機械加工部品の完全ガイド
機械加工部品はいたるところにあり、その理由は簡単にわかります。CNC機械加工はさまざまな金属やプラスチックに適しており、機械加工部品は工具を必要とせずに迅速かつ手頃な価格で製造できます。
3ERPを使用すると、短いリードタイムで適正価格で機械加工部品とプロトタイプを入手でき、さまざまなセクターのクライアントと協力した経験があります。しかし、なぜ機械加工部品と成形部品または3D印刷部品を選ぶ必要があるのでしょうか。選択が明白な場合もありますが、決定するのが難しい場合もあります。また、社内またはメーカーに外注して、実際に機械加工用の部品をどのように設計しますか？
このガイドでは、機械加工部品の基本について説明します。それらが何であるか、企業がそれらを必要とする理由、最高の機械加工材料、機械加工部品の一般的な公差、機械加工部品の設計方法などです。
機械加工部品とは何ですか？
機械加工部品はいたるところにあります。小さな金属製の留め具から航空機のエンジン部品まで、あらゆる種類の部品が機械加工のプロセスを使用して製造されています。しかし、機械加工とは正確には何であり、したがって機械加工部品とは何ですか？
機械加工された部品について話すとき、私たちは機械を使用して構築されたオブジェクトよりも具体的な何かを意味します。具体的には、カッティングを使用して製造された部品を意味します ミルなどの機械 、旋盤 、およびルーター 。これらの機械はすべて異なる方法で動作しますが、基本的な目的は同じです。鋭い切削工具を使用することです。 、ワークピースと呼ばれる材料のブロックからセクションを切り取ります。
その定義の範囲内でさえ、機械加工された部品はさまざまな方法で形成することができます。機械加工のプロセスは手動にすることができます これにより、機械工（機械加工装置の熟練した専門オペレーター）がミルのような機械を操作して、ワークピースを手動で目的の形状に切断します。または、デジタルにすることもできます 、この場合、電動CNCマシンは、コンピューターの指示に従って機械加工部品を自動的に切断します。
現在、ほとんどの複雑なまたはカスタムの機械加工部品はCNC機械で作られていますが、デジタル設計を作成してデジタル機械をプログラミングするよりも高速であるため、機械工は特定の作業に対して手動機械加工を行います。
機械加工部品は金属またはプラスチック（場合によっては他の材料も）にすることができますが、大幅に変形することなく切断できる材料で作成する必要があります。
部品は、別の製造プロセスで製造された後に機械加工される場合があります。たとえば、鋳造または成形されたアイテムには、後の段階で特定の詳細または機能が機械加工されている場合があります。これらは、部分的に機械加工された部品または後から機械加工された部品として説明される場合があります。
機械加工部品を使用する理由
企業、製品設計者、研究開発部門、およびその他の専門家が機械加工部品を使用する理由はたくさんあります。機械加工部品の具体的な利点の多くについて、次のセクションで説明します。
要するに、機械加工された部品は、材料の固いブロックから作られているため、優れた強度を備えており、さまざまな形状や厚さに作ることができます。それらは非常に詳細な特徴を持つことができ、非常に幅広い材料から作ることができます。工具を必要としないため、少量の機械加工部品を迅速に作成できます。また、機械加工速度を下げると、公差が非常に厳しくなります。
機械加工は、何十年にもわたって業界標準である実証済みの製造技術であるため、企業は機械加工部品を使用することもできます。したがって、機械加工部品は業界固有の基準と認証を満たす可能性があります。
機械加工部品の利点
機械加工部品には、射出成形部品や3D印刷部品などでは不可能な特定の利点があります。機械加工部品の主な利点のいくつかをここに示します。
1。 MOQなし
機械加工部品の主な利点の1つは、最小注文数量なしで部品を購入できることです。
成形部品の場合、金属工具を製造する必要があります。このプロセスには時間がかかり、通常は数万ドルの費用がかかります。ただし、機械加工された部品はブランクのワークピースから直接カットされるため、非常に少量の部品や1回限りの部品を注文するのは費用効果が高くなります。
もちろん、非常に大量の（プラスチック）部品を必要とすることは、成形がより良い提案であることを意味するかもしれません。しかし、機械加工は、MOQのない高品質の部品を提供するという点で事実上ユニークであり、中小企業、小規模な生産、およびプロトタイピングに適しています。
2。良いプロトタイプ
射出成形されたプロトタイプを注文することを選択する企業もありますが、通常、そうする余裕があるのは大企業だけです。ツールのコストにより、プロトタイピングが非常に高価になる可能性があります。
