CNC フライス加工とは:フライス加工プロセスの包括的な概要

CNC フライス加工は、複雑な部品の製造において不可欠なプロセスです。精密 CNC 機械加工の広範な傘下にある機能の 1 つとして、このプロセスは多くの業界で精密部品を作成するのに役立ちます。幅広い用途で、この技術は急速に成長し、進化し続けています。

そのため、フライス加工プロセスを詳細に見て、関連するさまざまな操作とその用途を調べます。これは、プロセスのさまざまな側面と、それを最大限に活用する方法を理解するのに役立ちます。それでは、早速始めましょう。

定義:CNC フライス加工とは?

CNC フライス加工は、切削工具を使用して工作物の部品を除去することを含むコンピューター制御のプロセスです。その基本的なセットアップには、スピンドルに取り付けられた機械テーブルと切削工具が含まれます。工作物は機械の作業テーブルに置かれ、切削工具が回転して工作物を成形します。

切削工具の回転は、CNC フライス盤の種類とその精巧さのレベルによって異なります。ほとんどの CNC 切削部品は、+/-0.001 インチから +/-0.005 インチの高い公差に達する可能性があります。一部の機械では、最大 +/-0.0005 インチの公差を達成することさえできます。

そのため、このプロセスは汎用性が高く、金属、プラスチック、木材、ガラスなど、さまざまな素材を扱うことができます。また、独自の要件を満たすために、さまざまなカスタム製品を作成するのにも役立ちます。

フライス加工プロセスの分析:CNC フライス加工の仕組み

フライス加工プロセスの完全な概要を説明することは非常に重要です。これは、それがどのように機能するかの全体像を把握するのに役立ちます。通常、CNC フライス加工は次の 3 つの段階で行われます。

1. CAD ファイルの設計

最初の段階では、CAD ソフトウェアを使用して目的の製品の仮想表現を作成します。さまざまな CAD-CAM プログラムを使用して、加工に必要な G コードを作成できます。 CAD 設計を CNC プログラミング言語に変換することは、機械が理解する言語であるため、不可欠です。

マシンの機能に合わせてコードを確認および修正できます。このソフトウェアにより、製造エンジニアはフライス加工プロセス全体をシミュレートすることもできます。その結果、設計エラーをチェックし、機械加工が難しすぎる複雑なモデルの作成を回避できます。

オペレーターは、次のような情報を含む技術設計図も必要とします:

• パーツの寸法と重要な特徴
• 公差
• 下書き線
• スレッドの表示
• 仕上げの設定

2.フライス盤のセットアップ

CNC フライス盤はワークピースを自動的に切断しますが、プロセスの一部の側面では機械オペレーターが必要です。たとえば、オペレーターはワークピースをワークテーブルに固定し、スピンドルの切削工具を攻撃する必要があります。

最新のフライス盤には、ライブ ツーリング機能があります。したがって、フライス加工中にツールを変更することができます。これにより、操作中に発生する停止の数が減少します。ただし、プロセスを開始する前に、初期設定とプログラムのチェックが必要です。

3.コンポーネントの作成

前述のように、CNC フライス加工では、ワークピースに接触したときに切りくずを切り落とす回転工具を使用します。ツールを連続的に回転させると、目的の形状が得られます。プロセスは、原材料の種類および最終製品の所望の形状に応じて、さまざまな操作を含む場合があります。

最初のいくつかの操作では、より大きなツールを使用して材料を切り出し、おおよその形状を取得します。次に、ツールを変更すると、より正確な機械加工部品を作成できます。精密な CNC フライス加工は、比類のないレベルの表面粗さと工学的公差を含む最終段階で達成されます。

さまざまな CNC フライス加工

CNC フライス盤は、複数の複雑な形状を高精度で作成できます。このようなフィーチャーには、ねじ山、面取り、スロットなどが含まれます。ただし、これらのフィーチャーを作成するには、次のようなさまざまなフライス加工操作が必要です。

