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5軸加工向けの部品設計：アンダーカット、工具の届き、ワーク保持

2026年10月1日

5軸加工機は3軸フライスより部品の多くの部分に届きますが、すべてに届くわけではありません。工具には依然としてまっすぐに入る経路が必要で、ホルダは部品に当たってはならず、機械はどこかで部品を保持しなければなりません。この3つの制約を意識して設計することが、すぐに見積が出て、最初から正しく加工される試作品への最短ルートです。

見通し線で考える

機械が削るすべての面は、工具軸に沿ったいずれかの方向から見えていなければなりません。5軸なら、機械は傾いてその方向を探せます。形状ごとに次の点を自問してください。

• 直線状の工具がこの面を見通せる角度はあるか？
• その角度で、ツールホルダが壁、ボス、テーブルに当たらないか？
• 剛性のある工具を使えるほど突き出しは短いか？

最初の質問の答えが「いいえ」なら、軸をいくら増やしても役に立ちません。その形状には特殊なカッター、放電加工、または設計変更が必要です。

CADでの簡単な習慣があります。重要な面に対して法線方向にビューを設定し、工具径の約2倍の太さの円柱が部品からまっすぐ伸びている様子を想像してください。その円柱が部品の外に出る前に別の形状に当たるなら、おそらくホルダも当たります。

アンダーカット

アンダーカットとは、主な加工方向から見たときにオーバーハングの下に隠れている部分です。5軸加工が役立つのは次の2種類です。

1. 傾斜したアンダーカット。 フランジの下に30度の角度で入り込むポケットは、工具を30度傾ければ見通せます。これは日常的な加工です。
2. 浅い側面のアンダーカット。 リップの下の小さな逃げは、ボールエンドミルを傾けて差し込めば届きます。

止まり穴の内部の溝のような、完全に囲まれたアンダーカットには役立ちません。その場合は依然としてスロットカッターやロリポップカッターが必要で、溝の形状は標準カッターのプロファイルに合わせなければなりません。

設計のヒント： 軽量化のためだけのアンダーカットであれば、試作品では省いてください。

標準カッターが届くアンダーカットの設計

アンダーカットを残す必要がある場合は、既存の工具に合わせて形状を決めてください。

• 標準プロファイルに合わせる。 内部の溝の幅と底のRを、市販のT溝カッターやロリポップカッターに合わせてください。溝の底を完全なRにすると、ロリポップカッターに適します。
• ネックの逃げを確保する。 カッターのヘッドは開口部から入り、ネックは余裕を持って通過しなければなりません。スロットカッターが届く半径方向の深さはヘッド径とネック径の差で制限されるため、狭い開口部の奥にある深い溝には標準工具がない場合があります。
• 標準的なアリ溝角度を使う。 アリ溝カッターは一般に45度または60度です。そのどちらかの角度の傾斜アンダーカットなら、輪郭の工具経路ではなく1回の工具パスで削れます。

工具の届く範囲と長さ

カッターは突き出しが長くなるほど大きくたわみます。経験則として、工具の突き出しが直径の約3〜4倍を超えると剛性は急激に低下します。深く狭いポケットでは細くて長い工具を使わざるを得ず、そうした工具は切削が遅く、びびりも発生します。

5軸加工では、高い壁から工具を傾けて、より短い工具で底面に届かせることができます。ただし、それが可能なのは形状に傾ける余地がある場合だけです。

設計のヒント：

• 可能な限り、ポケットの深さはコーナーを削る工具の直径の約4倍以内にしてください。
• 機能上許されるなら、ポケットの一方の側面を開放してください。工具が横から入れるようになります。
• 同じポケット内で、深い底面の隣に高く薄いリブを配置することは避けてください。

工具径ごとの一般的な届く範囲

以下の値は、アルミを超硬エンドミルで加工する場合の一般的な値です。鋼、ステンレス、チタンではこれより小さくなります。

工具径	無理のない突き出し（約3倍D）	ロングネック工具での実用限界（約6〜8倍D、低速）
1 mm	3 mm	6〜8 mm
2 mm	6 mm	12〜16 mm
3 mm	9 mm	18〜24 mm
6 mm	18 mm	36〜48 mm
10 mm	30 mm	60〜80 mm

