CNC 加工とは:プロセス、操作、利点

現代の製品製造では、製品設計の複雑さが増しているため、精度と精度を保証するプロセスと技術が必要です。その結果、製造技術の開発と革新、特に自動化の導入が急がれています。

自動化により、CNC 機械加工は、その精度、精度、および複雑な製品設計の能力で知られる一般的な製造プロセスです。この記事では、CNC 加工の基本、そのプロセス、アプリケーション、および利点について説明します。

コンピュータ数値制御 (CNC) とは何ですか?

コンピュータ数値制御 (CNC) では、工作機械に取り付けられたマイクロコンピュータを使用して工作機械を制御します。マイクロコンピューターは、送り速度、スピンドル速度、切削工具、クーラント フローなどの加工パラメーターに関する命令を含む、G コードおよび M コードと呼ばれるプログラミング言語に応答することによってこれを行うことができます。

次に、マイクロコンピュータは工作機械に命令を中継します。したがって、CNC 機械加工は手作業を必要としないため、製品設計の複雑さに関係なく、エラーのない部品を作成するのに適しています。

CNC 加工とは

CNC 機械加工は、CAD モデルからの指示を使用してワークピースの一部を除去し、製品を製造するサブトラクティブ製造プロセスです。 CNC マシンは、CAD モデルから取得したコード (g コードおよび m コード) と機械加工パラメーターに関する指示を含むコードに従って、旋削、穴あけ、またはフライス加工などの機械加工操作によってワークピースの部品を除去します。

CNC 加工プロセスは、多くの金属、プラスチック、木材、および複合材料と互換性があります。 3D プリンティングや射出成形などの積層造形プロセスと並んで、部品製造​​の定番プロセスとなっています。ただし、CNC 機械加工には、高い公差など、これらの方法よりもいくつかの利点があります。読み続けましょう。

CNC 加工プロセスの 4 つの主なステップ

CNC 加工プロセスに関係なく、CNC 加工には 4 つの基本的な手順があります。以下は、それらが一般的にどのように機能するかについての段階的な手順です:

ステップ 1:CAD モデルを準備する

これには、製品の 2D または 3D モデル設計の作成が含まれます。このプロセスに適したソフトウェアは数多くありますが、人気のあるソフトウェアは AutoCAD と SolidWorks です。さらに、製品の要件に応じて、2D デザインを 3D デザインに変換することも可能です。

一部の製品設計は単純かもしれませんが、一部の CAD モデルの準備には、特に複雑な製品設計など、高度な知識が必要になる場合があります。

CAD モデルは適切に設計され、公差、作図線、ねじ山、および効果的な機械加工操作のためのその他のパラメータなどの重要な機能をオペレーターに簡単に示す必要があります。

ステップ 2:CNC 互換フォーマットへの変換

CNC マシンは CAD モデルを理解できません。したがって、機械が解釈できるように、CAD モデルを CNC 互換のフォーマットに変換する必要があります。このステップでは、AutoCAD、Fusion 360、またはその他のオンライン ソフトウェア サービスなどの CAM ソフトウェアを使用できます。

このソフトウェアは、CNC 互換のフォーマットに変換でき、CNC マシンにパラメータを指示します。機械加工操作に関連する、回転および直線移動、切削シーケンス、ツールパス、ワークピース、機械速度など。

ステップ 3:セットアップの実行

これには、適切な種類の CNC マシンを選択し、加工操作を開始する前に特定の操作を構成することが含まれます。適切な機械の選択は、ワークピース、製品設計の複雑さ、およびコストによって異なります。その後、工作物が機械に取り付けられます。

ステップ 4:パーツを機械加工する

オペレーターは、必要な切断ツールを取り付けて、プロセスをキックスタートします。このプロセスは自動化されており、コンピュータ プログラムによって完了と見なされるまで実行されます。機械加工中および加工後、機械工は品質保証のためにいくつかのレベルの検査を行います。

CNC 加工における機械工の重要な役割

CNC 機械加工プロセスは自動化されていますが、CNC 機械工が予期された障害や予期しない障害に対応しています。以下は CNC 機械工の重要な役割です:

• 製品の仕様を確認する
• 設計図、スケッチ、CAD/CAM ファイルを読む
• CAE モデルを作成する。
• 切削工具やその他の機械材料を調整および調整する
• CNC 工作機械を設置、使用、分解する
• 機械の速度を観察してください。
• 完成品の欠陥を検査およびテストする
• パーツが CAD モデルに適合していることを確認する

CNC マシンの種類

各 CNC 機械加工プロセスには、それぞれのマシンがあります。たとえば、CNC フライス加工用の機械は CNC フライス盤と呼ばれ、CNC 旋削用の機械は CNC 旋盤と呼ばれます。ただし、CNC マシンのタイプは、より移動および回転できる軸です。部品製造で使用される一般的なものは次のとおりです。