平削り

サーフェスミリングとも呼ばれ、この操作では水平ミルを使用します。したがって、切削工具は作業テーブルに平行な回転軸を持っています。プレーンフライス加工では、目的の結果に基づいて、さまざまな形状と向きのさまざまなカッターを使用します。幅の広いカッター (送り速度が速い) と細かい切削刃 (切削速度が速い) の組み合わせは、費用対効果の点で優れた選択肢です。また、より良い表面仕上げと高品質の最終製品を保証します。

フェイスミリング

このタイプのフライス加工では、側面と端に歯が付いた切削工具を使用します。側面の歯が主要な切削作業を行い、先端の他の歯が表面仕上げに役立ちます。正面フライス加工は、複雑な輪郭を作成し、高品質の仕上げを残すことができるため、通常、表面フライス加工の後に行われます。

角度ミリング

これは、溝、面取り、スロット、およびその他の複雑なフィーチャを作成するための最適なフライス加工の 1 つです。従来の 3 軸ミルでは、さまざまなカッターが使用されます。斜めの溝にはダブテール カッター、面取りには円錐形のカッティング ヘッドが使用されます。カッターの軸は、多くの場合、切断面に対して垂直または直線になっています。

成形加工

このミリング操作では、より複雑な輪郭を作成するために特別なツールを使用します。ここでは、凹型および凸型カッターが最も一般的です。 1 回のカットで表面の輪郭、丸いエッジ、丸いくぼみを作成するのに役立ちます。

その他の製粉作業

前述のフライス加工とは別に、CNC フライス盤は次のような特殊なフライス加工を実行できます。

倣い加工 :ここでは、ツールはストック バーの傾斜面または垂直面に沿って切断パスを作成します。このプロセスでは、ワークピースの表面に平行または垂直なプロファイル フライス工具を使用します。

ギャングミリング :これは、複数のカッターを使用して同時にパターンを作成する成形フライス加工のサブカテゴリです。通常、カッターの形状、サイズ、幅はさまざまです。類似または異なる操作を実行して、より複雑な機能や複雑な部品を短期間で作成する場合があります。

またがりフライス :このフライス加工操作により、工作機械は 1 回の切削で 2 つ以上の平行なワークピースを処理できます。 2 つのカッターがワークピースの両側に配置され、同じマシン アーバーで両側をフライス加工します。

部品製造における CNC フライス加工の長所と短所

CNCフライス加工プロセスは、その利点により、さまざまな産業プロセスに不可欠です。ただし、注意すべき欠点があります。この製造技術の利点と欠点のいくつかを次に示します。

CNC フライス加工の長所

精度と精度

CNC フライス加工の性質上、エラーの余地が最小限に抑えられるため、より高い精度と精度が保証されます。この技術により、正確な技術仕様と公差要件を満たす部品を製造できます。

ほとんどの CNC 切削部品は、+/- 0.001 インチから +/- 0.005 インチの高い公差に達することができますが、最大 +/-0.0005 インチになるものもあります。プロセスの自動化により、人的エラーも制限されます。表面処理が必要な場合でも、マイクロミリングを使用すると、部品の寸法に影響を与えないように、一部の厚さを除去できます。

効率と再現性

CNC フライス盤は、自動化が関係しているため、高い生産量を提供します。高度なフライス盤は、一貫した品質と仕上げで部品をより速く生産できます。

幅広い素材の互換性

このプロセスは、金属、プラスチック、ガラス、木材など、さまざまな素材に適しています。これにより汎用性がさらに高まり、さまざまな用途に最適です。

労働集約的でない

CNCフライス盤の自動化と高出力により、プロセスにかかる労力が大幅に削減されます。これらのマシンではライブ ツーリングも可能で、操作を停止することなく確実にツールを交換できます。このプロセスに必要なオペレーターはほとんどいません。

費用対効果の高い

CNC フライス盤は、複雑な製品をより迅速かつ正確に効率的に製造します。これにより、生産段階で費やされる時間が短縮されます。さらに、必要な労力が少ないため、プロセスのコストがさらに削減されます。

