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CNC 加工:CNC マシンの定義と種類

CNC 加工とは

CNC は Computerized Numeric Control の略です。 CNC 機械加工は、コンピューター化された製造プロセスであり、事前にプログラムされたコンピューター ソフトウェアが工場の工具や機械の動きを制御します。

このプロセスは、グラインダーや旋盤からミルや CNC ルーターまで、さまざまな複雑な機械の制御に使用できます。 CNC 機械加工を使用すると、3 次元の切断作業を一連のプロンプトで実行できます。

CNC 機械加工は、グラインダー、旋盤、ターニング ミルなどの一連の複雑な機械を制御します。これらはすべて、さまざまな部品や試作品の切断、成形、作成に使用されます。日々、CNC 機械工は、機械設計、製図、数学、およびコンピューター プログラミング スキルの要素を組み合わせて、さまざまな金属およびプラスチック部品を製造しています。

CNC オペレーターは、金属のシートを取り出して、重要な飛行機や自動車の部品に変えることができます。

高度な CNC 機械加工と当社の信頼できる製造パートナーにより、必要なものを必要なときに正確に生産できます。 CAM (Computer-Aided Manufacturing) は無限の可能性への扉を開きました

関連: NCマシンとは?

CNC マシンとは?

CNC マシンは、前述のように、コントローラーでプログラムされたとおりに材料を切断または移動する工作機械です。切断の種類は、プラズマ切断からレーザー切断、フライス加工、ルーティング、旋盤までさまざまです。 CNC マシンは、組み立てラインでアイテムをピックアップして移動することさえできます。

CNC マシンは自動化されたマシンであり、制御されたコマンドの事前にプログラムされたシーケンスを実行するコンピューターによって操作されます。 CNC マシンは、ハンド ホイールやレバーによって手動で制御されたり、カムだけで機械的に自動化されたりする「昔ながらの」デバイスとは本質的に対照的です。

今日の最新の CNC マシンは、CNC 機械加工言語 (G コードと呼ばれる) を使用して理解し、機能します。この言語は、送り速度、速度、位置、調整など、生産のための正確な測定値を伝えます。

今日の CNC システムの設計と機械部品は、高度に自動化されています。これは、昔の古い、危険な工場の機械とは異なります。部品の機械的寸法は、コンピューター支援設計 (CAD) ソフトウェアを使用して定義され、コンピューター支援製造 (CAM) ソフトウェアによって製造指示書に変換されます。

CNC マシンの仕組み

通常、CNC マシンには、CAD ソフトウェア プログラムのバージョンが搭載されています。 CAD プログラム、またはコンピューター支援設計は、カットしたいものを描くことができるソフトウェアです。図面は 2D または 3D であり、完成すると CNC マシンが読み取るコードが作成されます。

CNC マシンは、軸に沿った座標に従って動作します。基本的な機械は 1 つまたは 2 つの軸に沿って動きますが、高度な機械や 3D アイテムを作成する機械は 3 つの軸に沿って動きます。工作機械のツールは何千もの座標に従い、移動しながら切断と成形を行います。

CNC マシンが最初のタスクを開始する前に、試運転が行われます。この試運転は空気の切断と呼ばれ、ミスを犯すと機械や部品が損傷する可能性があるため、非常に重要です。

CNC マシン プログラミング

CNC 製造では、機械は数値制御によって操作されます。数値制御では、オブジェクトを制御するためにソフトウェア プログラムが指定されます。 CNC 機械加工の背後にある言語は G コードとも呼ばれ、速度、送り速度、調整など、対応する機械のさまざまな動作を制御するために書かれています。

基本的に、CNC 加工では、工作機械の機能の速度と位置を事前にプログラムし、人間のオペレーターがほとんど関与することなく、反復的で予測可能なサイクルでソフトウェアを介してそれらを実行できます。 CNC 機械加工プロセスでは、2D または 3D の CAD 図面が作成され、CNC システムが実行するコンピューター コードに変換されます。プログラム入力後、オペレータは試運転を行い、コーディングに誤りがないことを確認します。