2 軸 CNC マシン

2 軸 CNC マシンは、x 軸と z 軸、つまり垂直方向と水平方向でのみパーツを加工できます。したがって、部品製造​​に使用される最も単純な CNC マシンです。

3 軸 CNC マシン

3 軸 CNC マシンは、x、y、z 軸で移動できるため、2 軸 CNC マシンよりもさらに一歩先を行っています。これらは、CNC 加工で使用される最も一般的な機械です。ただし、複雑な設計の部品を機械加工する能力には制限がある場合があります。これはローテーションの欠如によるものです。

4 軸 CNC マシン

4 軸 CNC マシンには、3 つの軸に沿って移動できるスピンドルがあります。簡単に言えば、マシンは上下左右に前後に移動し、X 軸と A 軸に沿って回転することができます。これはすべて、ワークピースが移動することなく発生します。それらは、その速度、精度、精度により、複雑な部品の加工に使用される最も一般的な CNC マシンです。

5 軸 CNC マシン

5 軸 CNC マシンには、4 軸マシンと同様に移動できるスピンドルと切削工具があります。ただし、4 軸マシンとは異なり、3 つの軸のうち任意の 2 つに沿って回転できます。これらは、機械加工中に手動で再配置することなく、あらゆる方向からワークピースにアプローチできるため、最も完全な多軸 CNC マシンと見なされています。 5 軸 CNC 機械加工により、精密で複雑な部品の完璧な操作が可能になります

CNC 加工用の 3 つの一般的なサポート ソフトウェア

CNC 加工プロセスの要件に応じて、すべての加工で以下にリストされているソフトウェアの 1 つまたは複数が使用されます。

1. CAD ソフトウェア

CAD ソフトウェアを使用すると、オペレーターは、製品の設計と製造に使用される物理コンポーネントの 2D および 3D モデルを作成できます。それ以外にも、設計データをメーカーに提供する機能があります。例としては、AutoCAD (2D および 3D)、Inventor (3D)、Blender、SketchUp などがあります。

2. CAM ソフトウェア

CAM ソフトウェアは、CNC マシンを制御するための CAD モデルから G コードを作成するのに適しています。したがって、CNC マシンは自動化されています。主な例には、Fusion 360、SolidWorks、および AutoCAD が含まれます。

3. CAEソフトウェア

CAE ソフトウェアにより、製品設計者は意図した製品の性能を模倣できます。その結果、製品設計を強化し、エンジニアがエンジニアリング関連の問題を解決するのに役立ちます。例としては、有限要素解析、マルチボディ ダイナミクス、計算流体力学などがあります。

さまざまなタイプの CNC 機械加工オペレーション

CNC 機械加工は、目的の製品を作るためにワークピースの一部を除去することを含むいくつかの技術で構成されています。ただし、除去のスタイルはプロセスによって異なります。部品製造で使用される一般的な CNC 機械加工操作は次のとおりです。

CNC ドリル

CNC 穴あけでは、回転する切削工具を使用して、静止したワークピースに円筒形の穴を作成します。これは、部品の組み立てが必要な製品の製造に使用される重要な CNC 機械加工操作です。

CNC フライス加工

CNC フライス加工は、ワークピースから材料を除去するために軸に沿って回転および移動できる切削工具を使用する最も一般的な機械加工操作です。切断の容易さは、CNC マシンの精巧さに依存します。

CNC旋盤

CNC ターニングは、機械加工部品を作るために製造された切削工具に製品を供給しながら製品を回転させる機械加工操作です。

その他の機械加工

• 研磨
• ブローチ
• ラッピング
• ソーイング
• ホーニング

CNC 加工に対応する材料

–金属 :銅、ステンレス鋼合金、チタン、真鍮、アルミニウム合金、鋼、マグネシウムなど

–プラスチック :アセタール、PEEK、ポリカーボネート、ナイロン、アクリル、PVC、ポリプロピレンなど

–複合 :エポキシ、フェノール樹脂、ガラス繊維、炭素繊維。

–ウッド :広葉樹と合板。

–泡: 硬質で彫刻的な泡。

CNC 加工は、多くの材料と互換性があります。ただし、CNC 材料を選択する前に、次の点を考慮してください。

• 硬度
• 機械的特性
• 部品の機能
• 寸法公差
• 動作温度
• 費用

CNC 加工の利点は何ですか?

