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5-AXIS MACHINING5軸加工

直線3軸（X・Y・Z）に回転軸を2つ足して、工具の向きも変えながら削るのが5軸加工です。まずは「3+2（割出し）」と「同時5軸」の違いから。機械の形・NC の機能・校正・失敗しやすい所を、メーカーと規格の公開資料でたしかめてまとめました。

ほとんどの部品は
3+2 で足りるんだ。
まずは違いからね。

マスコットのチップス
5軸加工のイメージ図
イメージ図

◇3+2 加工と同時5軸加工

3+2 加工（割出し）XfZf向きを決めて止め、傾いた面の上を直線3軸で削る（向きは変わらない）同時5軸加工削りながら工具の向きが変わる（直線軸と回転軸が同時に動く）

5軸加工

  • 直線3軸（X・Y・Z）に回転軸2つ（A・B・C のうち2つ）を加え、工具とワークの相対的な向き（工具姿勢）も変えながら削る加工。理屈の上では空間のどの点にもどの向きからでも工具を当てられる。[1][2][3]

3+2軸加工（割出し加工・傾斜面加工・多面加工）

  • 先に回転軸を回して工具を加工面に向けて止め（静的な姿勢）、その後は直線3軸だけで削るやり方。回転軸は削っている間は動かない。[1][4][2][5][6][7][8]

同時5軸加工

  • 直線軸と回転軸を同時に補間し、削りながら工具姿勢を連続的に変えるやり方（動的な姿勢）。プログラムは普通 CAM で作る。[1][4][2][5][6][7][9]

5面加工機（5軸加工機とは別物）

  • 門形マシニングセンタでアタッチメントヘッド（延長ヘッド・90°アンギュラヘッド）を自動交換して、ワークの上面と4側面を削る機械。工具の向きは決まった角度に切り替えるだけで、回転軸で連続的に傾けるわけではない。資料1件・参考[10]

≡違いの早見表

3+2 加工同時5軸加工
工具の向き静的（割り出して止める）動的（削りながら変わる）[1][4][2][6][7]
プログラムの作り方傾けた面の上で普通の3軸プログラム（固定サイクルも使える）を書ける。手でも組めるCAD/CAM が前提[4][6][7][11]
NC の主な機能傾斜面加工指令（FANUC Tilted Working Plane／三菱電機 傾斜面加工指令）、Siemens CYCLE800、Heidenhain PLANE、Haas G254（DWO）・G268工具先端点制御（FANUC/三菱電機 G43.4 など）、Siemens TRAORI、Heidenhain M128／FUNCTION TCPM、Haas G234（TCPC）[1][5][6][12][13][9][8][11][14]
向く部品（3+2）一般の部品の多くは3+2（同時4軸以下）で足りる。傾いた面の穴・ポケット、多面の加工、3D形状の荒取り・中仕上げ、工具・治具の製作—[2][7]
向く部品（同時5軸）—インペラ・ブリスクのようなオーバーハング形状、タービン・航空エンジン部品、航空機の構造部品、金型の自由曲面、深い凹部や曲率の変化が多い形の仕上げ[1][2][7]
同時5軸の難しさ—動きが複雑で NC プログラムの作成・検証に時間がかかる、現場で動きが読みにくい、動く軸が多く剛性を保ちにくい[15]

✓5軸にすると何がよいか

5軸加工のページ

⟲

5軸機の構成

ヘッド・ヘッド／テーブル・テーブル／ヘッド・テーブルの3つの形と長所・短所、回転軸 A・B・C の名前と向き、立形と横形、複合加工機。

G

5軸の NC 機能

工具先端点制御・傾斜面加工指令・3次元工具径補正。NC メーカーごとの指令の対照、逆時間送り G93、工具長と回転中心。

◎

校正・干渉・治具と工具

基準球によるキネマティクス校正、精度検査の規格、干渉チェックとシミュレーション、5軸用バイス、突き出しとボールエンドミルの傾け方。

!

