CNC加工とは何ですか？

CNC機械加工は、今日最も一般的なサブトラクティブ製造技術であり、カスタムの金属およびプラスチック部品を製造するための非常に柔軟で堅牢な方法です。 CADモデルを使用して、CNCマシンは、さまざまな切削工具を使用して、ソリッドブロックから材料を正確に除去します。

全体として、CNC機械加工は、厳しい公差と印象的な材料特性を備えた部品を製造します。再現性が高いため、単一のジョブや少量から中量の生産（最大1,000個の部品）に適しています。ただし、3D印刷よりも多くの設計上の制限があります 、テクノロジーのサブトラクティブな性質に部分的に感謝します。

この入門ガイドでは、テクノロジーの基本原則の概要と、これらが主要な利点と制限にどのように関連しているかについて説明します。また、2つの主要なCNCマシンのセットアップ、つまりフライス盤と旋盤の主な違いについても説明します。

> CNC機械加工：製造および設計ガイド

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CNC機械加工はどのように機能しますか？フライス盤と旋削について話しましょう

CNC（コンピューター数値制御）加工システムの2つの主なタイプは、フライス盤です。 と回転 。各機械タイプの特性により、フライス盤と旋削はそれぞれ、異なる形状の製造に独自に理想的です。

これら2つの異なる機械設定を使用して部品がどのように製造されているかを分析してみましょう。

CNCフライス盤はどのように機能しますか？

CNCフライス盤は最も人気のあるCNCマシンアーキテクチャです。実際、CNCフライス盤という用語は、CNC機械加工と同義であることがよくあります。 CNCフライス盤は回転切削工具を使用して、機械ベッドに取り付けられた部品から材料を取り除きます。

ほとんどのCNCフライス盤システムには、X、Y、Z軸の3つの線形自由度があります。より高度なシステムでは、ベッドやツールヘッド（A軸とB軸）の回転により、5度の加工自由度があります。 5軸機械は、幾何学的複雑性の高い部品を製造でき、複数の機械ステップの必要性を排除できます。

これは、CNCフライス盤がCADモデルをカスタムパーツに変換する方法の概要です。

• オペレーターは、CADモデルを一連のコマンドに変換してCNCマシン（Gコード）で解釈します。

• 材料のブロック（これはブランクまたはワークピースと呼ばれます）は、サイズに合わせてカットされ、バイスまたはベッドに直接取り付けることによってビルドプラットフォームに配置されます。

• 正確な部品を製造するには、ワークピースを正確に配置して位置合わせすることが重要です。特別な計測ツール（タッチプローブ）を使用して、測位と位置合わせを行うことができます。

• 非常に高速（数千RPM）で回転する特殊な切削工具が、ブロックから材料を取り除きます。まず、機械はより低い精度で材料をすばやく除去して、おおよその形状を実現します。次に、最終部品を作成するために、より高精度のパスがいくつか必要です。

• 単一のセットアップで切削工具が到達できない機能がモデルにある場合、オペレーターはワークピースを裏返してこれらの手順を繰り返す必要があります。

機械加工後、フライス盤部品のバリ取りを行う必要があります。バリ取りは、完成した部品から小さな欠陥を取り除く手動プロセスです。これらの欠陥は、一般的に鋭いエッジに見られ、機械加工中の材料の変形に起因します。たとえば、ドリルが貫通穴の向こう側を出ると、除去が必要な傷が残ります。

次に、技術図面で公差が指定されている場合は、部品の限界寸法を検査します。この手順を完了すると、パーツを使用するか、後処理する準備が整います。 。 CNC機械加工部品（フライス盤と旋盤加工）の後処理に関しては、調査すべきことがたくさんあるので、知識を更新および/またはレベルアップすることをお勧めします。

CNC旋削はどのように機能しますか？

CNC旋盤は、固定切削工具を使用して、回転チャックに取り付けられている部品から材料を除去します。これは、中心軸に沿って対称な部品を製造するための理想的な方法です。旋削部品は通常、フライス盤部品よりも高速かつ低コストで製造されます。

