CNC フライス加工の説明:精密部品の製造

CNC フライス加工は、エンジニアが外注の CNC 加工を通じて精密部品を調達するために使用するサブトラクティブ製造プロセスです。この記事では、CNC フライス盤がどのように機能するか、フライス加工でどのような種類の部品を製造できるか、および製造性を考慮して部品を最適化するのに役立つ設計ガイドラインについて説明します。

CNC フライス加工では、コンピュータ数値制御システムと回転多点切削工具またはフライス カッターを組み合わせます。このプロセスでは、ワークピースが機械のベッドに取り付けられ、固体ブロックから材料が除去されて最終的な形状が作成されます。 CNC フライス加工は、ガラス、金属、プラスチック、木材、その他の特殊な材料などの材料から部品を製造するために使用されます。 

このガイドでは、CNC フライス盤の動作方法の概要を説明し、一般的なタイプの CNC フライス盤をレビューし、外部委託した CNC 製造を最大限に活用するための設計アドバイスを提供します。 

CNC フライス盤はどのように動作しますか?

大まかに言えば、CNC フライス加工は 4 段階のプロセスに従います。 

ステップ 1:CAD モデルを作成する

機械工は、Autodesk Fusion 360 などの CAD ソフトウェアを使用して、特定のコンポーネントの CAD モデルを作成します。 

ステップ 2:CAD モデルを CNC マシン用に変換する

CAD モデルが CAM ソフトウェアにインポートされます。出力は、コンポーネントを加工するためのツールパス、位置、速度を定義する一連のデジタル命令、つまり G コードです。 

ステップ 3:CNC フライス盤をセットアップする

ワークピースまたは材料ブロックは機械ベッドに固定され、計測ツールまたはタッチプローブを使用して位置合わせされます。スピンドルツーリングが取り付けられ、フライス盤のセットアップ手順がすべて完了しました。 

ステップ 4:フライス加工プロセスを開始する

プログラムがロードされ、CNC サイクルが開始されます。特殊な切削工具がプログラムされたスピンドル速度で回転し、形状が目的のコンポーネントと一致するまでワークピースから材料を除去します。 

CNC フライス加工と CNC 旋削加工の違いは何ですか?

CNC フライス加工と CNC 旋削加工は両方ともコンピューター数値制御を使用しますが、プロセスは異なります。 CNC 旋削加工により、円筒状または円錐状の表面が生成されます。ワークピースは旋盤上で回転し、切断、穴あけ、旋削、ねじ切りを実行します。一点旋削工具は、動作中ずっとワークピースと接触したままになります。  

CNC フライス加工では、フライス盤を使用して平坦な表面を生成します。回転する多点切削ツールが材料を除去し、切削は複数のステップで断続的に行われます。 

3 軸、4 軸、5 軸フライス盤とは何ですか?

3 軸フライス盤 切削工具を X、Y、Z 軸に沿って移動して材料を除去します。この方法は初期コストが低いため一般的であり、単純な形状の単純な部品に使用されます。 

4 軸フライス盤 回転軸 (多くの場合 A 軸) を追加します。これは、円筒の周囲または部品の側面に沿って切断するためにワークピースを回転させます。これには、回転が追加されたすべての 3 軸機能が含まれています。 

5 軸フライス盤 3 つの直線軸に加え、回転と傾斜の合計 5 つの軸に沿った動きを提供します。このセットアップでは、航空宇宙部品、チタン部品、医療機器、ガス機器部品などの複雑な形状が作成されます。複数のセットアップの必要性を減らし、生産性を高めるシングルステップ加工をサポートします。 

CNC フライス盤ではどのような種類の部品を作成できますか?

CNC フライス盤は、非常に厳しい公差で複雑なデザインを作成します。利用可能な製造方法の中で最も正確な方法の 1 つです。 

例としては次のものが挙げられます。

• 着陸装置コンポーネントや胴体構造などの航空宇宙コンポーネント

• コントロール パネル、車軸、金型などの自動車コンポーネント

• 筐体などの家電コンポーネント

• 手術器具や矯正器具などの医療コンポーネント

• バルブ、ロッド、ピンなどの石油およびガス機械部品

• プロトタイピングとモデリング

• 彫刻

• 家具

• 木工

CNC フライス盤は、アルミニウム青銅、銅、セラミック、合板、さまざまな種類の鋼、石、木材、亜鉛、その他のエンジニアリング材料を含む幅広い材料を切断できます。これにより、このプロセスは製品開発におけるプロトタイプに適したものになります。最終的なデザインが完成するまで、正確かつ迅速な調整が可能です。 

柔軟性はありますが、軸の移動、プロトタイプのサイズ、ツールのサイズに関連する制限があります。ほとんどのマシンには形状とサイズの制約があります。大型 CNC マシンでは、最大 105 フィート×21 フィートのプロトタイプを作成できます。  

最小のマシンでは、X 軸に沿って最大 9 インチ、Y 軸に沿って 5.125 インチ、Z 軸に沿って 6.5 インチの移動に制限されます。形状の制限により、一部の機械では角張った穴の穴あけに問題が生じる場合があります。 

CNC フライス加工用の部品はどのように設計しますか?