機械加工部品は、1回限りで製造できるため、プロトタイプとして適切で手頃な価格です。機械加工は成形よりもはるかに高速です。つまり、研究開発部門は部品のいくつかのバージョンをすばやく反復し、生産に移る前に必要なテストや評価を行うことができます。
機械加工の材料の多様性は、企業が、たとえば、いくつかの異なる金属合金または複合プラスチックの機械加工部品を注文して、テスト条件下でどれが最高のパフォーマンスを発揮するかを確認できることも意味します。
3。デザインの自由
機械加工部品は、さまざまな形状とサイズを持つことができます。これは、CNC機械加工が、薄壁やテーパーなどの極端な成形設計の制約を受けないためです。機械加工された部品は厚くて頑丈な場合がありますが、その特徴も細かく詳細な場合があります。
機械加工された部品には、たとえば内部セクションや深いチャネルに関していくつかの制限がありますが、機械加工は依然として最も幾何学的に柔軟な製造プロセスの1つです。
一方、成形部品は壁が薄く、一般的にはより厳しい設計基準に準拠している必要があります。
設計の自由度の観点から一般的に最高の製造技術の1つと見なされている3D印刷でさえ、オーバーハングを回避するなどの制限があります。 （さらに複雑で広大な設計には、広範なサポート構造が必要になる場合があります。これは、コストのかかる後処理ステップで削除する必要があります。）
4。品質
機械加工部品は非常に高い水準で作ることができます。おそらくもっと重要なのは、顧客が機械工が満たす必要のある公差を指定できることです。これは、機械工または機械のオペレーターが、厳しい公差の部品や個々の機能に余分な時間をかけることができることを意味します。
射出成形金型も厳しい公差で作ることができますが、個々の成形品をそのような高い水準に保つことはできません。金型の寿命の終わりに向かって製造された成形品は、以前のユニットの定義を欠いている可能性があります。
5。リードタイム
機械加工された部品は、成形などの他の製造プロセスで製造された部品よりも速く製造できます。
これは、労働集約的な工具がないことも一因ですが、製造プロセス自体も非常に効率的です。リニアガイドレールを備えた高速マシニングセンターの中には、毎分約4,000センチメートルの高速マシニングセンターがあります（ただし、部品は実際にはそうではありません）。それらの速度で加工されます。
機械加工のワンステップの性質とCNCマシニングセンターの速度が組み合わさって、機械加工された部品を（少量で）製造するのに最も速いものにし、リードタイムを短縮して市場投入までの時間を短縮し、実用的なラピッドプロトタイピングを実現します。
6。変更
CNC機械加工部品はデジタルCADファイルから作成されているため、製造の瞬間までそのデジタル設計に変更を加えることができます。
これは、エンジニアが機械加工部品に部分的な調整を加えたり、複数のバージョンを作成したりする場合に、研究開発やプロトタイピングの際に役立ちます。また、不良部品が発生する可能性が低いため、無駄になる可能性も低くなります。
これは、成形部品よりも機械加工部品にとって大きな利点です。工具は簡単に交換できず、土壇場での変更が必要な場合、新しい金型を作成するのは莫大な費用の無駄になります。
7。強さ
機械加工された部品は、ブランクと呼ばれる中実の材料片から切り取られます。ブランクは通常、鋳造または押し出しされています。これにより、たとえば3D印刷されたパーツと比較して、非常に強力になります。3D印刷されたパーツは、あるレイヤーが次のレイヤーの上に構築される1つの軸に沿ってはるかに弱くなる可能性があります。
多くの機械加工部品は、成形部品の壁が薄い必要があり、機械的性能が制限されているため、同等の成形部品よりも強度があります。
8。表面仕上げ
機械加工された部品は、フローライン、噴射、パーティングラインでのフラッシュなどの成形に関連する表面品質の問題を回避します。適度な後処理で、機械加工部品を表面仕上げの点で非常に高い水準にすることができます。
機械加工はまた、後処理が実行される前であっても、3D印刷よりもはるかに優れた表面仕上げを提供します。 3D印刷、特にFDM印刷では、部品の表面に目に見える層の線が残る可能性があり、サンディングまたは化学処理によって滑らかにする必要があります。機械加工部品にはこれらのレイヤーラインはありません。
機械加工部品の設計方法
製造には常に設計を採用するのが最善です（ DfM ）原則：使用される製造プロセスに基づいて部品を設計します。機械加工用の部品は、たとえば3D印刷用の部品とは異なる設計にする必要があります。