5軸のよくある失敗

特異点、回転軸の2つの解と遠回り、送りの単位、工具長の入れ忘れ、傾斜面の解除漏れ。現場で確かめるチェックリスト。

÷

5軸の計算

逆時間送り G93 の F 値、ボールエンドミルの傾斜角、方向ベクトルから角度、回転軸の最短の回り方。

⌗

CAD/CAM

CAM の流れ、ツールパスの種類、ソフトの一覧、データの形式（STEP・IGES・Parasolid）、座標系とポストプロセッサ。

あ5軸加工の用語

用語英語意味
5軸加工機ごじくかこうき5-axis machining center直線3軸に回転2軸を加え、工具の向きも変えて削れるマシニングセンタ。[1][3]
3+2軸加工さんぷらすにじくかこう3+2-axis machining / tilted plane machining回転軸で工具の向きを決めて止め、直線3軸で削る加工。割出し加工・傾斜面加工とも。[4][5][7]
同時5軸加工どうじごじくかこうsimultaneous 5-axis machining / 5-axis simultaneous直線3軸と回転2軸を同時に補間し、削りながら工具の向きを変える加工。[2][6][7]
割出し加工わりだしかこうmulti-face machining回転軸を決まった角度に割り出して止め、その姿勢で削る加工。三菱電機は多面／傾斜面加工を含めてこう呼ぶ。[7][4]
5面加工ごめんかこう5-face machining / 5-sided machining上面と4側面を1回の段取りで削ること。アタッチメントヘッドを替える門形機（5面加工機）でも、3+2 でも行う。[10][25]
工程集約こうていしゅうやく複数の機械・段取りに分かれていた工程を1台・少ない段取りにまとめること。[6][17][16]
工具先端点制御こうぐせんたんてんせいぎょtool center point control (TCP) / TCPM（Heidenhain） / TCPC（Haas） / TTPC（Mazak）回転軸が回っても工具先端がプログラムどおりの位置を通るよう、NC が直線軸を補正する機能。[1][6][13][9][14]
5軸変換ごじくへんかん5-axis transformation / TRAORI（Siemens）ワーク座標で書いた工具先端の位置と向きを、機械の各軸の動きに変換する NC の機能。Siemens の工具先端点制御に当たる。[1][2]
傾斜面加工指令けいしゃめんかこうしれいtilted working plane (TWP) / inclined surface machining command / PLANE（Heidenhain） / CYCLE800（Siemens） / feature coordinate system G268（Haas）傾いた面に沿った座標系を定義し、その面を XY 平面のつもりで削れるようにする機能。[5][7][13][1][11]
傾斜座標系けいしゃざひょうけいtilted coordinate system / feature coordinate system傾斜面加工で定義する、加工面に沿った座標系。[7][11]
工具軸方向制御こうぐじくほうこうせいぎょtool axis direction control / tilted working plane indexing傾斜面に工具が垂直になるよう回転軸を自動で割り出し、傾斜座標系を回転軸に連動させる機能。[26][7]
ワーク座標系わーくざひょうけいworkpiece coordinate system (WCS)ワークの原点を基準にした座標系。プログラムは普通これで書き、NC が機械座標系（MCS）に変換する。[1][11]
機械座標系きかいざひょうけいmachine coordinate system (MCS)機械の原点を基準にした座標系。[1][19]
キネマティクスきねまてぃくすkinematics / machine kinematics機械の軸の並び方と、回転軸の位置・向きなどの幾何。NC は登録されたキネマティクスで工具先端の位置を計算する。[1][27]
ヘッド・ヘッド形へっどへっどがたhead-head kinematics / head rotation type回転2軸がどちらも主軸頭側にある構成。[2][6][3]
テーブル・テーブル形てーぶるてーぶるがたtable-table kinematics / table rotation type回転2軸がどちらもテーブル側にある構成。トラニオン形が代表。[2][6][3]
ヘッド・テーブル形（混合形）へっどてーぶるがたhead-table kinematics / mixed kinematics / mixed type主軸頭側とテーブル側に回転軸が1つずつある構成。[2][6][3]
トラニオンテーブルとらにおんてーぶるtrunnion table回転テーブルを両側から支えて傾ける構造の、傾斜軸＋回転軸のテーブル。[28][17][16]
