CNC 加工プロセスの比較:適切な方法を選択するための包括的なガイド

コンポーネントを旋盤またはフライス加工する必要がありますか? 3 軸加工で十分ですか、それともプロジェクトには 5 軸が必要ですか? CNC 加工プロセスの選択を誤ると、コストのかかる遅延、公差、または過剰な出費が発生する可能性があります。この CNC 加工プロセスの比較では、各主要な方法と簡潔な概要を明確かつ実践的な方法で説明します。 

これが、費用対効果が高く、プロジェクトの詳細に合わせた意思決定を行うのに役立つことを願っています。それでは、早速始めてみましょう!

CNC 製造プロセスの概要

「CNC 機械加工プロセスとは、特定の部品を成形するために部品から材料を除去する一連の製造プロセスを指します。」

これらの各プロセスはコンピューターの助けを借りて管理され、ピンポイントの精度でツールを動かすのに役立ちます。これが、CNC が Computer Numerical Control の略である理由です。 3D プリントとは対照的に、これはサブトラクティブ製造法です。つまり、最初に必要以上に多くの材料が使用され、必要な形状を明らかにするために余分な材料が徐々に除去されます。 

この方法は、その優れた精度と一貫性により、特に製造業などの業界で普及しています。

これほど多くの種類のプロセスがあるのはなぜですか?

これは、多くの設計およびエンジニアリングの専門家の頭に浮かぶ疑問です。答えは非常に簡単です。すべてのコンポーネントが異なります。穴や曲線があるものもあれば、滑らかな仕上げや鋭いエッジが必要な場合もあります。したがって、すべての形状、サイズ、材料に使用できる単一のアプローチはありません。 

これらすべての要件に対処するために、さまざまなプロセスが登場しました。それぞれが、金属ブロックの切断、円柱の成形、表面仕上げなど、特定のタスクに対応します。

このブログでは、プロセスをよりよく理解できるように、さまざまな種類のプロセスについて説明します。まず、それぞれを簡単に見てみましょう。

ミリングベースのプロセス

CNC フライス加工では、切削工具が回転し、あたかも層を剥がしているかのように材料を抽出しながら、ワークピースは静止したままになります。このアプローチは、平らな表面、スロット、またはポケットを持つコンポーネントに最適です。 

このプロセスは、穴、角度、複雑な 3 次元形状を必要とする設計やその他のエンジニアリング コンポーネントによく使用されます。 CNC フライス加工は、金属やプラスチックを扱う正確かつ柔軟なプロセスです。

旋削ベースのプロセス

CNC 旋削の動作は若干異なります。この場合、ワークピースは回転可能ですが、ツールは静止したままです。この工具は、ワークピースの表面に沿って切削作業を行います。 

したがって、ロッド、パイプ、シャフトなどの円形または円筒形の部品の製造に最適です。一般に、旋削加工はフライス加工よりも一般的であり、コンポーネントが中心線に関して対称である必要がある場合に特に便利で、フライス加工よりもかなり高速です。

穴あけプロセス

穴を追加するにはいくつかのオプションがあります。通常、回転ドリル ビットは、最も基本的で最悪の CNC 穴あけを実行します。精度を高め、表面仕上げを改善するために、穴を開けたり、リーマ加工したりすることもできます。 

ボーリングでは穴の位置を改善しながら穴のサイズを大きくし、リーミングでは特定のサイズと非常に滑らかな表面で最終仕上げを行います。パーツの全体的な効率を高めるために、これらのプロセスは組み合わせて実行されることがよくあります。

その他の CNC 手法

上記で説明した最も一般的なプロセスに加えて、注目に値する他のカテゴリの CNC 製造プロセスがあります。 

• 研削とは、回転ホイールを使用して表面を仕上げたり滑らかにしたりするプロセスです。 
• EDM (放電加工) は、電気火花を使用して超硬金属を侵食するもう 1 つのプロセスです。 

これらの技術は、従来のツールの能力を超えた複雑な細部や高品質の仕上げが必要な場合に不可欠です。

各方法には、CNC 加工で実行する特定の機能があります。平面的な形状に適した方法もあれば、丸い形状や複雑な詳細に適した方法もあります。このため、プロジェクトの準備には、これらのさまざまなタイプの CNC 加工プロセスを知ることが重要です。タスクに適したツールを選択できるため、間違いを避けるのに役立ちます。

[コア比較] 直接比較:主要な CNC プロセスの詳細な比較

よし！さて、このセクションでは、CNC 加工プロセスの違い、その原理、長所、短所、用途などを分析します。接続を維持してください!

