多軸加工で起こりやすい7つのプログラミングミス

多軸加工は、現代のものづくりを大きく進化させています。世界中の製造現場で、複雑な形状の部品をより少ない段取りで、より高精度かつ効率的に加工できるようになっています。 

4軸の回転加工から、5軸・6軸の同時多軸加工まで、多軸工作機械を活用することで、生産性の向上や収益性の改善に大きな効果が期待できます。 

しかし、工作機械が高機能になるほど、NCプログラミングや加工プロセスも複雑になります。熟練したNCプログラマーであっても問題が発生する可能性があり、高価な部品や材料のスクラップ、工具の損傷、工作機械のダウンタイム、生産の遅延につながることがあります。 

多軸加工とは？ 

多軸加工では、従来の3つの直線軸（X、Y、Z）に加えて、切削工具やワークを複数の軸方向に動かすことができるCNC工作機械を使用します。 

A軸、B軸、C軸などの回転軸を加えることで、複雑な形状や曲面をより少ない段取りで加工でき、場合によっては一連の加工を1回のセットアップで完了することも可能です。 

航空宇宙分野のタービンブレードから患者ごとにカスタマイズされた医療用インプラントまで、多軸加工を活用することで、従来は困難だった複雑な部品を高精度に加工することが可能になります。 

多軸CNC加工の仕組み 

多軸加工では、NC制御装置が複数の直線軸と回転軸の動きを同時に制御し、それぞれの軸を同期させて動作させます。 

そのため、高度なCAD/CAMプログラミングや正確なポスト処理に加えて、使用する工作機械固有のキネマティクス（機構・軸構成）を正しく理解することが必要です。 

多軸加工の主な種類

3軸CNC加工 

 X、Y、Zの3つの直線軸で工具やワークを移動させる、最も基本的な加工方式です。 

角物などのプリズム形状部品の加工に適していますが、複雑なアンダーカットや複合曲面の加工には制約があります。 

4軸CNC加工

3つの直線軸に回転軸を追加した加工方式です。一般的にはワークを回転させることで、段取りを変更することなく複数の面を加工できます。

ワークの外周を連続して加工するような用途に適しています。 

5軸CNC加工 

5つの軸を使用し、割り出し加工（3＋2軸）または5軸同時加工を行うことができます。 

複雑な形状や深いキャビティ、厳しい公差が求められる部品の加工に適していますが、その能力を最大限に引き出すには、高度なCAM加工戦略と適切なポスト処理が必要です。

6軸CNC加工

6軸CNC加工では、さらに自由度の高い加工が可能になる一方で、加工プロセスもより複雑になります。 

自動化やハイブリッド加工（積層造形＋切削加工）、高度で複雑な輪郭加工が必要な部品などに使用されます。 

多軸加工のメリットとは？ 

段取り回数の削減

段取りにかかる時間を短縮し、工具寿命を延ばすとともに、作業ミスの削減につながります。 

加工精度の向上

複雑な形状や部品を一連の加工工程で加工できるため、高い加工精度を維持できます。 

リードタイムの短縮 

部品をより短期間で生産・出荷できるため、リードタイムを短縮し、収益性の向上につながります。 

表面品質の向上 

多軸加工で起こりやすい7つのプログラミングミス 

ここまで見てきたように、多軸加工は現代のものづくりにおいて非常に強力な加工技術である一方、プログラミング上の問題も発生しやすい加工方法です。

複数軸の同期、工具姿勢の制御、実際の工作機械の動作などを正確に考慮する必要があり、わずかなミスでも大きな損失につながる可能性があります。

しかし、多軸加工で起こりやすいこうしたプログラミング上の問題は予測可能であり、さらに重要なのは、Vericutを活用することで事前に回避できるということです。

1. 不適切なポストプロセッサの設定 

ポストプロセッサは、CAMシステムとCNC工作機械をつなぐ重要な役割を担っています。

実際の工作機械のキネマティクス、回転軸の方向、軸の移動範囲などが正確に反映されていなければ、CAM上では適切に見えるツールパスでも、実機では予期しない動作をする可能性があります。

その結果、工具の干渉や削り込み、無駄な加工時間などにつながることがあります。

Vericutのマシンシミュレーションでは、CAM上のツールパスだけでなく、ポスト処理後の実際のGコードを検証します。そのため、加工を開始する前に、使用する工作機械でNCプログラムがどのように動作するのかを正確に確認できます。