チルト・ロータリーテーブル（旋回ロータリテーブル）ちるとろーたりーてーぶるtilt-rotary table / swivel rotary table / tilting rotary table傾く軸と回る軸を1つにまとめたテーブル。マザック・DMG森精機・GROB・Hermle などの呼び方。[16][29][25][30]
スイベルヘッドすいべるへっどswivel head主軸頭が回転軸で傾く（旋回する）もの。[31][1]
傾斜軸けいしゃじくswivel axis工具またはワークを傾ける回転軸。機種により A軸または B軸。[32][22]
回転中心（ピボット）かいてんちゅうしんcenter of rotation / pivot point / MRZP（Haas: machine rotary zero point）回転軸が回るときの中心。NC が持つ回転中心が実機とずれると、回転軸を動かす加工で誤差が出る。[9][33][26][34]
ピボット長ぴぼっとちょうpivot length（主軸頭が傾く機械で）傾斜軸の回転中心から主軸端（工具の基準）までの距離。[35]
キネマティクス校正（回転軸中心の測定）きねまてぃくすこうせいkinematics calibration / rotary axis position calibration / KinematicsOpt（Heidenhain） / CYCLE996（Siemens）基準球とタッチプローブで回転軸の中心・向きを測り、NC の機械構成パラメータを補正すること。[1][26][27]
基準球（校正球）きじゅんきゅうdatum sphere / calibration sphere半径が正確に分かった球。キネマティクス校正でテーブルに固定して測る。[27][26][28][35]
ボールバーぼーるばーballbar両端に球がついた伸縮式の測定器。円運動や5軸の同時運動で工具先端とワークの距離の変化を測る。[14]
特異点とくいてんsingular point / singularityその近くを通ると回転軸の動きが不安定になり、大きく回ってしまう工具姿勢。[6]
逆時間送りぎゃくじかんおくりinverse time feed (G93)F を『1ブロックを何分の1分で終えるか』として指令する送り方。4・5軸の CAM 出力で使われる。[36][21][37]
方向ベクトルほうこうべくとるdirection vector / tool orientation vector / A3/B3/C3（Siemens） / I/J/K（FANUC タイプII）工具の向きを X・Y・Z 成分で表したもの。回転軸の角度で書くより機械の構成に依存しない。[1][6]
リード角りーどかくlead angle / LEAD（Siemens）工具を送り方向（進行方向）に傾けた角度。[18][1]
チルト角ちるとかくtilt angle / TILT（Siemens）工具を送り方向と直角な方向に傾けた角度（Siemens の TILT は面の法線まわりの回転として定義）。[18][1]
面の法線ベクトルめんのほうせんべくとるsurface normal vector加工面に垂直なベクトル。3次元工具径補正や LEAD/TILT の基準に使う。CAM が出力する。[1][13]
3次元工具径補正さんじげんこうぐけいほせい3D cutter compensation / 3D tool radius compensation面の法線や工具の向きを使って、立体的に工具径を補正する機能。[1][5][13]
工具姿勢制御こうぐしせいせいぎょtool posture control / vector interpolation of orientation始点と終点の工具の向きの間を、側面削りで平面になるよう補間する機能。[5][6][34]
ワーク設置誤差補正わーくせっちごさほせいworkpiece setting error compensation / G54.4（FANUC）置いたワークの位置・回転のずれを測って経路を補正し、プログラムを変えずに削る機能。[5][6][34][38]
ポストプロセッサぽすとぷろせっさpost processorCAM の工具経路を、その機械・NC 用の NC コードに変換するもの。5軸では機械の構成ごとに要る。[1]
バレル工具ばれるこうぐbarrel cutter / barrel end mill / circle segment cutter回すと樽形の輪郭になり、外周に大きな R 刃をもつ工具。5軸・割出し加工で大きな切込みを取れる。[39]
つかみ代つかみしろclamping depth / gripping depthバイスがワークをつかむ高さ。5軸用バイスは数 mm と小さい。[40][41]
ニューテート軸にゅーてーとじくnutated axis直線軸と直交していない（斜めに傾いた）回転軸。45°ヘッドなど。[1]
複合加工機ふくごうかこうきmultitasking machine / mill-turn旋削とフライス削り（同時5軸を含む）を1台で行う機械。[6][42]