CNC フライス加工用の部品を作成する際には、考慮すべき設計要素が数多くあります。一般に、社内の機械エンジニアからの推奨事項は次のとおりです。

• セットアップを最小限に抑える: セットアップの数が減ることでサイクル タイムとコストが削減され、外注による CNC 製造の効率が向上します。 

• 内隅の半径: 内側コーナーの半径は、コストを節約するために、少なくとも切断深さの 4 分の 1、できれば切断深さの約 2 分の 1、または設計が許す限り大きくする必要があります。可能な限りポケットの深さを最小限に抑え、内部形状をフライス加工する代わりにドリル穴を使用します。 

• 薄い壁と薄いセクション: 薄い部分は、たとえ柔らかい金属であっても、機械加工の力によってたわんだり反ったりする可能性があります。機能が許す限り、セクションを厚くするとスループットが向上し、コストが削減され、表面仕上げが向上します。 

• パーツのサイズ: 小さな機能には小さくて壊れやすいツールが必要で、動作が遅くなり、コストが増加します。機能が許す限り、機能が大きくなると製造性が向上します。 

• 標準化: 標準ねじサイズ、標準コーナー半径、標準材料、標準公差により、サプライヤー全体のコストとリードタイムが削減されます。 

CNC 加工用の材料は一般に、プラスチック、軟金属、硬金属の 3 つのグループに分類されます。 

軟質金属と一部の硬質金属は公差が厳しく、機械加工が比較的簡単です。材料が最適な硬度の範囲を外れて硬すぎたり柔らかすぎたりすると、製造中に予期せぬ反応が発生し、切断精度が低下する可能性があります。 

その結果、特定の合金がより頻繁に使用され、業界標準とみなされます。アルミニウム 6061-T6 および各種軟鋼は、加工が容易でバランスのとれた特性を備えているため、人気があります。 

製造可能性を考慮して設計するためにエンジニアが知っておくべきソフトウェアのコツはありますか?

CAD ツールは、外注の CNC 機械加工で簡単に製造できる部品とよく連携します。  

たとえば、穴ウィザードは標準サイズの穴を生成します。通常、押し出しまたは回転で作成された基本フィーチャは、複雑なロフト サーフェスやスイープ サーフェスよりも予測どおりに加工されます。  

一般に、単純なフィーチャでモデル化された部品は、複雑な表面を持つ部品よりも大量生産が容易です。複雑な機能が必要ない場合、より単純なアプローチによりコストが削減され、品質リスクが軽減されることがよくあります。 

Protolabs Network を使用して CNC フライス加工を最大限に活用するにはどうすればよいですか?

CNC フライス加工のコストを削減し、リードタイムを短縮する方法は数多くあります。一般に、利点の多くは、シンプルで標準的なパーツを設計することから得られます。シンプルな機能と標準サイズのツールを使用した設計では、一貫した結果が得られる傾向があります。 

複雑さは必要に応じて許容されますが、リードタイムとコストが増加します。比較的厳しい公差を持つ単純な部品や 1 つの複雑な特徴はアルミニウムで処理できますが、プラスチックで同じ形状を大量生産するのは難しい場合があります。 

要約すると、可能な限りシンプルで標準的なデザインが好まれます。特定の段階では複雑な形状や特殊な材料が必要になる場合がありますが、それらによりフライス加工がより集中的に行われます。 

Protolabs Network は、正確で高品質の部品を製造する 3 軸、3+2 軸、およびフル 5 軸フライス センターのグローバル ネットワークを提供します。無料で即時見積もりが可能です。 

よくある質問

CNC フライス加工ではどのような材料が使用されますか?

CNC フライス加工用の材料は、プラスチック、軟金属、硬金属の 3 つのカテゴリに分類されます。一般的なオプションには、アルミニウム、青銅、銅、セラミック、合板、鋼、石、木材、亜鉛などがあります。外注による CNC 製造では、エンジニアは通常、機械加工が容易でバランスの取れた特性を備えた材料を選択します。 

アルミニウムの理想的な用途は何ですか?

アルミニウムは欠けやすく、腐食に強いため、CNC フライス加工に適しています。一般的な用途には、航空機の付属品、建築ハードウェア、医療部品、ギア、シャフトなどがあります。 

アルミニウムの最良の代替品は何ですか?

スチールとステンレス鋼は、CNC 加工の一般的な代替品です。より高い強度と耐熱性を備え、信頼性の高い加工が可能です。 

CNC 加工はフライス加工と同じですか?

CNC フライス加工は CNC 加工の一種です。ワークピースは機械のベッドに取り付けられ、回転する多点カッターが材料を除去して精密な部品を作成します。 

CNC フライス加工は高価ですか?

CNC フライス加工のコストを削減する方法があります。シンプルな部品を設計し、標準サイズの工具を利用すれば、最小限のコストでコンポーネントを製造できる可能性が高くなります。その他の CNC 機械加工設計のヒントには、部品に内側コーナー半径を追加すること、部品の薄壁やセクションを避けること、小さなフィーチャではなく大きなフィーチャを選択することなどがあります。

CNC フライス加工の一般的な用途は何ですか?

CNC フライス加工は最も正確な製造技術の 1 つであり、複雑なデザインの作成に最適です。航空宇宙部品、家具、医療部品、試作品、チタン片、木工品などの製品の作成に使用できます。 

製造で使用される一般的なミルにはどのようなものがありますか? 

製造で使用される最も一般的なミルは、CNC レーザー、CNC 旋盤、CNC ミル、CNC プラズマ カッター、および CNC ルーターです。どの CNC マシンを選択するかは、希望するプロセスと構築したい製品の種類によって異なります。 

CNC フライス盤とは何ですか?

CNC フライス加工は、公差が厳しい複雑なデザインを作成するための精密な製造方法です。一般的な用途には、航空宇宙部品、医療部品、プロトタイプ、チタン部品、家具要素、木工部品などがあります。 

CNC フライス盤は何に使用されますか?

製造で使用される一般的な CNC 機器には、CNC ミル、CNC 旋盤、CNC ルーター、CNC レーザー カッター、CNC プラズマ カッターなどがあります。どちらを選択するかは、プロセスと製造する部品によって異なります。 

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