同時 5 軸マシニングセンタの特徴と性能評価*
和合 健**、飯村 崇**、堀田 昌宏**
5 軸マシニングセンタは高精度、短納期、複雑形状に対する優位性が期待されており、日本における製品製造の海外との差別化策の一つとなり得る。ここでは、岩
手県工業技術センターでの 5 軸マシニングセンタ導入にあたりその使用目的や仕様について調査した。その結果、幅広い要望に対応するために大型ワーク加工かつ高精度加工の両方に対応できる 5 軸マシニングセンタを導入した。
キーワード：5 軸マシニングセンタ、5 軸 CAM、設備導入、割り出し 5 軸加工

Features and Performance of Simultaneous Five-Axis Machining Center
Takeshi Wago, Takashi Iimura and Masahiro Hotta
Five-axis machining centers are expected to provide the processing technique requiredfor high-precision, high-efficiency, complicated feature work, thus giving Japanese
producers a processing advantage over foreign competitors. In this study, we investigate thepurpose and machine specifications for a five-axis machining center at IIRI. To respond towide-ranging requests, we propose to equip the center with both high-precision-processing
and large-workpiece-processing capabilities.
key words : five-axis machining center, five-axis CAM, equipment installation,
dividing five-axis processing
1 緒
言
近年、製造費用の低減化を目的に人件費を含めた製造単価が安い中国や東南アジアにおいて工業製品製造が行われている。日本で製造を行うためにはこれらの製品製造との差別化が必要になり高精度、短納期、複雑形状など諸外国では対応できない製品製造を実施するための高度技術が求められている。その中で多軸加工法は一回のワーク取付けで製品加工ができる短納期及び高精度に有利な方法である。またマシニングセンタ加工を例にとると 3 軸加工機では突き出し部の下側つまりオーバーハング部の加工はワークを取り外して天地反転する作業が必要であるが、A 軸と C 軸を付加した 5 軸マシニングセン
タでは一度のワーク取付けでオーバーハング部を有する複雑形状も加工完結できることから魅力が高い加工機の一つとなっている。
ここでは同時 5 軸マシニングセンタの当工技センターでの導入にあたりその加工機械の特徴、使用用途等について今後の活用を見据えて調査・検討した。
2 同時 5 軸マシニングセンタとは5 軸マシニングセンタは 3 軸マシニングセンタに A 軸と C 軸を付加したものである。代表的な構造は、通常のX 軸、Y 軸、Z 軸を有する立型マシニングセンタのテーブルに X 軸に平行となる回転軸を配置して YZ 平面を振り子運動する A 軸とその中にロータリーテーブルとなる***

平成 23 年度 基盤的・先導的技術研究開発事業
材料技術部（現 素形材技術部）

C 軸を内蔵した構成がある。また、大型重量物ワークの積載を目的とした場合はテーブルを固定しそのテーブル中にロータリーテーブルとなる C 軸を内蔵し、X 軸、Y軸、Z 軸、A 軸はすべて主軸側に付加した構成であり、特に A 軸は主軸を傾けることにより達成する方式である。
同時 5 軸マシニングセンタの同時とは 5 軸を一度に動作させることを言い、特別な機能の一つである。同時 5 軸と対比して割り出し 5 軸という用語が用いられ、割り出し 5 軸とは A 軸と C 軸を動作させてワーク姿勢を一旦変更後に、この 2 軸を固定させて他の X 軸、Y 軸、Z 軸の3 軸で加工を行う方法のことを言う。ワーク形状によってはこの割り出し 5 軸で十分に対応できる製品も多く見られる。
3 導入に関するニーズ調査
5 軸マシニングセンタの導入にあたり県内企業を対象にしたニーズ調査を行った。本調査の趣旨は以下のとおりである。5 軸マシニングセンタは 3 軸マシニングセン
タにA 軸とC 軸の2 軸を付加することで新しい狙いの加工が実現できる装置である一方、部品加工、医療用人工骨加工、金型加工、シリンダブロック加工、タービン翼加工、光学レンズ加工、精密治具加工など、どの領域を狙うかにより同時 5 軸マシニングセンタの仕様が異なる。
当工技センターでは県内製造業の今後の方向性や当工技センターの技術ロードマップと照らし合わせながら仕様

