マシニングとは？ – 定義、プロセス、およびツール

機械加工は、幅広い技術と技法を包含する製造用語です。これは、動力駆動の工作機械を使用してワークピースから材料を取り除き、意図したデザインに成形するプロセスとして大まかに定義できます。

ほとんどの金属部品および部品は、製造プロセス中に何らかの形の機械加工を必要とします。プラスチック、ゴム、紙製品などの他の材料も、一般的に機械加工プロセスによって製造されます。機械加工とは何か、そのプロセス、機械加工に使用されるツールとテクノロジーについて詳しく学びましょう。

機械加工とは?

機械加工は、より大きな材料片から不要な材料を除去することによって、目的の最終形状を作成するプロトタイプ作成および製造プロセスです。これらのプロセスでは、材料を除去することによって部品が構築されます。このプロセスは、材料の制御された追加が使用される付加製造とは対照的に、除去製造としても知られています。

定義の「制御された」部分が意味する正確な内容はさまざまですが、通常は工作機械の使用を意味します。

機械加工は多くの金属製品の製造の一部ですが、木材、プラスチック、セラミック、複合材料などの他の材料にも使用できます。機械加工を専門とする人はマシニストと呼ばれます。

機械加工が行われる部屋、建物、または会社は、機械工場と呼ばれます。現代の機械加工の多くは、コンピューター数値制御 (CNC) によって実行されます。このコンピューターでは、ミル、旋盤、およびその他の切削機械の動きと操作を制御するためにコンピューターが使用されます。これにより、CNC マシンが無人で稼働するため、効率が向上し、マシン ショップの人件費が削減されます。

機械加工にはどのような種類がありますか?

3 つの主要な機械加工プロセスは、旋削、穴あけ、フライス加工に分類されます。その他のカテゴリに分類されるその他の操作には、成形、計画、ボーリング、ブローチ加工、ソーイングが含まれます。それらは:

• ターニング– ターニングまたは旋盤加工では、片刃の切削工具が静止したまま、工作物を機械上で回転させます。切削工具はワークピースの回転軸と平行にゆっくりと移動し、材料を除去します。
• 掘削 – ドリル加工では、円柱状の工具をワークピースの回転軸と平行に回転させることで、丸穴を作成します。作成された穴は、使用されたツールの直径と同じです。
• ミリング – フライス加工は、ロータリー カッターを使用して、切削工具の回転軸に垂直な送り動作でワークピースから材料を除去するプロセスです。これは、今日使用されている最も一般的な機械加工の 1 つです。
• その他の操作 厳密に言えば、切りくずを生成しない可能性があるという点で機械加工ではない可能性がある操作ですが、これらの操作は一般的な工作機械で実行されます。バニシングはその他の操作の一例です。バニシ仕上げでは削り屑は発生しませんが、旋盤、フライス盤、ドリル プレスで行うことができます。

機械加工の仕組み

機械加工を必要とする未完成のワークピースは、完成品を作成するために一部の材料を切り取る必要があります。完成品は、設計図面または青写真によってそのワークピースに設定された仕様を満たすワークピースになります。

例えば、工作物には特定の外径が必要な場合があります。旋盤は、金属工作物を回転させて切削工具で金属を切り取り、必要な直径と表面仕上げに一致する滑らかで丸い表面を作成することで、その直径を作成するために使用できる工作機械です。

ドリルを使用して、円筒形の穴の形で金属を取り除くことができます。さまざまなタイプの金属除去に使用できるその他のツールには、フライス盤、のこぎり、および研削盤があります。これらと同じ技術の多くが木工で使用されています。

最近の高度な機械加工技術には、精密 CNC 機械加工、放電加工 (EDM)、電解加工 (ECM)、レーザー切断、または金属ワークピースを成形するためのウォーター ジェット切断が含まれます。

現代の製品開発では、CNC マシン (Computer Numeric Control の略) を使用して機械加工を行うことがほとんどです。基本的に、機械はコンピューター ソフトウェアを使用して CAD 設計モデルを取得し、ツール パスをマッピングして、設計を 3D 加工部品に変換します。 CNC は、さまざまなタイプの仕上げで、固体材料から最も近い 0.001 インチまで作成された公差で、さまざまな材料から部品を作成できます。

ラピッド プロトタイピングとは異なり、部品は、完成したデザインの密度、仕上げ、空隙率を反映した実際の材料を使用して機械加工されます。機械加工部品は、代表的なテスト、摩擦が要因となるスライド コンポーネントを含むモデル、および 0 リングとガスケット表面を必要とする密閉コンポーネントに使用できます。

