種類の部品にとって5軸加工は価値があるのか？

それは次のときに価値があります：

すべての面を仕上げるために複数のセットアップと戦っているとき。
複数の面や角度にわたって厳しい公差が必要なとき。
3Dや彫刻された表面の仕上げに非常にこだわるとき。
カスタム治具や手仕上げに何時間も無駄にしているとき。

それがあなたの現実のように感じるなら、 5軸加工 高い時間単価にもかかわらず、総部品コストを下げることがよくあります。航空宇宙、ロボティクス、医療、金型などの高品種・複雑な作業には、5軸は柔軟性と一貫性で通常勝ちます。

基本的にどの部品が最初から5軸を必要とするのか？

あなたは本当の 5軸の領域 にいるとき：

タービンブレード、ブリスク、インペラー、または複雑なポンプホイールのような部品。
整形外科用インプラント、外科用工具、有機的なフリーフォーム形状。
金型、ダイス、複合ドアングルを持つ深いキャビティ。
ポート、ボス、穴のパターンが角度に配置された多面ハウジング。

アンダーカット、急な壁面、そして3〜5面にわたる特徴がぴったりと合う必要がある場合、あなたは マルチ軸CNC加工 土地。

5軸プログラミングの学習曲線はどれくらい急ですか？

それは現実的ですが、適切なツールを使えば管理可能です：

最新のCAMは 5軸プログラミング を以前よりはるかに簡単にします。
主なポイントは、工具の傾斜、衝突回避、安全なリトラクトの理解です。
すでに良いCAM習慣で3軸をプログラムしている場合、ゼロから始めるわけではありません。

計画すべきこと：

ポストプロセッサの調整に追加の時間を割くこと。
複雑な部品で完全な同時5軸を推進する前に、より簡単な部品でテストカットを行うこと。