通常、CNC旋盤システム（旋盤とも呼ばれます）は、円筒形の部品を作成するために使用されます。 CNCフライス盤を備えた最新の多軸CNCターニングセンターは、非円筒形部品を製造できます。これらのシステムは、CNC旋盤の高い生産性と、CNCフライス盤の機能を組み合わせており、カムシャフトやラジアルコンプレッサーインペラーなど、回転対称の非常に広範囲の形状を製造できます。

CNC旋盤が部品を製造する方法の概要は次のとおりです。

• オペレーターはCADモデルからGコードを生成し、機械にストック材料（ブランク）のシリンダーをロードします。

• パーツは高速で回転を開始し、静止した切削工具がプロファイルをトレースし、設計された形状になるまで材料を徐々に除去します。

• 内部切削工具とセンタードリルを使用して、ワークピースの中心軸に沿って穴を開けることができます。

• パーツを反転または移動する必要がある場合は、このプロセスを繰り返す必要があります。それ以外の場合は、材料の切り取りが完了したら、パーツを使用できるようにするか、さらに後処理する必要があります。

CNCフライス盤と旋削システムの境界線が曖昧になる傾向があるため、このガイドの残りの部分では、CNCフライス盤がより一般的に使用される製造プロセスであるため、主にCNCフライス盤に焦点を当てます。

CNC加工パラメータのクイックガイド

ほとんどの加工パラメータは、Gコードを生成するときに機械オペレータによって決定されます。カバーしたい主なパラメータは、CNCマシンのビルドサイズと精度です。

CNCマシンは、特に3Dプリンターと比較して、比較的大きなビルドエリアを持っています。 CNCフライス盤システムは最大2,000x800 x 100 mm（78 "x 32" x 40 "）の部品を加工でき、CNC旋盤システムは最大Ø500mm（Ø20'）の部品を加工できます。 '）。

CNC加工により、高精度で公差の厳しい部品を製造できます。 CNCマシンは、平均的な人間の髪の毛の直径の半分未満（±0.025mmまたは.001’’）の公差を達成することさえできます。技術図面で公差が指定されていない場合、オペレーターは通常、0.125 mm（.005’’）の精度で部品を加工します。

CNC機械加工で最も一般的な切削工具は何ですか？

幅広い形状を作成するために、CNCマシンは多くの異なる切削工具を使用します。フライス盤で最も一般的に使用される工作機械のいくつかを次に示します。

フラットヘッド 、ブルヘッド およびボールヘッド ツールは、スロット、溝、キャビティ、その他の垂直壁の加工に使用されます。それぞれが異なる幾何学的機能を持っているため、さまざまなタイプの機能を加工できます。ボールヘッドツールは、曲率と自由形状の表面を製造するために5軸CNC機械加工でも一般的に使用されます。

ドリル もちろん、穴をすばやく効率的に作成するために最も一般的に使用されるツールです。すべての標準ドリルサイズをここで見つけることができます 。標準外の直径の穴を作成するには、プランジフラットヘッドを使用できます。 ツール（らせん状のパスをたどる）。

スロットカッターのシャフトの直径 は刃先の直径よりも小さいため、これらのフライス盤は、垂直壁の側面から材料を除去することにより、Tスロットやその他のアンダーカットを切断できます。

スレッディングタップ ねじ穴の製造に使用されます。ねじ山を作成するには、タップの回転速度と直線速度を正確に制御する必要があります。機械工場は一般的にまだ手動タッピングに依存しています。

正面フライス 大きくて平らな表面から材料を取り除くために使用されます。それらはエンドミリングツールよりも大きな直径を持っているので、機械のかなりの領域へのパスが少なくて済みます。これにより、平面が平坦な部品を製造するための総加工時間が短縮されます。オペレーターは、ブロックの寸法を準備するために、機械加工サイクル中に正面フライス盤のステップを踏むことがよくあります

CNC旋削で使用される同様に広範な切削工具の範囲があり、面切削、ねじ切り、溝切削などのすべての加工ニーズに対応します。

幾何学的複雑性のあるCNC機械加工部品：設計上の制限は何ですか？

CNC機械加工は、印象的な設計の自由を提供します。 、旋盤およびフライス盤はすべての形状を製造できるわけではありません。 3D印刷とは異なり、設計が複雑になるほど、機械加工にかかるコストが高くなります。これは、より複雑な部品に必要な追加の手順によるものです。