2. 不十分なマシンシミュレーション 

CAMシステムに搭載されたシミュレーション機能だけを使用しているNCプログラマーも少なくありません。しかし、こうしたシミュレーションでは理想的な加工動作のみが表現され、NC制御装置固有の動作や加減速の制限、複数軸の連動による影響などが十分に考慮されない場合があります。

Gコード全体を検証しなければ、わずかなエラーを見逃す可能性があります。

Vericutのデジタルツイン技術は、実際の工作機械、NC制御装置、加工セットアップを正確に再現し、干渉やオーバートラベル、意図しない軸反転などを実加工前に検出します。

3. 不適切な工具姿勢の制御 

多軸加工では、工具の傾斜角やリード角、ラグ角のわずかな誤差でも、表面品質の低下や工具の不安定な挙動につながる可能性があります。

また、工具姿勢が急激に変化すると、びびりや削り込みが発生することもあります。

Vericutで5軸・6軸加工の動作をシミュレーションすることで、一つひとつの動きを確認・調整し、複雑な曲面においても滑らかな動きと安定した切削角度を確保できます。

4. 工作機械の軸移動範囲を考慮していない 

すべての多軸工作機械には軸の移動限界があり、さらにキネマティック特異点（シンギュラリティ）のように、NC制御装置が滑らかな動作を計算することが難しくなる領域があります。

こうした要素を考慮しないと、軸が急激に動いたり、動作が不安定になったり、予期しない回転が発生したりして、部品や工具を損傷する可能性があります。

Vericutでは、こうしたリスクを視覚的に確認できるため、実加工を開始する前に、ツールパスの修正、ワークの向きの変更、セットアップの調整などを行うことができます。

5. ワーク座標系（WCS）の設定ミス 

ワーク座標系（WCS）の設定に誤りがあると、それ以外が完璧なNCプログラムであっても、ワーク位置が数ミリずれるだけでスクラップにつながる可能性があります。

こうした問題は、治具オフセット、プロービングルーチン、セットアップデータなどの入力ミスによって発生することがあります。

Vericutでは、治具やオフセットを含む加工セットアップ全体をシミュレーションできるため、生産を開始する前に、WCSがCADモデルと実際の工作機械の設定に正しく対応しているかを確認できます。

6. ツールパスの最適化不足 

多軸加工のツールパスは長く複雑になりやすく、多数の短い直線移動や、送り速度の急激な変化が含まれる場合があります。

これにより、工具に過大な負荷がかかる、工具寿命が短くなる、表面品質にばらつきが生じるといった問題につながる可能性があります。

Vericut Forceは、実際の材料除去プロセスを分析し、送り速度を自動的に調整します。これにより、より滑らかな加工動作、安定した切削抵抗、最適な切り取り厚さを実現します。

7.  不適切な工具・ホルダーの選定 

ツールパスが理論上は正しくても、工具アセンブリの選定が適切でなければ、特に狭い領域での多軸加工では、クリアランス不足や干渉が発生する可能性があります。

また、ホルダーが長すぎる場合や、工具形状が正確にモデル化されていない場合、実際に加工を開始してから問題が判明することもあります。

Vericutの豊富な工具・ホルダーライブラリと干渉チェック機能を活用することで、工具とホルダーを含む工具アセンブリ全体を仮想環境で検証し、実加工前に必要な調整を行うことができます。

Vericutによる多軸加工シミュレーションが重要な理由 

高度化する今日のCNC加工において、多軸加工のプログラミングミスは、単に作業上の問題となるだけではありません。大きなコストや時間の損失につながる可能性があります。

部品形状がますます複雑化し、より厳しい公差や短納期への対応が求められる中、VericutのCNCシミュレーション・ベリフィケーションソフトウェアは、CAM上の加工プログラムと実際の工作機械での加工とのギャップを埋め、Gコードレベルでツールパスを検証します。これにより、実加工前にNCプログラムの動作を確実に確認できます。

航空宇宙やモータースポーツ、医療機器製造、産業機械など、世界中のさまざまな製造現場でVericutが活用されています。

• 工作機械の衝突や、それに伴う高額な修理費・ダウンタイムを防止 
• 実際の工作機械の動作に基づいてキネマティクスを検証 
• ツールパスを最適化し、加工時間の短縮と生産効率の向上を実現 
• 多軸加工や自動加工を、より安全かつ確実に実行 

Vericut マルチアクシス（多軸）シミュレーション について詳しく見る

Vericutのマルチアクシス CNCシミュレーションを活用することで、こうしたプログラミングミスを実加工前に発見・回避し、作業者の安全を確保するとともに、製品や生産設備を保護し、不要なコストや損失を防ぐことができます。