蘇州工業園区のCNCプログラミング研修――ロボット用精密「彫刻刀」5軸CNC

産業用ロボットの中核部品の加工分業、4軸、解析、5軸、全、3軸……すべてがここに揃っています。

ここ数年、中国製ロボット市場は爆発的な成長を遂げており、宇樹科技の四足ロボットが登場したほか、ヒューマノイドロボットも量産化を実現し、6軸産業用ロボットアームは多くの業界で普及しています。業界での議論は、常にAI制御、サーボ駆動、減速機技術といった側面に焦点が当てられています。しかし、製造工程に注目する人はほとんどいない。たとえどれほど完璧な3D図面であっても、高度な多軸加工技術がなければ意味がない。それは永遠に実験室の試作段階にとどまり、安定した商用化を実現できず、ずっと実験室の中に留まることになってしまうのだ。

ロボットによる機械加工業界の標準的な分類に照らすと、4軸マシニングセンターおよび5軸マシニングセンターは、すでに宇樹をはじめとする主要なロボットメーカーのサプライチェーンにおいて必須の設備となっており、両者の役割分担は明確で、他の設備で代替することはできない。

️ロボット用5軸加工用関節、大型部品、量産用関節ハウジングの半製品

1. 和宇樹ロボットの産業用ロボットアームにおいて、4軸または5軸CNC加工が不可欠な部品はどれでしょうか。そういう状況なのでしょうか、そういう状態なのでしょうか、そういうケースなのでしょうか？

ヒューマノイドロボットや四足ロボット、そして多軸ロボットアームの中核となる構造部品には、極めて強い共通点があります。 異形曲面や多角度の斜め穴が存在し、薄肉で軽量化された中空部や複数の空間組立基準も含まれている。3軸工作機械では、何度も面を反転させて加工を行うと位置決め誤差が累積してしまうため、この種の工作機械では単純なカバープレートや平板ブラケットの加工しかできない。全体のおよそ60%を占める中核となる精密部品は、4軸または5軸加工を余儀なくされています。一方、残りの40%を占める装飾用外殻、板金製カバー、および標準部品は、ダイカスト、射出成形、3軸加工、レーザー切断によって製造可能です。

（一）減速機ハウジングやベアリングハウジングなど、一部の高精度な主要部品については、5軸連動加工を行う必要があり、これらの部品はロボットの精度を左右する極めて重要な要素である。

「宇樹G1」ヒューマノイドや「Go1」四足ロボット犬の股関節、膝関節、肩関節、および産業用ロボットアームの各関節には、いずれもハーモニック減速機やRV減速機が搭載されており、その筐体は異形回転構造となっており、全体に傾斜面、斜め取り付け穴、複雑な内部キャビティが分布している。3軸工作機械では片面のみのフライス加工しか行えず、傾斜穴や逆ネジの加工においては、位置合わせのために繰り返し取り外し・取り付けを行う必要があります。每次のクランプごとに5～10μmの位置決め誤差が生じ、誤差が累積すると、関節のクリアランス過大、動作時の振動、異音の原因となります。傾斜面のボーリング加工を1回のクランプで完了させるには、5軸加工が適しています。曲面フライス加工も5軸加工により1回のクランプで完了でき、内腔加工も同様に1回のクランプで実現可能です。すべての穴群は同一の基準を共有し、同軸度は±0.005mm以内に安定して制御され、 位置精度は±0.005mmに安定して制御されます。これは、宇樹などのロボットブランドの関節を量産するために不可欠な設備であり、量産現場では一般的にクレードル式5軸マシニングセンターや立型5軸マシニングセンターが導入されています。

多曲面関節クロスフレーム、足関節／腰関節ボックス

宇樹ロボットの腰関節、足首関節の支持部、およびロボットアームの先端フォークには、多角の角度を持つ円弧状の嵌合面や、負の角度を持つ逆嵌合型キャビティが存在しており、トポロジー最適化を経たバイオミメティックな軽量化構造は複雑で入り組んでいる。3軸加工では工具の姿勢が固定されるため、加工干渉が発生しやすいが、5軸加工ではワークを柔軟に動かせるため、工具が最適な角度で切削に入り、工具の切り替え跡が残らない。これにより手作業による研磨を大幅に削減できるだけでなく、薄肉部品の研磨によって元の精度基準が損なわれることも防ぐことができる。

巧みな動きを実現するマイクロジョイントベース

コンパクトなサイズの人形用指部品には、狭い空間に多層の斜め穴が密に配置されており、位置精度に対して厳しい要件が課されているため、5軸連動による一括成形によってのみ、指の把持動作を正確かつスムーズに行うことが可能となっている。

（2）4軸（インデックス第4軸）は、量産向け汎用コネクティングロッドを主力とする

宇樹ロボットの太もも、ふくらはぎ、およびロボットアームの上腕・前腕にある細長い骨格リンクについては、業界では一般的に、3軸に加え、インデックス機能付き第4軸を備えた装置が採用されており、これはコストパフォーマンスに優れた主力機種となっています。これらの細長い部材は第4軸の回転・インデックス機能によって加工され、周囲の取り付け穴や軽量化用溝を一度に加工できるため、大量生産される標準化されたリンクロッドの製造に適しています。業界の量産データによると、主要ロボットメーカーの機械加工工場の設備構成比は、5軸が40:1:3、4軸が35:1:3、3軸が25:1:3となっており、4軸は汎用的な長尺部材の加工に、5軸は高精度で複雑な異形部材の加工に特化しています。