CNC機械加工に関連する主な制限は、個々の切削工具の形状に関係しています。ツールの形状によって部品の半径が決まります。ほとんどのCNC切削工具は円筒形であり、切削長さが制限されています。これらの要因により、鋭い内部コーナーが特に困難になります。

ツールへのアクセスは、CNC機械加工のもう1つの大きな制限です。たとえば、3軸システムでは、特定のレベルの部品の複雑さしか達成できません。 3軸マシン用に設計している場合、すべてのパーツ機能には上から直接アクセスすることしかできません。 5軸システムは、パーツとツールの間の角度を調整して、ワークピースの到達が困難な領域にアクセスできるため、優れた柔軟性を提供します。

同様に、薄い壁やその他の細かい機能を備えた部品は、CNCマシンでは特に困難です。薄い壁は振動しやすく、回転やフライス盤の力で破損する可能性があります。肉厚が0.8mm以上の金属部品と肉厚が1.5mmのプラスチック部品を設計することをお勧めします。

さまざまなタイプの機械用に部品を設計することがどれほど複雑であるか、およびどのような制限に留意するかを理解することは、部品が設計どおりに、求めている品質基準を確実に満たすために重要です。デザインがCNC機械加工で多くの時間とお金を節約する方法に関する追加のガイドラインについては、この記事をチェックしてください。 。

CNC機械加工の特徴は何ですか？

CNC機械加工の主な強みは、非常に幅広い材料の選択から堅牢な部品を一貫して製造できることです。 CNCマシンは、ほぼすべてのエンジニアリング材料を処理できます。 。

3D印刷とは対照的に、CNC機械加工で製造された部品は、機械加工されたバルク材料の特性と同じ完全に等方性の物理的特性を持っています。

CNC機械加工は、主にプロトタイピングと大規模な生産工程の両方で金属を使用します。プラスチックは剛性と溶融温度が低いため、一般的に機械加工は困難ですが、メリットが見られる一般的な使用例の1つは、射出成形を使用した大規模な生産工程に着手する前にプラスチックから機能的なプロトタイプをCNC加工することです。 。

CNC機械加工材料の費用はいくらですか？

CNC機械加工に利用できる材料はたくさんあります。つまり、コストは材料によってかなり異なります。すべての材料には異なる値札が付いており、各材料の物理的特性が機械加工の全体的なコストに影響を与えます。

金属部品の製造を選択する場合は、アルミニウム6061が最も経済的なオプションであり、寸法が150 x 150 x25mmのブランクのバルクコストは約25ドルです。 ABSは最も安価なオプションで、同じサイズのブラン​​クで約$17かかります。そして、機械加工のしやすさがコストにどのように影響するかという点では、ステンレス鋼が良い例です。アルミニウムよりもはるかに硬いため、機械加工が難しく、総コストが増加します。

これは、ハブプラットフォームで提供する最も人気のある資料とその重要な特性の包括的な概要です。

資料	特徴	コスト比較
アルミニウム6061	優れた強度対重量比、優れた被削性、低硬度	$
ステンレス鋼304	優れた機械的特性、腐食や酸に耐性があり、機械加工が比較的難しい	$$$
真ちゅうC360	高い延性、優れた機械加工性、優れた耐食性	$$
ABS	優れた耐衝撃性、優れた機械的特性、溶剤の影響を受けやすい	$$
ナイロン（PA6＆PA66）	優れた機械的特性、高い靭性、低い耐湿性	$$
POM（デルリン）	高剛性、優れた熱的および電気的特性、比較的脆い	$$

CNC機械加工用の材料について詳しく知るにはどうすればよいですか？

ハブがCNC機械加工に提供するすべての材料について学ぶことはたくさんあります。個々の資料または資料のセットを深く掘り下げるには、YouTubeチャンネルで入手できるこれらの専門ビデオをチェックしてください。

CNC機械加工の後処理と表面仕上げ

機械からすぐに外れるCNC機械加工部品には、通常、目に見えるツールマークがあります。これは、部品の要件によっては必ずしも望ましいとは限りません。部品の表面の外観を改善し、その耐摩耗性、耐食性、耐薬品性を高めるために使用できる後処理方法は多数あります。陽極酸化、ビードブラスト、粉体塗装はすべて、カスタムパーツを仕上げるための実行可能な方法です。