CNCフライス加工の短所

高い機械コスト

CNC フライス盤の初期投資コストは、従来の手動装置よりも高くなります。これにより、全体的な製造コストが上昇する可能性があります。

オペレーターの集中的なトレーニングが必要

誰でも CNC フライス盤を操作できるわけではありません。設計者からプログラマー、機械オペレーターまで、プロセスを最大限に活用するには適切なトレーニングが必要です。

高度なメンテナンス

フライス盤は、適切に機能し、工具の寿命を延ばすために、常にメンテナンスを行う必要があります。これにより、フライス盤の使用によるダウンタイムが増加します。

CNC フライス加工の一般的な材料

CNCフライス加工は、さまざまな材料で機能します。材料の選択は、アプリケーションの要件と仕様によって異なります。最も一般的な資料は次のとおりです。

フライス加工用の金属材料

• アルミニウム合金
• ステンレス鋼
• 軟鋼
• 工具鋼
• ブラス
• 銅合金
• チタン合金

フライス加工用プラスチック材料

• POM
• ABS
• ナイロン
• ポリカーボネート
• ピーク
• PTFE (テフロン)
• ポリエチレン
• PMMA (アクリル)
• HDPE
• 塩ビ
• ポリプロピレン

フライス盤の 4 つの分類

今日の市場では複数のフライス盤が入手可能であり、それらを分類するさまざまな方法があります。基本は同じままですが、いくつかの変更により、各ミルがユニークになります。

利用可能なフライス盤のカテゴリは次のとおりです。

1.ベッド型フライス盤

それらの設計には、複数のワークピースの取り付けを可能にする標準的な長い機械ベッドが含まれています。これにより、アイドル時間が短縮され、効率が向上します。ワークテーブルは機械のベッドに取り付けられ、2 方向に移動できます。これらのミルの向きにより、スピンドル ヘッドが軸方向に移動し、切削の深さが決まります。

縦型、横型、万能ベッド型フライス盤があります。最も一般的なのは CNC ユニバーサル フライス盤で、柔軟性が向上します。これらのミルに 2 台のマシン スタンドを使用すると、生産性が向上します。これにより、オペレータは 1 つの大きな部品または複数の部品を同時に処理するために作業台に取り付けることができます。

2.ニー型フライス盤

これらの機械は、小型から中型の部品の製造に役立ちます。ただし、ベッドタイプのマシンよりも安定性が劣ります。従来のニータイプのミルは、準備作業やメンテナンス作業などのための 1 回限りのコンポーネントを作成するための優れたオプションです。

製造業者は通常、CNC ステーションでさらに調整するためにワークピースを準備するためにそれらを使用します。カッティングヘッドは一方向にしか動かないため、事故の可能性が制限されます。ただし、ニータイプのミルでは、操作のたびにツールを手動で交換する必要があります。これにより、プロセスが比較的遅くなります。

3.ラム式フライス盤

これらのミルには、前後にスライドするラムに切削ヘッドが取り付けられています。その結果、工具は X 軸と Y 軸の 2 軸で簡単に移動できます。垂直方向と水平方向の両方のオプションが利用可能で、多くの場合、切削ヘッドを回転させることができます。

4.かんな型フライス盤

これらのフライス盤は、ベッドタイプのミルにかなり似ています。彼らはより大きな作業テーブルを使用し、スピンドルは 3 方向に移動できます。ただし、かんなタイプのミルは、同時により多くのツールを収容できます。一度に最大 4 つのツールを使用できます。これにより、フライス加工中にツールを交換する必要性を減らしながら、柔軟性と効率が向上します。

さまざまな種類の CNC フライス盤

製造会社が使用する CNC フライス盤には、主に 3 つのタイプがあります。それらは次のとおりです。

縦フライス盤

これらのツールには垂直軸があり、エンド ミル加工に適しています。機械はラムの端に切断ヘッドを持ち、スピンドルは端に取り付けられています。最新の垂直フライス盤は、パーツを回転させて、アクセスを改善し、操作を高速化できます。また、動きの自動化を可能にして、精度と再現性を高めます。