（3）3軸は補助的な部品としてのみ使用可能（本体に占める割合は約30%～40%）

以下の部品は4軸・5軸加工を必要とせず、加工のハードルがさらに低くなっています：

4軸・5軸の役割分担を明確に示した対照表

機種

ロボット用部品の適合

量産における位置づけ

宇樹 / ロボットアームの活用シーン

4軸

（3軸＋インデックス回転軸）

長尺コネクティングロッド、円筒形の簡易関節ハウジング、単一回転面を持つ部品

大量生産される汎用構造部品、コスト削減の主力

ロボット犬の四肢用リンク、ロボットアーム用標準アームチューブ

5軸連動

減速機ハウジング、異形ジョイントフォーク、多曲面支持台、ロボットハンドのベース

高精度の重要部品、小ロットの精密部品

人形の股関節・膝関節・肩関節のハウジング、腰関節のボックス

標準 3軸

平板カバー、平直簡易ブラケット、斜め穴なし付属品

低コストの副部品

機器用カバー、簡易取り付け用台座

2. CNC 5軸：ロボット製造における3つの主要な課題に直接取り組む

「宇樹」という人型プロトタイプのように、その改良サイクルが極めて速いものであれ、大量生産される産業用ロボットアームであれ、5軸加工が持つ本質的な価値は、3軸加工では避けられない業界の課題を解決することにある。

複数回のクランプによる累積誤差を解消し、繰り返し位置決め精度の最低基準を維持する

3軸加工の場合、1セットの関節ハウジングを加工するには、少なくとも4～6回の着脱が必要となります。繰り返し位置決めを行うことで生じる誤差により、ロボット組み立て後に関節のガタつきが発生し、さらに繰り返し位置決め精度が基準を満たさなくなります。一方、5軸加工では、1回のクランプでフライス加工、中ぐり加工、穴あけ加工の全工程を完了できます。工作機械の基準を統一することで、減速機やベアリングの組み付けが根本から確実に密着するよう保証され、ロボットが走行時、荷重負荷時、および精密操作を行う際にも、滑らかで安定した動作を実現します。

軽量で薄肉なバイオミメティック構造に適応し、加工時の変形を低減する

そのロボットの主要構造部品は、そのほとんどが7075アルミニウム合金でできており、肉厚はわずか1～2ミリメートルです。軽量化を図りつつも、ジャンプや高速運動による衝撃に耐えなければなりません。5軸加工の場合、剛性の高い短尺の切削工具を選択することで、切削振動や工具の変形を低減できる。同時に、複数回のクランプを省略できるため、クランプ応力による部品の反りを防ぎ、量産における良品率を大幅に向上させることができる。

柔軟な適応性と高頻度の反復により、試作機の検証サイクルを短縮

宇樹ロボットは毎年、革新を重ね、複数のバージョンで全く新しいレイアウト方式を打ち出しています。ヒューマノイドロボット分野における一般的な生産モデルは、「多品種・少量ロット・迅速なモデルチェンジ」です。5軸加工は柔軟性が極めて高く、適応性も非常に優れています。3次元モデル上の切削工具の軌跡を変更・調整するだけで済み、多大な人的・物的資源を投入して多数の専用治具を再製作する必要がありません。そのため、製品の初期設計案や小ロットの試作における効率は、3軸による多工程加工プロセスに比べてはるかに高く、 新製品の開発から市場投入までのリードタイムを大幅に短縮します。

3. 誤解の解消：5軸工作機械があるからといって、必ずしも合格基準を満たすロボット部品が製造できるとは限らない

多くの加工工場が、やみくもに5軸加工機を導入しているにもかかわらず、宇樹や大手ロボットメーカーからの外注受注を獲得できていない。その根本的な原因は、完全な工程体系が不可欠であるという点にある。

宇樹科技は、四足ロボットやヒューマノイドロボットの商業化・量産を実現しているが、その背景には成熟したサプライチェーンと5軸加工システムがある。国産産業用ロボットアームの価格低下と普及も、同様に国内の5軸精密加工産業チェーンの成熟した支援体制に支えられている。業界の現状は明確であり、外注加工工場がロボットの中核となる関節の受注を獲得しようとするならば、 4軸は入門レベルの構成であり、5軸は必須のハードルとなる。5軸設備がなければ、付加価値の低い簡易な補助部品しか受注できない。

4. 相互に力を引き出す：ロボット産業と5軸加工が互いに高め合う

ヒューマノイドロボットや四足ロボットの急増が、中国国内の5軸加工業界と好循環を生み出している：

これまで、ハイエンドロボットの中核となる構造部品は、長年にわたり海外の精密加工に依存してきたが、現段階では、国内の5軸加工工場がサプライチェーン全体の代替を実現した。同時に、3次元構造、5軸プログラミング、およびロボットの機械加工技術を熟知した複合型技術人材が、スマート製造業界において不足している人材となっている。

私たちは、宇樹ロボットの驚くほど柔軟なジャンプや、産業用ロボットアームの誤差のない精密な作業といった、そのクールなパフォーマンスに感嘆し、しばしばアルゴリズムやモーター、減速機などに注目しがちですが、その一方で、部品の裏側に隠された精密製造力。

CNC 5軸は、ロボットにとっての精密な「彫刻刀」である“

生体模倣構造を持つ図面を、1枚ずつ、ミクロンレベルの公差範囲で精密に加工する。成熟した多軸加工ベースの環境が整っていなければ、どんなに先進的なロボットの設計であっても、量産化を実現することはできない。

ヒューマノイドロボット産業の継続的な拡大により、CNC 5軸精密加工は、業界にとって新たな発展の好機を迎えています。