岩手県工業技術センター研究報告検討を行っており本装置の今後の活用において県内企業のニーズが重要であることから、その要望を調査し装置（仕様）決定の参考にすることとした。選択肢にあげた二つの異なる機種を以下に示す。
(1) 大型同時 5 軸マシニングセンタ（参考機種型式：例
えば DMU40、DMG 社）。特長は X:Y:Z 軸ストローク＝450:400:480mm と広く大型ワークの加工ができる。
A 軸がスピンドル側にある首振り型であり工具姿勢の自由度が高い。部品加工、シリンダブロック加工、医療用人工骨加工などの高自由度加工に適する。
(2) 超精密同時 5 軸マシニングセンタ（参考機種 型式：例えば YMC430-5AXIS、安田工業）。特長は 0.1μm 単位の超精密動作をするリニアガイド。運動性能(X-Y 軸)は真円度 0.60μm。ただし、ワーク最大旋回径はφ250mm、最大積載重量は 15kg と小物向け。精
密金型加工、光学レンズ加工、精密治具加工などの次世代高精度加工が実現できる。
ニーズ調査の結果は、大型同時 5 軸マシニングセンタが 24 票、超精密同時 5 軸マシニングセンタが 25 票であった。つまり、各企業の業種によりその要望する性能は異なり、作業目的に応じて機種選定が必要であるという結論であった。同時に回答数は 49 件であり、回答率は0.315（49/158）となり自由アンケート形式の回答率が 3割を超えたことから、関心の高さが示された。

表 1 5 軸マシニングセンタの主な仕様

本体型式

-

HSC 55 Linear(DMG/森精機）

NC装置

-

Heidenhain iTNC 530

5軸構成

-

立型マシニングセンタ
方式3軸（X,Y,Z)+揺りかご式A軸+回転C軸

作業範囲
旋回軸
回転軸
最大回転数
ツールシャンク
最大送り速度
早送り速度
作業テーブルワーク最大重量
最大加速度
ツールマガジン

4 導入した 5 軸マシニングセンタの仕様
5 軸マシニングセンタの調査を行った結果、公設試の立場では県内企業の広い業種からのニーズに対応することが必要であることが分かった。そのためには、大型ワーク加工と高精度加工の二つの両端を両立させることが必要であり、その要求仕様を満足できる 5 軸マシニングセンタを調査した結果、DMG/森精機の HSC55Linear が大型ワークかつ高精度加工を両立できることがわかり、本機種を導入した。また、5 軸 CAM の選定では 5 軸マシニングセンタ同様に同時 5 軸かつ割り出し 5 軸、さらには汎用 2 軸/3 軸など県内企業からの広いニーズと研究範囲を視野に入れて選定した。その結果、コダマコーポ
レーションの TopCAM を選定した。導入した 5 軸マシニ
ングセンタの主な仕様を表 1、
装置外観を図 1 に示す 1)。

X軸,mmY軸,mmZ軸,mmA軸,degC軸,deg

450600
400+10/-110
36028000
HSK-A63
80000

-1min
mm/min
X/Y/Z,m/min
mmkgg
本80/80/80
460×600
600>2g16図 1 導入した 5 軸マシニングセンタの外観

70
5軸マシニング60

割合（％）

5 講習会の開催
県内企業への 5 軸加工技術の啓蒙普及を目的に講習会を開催した。内容は以下のとおりである。講習会名：5軸マシニングセンタ講習会、日時：平成 24 年 7 月 19 日（木） 10 時 00 分～15 時 30 分、場所：岩手県工業技術センター、内容：5 軸マシニングセターの紹介 10:00～12:00（森精機製作所）、5 軸 CAD/CAM の紹介 13:00～15:00（コダマーポレション）。設備見学 15:10～15:30（岩手県工業技術センター）。参加者は 34 名（19 社）で講習会後のアンケートで講習会の印象を調査し、その結果を
図 2 に示す。この結果から 5 軸加工の概要についてはほ