📚出典

5軸加工のページは、NC メーカー・工作機械メーカーの公開マニュアルと技術資料、規格団体の公開ページ、大学・公設試の報告をもとにしています。NC の指令は機種・オプションで使えるかどうかが違うので、必ずお使いの機械の取扱説明書で確かめてください。

  1. Siemens AG「Milling with SINUMERIK — 5-axis machining Manual, Edition 05/2009（DocOrderNo. 6FC5095-0AB10-0BP1）」
  2. Siemens AG「SINUMERIK live: Programming dynamic 5-axis machining directly in SINUMERIK Operate（2018）」
  3. 日本規格協会（JSA）「JIS B 6336-6:2018 マシニングセンタ－試験条件－第6部：速度及び補間運動の精度（ISO 10791-6:2014）プレビュー」
  4. Siemens AG「SINUMERIK live: Multi-face machining milling (3+2 axes)（2017）」
  5. FANUC America Corporation「5-Axis Machining — CNC systems for high-performance machine tools（MBA-025-EN_03_1308, 2013）」
  6. Fuji Technology Press（著者：須藤雅子、ファナック株式会社）「Development Report: Advanced Control Technologies for 5-Axis Machining, Int. J. of Automation Technology Vol.1 No.2, pp.108-112, 2007（DOI 10.20965/ijat.2007.p0108、CC BY-ND 4.0）」
  7. 三菱電機株式会社「中村直樹「“MITSUBISHI CNC M700Vシリーズ”における割り出し加工の使いやすさ向上機能」三菱電機技報 Vol.85 No.4（2011）」
  8. Haas Automation, Inc.「G254 Dynamic Work Offset (DWO)（G-code 解説ページ）」
  9. Haas Automation, Inc.「G234 Tool Center Point Control (TCPC)（G-code 解説ページ）」
  10. オークマ株式会社「MCR-A5CⅡ 製品情報（5面加工門形マシニングセンタ）」
  11. Haas Automation, Inc.「G268 / G269 Feature Coordinate System（G-code 解説ページ）」
  12. 三菱電機株式会社「NC Specification Selection Guide M800V/M80V/E80/C80 Series（BNP-A1244 ENG D）」
  13. DR. JOHANNES HEIDENHAIN GmbH「TNC 640 User's Manual Conversational Programming, NC Software 340590-01 / 340591-01 / 340594-01, 4/2012（892903-20）」
  14. Renishaw plc「Application note: ISO 10791-6 using QC20 ballbar」
  15. 北海道大学「山田誠「5軸NC工作機械による主軸傾斜加工に関する研究」博士（工学）学位論文内容の要旨（2006）」
  16. ヤマザキマザック株式会社「5軸加工機 VARIAXIS C 製品情報」
  17. オークマ株式会社「MU-4000V 製品情報」
  18. 地方独立行政法人 神奈川県立産業技術総合研究所（KISTEC）「横田知宏「ボールエンドミルによる加工面品位の検討」KISTEC 研究報告2020」
  19. ISO「ISO 841:2001 Industrial automation systems and integration — Numerical control of machines — Coordinate system and motion nomenclature（規格の紹介ページ）」
  20. 日本規格協会（JSA）「JIS B 6310:2003 産業オートメーションシステム－機械及び装置の制御－座標系及び運動の記号（ISO 841:2001）プレビュー」
  21. 米国国立標準技術研究所（NIST）「The NIST RS274NGC Interpreter – Version 3（NISTIR 6556, 2000）」
  22. ニデック株式会社／ニデックオーケーケー株式会社「当社子会社の5軸制御立形マシニングセンタ VB-X350 の発売について（2023年10月6日）」
  23. オークマ株式会社「MU-10000H 製品情報」
  24. 株式会社牧野フライス製作所「5軸制御立形マシニングセンタ（製品一覧）」
  25. GROB-WERKE GmbH & Co. KG「Universal machining center G350」
  26. ファナック株式会社「FANUC Series 30i/31i/32i-MODEL B Plus カタログ（英語版 FS30i-BPlus(E)-01）」
  27. DR. JOHANNES HEIDENHAIN GmbH「TNC 640 User's Manual Programming of Measuring Cycles for Workpieces and Tools, NC Software 34059x-18, 10/2023（1303409-23）」
  28. Okuma America Corporation（オークマ）「MU-V Series 5-Axis Vertical Machining Centers カタログ」
  29. DMG MORI（米国サイト）「DMU 50 3rd Generation 製品ページ」
  30. Maschinenfabrik Berthold Hermle AG「The milling and turning centre – C 42 / C 42 MT」
  31. ヤマザキマザック株式会社「5軸加工機 VTC-800/30 製品情報」
  32. 株式会社牧野フライス製作所「5軸制御横形マシニングセンタ（製品一覧）」
  33. Renishaw plc「Brochure: AxiSet Check-Up — Fully automated tests for accurate and consistent results」
  34. 大阪工業大学 工学部 機械工学科 精密工学研究室（井原之敏 研究室）「５軸マシニングセンタの工作精度試験方法の検討（研究紹介ポスター）」
  35. ヤマザキマザック株式会社「5軸加工機 VORTEX i-V 製品情報」
  36. Haas Automation, Inc.「G93 Inverse Time Feed Mode（G-code 解説ページ）」
  37. Siemens AG「SINUMERIK 840D sl/828D Fraisage ISO, Manuel de programmation 02/2012（6FC5398-7BP40-3DA0、フランス語版）」
  38. FANUC America Corporation「Advanced Machining Tips & Tricks | 5-axis CNC（解説動画シリーズの紹介ページ）」
  39. ユニオンツール株式会社「UTエンドミルだより 2022年4月 vol.12『私のこだわり バレル工具（1）』」
  40. 株式会社北川鉄工所（Kitagawa）「V75V 5-axis centering vise（製品一覧ページ）」
  41. LANG Technik GmbH「41111: Makro•Grip Stamping Jaws（製品ページ）」
  42. ヤマザキマザック株式会社「複合加工機 INTEGREX i-H 製品情報」