コーナーRのために2 mmの工具が必要で、ポケットの深さが25 mmなら、その部品は無理のない範囲を超えています。Rを大きくするか、ポケットを開放するか、見積に低速のロングネック加工が含まれるかのいずれかになります。

届く範囲のもう半分を決めるのはホルダです。ホルダは工具よりはるかに太いため、高いボスのすぐ隣に深い形状を配置すると、本来なら短い工具で届くはずの傾きが妨げられることがあります。深い形状の内側だけでなく、周囲にも空間を残してください。

内側コーナーとフィレット

回転する工具は、鋭い内側コーナーを削れません。工具半径と同じRが残ります。実用的な工具で得られるより小さなRを図面で求めると、加工会社は極小の工具か追加工程を使わなければなりません。

内側のRは、標準カッターの半径より少し大きく設計してください。深さ10 mmのポケットなら、コーナーRを3 mmにすれば、加工会社は5 mmのエンドミルでコーナーを滑らかになぞれます。同じポケットでRが0.5 mmだと、1 mmの工具と長い加工時間が必要になります。

滑らかにつながる面や輪郭曲面では、フィレットのサイズをそろえると、プログラマーは工具を交換せずに1本のボールエンドミルで広い領域を加工できます。

底面のR

底面と壁が接する部分のRは、別に決める事項です。鋭い底面のコーナーはフラットエンドミルで加工します。標準的なラジアスエンドミルのコーナーR（たとえば0.5 mmや1 mm）に合わせた底面のRなら、1本の工具で1回のパスで加工できます。1.7 mmのような半端な底面のRにすると、ボールエンドミルで細かいピッチで仕上げることになります。

壁と底面

薄い壁は、材料が除去されるにつれて振動し、変形します。アルミの試作品では、約1 mm未満の壁には注意が必要です。チタンやステンレスでは、実用上の最小値はさらに大きくなります。薄い壁が必要な場合は、根元を少し厚くできる箇所や、最後に除去するサポートを付けられる箇所を記載してください。

鋭い角度で壁と接する底面は、3+2の加工で問題ありません。Rが変化しながら壁へ滑らかにつながる底面をきれいに削るには、同時5軸加工が必要です。

一般的な設計値の一覧

以下は一般的な出発点であり、厳密な限界値ではありません。お客様の部品で工具と機械が何を保持できるかは、マッチした加工会社が確認します。

形状	一般的な設計値	理由
内側コーナーのR	ポケット深さの3分の1以上、かつ工具半径より大きく	剛性のある工具でコーナーをなぞれる
ポケットの深さ	コーナー工具径の約4倍まで	それを超えるとロングネック工具と低速送りが必要
壁の厚さ（アルミ）	1 mm以上	薄い壁はびびりや変形が起きる
壁の厚さ（鋼またはチタン）	1.5 mm以上	切削抵抗が大きい
ドリル穴の深さ	直径の約6倍まで	それより深いとステップ送りや特殊ドリルが必要
めねじの深さ	ねじ径の約1.5倍	それ以上深くしても強度はほとんど増えない
最小のドリル穴	約1 mm	それより小さいとマイクロ工具が必要
彫刻文字	文字高さ3 mm以上、平面上に	曲面上の小さな文字には同時5軸の経路が必要

これらのルールと組み合わせる材料別の一般的な公差は、ホームページの材料の表をご覧ください。

部品の保持

どの部品もどこかでクランプしなければなりません。量産部品なら加工会社が治具を製作します。試作品では通常、次のいずれかを使います。

• かさ上げしたベース上のバイス。 主軸が周囲を傾いて回れるよう、部品を高い位置に置きます。底面に平坦で平行な部分が必要です。
• タブまたは余肉。 部品を大きなブロックから削り出し、タブでつないだままにします。タブは最後に切り落として仕上げます。
• アリ溝。 素材に小さなアリ溝を加工し、対応する治具で保持します。急角度でも主軸と干渉しないため、5軸加工でよく使われます。

