CNCマシンを使用して部品を設計する方法は？

ほとんどの人にとって、今日の製造およびプロトタイピング技術に関する知識は、主に学校で学んだことやインターネットで偶然見つけたもので構成されています。

多くの人は、持続可能で環境に優しい製造の可能性を提供できる3D印刷のプロセスに少なくとも漠然と精通しています。しかし、3D印刷の人気が高まっているにもかかわらず、世界中の無数の企業で使用されているさまざまなCNCマシンによって提供される機会に匹敵することはできません。

業界外の人々にはあまり知られていませんが、CNC機械加工は、導入されたときに革新的であり、航空宇宙、医療、自動車業界などのさまざまな業界に不可欠なかけがえのない製造方法であり続けています。

しかし、CNCマシンとは何ですか？そして、それらをどのように使用してさまざまな部品を設計できますか？

CNC機械加工を使用して部品を設計するプロセスと、以下で行う必要のある決定について見ていきましょう。

CNC機械加工とは何ですか？

CNC（Computer Numerical Control）マシンは、コンピューターの指示を使用して特定のタスクや動きを実行する機械加工の一種です。

素材のストックを取り、さまざまなドリル、旋盤、ミルを使用して、パーツがベースとして使用されたデジタルデザインの正確な寸法に合うまで切り取ります。

材料を一緒に成形して形状を形成する3D印刷とは異なり、CNC機械加工は、目的の形状が得られるまで材料の層を切り取るサブトラクティブプロセスです。

もう1つの重要な違いは、CNCプロセス自体です。手動の機械とは異なり、CNCテクノロジーを使用したプロセスは完全に自動化されているため、プロジェクトの実行に必要な監視ははるかに少なくなります。

さらに、自動化されたプロセスにより、人的エラーの可能性が最小限に抑えられ、パーツの各コピーは、識別可能な最小の詳細まで、元のコピーと同一になります。

プロセスは非常に効率的ですが、コストのかかるミスを回避し、プロジェクトを円滑に進めるために考慮する必要のあることがたくさんあります。

さまざまな部品の設計の背後にあるプロセスをよりよく理解するために、CNCマシンに関して最も重要な考慮事項のいくつかを見ていきましょう。

CNCマシンの種類

CNCマシンは特定の用語のように見えるかもしれませんが、実際には、CNCフライス盤や旋盤マシンなど、さまざまな種類のマシンが含まれます。

さまざまなマシンには独自の長所と一般的な用途があり、最良の結果を達成したいかどうかを知ることが重要です。

旋盤 は、他のタイプの製造では実現が難しい汎用性と費用対効果を提供するため、特に円筒形の設計に人気のあるオプションです。

もう1つの標準オプションは、CNCルーターマシンです。 、ツールパスを3軸でルーティングし、無駄な材料を最小限に抑えながら、パーツを作成するための幅広い可能性を提供します。

次に、2種類のフライス盤があります–縦型CNCフライス盤 および水平CNCフライス盤 。どちらも機械のベッドに合わせた切削工具を使用していますが、主な違いは、一方が垂直で、もう一方が水平であるということです。

可能な材料

部品を設計および製造する場合、最初に行う必要のある主要な決定の1つは、使用する材料の種類です。

また、CNCマシンを使用して部品のプロトタイプを作成したり製造したりする場合は、さまざまな材料オプションから選択できます。

選択する際に考慮すべきいくつかの要因には、必要な耐久性と硬さ、剛性、さまざまな化学物質に対する耐性、および機械的機能が含まれます。場合によっては、審美的な考慮事項も役割を果たす可能性がありますが、他の要因が最初に来る必要があります。

CNCマシンの優れている点は、ほんの数例を挙げると、鋼、銅、真ちゅう、アルミニウムなど、さまざまな金属を処理できることです。これは、独自の要件に応じてデザインをカスタマイズし、さまざまな種類の金属の独自の品質を活用できることを意味します。

場合によっては、プラスチックの方が理にかなっていることがありますが、CNCマシンでも簡単に処理できます。ナイロンがおそらく最も人気のあるオプションですが、吸湿率の低いオプションが必要な場合は、ABS、ポリカーボネート、デルリン、さらにはPTFEを使用することもできます。