縦型フライス盤は、横型フライス盤よりかなり安価です。また、小型であるため、CNC マシン ショップで必要なスペースが少なくて済みます。

横型フライス盤

垂直ミルとは対照的に、これらの機械には軸が水平に配置されています。アーバに切削工具が付属しており、スペーサとアーバブラケットを外すだけで簡単に工具交換ができます。横フライス盤には、より高速な処理のために多くのツールを備えた複数のスピンドルを取り付けることができます。さらに、テーブルとツールは異なる方向に移動できます。

これらのタイプの CNC フライス盤は、より少ない操作でより複雑な部品を製造できます。それらははるかに高速で、より優れた表面仕上げを実現します。

多軸フライス盤

これらのマシンは、さまざまな軸に沿って移動し、さまざまな角度でミリングできます。多軸フライス盤には次のものがあります:

3 軸ミル

3 軸垂直ミルにより、テーブルを X および Y 方向に移動できます。これらの機械を使用すると、工作物を切削工具に対して位置決めすることができます。オペレーターは、切削工具を下げて Z 軸を追加できます。 CNC ツールは 3 軸の同時動作を保証し、ニーズに必要な柔軟性を提供します。

4 軸ミル

上記のように、これらのミルには 3 つの軸すべてがあります。しかし、もう 1 つの軸、つまり A 軸がここに入ります。別の軸を追加すると、テーブルを X 軸を中心に回転させることができます。これにより、ワークピースを再配置せずに正面フライス加工の余地が生まれます。

5 軸ミル

ここでは 4 軸ミルに当てはまるすべてのことが当てはまりますが、B 軸が追加されています。この追加により、テーブルが Y 軸を中心に回転するのに役立ちます。 5 軸 CNC フライス盤は、上記のオプションよりも高価ですが、1 回の操作で複雑な部品を製造できます。追加のセットアップは不要で、ライブ ツールと互換性があります。

6 軸ミル

6 軸フライス盤は、コストが高いため、まだ標準化されていません。それらには、切断ヘッドの完全な動きの自由を備えた固定作業台があります。つまり、頭は X 軸、Y 軸、Z 軸の周りを移動できます。

CNC フライス盤のコンポーネント

ここでは、CNC フライス盤を構成するコンポーネントを分析します。新しいミルは少し複雑ですが、適切な概要を説明するために、従来のミリング センターに固執します。フライス盤の必須コンポーネントは次のとおりです。

1.フレーム

この主要構造が機械を支え、剛性と安定性を与えます。ベースと取り外し可能なコラムがあります。機械主軸台は、主軸を取り付けるフレームの重要な部分であり、機械稼働中の振動やチャタリングを防止します。これにより、加工エラーを防ぎ、切削工具の寿命を延ばします。

2. CNC コントロール パネル

これをミリングセンターの「神経系」と呼ぶことができます。これは、プログラミング機能を使用してさまざまな切断動作を制御するために必要なさまざまな電子機器で構成されています。コントロール パネルの主要コンポーネントは、CNC モニタとプログラミング ボタンです。ほとんどの CNC ミルは、機械加工を容易にするために、アクセスしやすいコントロール パネルを削ります。

3.軸

CNC フライス盤には、X、Y、Z 軸があります。構成によっては、追加の回転軸 (A、B、および C) も付属しています。多くの場合、CNC コントローラの G コードでプログラムされます。

4.コラム

この機械コンポーネントは、ミルの他のコンポーネントに構造とサポートを提供します。取り付けられたベースが付属しており、CNC フライス加工操作を支援する内部コンポーネントが含まれている場合があります。このような内部機能には、クーラントとオイル リザーバーが含まれます。

5.作業台

このコンポーネントは、ワークピースの固定を可能にする頑丈なベースです。言い換えれば、ストックバー、バイス、または固定具を所定の位置に保持します。使用するフライス盤に応じて、コンポーネントを垂直、水平、または両方向に調整できます。ほとんどの作業台は T スロットを使用して、ワークピースを簡単にクランプできます。

6.スピンドル

スピンドルは、ツールホルダーを位置決めするためのテーパーセクションを備えています。また、回転アセンブリと切削工具を取り付けるためのシャフトも備えています。フライス盤の種類に応じて、スピンドルは水平または垂直に配置されます。