機械加工とは何か、どのように行われるかがわかったので、機械加工は機械加工ツールによって行われることがわかったので、さまざまな機械加工ツールとその用途について学びましょう。

マシニング ツールとは

工作機械は、通常、切断、中ぐり、研削、せん断、またはその他の形態の変形によって、金属またはその他の硬質材料を処理または機械加工するための機械です。工作機械は、切断または成形を行うある種のツールを使用します。

すべての工作機械には、工作物を拘束する何らかの手段があり、機械の部品のガイド付きの動きを提供します。したがって、ワークピースと切削工具 (ツールパスと呼ばれる) の間の相対的な動きは、完全に「オフハンド」または「フリーハンド」ではなく、少なくともある程度機械によって制御または制限されます。

これは、切削工具とジョブ材料のサイズと形状を変更するジョブとの間の必要な相対運動の管理を支援する動力駆動の金属切断機です。

工作機械という用語の正確な定義は、以下で説明するように、ユーザーによって異なります。すべての工作機械は「人々がものを作るのを助ける機械」ですが、工場のすべての機械が工作機械というわけではありません。

今日の工作機械は通常、人間の筋肉以外の動力 (電気、油圧、またはライン シャフトなど) を使用しており、切削や他の種類の変形を含むさまざまな方法で部品 (コンポーネント) を製造するために使用されます。工作機械は、固有の精度により、交換可能な部品を経済的に製造することができました。

さまざまな種類の機械加工ツールとテクノロジー

加工ツールの種類

機械加工ツールには多くの種類があり、製造プロセスのさまざまな段階で単独で使用することも、他のツールと組み合わせて使用​​することで、目的の部品形状を実現することもできます。機械加工ツールの主なカテゴリは次のとおりです。

• ボーリング ツール: これらは通常、素材に切り込まれた穴を拡大するための仕上げ装置として使用されます。
• 切削工具: のこぎりやはさみなどの切断器具が代表的な例です。多くの場合、板金などの所定の寸法の材料を目的の形状に切断するために使用されます。
• 掘削ツール: このカテゴリは、回転軸に平行な丸い穴を作成する両刃の回転装置で構成されます。
• 研削工具: これらの器具は、回転ホイールを使用して細かい仕上げを行ったり、ワークピースを軽くカットしたりします。
• フライス工具: フライス工具は、複数のブレードを備えた回転切断面を使用して、非円形の穴を作成したり、素材から独自のデザインを切り取ったりします。
• 旋削工具: これらのツールは、ワークピースをその軸を中心に回転させ、切削ツールはワークピースを成形して成形します。旋盤は最も一般的な旋削装置です。

焼付加工技術の種類

溶接および燃焼工作機械は、熱を使用してワークピースを成形します。最も一般的なタイプの溶接および燃焼加工技術には、次のものがあります。

• レーザー切断: レーザー マシンは、材料を効果的に溶融、気化、または燃焼させる、幅の狭い高エネルギーの光ビームを放出します。 CO2 および Nd:YAG レーザーは、機械加工で使用される最も一般的なタイプです。レーザー切断プロセスは、鋼の成形やパターンのエッチングに適しています。その利点には、高品質の表面仕上げと極端な切削精度が含まれます。
• 酸素燃料切断: ガス切断とも呼ばれるこの加工方法は、燃料ガスと酸素の混合物を使用して、材料を溶かして切断します。アセチレン、ガソリン、水素、プロパンは、可燃性が高いため、ガス媒体として頻繁に使用されます。この方法の利点には、高い携帯性、主電源への依存度の低さ、頑丈な鋼種などの厚い材料や硬い材料を切断できることが含まれます。
• プラズマ切断: プラズマトーチは電気アークを発生させ、不活性ガスをプラズマに変換します。このプラズマは非常に高い温度に達し、ワークピースに高速で適用され、不要な材料を溶かします。このプロセスは、正確な切断幅と最小限の準備時間を必要とする導電性金属でよく使用されます。

放電加工技術の種類

バーニングツールは熱を加えて余分な素材を溶かしますが、浸食加工装置は水または電気を使用してワークピースから材料を浸食します。侵食加工技術の主な 2 つのタイプは次のとおりです。

• ウォーター ジェット切断: このプロセスでは、高圧水流を使用して材料を切断します。侵食を促進するために研磨粉を水流に添加してもよい。ウォーター ジェット切断は通常、熱影響部からの損傷または変形を受ける可能性のある材料に使用されます。
• 放電加工 (EDM): スパーク加工としても知られるこのプロセスは、電気アーク放電を使用してマイクロクレーターを作成し、完全な切断を迅速に行います。 EDM は、硬質材料の複雑な幾何学的形状を厳密な公差で必要とするアプリケーションで使用されます。 EDM では母材が導電性である必要があるため、その使用は鉄合金に限定されます。

