「5軸加工」は高い、という誤解。インペラだけじゃない、単なる四角い部品こそ5軸で削るべき「幾何公差」と「コスト」の真実

▼ こんな方に読んでほしい
・ 部品の6面すべてに加工指示があり、工程分割による「段取り替え」の多さと、それに伴う「芯ズレ」に悩んでいる生産技術者
・ 5軸加工＝インペラのような複雑曲面専用だと思い込み、単純形状の多面加工部品を3軸マシニングセンタで手配している調達担当者
・ 「同軸度」や「直角度」などの幾何公差が厳しく、何度も掴み変える加工では歩留まりが悪いと感じている品質保証責任者

 

 

序論：その部品、まだサイコロのように転がして削りますか？

「5軸加工機」と聞いて、皆様は何を思い浮かべるでしょうか。
ジェットエンジンのブレードや、ターボチャージャーのインペラのような、複雑にねじれた曲面を持つ部品でしょうか。
確かに、それらは5軸加工機の花形です。

しかし、私たち株式会社関東精密の工場で、5軸加工機が毎日削っているものの多くは、実は「ただの四角いブロック」や「複雑な穴だらけのハウジング」です。
一見すると、普通の3軸マシニングセンタでも削れそうな部品ばかりです。

では、なぜ私たちはあえて高価な5軸加工機を使うのか。
それは、品質（精度）とコスト（時間）の両面において、圧倒的な合理性があるからです。

3軸加工機で、サイコロのような6面体の部品を削る場合、最低でも6回、段取り（掴み変え）が必要です。
「削る→外す→ひっくり返す→叩いて芯出し→締める→削る」。
この繰り返しのたびに、作業者の手間（コスト）がかかり、そして何より、0.01mm単位の「芯ズレ」が累積していきます。

5軸加工機なら、一度掴めば、底面を除く「5面」を一気に削りきることができます。
「ワンチャッキング・全加工」。
これこそが、幾何公差を完璧に保証し、かつリードタイムを劇的に短縮する、現代の加工の最適解です。
本記事では、意外と知られていない「割り出し5軸加工」の威力と、それがもたらすメリットについて解説します。

 

「掴み変えない」ことが、最強の精度保証

図面に「同軸度 0.01mm」や「直角度 0.005mm」といった厳しい幾何公差が入っている場合、私たちは迷わず5軸加工機を選択します。

3軸加工機の場合、A面を削った後に、B面を削るためには、ワークを手でひっくり返してバイスに挟み直さなければなりません。
この時、ゴミを噛み込んだり、締め付けトルクが変わったりすることで、A面とB面の位置関係には必ず微小なズレが生じます。熟練工がどれほど注意しても、ゼロにはできません。

一方、5軸加工機は、ワークをテーブルに固定したまま、機械主軸（またはテーブル）の方が旋回して、A面もB面もC面も削りに行きます。
ワークは一度も動いていないのですから、面と面の角度や、穴と穴の位置関係がズレる理由は物理的に存在しません。
機械の運動精度そのものが、部品の精度になります。
「人の手が介在しない」こと。それが、究極の精度保証です。

 

「同時5軸」と「割り出し5軸」の違い

ここで、少し専門的な話をします。5軸加工には2種類あります。

(1) 同時5軸加工
主軸やテーブルをグネグネと連続的に動かしながら削る方法。インペラなどの曲面加工に使われます。プログラムが複雑で、コストも高くなります。

(2) 割り出し5軸加工（3+2軸加工）
私たちが多用するのはこちらです。「A面を削るために30度傾けてロックする。削り終わったら、次は90度回してロックする」という使い方です。
削っている瞬間は、主軸は固定されているため、通常の3軸加工と同じ剛性で、安定して削れます。
世の中の「5軸案件」の9割は、実はこの割り出し加工で解決できます。そして、これはチャージ（加工費）もそれほど高くありません。

 

工具が届く。短く持てる。だから速い

5軸加工のもう一つの大きなメリットは、「工具を短くできる」ことです。
例えば、深い箱の底の隅を削る場合。
3軸加工機では、壁にぶつからないように、非常に長いエンドミルを使わなければなりません。
長い工具は剛性が低く、ビビリ（振動）が発生しやすいため、加工速度を落とさざるを得ません。

5軸加工機なら、主軸を傾けることで、壁を避けて工具をアプローチさせることができます。
これにより、突き出しの短い、剛性の高い工具を使用できます。
「短く持てる」ということは、「速く削れる」ということであり、「面がキレイになる」ということです。
結果として、加工時間が短縮され、磨きレスの美しい仕上がりが手に入ります。

 

「アンダーカット」を攻略する

設計者の皆様が、加工可否を判断する際、「上から見て影になる部分（アンダーカット）」は削れない、と教わったかもしれません。
側面の溝や、斜めに貫通する穴などです。
これらは、3軸加工機では特殊なTスロットカッターを使ったり、専用治具を作って斜めに固定したりしなければ加工できませんでした。

5軸加工機なら、テーブルを傾けて、その面を「上」に向ければ良いだけです。
特殊工具も、専用治具もいりません。標準工具で、標準的な工程として加工できます。
設計の自由度は、もはや「上から見える範囲」に縛られる必要はありません。

 

結論：5軸は「贅沢品」ではない。コストダウンの近道である

「5軸加工機でやると高くなる」
これは、半分正解で、半分間違いです。
確かに、機械のチャージ（時間単価）は3軸機より高価です。
しかし、段取り時間が5回分減り、専用治具の製作費がゼロになり、工程間移動の待ち時間がなくなるとしたらどうでしょうか。
トータルコストで見れば、5軸加工の方が安くなるケースは多々あります。

特に、多面加工が必要な複雑部品や、幾何公差が厳しい精密部品においては、5軸加工こそが「最安・最短・最高品質」のルートです。

 

株式会社関東精密は、最新の5軸マシニングセンタを駆使し、インペラから精密治具まで、あらゆる形状を削り出します。
「この形状、何回段取り変えが必要なんだろう…」と溜息が出るような図面がありましたら、ぜひ私たちにお預けください。
ワンチャッキングで、一発で仕上げることが可能になっていきます。