第 18 号（2016）

5軸CAD/CAM

50

全体4030
20100
満足

やや満足

普通やや不満不満

評 価

図 2 講習会のアンケート結果

ぼ受け入れられたようであるが、今後の技術展開のステージで困難さが多く生じると予想される。

同時 5 軸マシニングセンタの特徴と性能評価

6 割り出し 5 軸加工による試し加工
割り出し 5 軸を利用して傾斜加工を行った。使用した工具はφ20mm の 2 枚刃スローアウェイフェイスミルである。加工物の材料はアルミニウムであり、ワーク形状を図 3 に示す。A 軸と C 軸を利用して水平面に対して15°の傾斜面の加工を行った。3 軸マシニングセンタではボールエンドミルを用いて傾斜面を加工するか、または外付けの割り出し傾斜治具をテーブルに取りつけて行う加工が 5 軸マシニングセンタでは容易に行えた。加工後の斜面の加工面粗さ測定の様子を図 4、形状測定結果
を表 2、加工面粗さを表 3 に示す。加工した傾斜面の 8面のうちここで設定したワーク座標系と直交する面、つまり X 軸を 0°とすると 90°、180°、270 に位置する傾斜面の 4 面の水平面との角度を測定した。その結果、平均値が 15.002°、最大値と最小値の範囲で 0.026°の良好な結果となった。加工面粗さでは 15°の傾斜面と水平面を比較したところ、Ra は平均値で傾斜面が 0.18μm粗い結果となった。Rz も同様に傾斜面で 1.30μm 粗い結
12.0100.012.076.0

表 2 形状測定の結果(deg)要素
平面1平面2平面3平面4
平均値
最大値：A
最小値：B
範囲：A－B

角度
14.99515.01115.01414.98815.00215.01414.9880.026

表 3 加工面粗さの結果

項目
傾斜面，送り垂直傾斜面，送り平行
平均値：A

Ra
0.70
0.56
0.63Rz4.01
3.18
3.60(µm)
RSm
73.53
104.1788.85

水平面，送り垂直水平面，送り平行
平均値：B

0.47
0.43
0.45

2.31
2.27
2.29

81.09
104.17
92.63

0.18

1.30

-3.78

75.0

果となった。加工順番では水平面が先で傾斜面が後だったためチップの摩耗や構成歯先の影響も考えられるが、今後の検討課題とした。

15.0°

140.0

8.5

16.0

20.08.0

A－B(mm)図 3 加工物

7 結言
5 軸マシニングセンタは高精度、短納期、複雑形状に対する優位性が期待されており、日本における製品製造の海外との差別化策の一つとなり得る。ここでは、岩手県工業技術センターでの 5 軸マシニングセンタ導入にあたりその使用目的や仕様について調査した。
(1) 県内企業へ 5 軸マシニングセンタ導入に関するニーズ調査を行った結果、回答率は 0.315（49/158）となり関心の高さが示された。
(2) 導入した 5 軸マシニングセンタは大型ワーク加工かつ高精度加工の両方に対応できる性能を有し、多くの要望に対応できる。
(3) 割り出し 5 軸加工による試し加工を行った結果、設計値 15°斜面は 4 面の平均値で 15.002°の良好な角度で加工され、本装置は高精度加工に適応できることが示された。
なお、本装置は国庫補助施設設備整備事業補助金で導入されたものであり、今後の技術開発に活用していく予定である。
文
献1) DMG/森精機：HSC 55 Linear カタログ（2012）

図 4 加工面粗さ測定