CNC 機械加工には、いくつかの利点があるため、工業部品製造において幅広い用途があります。以下は、他の製造工程に比べてこのプロセスの利点のいくつかです。

精度と精度

CNC 加工は正確であり、製品メーカーは意図した設計に従って部品を製造できます。それとは別に、高い精度と公差があります。したがって、精度を失うことなく、製品のさまざまなバッチを製造できます。さらに、自動化されたプロセスであるため、加工中のエラーが減少します。

高速で効率的

数日で CNC 加工部品を入手できます。したがって、それは生産効率です。ただし、速度と効率は、CNC マシンの種類と製品の複雑さによって異なります。

費用対効果

CNC加工は初期投資コストが高い。ただし、運用コストは低くなります。それとは別に、高い生産率、人的ミスがほとんどまたはまったくないこと、および生産コストが低いことにより、費用対効果が向上します。さらに、ほとんどの機械加工操作では必要なトレーニングが少なくて済み、トレーニングはほとんどオンラインで利用できます。

より優れた機能

ほとんどの CNC マシンは、さまざまな目的のために多くのツールを運ぶことができます。それとは別に、彼らはさまざまな製品や複雑なワークピースで作業できる洗練されたソフトウェアを持っています。したがって、さまざまなサイズ、形状、またはテクスチャのワークピースとの互換性と機能が強化されています。

幅広い対応素材

機械加工操作は、大規模な材料ベースと互換性があります。一般的な例は、金属、プラスチック、複合材です。

CNC 機械加工の代替製造プロセス

CNC 機械加工は、部品や製品の製造で広く受け入れられている汎用性の高いプロセスです。ただし、最適な方法ではない場合もあります。検討できるいくつかの代替方法を次に示します。

3D プリント

3D プリンティングは、CAD またはデジタル 3D モデルからの指示を使用して、材料を溶融、堆積、固化する積層造形プロセスです。 CNC加工と同様、自動化されています。ただし、CNC 加工とは異なり、シンプルなデザインに適しています。

射出成形

射出成形は、材料を溶かして準備した金型に注入し、固化させるプラスチック製造プロセスです。ブロー成形、オーバーモールド、インサート成形など、他の製造工程と同じ仕組みで作動します。製品の大量生産の重要な部分です。

ダイカスト

ダイカストは射出成形に似ています。ただし、アルミニウムなどの金属には適しています。金属を溶かして、用意した型に流し込みます。注入方法は、製品の品質に応じて、低くても高くてもかまいません。

CNC 加工の歴史

電子時代以前は、設計者は手動または手動の機械でパーツを作成していました。この段階で使用される製造プロセスは、精度、精度、複雑な製品への適合性、そして最も重要なことに、製品の大量生産に制限があります。その結果、新しい製造プロセスを導入するための研究開発が行われました。

数値制御を最初に垣間見たのは、John T. Parsons が MIT と協力して、1940 年代に米国空軍の部品製造で数値制御マシンを開発したときでした。これらのマシンにより、メーカーはパンチ カードからの指示を使用して一連のツールを制御できます。ただし、それらはまだ完全な自動化に欠けています。その結果、オペレーターが存在する状態で使用されました。

より高速なコンピューターの発明により、CNC マシンはパンチ カードの代わりにデジタル コードを使用して工作機械を制御するようになりました。 CNC 機械加工により、以前の機械加工システムよりも迅速かつ正確に部品を製造できます。

結論

CNC 機械加工は、その精度、精密さ、公差により、部品および製品の製造において広く受け入れられている一連のプロセスです。したがって、製品設計者と製造業者がさまざまな複雑さの製品を簡単に作成できるようになります。

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よくある質問

MコードとGコードとは?

一方では、G コードは、CNC マシンに移動方法を指示する一連のコードです。一方、M コードは機械の非切削操作を実行します。

CNC 加工における主な課題は何ですか?

CNC加工では、カスタマイズは特に簡単ではありません。機械工は、最初のステップで CAD ファイルを修正して、最終製品に微調整を加える必要があります。また、技術の向上により、熟練したオペレーターのみがプログラムを作成できるようになりました。

CNC 加工はどの業界で使用されていますか?

CNC 機械加工は、多くの製造業で応用されています。製造プロセスを採用する一般的な業界には、自動車、航空宇宙、軍事、防衛、海洋、医療などがあります。

CNC 加工の用語は何ですか?

CNC 機械加工の一般的な用語は次のとおりです。

-CAD:コンピュータ支援ソフトウェア
-CAM:コンピューター支援製造
-CAE:コンピューター支援エンジニアリング
-DNC:分散型数値制御
-G コード:幾何学的コード
-M-code:その他の機械コード

CNC 機械加工業界のトレンドは?

CNC 機械加工業界のトレンドには、手順の完全自動化、CNC 機械への軸の追加、カスタマイズを容易にするための機能の開発などがあります。