設計のヒント： 跡が残ってもよい箇所を加工会社に伝えてください。その注記1つで、段取りを丸ごと1回減らせることがあります。

保持用タブを考慮した設計

• タブは、厳しい公差も外観要求もない面に配置してください。
• タブの跡をどう残してよいかを記載してください。加工したまま、やすりで面一に仕上げる、指定量以内でなじませる、などです。
• アリ溝保持やかさ上げ保持のために、部品の下に余肉が必要になると考えてください。一般的には数mmから約10 mmです。チタンやInconelでは素材費に影響します。
• 部品に平坦な部分がまったくない場合は、モデルに小さな平坦なボスを追加し、最後まで残すか除去するかを注記してください。

機械が届く位置にデータムを置く

5軸加工の大きな利点は、データム面と重要な形状を1回のクランプで加工できることです。位置決め面と公差指示のある穴が同じ段取りで加工されれば、両者の関係は再クランプではなく機械精度で決まります。

これを実現できるよう設計してください。データムは、自由曲面の軸上ではなく、重要な形状の近くにある実際の機械加工面に置いてください。CMMのプローブがデータムとそれが規制する形状の両方に届くことを確認してください。届かないと、検査に時間がかかり、間接的な測定になります。

穴とねじ

平面に垂直な穴は、5軸加工機ならどの角度でも容易です。曲面や斜面に抜ける穴は難しくなります。ドリルが逃げるからです。入口や出口に小さな座ぐりを設けると、ドリルがまっすぐ進みます。

標準的なドリル径とタップサイズを使ってください。M6と指示されたねじは数秒で見積もれます。特殊なねじにはねじ切りフライスと追加のプログラミングが必要です。

可能な限り3+2を使う

傾斜のある部品の多くは3+2で足ります。機械が傾いてロックし、3軸フライスのように削ります。傾斜穴や傾斜面を少数の平面にまとめれば、部品は3+2の範囲にとどまり、見積を出せる加工会社の選択肢も広がります。同時5軸の動きは、実際にねじれたり滑らかにつながったりする面のために取っておいてください。ホームページのセルフチェックが判断に役立ち、同時5軸加工と3+2の比較ではそのトレードオフを詳しく説明しています。

気付かないうちに価格を上げる形状

形状	費用が上がる理由	より安い代替案
深いポケット内の非常に小さな内側R	極小の工具、低速送り	Rを大きくするか、ポケットを開放する
すべてのエッジへの外観用の面取り	1つごとに工具経路が1つ増える	鋭利な角の糸面取りのみにする
すべてに厳しい公差	遅い仕上げ加工と検査の増加	普通公差と少数の重要寸法
曲面への文字彫刻	ラベルのために同時5軸の工具経路が必要	文字用の平面を設けるか、レーザーマーキング
輪郭曲面の鏡面仕上げ	多数の細かいパスと研磨	シール面や摺動面にだけRaを指示する

質問のやり取りを1回減らす図面注記

• 個別指示のない箇所すべてに対する普通公差（例：ISO 2768-m）。
• 糸面取りの注記（例：「鋭利な角は0.2〜0.5 mmで糸面取り」）。
• モデル化したねじではなく、種類、呼び、深さを記載したねじの指示。
• 同時5軸加工で仕上げなければならない面を、ビュー上で明示。
• 跡やタブの残りが許容される領域。
• Raの値は、シール面、摺動面、外観面にだけ指示。

モデルを送る前に

1. 各形状について、いずれかの工具角度からの見通し線があるか確認してください。
2. 内側のRを実際のカッターに合わせてください。
3. 加工会社が部品を保持してよい箇所、跡が残ってもよい箇所に印を付けてください。
4. 重要な箇所だけに公差を指示し、それ以外は普通公差にしてください。
5. 仕上げのために同時5軸加工が必要な面があるかどうかを注記してください。
6. 深い形状を上記の届く範囲の表と照らし合わせてください。
7. データムは、重要な形状と同じ段取りで加工できる面に置いてください。

これらの選択が費用にどう表れるかは、5軸加工の試作費用をお読みください。モデルの準備ができたらマッチングに送信してください。類似形状を加工している加工会社が、変更すべき点をお伝えします。

よくあるご質問

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