これらの機能により、このプロセスは製造部門の隅々まで採用されており、CNC 製造は金属およびプラスチック製造の分野で特に重要です。使用されている機械加工システムの種類と、CNC 機械プログラミングがどのように CNC 製造を完全に自動化するかについては、以下をご覧ください。

オープン/クローズド ループ加工システム

CNC 製造プロセス中、開ループまたは閉ループ システムによって位置制御が決定されます。前者では、信号は CNC コントローラとモーターの間で一方向に流れます。閉ループ システムでは、コントローラはフィードバックを受け取ることができるため、エラー修正が可能になります。したがって、閉ループ システムは、速度と位置の不規則性を修正できます。

CNC 機械加工では、通常、移動は X 軸と Y 軸に向けられます。次に、ツールは、G コードによって決定される正確な動きを再現するステッパーまたはサーボ モーターを介して位置決めおよびガイドされます。力と速度が最小の場合、プロセスは開ループ制御で実行できます。他のすべてについては、金属加工などの産業用アプリケーションに必要な速度、一貫性、および精度を確保するために、閉ループ制御が必要です。

CNC 機械加工では、移動は通常、X 軸と Y 軸にわたって行われます

CNC 加工は完全に自動化されています

今日の CNC プロトコルでは、事前にプログラムされたソフトウェアによる部品の製造はほとんど自動化されています。特定の部品の寸法はコンピューター支援設計 (CAD) ソフトウェアで設定され、コンピューター支援製造 (CAM) ソフトウェアで実際の完成品に変換されます。

どのワークピースでも、ドリルやカッターなどのさまざまな工作機械が必要になる場合があります。これらのニーズに対応するために、今日のマシンの多くは、いくつかの異なる機能を 1 つのセルに組み合わせています。

あるいは、あるアプリケーションから別のアプリケーションに部品を転送する複数のマシンと一連のロボット ハンドで構成され、すべてが同じプログラムによって制御される場合もあります。セットアップに関係なく、CNC プロセスにより、手動で複製するのは不可能ではないにしても、困難な部品生産の一貫性が可能になります。

CNC マシンの種類

CNC マシンの種類は次のとおりです :

次のセクションでは、各タイプの CNC マシンの概要を説明します。

1. CNCフライス盤

CNC マシンの最も一般的なタイプの 1 つである CNC ミルは、コンピューター制御を使用してさまざまな材料を切断します。 Mills は、数字と文字から特定のプログラムを変換して、さまざまな方法でスピンドルを動かすことができます。

CNCフライス盤は、材料のワークピース/ブロックを静止させたまま切削工具を回転させる能力が特徴です。正面フライス加工や外周フライス加工など、さまざまな形状を加工できます。 CNC フライス盤で製造されたコンポーネントは、通常、さまざまな機能を備えた正方形または長方形です。

多くの工場では、前述のように、ほとんどの CNC マシンで認識される標準化されたプログラミング言語である G コードと呼ばれるものを使用しています。ワークピースをフライス盤に挿入した後、コンピューターが制御を引き継ぎます。コンピューター コードは、スピンドルとツーリングのすべての動きと動作をガイドおよび指示して、工作物を高精度で切断し、設計されたカスタム パーツに変換します。

CNC ミルには、正面フライス加工、肩削り加工、タッピング加工、穴あけ加工、旋削加工など、さまざまな機能があります。ほとんどの CNC フライス盤は、3 軸から 6 軸構成で利用できます。 CNC ミルは他のツールに比べて非常に大きく、非常に高価になる可能性があります。一般に、CNC ミルは硬質金属の加工に使用され、CNC ルーターは軟質材料の加工に使用されます。

関連: フライス盤とは

2. CNC ルーター

CNC ルーターは、CNC ミルに非常によく似た機械ですが、一般的にはより柔らかい材料の加工に使用され、通常は CNC ミルに比べて精度が低くなります。 CNC ルーターは、CNC ミルよりも大幅に安価です。このタイプの CNC マシンは、スチール、木材、アルミニウム、複合材、プラスチック、フォームの切断に役立ちます。

CNC ルーターの特徴は、コンピューター数値制御を使用してスピンドルと工作機械の経路を指示し、木材、鋼、複合材、アルミニウム、フォーム、プラスチックなどの材料を切断して目的のデザインと形状に成形できることです。 CNC ルーターは、他の機械よりもはるかに短い時間でさまざまなアイテムを生産することにより、無駄を減らし、生産性を高めます。