7.あずまや

横フライス盤の主軸に装着されるシャフト部品です。複数の工作機械を取り付けることができます。必要な仕様に基づいて、さまざまな長さと直径のアーバーを利用できます。

8.ラム

通常、この機械コンポーネントは立型フライス盤に見られます。通常、スピンドルを支持するコラムに取り付けられます。オペレーターは、フライス加工中にラムをさまざまな位置に調整できます。

9.工作機械

これは材料除去を実行するコンポーネントです。フライス加工の仕様に応じて、フライス加工に使用できるツールがいくつかあります。それらは、配置、数、歯の間隔、直径、長さ、形状によって異なります。

フライス盤の価格は?

フライス盤のコストは、CNC 加工コストに影響を与える要因の 1 つです。ただし、このコストはマシンの精巧さによって異なります。たとえば、エントリーレベルまたはツールルームの 3 軸垂直フライス盤の価格は、5 万ドルから 8 万ドルです。対照的に、エントリーレベルの 5 軸フライス盤の価格は 10 万ドルから 40 万ドルです。

同様に、生産レベルの 3 軸垂直ミルのコストは 15 万ドルから 30 万ドルですが、生産レベルの 5 軸ミルは 50 万ドルを超えます。これらは、次のような要因に依存する大まかな評価です:

• 機械の重量とサイズ (X/Y/Z 移動で測定)
• 機械構成 (3、4、5、または 6 軸)
• 機械の速度
• パワー
• クーラント圧、チップコンベヤ、自動ツール チェンジャー、ロボット パーツ ローダーなど、利用可能なその他のオプション

用途に CNC フライス加工を使用している業界は?

いくつかの業界では、CNC フライス加工の利点と複数の用途を享受しています。その産業用途の一部を次に示します。

航空宇宙産業

フライス加工は、アルミニウムやチタンなどの材料を使用した航空宇宙部品の製造にも適しています。これらの材料は耐久性があり軽量で、目的のコンポーネントを正確に加工できます。

自動車産業

自動車産業向けの製品は、効率的かつ正確でなければなりません。したがって、CNC フライス加工は、インテリア パネル、ドライブ アクスル、シリンダー ヘッド、ギアボックス、排気部品、サスペンション コンポーネントなどの製造に適しています。

医療産業

医療用および外科用ツールは、多くの場合、最適な精度を必要とする独自の設計になっています。これにより、CNC フライス加工は、このようなコンポーネントを作成するための最良の方法の 1 つになります。このようにして、設計が保持され、効率と生産性が向上します。

消費財

CNC フライス加工は、汎用部品の製造にも役立ちます。これらの品目には、ナットとボルト、ギアとシャフト、フランジなどが含まれます。このプロセスは、短期生産と大規模生産の両方に適しています。

結論

CNC フライス加工は、複雑さに関係なく、いくつかの高品質のアプリケーションに適しています。この費用対効果の高い製造プロセスは、多くの時間を節約し、運用効率と市場投入までの時間を短縮します。

CNC フライス加工の基本、関連するさまざまな操作、アプリケーション、およびそのコストに影響を与える要因について概説しました。このプロセスがアプリケーションにとって最適なソリューションであるかどうか不明な場合は、今すぐ WayKen にお問い合わせください。いつでもお手伝いいたします。

よくある質問

CNC フライス加工と旋削加工の違いは何ですか?

それらの違いは、操作モードにあります。 CNC フライス加工では、切削工具が回転してパーツを成形するときに、ワークピースを所定の位置に保持する必要があります。一方、CNC 旋削の定義では、静止した切削工具と回転する工作物を使用します。

CNC フライス盤でどのような製品を製造できますか?

フライス盤は、設計できるものであれば、どんな製品でも作ることができます。ジオメトリの複雑さに関係なく、通常のカスタム パーツを入手できます。

CNC フライス加工の費用はいくらですか?

原材料、部品の設計、フライス盤の種類、生産量、後処理など、いくつかの要因が CNC フライス加工のコストに影響します。各要素は、CNC フライス加工プロジェクトのコストを決定する際に独自の役割を果たします。