適合要件

NASAやその他の宇宙プログラムがCNC機械加工を広く使用しているのには理由があります。これは、すべての部品で比類のない精度を達成するのに役立つ製造プロセスです。

ただし、このテクノロジーは非常に正確ですが、通常、数値が一般的に最小であっても、寸法がどれだけ逸脱するかについては許容範囲があります。

CNCマシンの標準公差は±0.125ミリメートルであり、これに気付くことはほとんど不可能です。ただし、1ミリメートルの端数が重要な状況では、それでも許容誤差が大きすぎる可能性があり、許容誤差を±0.050mm以下に引き締めることができます。

部品を設計するときは、許容できる公差の大きさを正確に把握し、偏差を最小限に抑えることによる潜在的な利点と、標準を超えて公差を減らすことによるコストの増加を比較検討する必要があります。

ほとんどの場合、CNCマシンはすでに信じられないほど正確であるため、欠陥がパーツのパフォーマンスやフィット感に影響を与えることはない可能性が高いことを考慮してください。

また、部品の設計と、CNCマシンの機能によりよく適合するように部品を変更する方法についても検討する必要があります。

たとえば、設計に穴が必要な場合は、機械で材料の途中までしかドリルで穴を開けるのではなく、全体に穴を開けることでコストを削減できる可能性があります。

また、壁をどれだけ薄くできるかを検討する必要があります。それは、デザイン自体だけでなく、プロジェクトに最終的に選択する素材にも依存します。

最後に、タスクを処理できるCNCマシンの選択を制限する可能性があるため、パーツの複雑な機能は避けてください。つまり、ダブテールまたはTスロットのアンダーカットが必要かどうかを検討します。これらは、特別な工具と多くの労力を必要とするためです。

終了オプション

CNCマシンを使用して部品を設計する際のもう一つの重要な考慮事項は、部品に必要な仕上げです。選択できるオプションはかなりあるので、パーツのパフォーマンスに影響を与えない仕上げの欠陥が許容できるものであるかどうかを検討する必要があります。

CNCフライス盤を使用する場合、フライス盤の仕上げは非常に正確ですが、目に見える工具跡が残る可能性があり、部品の美観に影響を与える可能性があります。

陽極酸化は、もう1つの可能な仕上げです。これは、電解質を使用して金属部品に酸化膜を追加するプロセスです。このタイプの仕上げにはいくつかの種類があり、航空宇宙に適しているものもあれば、エンジン部品やその他のさまざまな用途に適しているものもあります。

ビーズブラストオプションを選択することもできます。これは、微細なガラスビーズを高圧で塗布することによって表面の堆積物を除去するプロセスです。パーツをより美しく見せたい場合は、ビーズブラストが適しています。それでも、このプロセスには手作業が含まれます。つまり、欠陥が常に発生する可能性があります。

重要なヒント

ご想像のとおり、CNCマシンを使用して部品を設計することは、多くの重要な決定を伴う複雑なプロセスになる可能性があるため、最良の結果を達成するのに役立つヒントをいくつか紹介します。

一つには、使用したい材料と機械加工の種類の制限に精通することに非常に注意してください。 CNC機械加工には長所と短所があり、一部の部品はこの技術を使用して製造するのに理想的ではありません。

薄い壁、小さな特徴、そして珍しい空洞でさえ、プロジェクトのコストを急騰させるだけでなく、部品の安定性を大幅に低下させる可能性があります。

ただし、各部品の設計は独自のものであるため、希望する結果を確実に達成する唯一の方法は、以前に同様の状況に対処したことがある人に相談することである場合があります。

信頼できるCNC機械加工会社を選択すると、部品の要件を確認し、どのツールと機械がその仕事を処理するのに最も適しているかについてのガイダンスを提供できます。

経験豊富なスペシャリストがあなたのデザインを見て、使用するのに最適な材料、ニーズに合った仕上げ、最も費用効果の高いソリューション、そして最も一貫性のある信頼できる結果を提供するマシンについての提案を提供することもできます。

また、さまざまな状況で特定の洞察を提供し、アルミニウムCNC機械加工での部品の変形などのコストのかかる問題を回避するのに役立ちます。

場合によっては、部品のパフォーマンスに影響を与えないように見える設計の小さな変更が製造コストの大幅な削減に役立つことがあるので、プロセス全体の最初にオプションを検討することは間違いなく価値があります。