CNC ルーターは通常、機械ベース、スピンドル、ステッピング モーター、ステッピング ドライバー、コントローラー、および電源で構成されます。 CNC ルーターは無駄を減らし、生産性と精度を高め、製品をより速く生産します。

ほとんどのルーターは、特定の材料を 3 次元すべてで加工でき、小規模なプロジェクトやプロトタイプ モデルや複雑な設計の作成に最適です。 3 軸、4 軸、5 軸、および 6 軸のルーターもあります。

高品質の CNC ルーターは 2,000 ドル未満で購入できますが、エントリーレベルの CNC ミルでさえ 10,000 ドル以上かかります.

ほとんどの CNC ルーター マシンは、ワークピースを 3 次元すべてで機械加工することができ、小規模なプロジェクトの作成や、単純な設計と複雑な設計の両方のプロトタイピングに優れています。 CNC ミルと同様に、CNC ルーターは 3 軸から 6 軸までさまざまな軸で利用できます。

3. CNC プラズマ切断機

CNC プラズマ切断機は、材料を切断するという同じ機能を持っているという点で、CNC フライス盤と似ています。ただし、CNC プラズマ切断機はプラズマ トーチを使用して材料を切断しますが、フライス盤はスピンドルに取り付けられたエンド ミルまたはフライス カッターを使用します。

CNC プラズマ切断機の主な要件は、プラズマ切断時に、切断する材料またはワークピースが導電性でなければならないということです。 CNC プラズマ切断機は、材料の切断にも使用されます。ただし、このプロセスは、コンピューターで制御された強力なプラズマ (電子的にイオン化されたガス) トーチを使用して実行されます。

溶接用のハンドヘルド ガス式トーチ (華氏 10,000 度まで) と同様の機能を持つプラズマ トーチは、華氏 50,000 度まで到達します。プラズマ トーチがワークピースを溶かして材料に切り込みを入れます。 CNC プラズマ切断を使用する場合は常に、切断する材料が導電性でなければなりません。典型的な材料は、鋼、ステンレス鋼、アルミニウム、真鍮、銅です。

精密 CNC 機械加工は、製造現場環境で幅広いコンポーネント生産および仕上げ機能を提供します。展開環境、必要な材料、リード タイム、ボリューム、予算、および必要な機能に応じて、通常、目的の結果を達成するための最適な方法があります。

主に造船、自動車製造、化学製造、産業用鉄骨建設現場などの重工業で使用されています。したがって、CNC プラズマ切断では、ワークピースは一般的に大きくて重いものになります。エントリーレベルのプラズマ切断 CNC マシンの価格は約 5,000 ドルですが、最も高価なマシンは数十万ドルかかります。

4. CNC旋盤

旋盤は、ワークピースを回転させながら切断するように設計された CNC マシンです。 CNC 旋盤は、さまざまなツールを使用して正確な切削をすばやく行うことができます。これらの CNC マシンは、手動旋盤と比較して、提供する精度において非常に効果的です。多くの場合、CNC フライス盤よりも軸が少ないため、小型でコンパクトです。

CNC 旋盤には、CNC フライス盤と同様の制御機能があり、G コードやその他の独自のプログラミング言語を読み取ることができます。

CNC 旋盤および旋盤は、機械加工プロセス中に材料を回転 (旋削) する能力で注目に値します。これらの機械の切削工具は、回転する棒材とともに直線運動で供給されます。目的の直径 (および特徴) が得られるまで、周囲の材料を除去します。

CNC 旋盤と旋盤は、ドリル穴、ボア、ブローチ、リーマ穴、スロット、ねじ山、テーパー、タッピングなど、部品の内部および外部フィーチャーを作成できます。シャフト、ボルト、ねじは、CNC 旋盤で作成されるコンポーネントの一部です。

詳細: 旋盤とは?