CNC 加工

コンピュータ数値制御加工 (CNC 加工) は、幅広い機器と組み合わせて使用​​できるコンピュータ支援技術です。あらかじめ設定されたパラメータに従って工作物を成形する際に機械加工ツールをガイドするには、ソフトウェアとプログラミング (通常は G コード言語) が必要です。

手動で誘導される方法とは対照的に、CNC 加工は自動化されたプロセスです。その利点には次のようなものがあります:

• 高い生産サイクル: CNC マシンが適切にコーディングされると、通常は最小限のメンテナンスやダウンタイムで済み、生産速度が向上します。
• 低製造コスト: CNC 機械加工は、回転速度が速く、手作業が少ないため、特に大量生産の場合、費用対効果の高いプロセスとなります。
• 均一な生産: CNC 機械加工は通常、精度が高く、製品間で高いレベルの設計の一貫性を実現します。

精密機械加工

異常に小さい切削公差 (経験則として 0.013 mm から 0.0005 mm の間) または 32T よりも細かい表面仕上げを必要とする機械加工プロセスは、精密機械加工の一種と見なすことができます。 CNC 機械加工と同様に、精密機械加工は、さまざまな製造方法やツールに適用できます。

剛性、減衰、幾何学的精度などの要因は、精密工具の切削の正確さに影響を与える可能性があります。精密機械加工アプリケーションでは、モーション コントロールと高速送り速度で応答する機械の能力も重要です。

機械加工のメリット

機械加工にはいくつかの利点があります:

1.信頼性

加工工程は、時間帯や曜日に関係なく、途切れることなく継続的に行われます。チップと原材料は最終製品に変換され、高品質のツールとして市場にリリースされます。メンテナンスが必要なときや修理中に発生する可能性があるため、故障はごくわずかです。機械は確実に作動します。平日、週末、休日は問いません。

2.必要な人的労力が少ない

技術の発展により、製造業における機械加工は自動化されています。このプロセスは主にコンピューターまたはロボットによって制御され、通常は人間の労働を排除することで生産コストを削減します。制御された材料の追加中、プロセスはメンテナンス目的で最小限の監督と監視を必要とします.

3.高生産

このプロセスは、通常、穴あけ、表面仕上げの改善、フライス加工、スピニングなどの大量の作業を比較的短期間で行うため、高い生産性をもたらします。

4.同一製品

金属の切断などの完成品は均質で、高い生産率にもかかわらずエラーはほとんどまたはまったくありません。その結果、製品の品質が向上するため、製品は市場に出回るようになります。

5.利益を増やし、労力を減らす

金属デバイスを機械加工する必要があるもう 1 つの大きな理由は、利益を増やして労力を削減するためです。機械加工が利益の増加にどのように関係しているのか疑問に思う人もいるかもしれません。事実、機械加工はデバイスを少し高価にしますが、一方で非常に有益です.

機械加工を施した金属を使用すると、生産コストが削減されるだけでなく、時間と労力も大幅に節約できます。この利点にもかかわらず、購入する場合は、機械が正しいかどうか、作業中にエラーがないかどうかを確認することをお勧めします。

6.効率の向上

機械加工は、金属の効率を高めるのに役立つ最良の方法の 1 つです。金属を機械加工するときは、常に内部の品質保証検出器が取り付けられています。これにより、金属の生産速度が向上し、原材料の有効利用が確保されるという点で、多くの効率がもたらされます。

さらに、機械加工は常に、金属加工と部品製造の高水準の基準を保証する優れた方法と見なされています。機械加工は、効率を上げるだけでなく、支出コストを削減する方法の 1 つと考えられています。

これは、消費コストを下げる能力によるものです。したがって、お金の無駄を減らします。つまり、支出を削減します。したがって、機械加工プロセスを実行する利点が追加されます。

7.精度の向上

機械加工を受ける金属のほとんどは、製造業で使用されます。これには、手動の旋削およびフライス加工プロセスが必要な場所が含まれます。それらはヘルスケア部門でも使用できますが、ここで注意する必要がある点は、これらすべての部門は多くの精度を必要とすることです.

これで、それらは精度レベルのために機械加工された金属に変わります。これは、金属の精度を高めるために機械加工が不可欠であることの明確な証拠であり、これはタスクを完了する際の精度につながります。