幸いなことに、特定の規則に従っている限り、機械加工された部品の設計は特に難しくありません。これらのルールの概要を以下に示します。
アンダーカット
アンダーカットは、標準の切削工具を使用して実行できないワークピースのカットです（パーツの一部がワークピースを妨害しているため）。それらには、特別な切削工具（たとえば、T字型のもの）と特別な設計上の考慮事項が必要です。
切削工具は標準サイズで作られているため、アンダーカットの寸法は工具に合わせてミリメートル単位にする必要があります。 （標準のカットの場合、ツールは小さな増分で前後に移動できるため、これは重要ではありません。）
アンダーカットの幅は、切削工具に応じて3〜40 mmの範囲で、アンダーカットの深さは幅の2倍までです。
アンダーカットを完全に回避できれば、機械加工部品をはるかに高速かつ少ない労力で作成できます。
壁の厚さ
壁が厚すぎると変形する成形部品とは異なり、機械加工部品は特に薄い壁を処理できません。設計者は、薄い壁を避けるか、薄い壁が設計に不可欠な場合は射出成形などのプロセスを使用する必要があります。
機械加工の場合、肉厚は0.8 mm（金属）または1.5 mm（プラスチック）以上である必要があります。
突起
薄い壁と同様に、高い突出部分は、切削工具の振動によって部分が損傷したり、精度が低下したりする可能性があるため、加工が困難です。
突き出たフィーチャの高さは、幅の4倍以下にする必要があります。
キャビティ、穴、およびスレッド
機械加工部品を設計するときは、穴と空洞が切削工具に依存していることを覚えておくことが重要です。
キャビティとポケットは、キャビティ幅の4倍の深さまで部品に機械加工できます。切削工具の直径が必要なため、キャビティが深くなると、必然的にフィレット（鋭いエッジではなく丸みを帯びたエッジ）になります。
ドリルビットで作られた穴も、ドリルビット幅の4倍以下の深さである必要があります。また、穴の直径は、可能な場合、標準のドリルビットサイズに対応している必要があります。
ネジなどの留め具を組み込むために使用されるネジ山は、直径の3倍より深くする必要はありません。
スケール
CNC機械加工部品は、機械のビルドエンベロープ内で製造されるため、サイズが制限されます。フライス盤の寸法は400x250 x150mm以下である必要があります。旋削部品の寸法は、Ø500 mm x1000mm以下である必要があります。
より大きな機械ではより大きな寸法が可能ですが、これは製造前に機械工と話し合う必要があります。
機械加工部品の材料
機械加工部品は、金属やプラスチックなど、さまざまな材料で作ることができます。
ただし、一部の材料は他の材料よりも機械加工が簡単です。非常に硬い材料は切削工具で浸透するのが難しく、工具がより振動する可能性があります（その結果、品質が低下します）。非常に柔らかい材料や融点が非常に低い材料は、切削工具と接触すると変形する可能性があります。
最も一般的な機械加工部品の材料を以下に示します。他の材料も、メーカーへの要求に応じて機械加工することができます。
金属 ：アルミニウム、鋼、ステンレス鋼（17-4、インコネル625および718）、マグネシウム、チタン、亜鉛、真ちゅう、青銅、銅。
プラスチック ：ABS、PC、ABS + PC、PP、PS、POM、PMMA（アクリル）、PAGF30、PCGF30、テフロン、DHPE、HDPE、PPS、PEEK。 （あまり一般的ではありません：PA GF50、PPS GF50）
機械加工部品の表面仕上げ
機械加工された部品は、表面の質感や外観を変えるために、機械加工後に処理することができます。仕上げは機能的または化粧品のいずれかです。
加工時 ：表面仕上げは追加されていません。これは、多くの内部の非化粧品機能コンポーネントに適しています。
ビーズブラスト ：ビードブラストプロセスでは、機械加工された部分に研磨剤を塗布し、マットな外観を残します。プロセスは、特定のレベルの粗さを与えるように調整できます。ビードブラストは材料を除去し、機械加工部品の形状に影響を与えるため、微細なフィーチャーには適さない場合があります。
陽極酸化 ：陽極酸化の電解不動態化プロセスは、アルミニウムの機械加工部品に適しており、傷がつきにくく、カラフルなコーティングを作成します。タイプIIの陽極酸化は、耐食性の仕上げを作成します。タイプIIIはより厚く、耐食性に加えて耐摩耗性を生み出します。
粉体塗装 ：パワーコーティングプロセス中に、粉末塗料（設計者が選択した色）が機械加工された部品にスプレーされ、オーブンで焼き付けられます。これにより、標準のペイントコーティングよりも耐久性のある、強力で耐摩耗性、耐腐食性の層が作成されます。
機械加工部品の公差