5. CNC レーザー切断機

これらのタイプのマシンは CNC プラズマ マシンに似ていますが、唯一の違いは、レーザーが主に切断に使用され、金属、プラスチック、硬材の切断に適していることです。材料の密度と強度に応じて、レーザーの強度を調整できます。

CNC レーザー マシンには、材料を正確に切断、切断、または彫刻するために使用される高度に集束されたレーザー ビームを備えた尖ったルーターがあります。レーザーは材料を加熱して溶融または気化し、材料に切り込みを入れます。通常、素材はシート形式で、レーザー ビームが素材を前後に移動して正確なカットを作成します。

このプロセスは、旋盤、ターニング センター、フライスなどの従来の切断機よりも幅広いデザインを作成でき、多くの場合、追加の仕上げプロセスを必要としないカットやエッジを作成できます。

CNC レーザー彫刻機は、機械加工されたコンポーネントのパーツ マーキングによく使用されます。たとえば、ロゴや会社名を CNC 旋削または CNC 機械加工部品に組み込むのは難しい場合があります。ただし、レーザー彫刻を使用して、加工が完了した後にコンポーネントに適用することもできます.

6. CNC放電加工機

CNC 放電加工機 (EDM) は、高度に制御された電気スパークを使用して、材料を目的の形状に加工します。これは、火花侵食、型沈み、火花侵食、またはワイヤ燃焼とも呼ばれます。

コンポーネントが電極ワイヤの下に配置され、機械はワイヤから放電を放出して強烈な熱 (華氏 21,000 度まで) を生成するようにプログラムされています。材料を溶かすか、液体で洗い流して、目的の形状または特性を作成します。

このプロセスでは、2 つの電極間で一連の放電を繰り返すことにより、特定のワークピースから材料が除去されます。これらの電極は、しばしば電位を運ぶ誘電性流体によって分離されます。この機械では、材料を 2 つの電極の間に配置し、各電極がどれだけの放電を発生させる必要があるかを機械が計算します。

EDM は、コンポーネントやワークピースに精密なマイクロホール、スロット、テーパーまたは角度の付いたフィーチャ、およびその他のさまざまなより複雑なフィーチャを作成するために最も一般的に使用されます。これは通常、目的の形状や特性に機械加工するのが難しい非常に硬い金属に使用されます。これの良い例は典型的なギアです.

詳細: 放電加工機 (EDM) とは?

7. CNC ウォータージェット切断機

CNC ウォータージェット カッターは、その名前が示すように、高圧水ジェットを使用して材料を切断します。

通常、CNC ウォーター ジェット切断は、加工する材料が温度に敏感で、プラスチックやアルミニウムなどの高温で溶ける可能性がある場合に選択されます。これらの機械は水だけで切断できますが、通常はガーネット (鉱物) や酸化アルミニウムなどの研磨材を水に加えて、より効率的に切断します。

CNC ウォーター ジェット切断機は、同様の仕様のプラズマ カッターよりも高価です。ただし、同様の仕様の CNC レーザー カッターと比較すると、コストは低くなります。 CNC ウォーター ジェット カッターの欠点の 1 つは、通常、CNC プラズマ カッターや CNC レーザー カッターよりも遅いことです。

8. CNC 研削盤

CNC グラインダーは研磨工具を使用して、機械加工された製品を滑らかにし、仕上げます。研削盤は通常、エンジン部品の機械加工など、非常に高い精度が要求される用途で使用されます。

通常、製品は最初に CNC ミルまたは旋盤を使用して粗い表面で作成され、次に最終仕上げのために CNC グラインダーに移動されます。 CNC 研削盤には、平面研削盤、ロール研削盤、円筒研削盤など、さまざまな種類があります。

メッキまたはビトリファイド CBN、ダイヤモンド砥石、酸化アルミニウム、セラミック ブレンド砥石など、研削に使用される砥粒の種類も多種多様です。

9. CNCボール盤

CNCボール盤は通常、大量生産に適用されます。ただし、ボール盤には多機能のマシニング センターが搭載されていることが多く、これらのマシニング センターは、時々混ざったり、ねじれたりすることがあります。 CNC 穴あけの最大の沈下時間は工具交換に伴うため、速度のために穴径の変動を減らす必要があります。