これはより一般的なガイドであるため、後処理と表面仕上げについては詳しく説明しません。この便利な説明者では、CNC機械加工の最も一般的な技術と仕上げを調べることができます。 。

CNC機械加工の長所と短所は何ですか？

CNC機械加工は、プロトタイピングから最終用途部品の中規模生産に至るまで、多くのアプリケーションにとって実行可能で理想的な製造プロセスですが、欠点がないわけではありません。このセクションでは、このサブトラクティブ加工プロセスの利点と制限について説明します。

CNC加工は、優れた精度と再現性を提供します。フライス盤と旋盤の両方で非常に厳しい公差の部品を製造できるため、CNCは航空宇宙、航空、自動車産業などのハイエンドアプリケーションに最適です。 CNC機械加工で使用されるほとんどの材料は、優れた完全に等方性の物理的特性を備えており、ほとんどのエンジニアリングアプリケーションに適しています。

一般に、CNC機械加工は、低から中程度の数の金属部品を製造するための最も費用効果の高い製造プロセスです。つまり、CNCを使用して、単一のプロトタイプまたは最大1,000ユニットを生産できます。

これらの利点により、CNC機械加工はエンジニアにとって魅力的なオプションになりますが、テクノロジーのサブトラクティブな性質により、特定のより複雑な形状は非常にコストがかかるか、製造が不可能になります。

経済的な観点から言えば、CNC機械加工の初期費用は3D印刷の場合よりもはるかに高くなります。プラスチックから低コストのプロトタイプを作成する場合は、セットアップが懸念される場合は3D印刷の方が適している可能性があります。

CNC加工のリードタイムは、3D印刷の場合よりも長くなる傾向があります。これは、CNCの平均リードタイムが3D印刷の場合の2〜5日と比較して、10日であるためです。 CNCマシンは、効果的に動作するためにより多くの専門知識を必要とするため、3Dプリンターほど広く利用可能ではありません。

CNC機械加工のハブの経験則は何ですか？

金属とプラスチックの両方のカスタムパーツをCNC加工する際に考慮すべき重要なパラメータを分析してみましょう。

主要なCNCパラメーター	ハブの言うこと
寸法精度	標準：±0.125 mm（.005’’）最大：±0.02 mm（.0008’’）
最小肉厚	金属：0.75 mm（0.030 "）プラスチック：1.5 mm（0.060"）
最大ビルドサイズ	フライス盤：2000 x 800 x 100 mm（78'' x 32'' x 40''）旋削：Ø500mm（Ø20''）

よくある質問

CNC機械加工の最良の用途は何ですか？

CNC機械加工は、1回限りの製造作業や、数百から1000の部品の少量から中量の生産に最適です。最も価格競争力のあるオプションであるため、CNC機械加工を使用して金属プロトタイプを作成することをお勧めします。また、部品の公差を非常に厳しくする必要がある場合は、CNC機械加工を選択する必要があります。

最も一般的なCNC機械加工切削工具は何ですか？

CNCマシンは、さまざまな切削工具を使用して、より広範囲の部品形状を実現します。これらの工具には、ドリル、スロットカッター、ねじ切りタップ、正面フライス、フラットヘッド、ブルヘッド、ボールヘッドの工具が含まれます。

どの業界がCNC機械加工を最も使用していますか？

CNC機械加工は、広く使用されているサブトラクティブ製造プロセスです。航空宇宙、自動車、航空、運輸、その他の不可欠なセクターを含む、膨大な数の産業がCNCに依存しています。たとえば、飛行機の部品は、機械全体が設計どおりに完全に機能するように、非常に高い精度で製造する必要があります。

CNC加工は完全に自動化されていますか？

CNC機械加工は、ほとんどの場合、自動化されており、事前にプログラムされたソフトウェアに依存しています。 CADソフトウェアは、CNCマシンが物理部品を製造するために使用する部品の寸法を設定します。一般に、人間の介入はほとんど必要ありませんが、部品の設計が独自に複雑な場合、一部の複雑なプロセスでは追加の手動操作が必要になる場合があります。全体として、ほぼ完全な自動化により、CNC機械加工は再現性のある信頼できる製造プロセスになります。