機械加工部品は、他のコンポーネントと相互作用する重要な機械部品に必要となる可能性のある厳しい公差で作成できます。プロトタイプおよび非機械部品には、より緩い公差を選択できます。
| 許容基準 | |||||||
| トレランスレバー | 全体の寸法範囲 | ||||||
| 仕様 | <<3、> 0.5 | <<6、> 3 | <<30、> 6 | <<120、> 30 | <<400、> 120 | <<1000、> 400 | <<2000、 > 1000 |
| F | ±0.05 | ±0.05 | ±0.1 | ±0.15 | ±0.2 | ±0.3 | ±0.5 |
| M | ±0.1 | ±0.1 | ±0.2 | ±0.3 | ±0.5 | ±0.8 | ±1.2 |
| C | ±0.2 | ±0.3 | ±0.5 | ±0.8 | ±1.2 | ±2 | ±3 |
| V | – | ±0.5 | ±1 | ±1.5 | ±2.5 | ±4 | ±6 |
機械加工部品の用途
機械加工部品は、航空宇宙から医療まで、事実上すべての産業で使用されています。日常的でセクターにとらわれない人気のある部品を以下に示し、その後に特定の業界でのアプリケーションを示します。
一般的な機械加工部品：
航空宇宙
機械加工可能な航空宇宙部品には、プロトタイプのエンジンコンポーネント、燃料パネル、着陸装置コンポーネント、およびエンジンマウントが含まれます。
自動車
自動車の機械加工部品には、照明、エンジン、トランスミッション、ステアリングシステムなどの機能テストコンポーネントのほか、1回限りのカスタム部品が含まれます。
医療
チタンとステンレス鋼の機械加工部品には、インプラント、医療機器、メスなどの手術器具が含まれます。
消費者向け製品
機械加工部品は、家庭用品や家電製品に含まれています。スポーツ用品もCNC機械加工されている場合がありますが、多くの機械加工された金属およびプラスチック部品は家電製品に含まれています。ノートパソコンのケーシング、コネクタ、ソケットなどのアイテムはすべて機械加工できます。
機械加工部品を外部委託する方法
大小のハードウェア会社は、CNC機械加工のニーズを専門家に外注することがよくあります。プロトタイプの場合でも、機械加工装置を操作するために必要な工場スペースと人間のスキルのために、社内ソリューションではなくサードパーティのCNC機械加工会社を使用することが理にかなっていることがよくあります。
機械加工部品を製造するメーカーを選択するのは困難に思えるかもしれませんが、次の要素と慣行に焦点を合わせると、簡単になる可能性があります。
- 認定 ：特にISO認定は、有能な機械加工会社を特定するための優れたガイドラインですが、会社の能力の範囲を通知するものではありません。
- 口コミ ：この地域のメーカーと契約している他のハードウェア会社に相談して、機械加工部品をアウトソーシングした経験を見つけてください。
- 需要情報 ：会社との連絡を確立したら、プロジェクトの実行方法を彼らが知っていると納得するまで質問を続けます。彼らがあなたに明確な答えを与えることができない場合、彼らはおそらくアウトソーシングに適したパートナーではありません。
- 工場を訪問 ：可能であれば、潜在的なアウトソーシングパートナーにアクセスして、部品の機械加工方法を確認してください。場合によっては、特定の地域の複数のサイトへの訪問を手配するために製造業者を雇うことが可能かもしれません。
- RfQ ：RfQをいくつかの最終候補の機械加工会社に送信して、誰が最良の価格を提供できるかを把握します。
アウトソーシングされた機械加工部品の製造を手配する場合は、次のヒントを確認すると役立つ場合があります。
- DfMガイドラインに従う ：デジタル部品の設計が機械加工のガイドラインに従っていることを確認してください。薄い壁や限られた深さの穴などはありません。
- ユニバーサルスタンダードを使用する ：あいまいさを排除するためにデジタルファイルを含む完全な製図を提出し、誤解を避けるために普遍的な標準を使用します。
- NDA ：機械加工部品を外部委託する場合は、機密保持契約に署名してください。これにより、メーカーがデザインを開示または再利用することを法的に禁止します。
- 出荷時間の要因 ：外部委託された部品は、社内部品よりも到着に時間がかかるため、厳しい締め切りに取り組む場合は、出荷時間を考慮に入れてください。
- 支払いの準備 ：初回注文の場合、メーカーはおそらく前払いが必要になりますが、その後の注文ではクレジットで注文できる場合があります。
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