穴あけ用の最速の機械サイズは、穴あけ用に事前に取り付けられたさまざまな直径のドリルを備えたタレット内の複数のスピンドルで構成されています。このタイプの CNC マシンは、リーマ加工、ザグリ加工、タッピング穴加工を行うことができます。

これらは、現在使用されている最も一般的な種類の CNC マシンです。機械の選択は、仕事の種類、必要な精度、仕事の予算、仕事を完了するために利用できる時間によって異なります。

CNC 加工オペレーションのタイプ

簡単に言えば、CNC 機械加工は、書かれたコードが製造プロセスで機械を制御する金属加工方法です。コードは、切削ヘッドと部品の動きからスピンドル速度、RPM などのすべてを決定します。CNC 機械加工サービスは、サブトラクティブ製造法を使用します。

これで、CNC マシンがどのように機能するかがわかりました。しかし、これらすべての機械が CNC 加工に使用されているわけではありません。

少し後で、利用可能なさまざまな種類の CNC マシンをすべて詳しく見ていきます。しかし伝統的な意味では、CNC 加工はこれらの自動化されたプロセスのほんの一部を指します。つまり、フライス加工、旋盤加工、研削、ルーティング、穴あけなどです。

1. CNCフライス加工

切削工具が回転する作業です。フライス工具が工作物に接触すると、工作物から切りくずが除去されます。

フライス加工には以下が含まれます:

これは、優れた精度と公差を備えた非常に普遍的な製造方法です。フライス加工は多種多様な材料で機能し、非常に高速です。幅広い複雑なパーツを作成できる能力は大きな資産です。

不利な点には、大量の廃棄物、さまざまなツールの必要性、および高い設備費が含まれます。

2. CNC穴あけ

穴あけは、マルチポイント ドリル ビットを使用してワークピースに円筒形の穴を作成する機械加工プロセスです。

CNC 穴あけでは、CNC マシンは通常、工作物表面の平面に対して垂直に回転するドリル ビットを送り、穴あけプロセスに使用されるドリル ビットの直径と一致する直径の垂直方向の穴を作成します。

ただし、特別な機械構成とワークピース保持治具を使用して、角度のある穴あけ操作を実行することもできます。掘削プロセスの運用能力には、皿穴あけ、皿穴加工、リーマ加工、タッピングが含まれます。

3. CNC旋盤

この 2 つは単に CNC 加工と呼ばれることが多いですが、旋削とフライス加工には大きな違いがあります。ターニングはフライス加工の反対です。これは、切削工具の代わりに工作物が回転することを意味します。

たとえば、CNC 旋削は一般的にシャフトの製造に使用されます。切りくずや削りくずとして知られる金属部品を切断するために、ツールを回転するワークピースに当てます。適切な種類の制限値と調整システムで高い精度を実現できます。

円筒の外側または内側での回転が可能です。後者の操作はボーリングと呼ばれます。

マシニング オペレーション 特徴
掘削 回転するマルチポイント ドリル ビットを使用 ドリル ビットを工作物に対して垂直または斜めに送ります 工作物に円筒形の穴を開けます
ミリング 回転多点切削工具を採用 切削工具の回転と同じ方向に加工物を送り込みます 加工物から材料を取り除きます より広い範囲の形状を生成します
ターニング シングルポイント切削工具を使用 ワークピースを回転させます ワークピースの表面に沿って切削工具を送り込みます ワークピースから材料を取り除きます 円形または円筒形の部品を作成します

4. CNC研削

CNC グラインダーは、回転する砥石を使用して材料を除去します。目的は、金属部品を高精度に仕上げることです。

達成できる表面品質は非常に高いです。したがって、原材料から最終ピースを作るというよりも、仕上げ作業として使用されます。

5. CNC ルーティング

CNC ルーターは一見、CNC フライス盤に似ています。繰り返しますが、回転部分はカッティングヘッドです。主な違いは、切断に適した素材にあります.

ルーターは、非常に高い精度を必要としない柔らかい素材 (金属ではない) の切断に最適です。この理由は、出力電力が低いためです。

同時に、ルーターはより高速です。これにより、短時間で部品を製造できます。

CNC 加工でできること

一見、CNC 加工には制限がありません。さまざまな種類の金属、プラスチック、フォーム、複合材、木材など、幅広い材料に適しています。 3 軸フライス盤は、より基本的な幾何学的形状のほとんどを作成できます。より複雑な部品には、多軸ミリング センターを利用できます。

たとえば、5 軸 CNC フライス盤が役に立ちます。より一般的な 3 軸マシンには 3 つの直線移動軸がありますが、5 軸マシンはカッティング ヘッドとマシン ベッドを回転させることもできます。これにより、柔軟性が大幅に向上しますが、コストも増加します。

CNC ははるかに高速ですが、手作業による機械加工は依然として業界での地位を占めています。特に少量のラピッド プロトタイピングに最適です。しかし、高精度が必要な分野では、CNC 加工がまだ優勢です。これが、次のような非常に多くの業界で利用されている理由です。

全体として、CNC 機械加工は、部品を製造するための信頼性が高く有用な方法として、製造部門での地位を固めてきました。同時に、CNC 機械加工のコストは、他の製造方法に比べて若干高くなることがよくあります。

よくある質問

CNC 加工とは

CNC は Computerized Numeric Control の略です。 CNC 機械加工は、グラインダー、旋盤、ターニング ミルなどのさまざまな複雑な機械を制御します。これらはすべて、さまざまな部品や試作品の切断、成形、作成に使用されます。

CNC 加工は難しいですか?

したがって、これまで説明してきたように、CNC 機械加工プロセスをマスターするのは難しい場合がありますが、手の届かないところにあるわけではありません。マスターするには 3 年以上のハードワークが必要ですが、基本的なパーツを作成するのに数時間の簡単なチュートリアルが必要になる場合があります。

CNC 機械工は良いキャリアですか?

CNC 機械加工は、聞いたことのない最高のキャリアです。給料が高く、長期雇用の見込みが高く、興味深い仕事を提供してくれます。また、始めるのに大学の学位は必要ありません。熟練した職業でのキャリアは、より多くの求職者が真剣に検討すべきものであると私たちは信じています.

CNC マシンの 5 つの一般的なタイプは何ですか?

精密 CNC 機械加工の 5 つの最も一般的なタイプ

CNC マシンとは何ですか?

コンピュータ数値制御 (CNC) 機械加工は、事前にプログラムされたコンピュータ ソフトウェアが工場の工具や機械の動きを指示する製造プロセスです。このプロセスは、グラインダーや旋盤からミルや CNC ルーターまで、さまざまな複雑な機械の制御に使用できます。

CNC マシンが使用する言語は?

G コードは、CNC マシンに何をすべきかを指示するプログラミング言語であり、正確で再現可能な部品を容易にします。 M コードは、スピンドル回転の開始と停止など、さまざまな CNC 機械機能のすべてを制御します。

機械加工における CNC の意味

CNC は Computerized Numeric Control の略です。これは、事前にプログラムされたソフトウェアとコードが生産設備の動きを制御するコンピューター化された製造プロセスです。

CNC とは何ですか?どのように機能しますか?

CNC フライス盤は、回転する円筒形カッターを使用して複数の軸に沿って移動し、材料にスロット、穴、および詳細を作成して、車両または機械部品に変えます。ほとんどの機械は 3 軸から 5 軸で動作し、はるかに高い精度とディテールを生み出します。

CNC 機械加工は良いキャリアですか?

CNC 機械加工は、聞いたことのない最高のキャリアです。給料が高く、長期雇用の見込みが高く、興味深い仕事を提供してくれます。また、始めるのに大学の学位は必要ありません。 collegecalc.org によると、イリノイ州の公立大学の州内の平均授業料は、年間約 9,500 ドルです。

CNC マシンが使用される理由

生産に CNC 機械加工を使用する理由の 1 つは効率です。コンピューターは機械の制御に使用されるため、生産の主要なすべての操作を自動化して、製造の速度と品質を向上させることができます。

CNC 加工で加工できる材料は?

5 つの一般的な CNC 加工材料:

CNC マシンは金属を切断できますか?

CNC マシンは実際に金属を切断することができ、その高い精度と正確さから広く使用されています。問題の材料とその強度と硬度に応じて、CNC 機械加工では異なる結果と仕上げが得られます。


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