CNC フライス加工と旋削加工

CNCルーティングとフライス加工?今すぐ考えてみましょう！ CNC フライス加工と CNC 旋削は、CNC 内のサブトラクティブ マニュファクチャリングにおける 2 つの主要なプロセスです。どちらのプロセスも固体ワークピースから材料を除去しますが、その動作メカニズムは異なります。フライス加工では回転工具と固定されたワークピースを使用し、旋削加工では固定工具に対してワークピースを回転させます。

主要な違い

2 つのプロセスのどちらで工具が回転しますか? それとも部品が回転しますか?これが重要な違いです。

• CNC フライス加工では、切削工具はワークピースが静止している間に回転する部品です。
• CNC 旋削では、ワークピースが回転し、切削工具は静止します。

適切なパーツ

• フライス加工は、複雑な形状を持つ四角形、平坦な部品、または不規則な部品に最適です。
• 旋削加工は、円筒形、円形、回転部品に最適です。

仕組み

CNC フライス加工では、回転切削ツールが X、Y、Z 軸に沿って固定されたワークピースを横切り、材料を除去し、複雑な輪郭を形成します。

CNC 旋削では、ワークピースをチャックに固定し、高速回転で回転させます。静的ツールがサーフェスに沿って移動して、円筒形のフィーチャーを形成します。

CNC フライス加工の利点

+ 高度な精度機能: フライス盤は、高精度が要求される複雑で多面的なコンポーネントを扱う場合に最適な選択肢の 1 つです。

+ 多彩なマテリアル機能: スチール、チタン、アルミニウム、さらにはエンジニアリング プラスチックなどの難しい材料を扱うことができます。

+ 多機能機能: 穴あけ、溝加工、輪郭加工、表面仕上げなどのさまざまな操作を 1 回のセットアップで実行します。

CNC フライス加工の欠点

– 丸い部品の時間効率の悪さ: これは、時間とリソースの効率が低いため、回転コンポーネントや円筒コンポーネントには適したアプローチではありません。

– 工具の摩耗の加速: 多軸切断を行う場合、特に硬い金属の場合、表面接触が増えるため、機器の摩耗が早まる可能性があります。

– 綿密な初期準備: 高度なパーツの詳細な CAM プログラミングとセットアップが必要です。

CNC 旋削の利点

+ 丸いコンポーネントに対して迅速かつ効果的: シャフト、ロッド、ブッシュなどの対称コンポーネントを迅速かつ正確に作成する場合に効果的です。

+ 運用コストの削減: ターニング センターは、円筒部品の大量生産に安価で迅速です。

CNC 旋削の欠点

– 円筒面の制限: 平らな形状、角張った形状、またはその他の複雑な形状には効果がありません。

– 限られたツール: 工具は、フライス加工と比較して、種類やオプションが少なくなります。

– 限定されたツールへのアクセス: 標準的な旋盤ツールには、特定の形状を実現する機能が欠けている場合があります。

CNC フライス加工の適切な用途

• 航空宇宙部品: CNC は、高公差のブラケット、マウント、構造コンポーネントの作成に役立ちます。

• 医療機器の筐体: 筐体と構造コンポーネントは医療機器にとって極めて重要であり、正確に製造される必要があります。

• 金型と金型の作成: これらは、キャビティ加工、モールド ベース、精密インサートに役立ちます。

CNC 旋削の適切な用途

• シャフトおよび車軸部品の製造: 一定の直径を持つ長くて均一な円筒形のシャフトと車軸を作成します。

• パイプとネジ部品: 内ネジ穴、外ネジ穴、円錐面に最適です。

• 自動車のローターとハブ: 一般的に、自動車のブレーキやホイール ハブなどの部品用に製造されています。

機能
CNC フライス加工
CNC 旋削 モーション タイプ 回転ツール、固定部回転部、固定ツール理想的な形状 平面および 3D の複雑な部品円筒形および対称の軸構成 3 ～ 5 軸通常は 2 軸セットアップ時間 長いセットアップラウンドのスピードを高速化 遅いほど速い設計の柔軟性 高円形フィーチャに限定される

3 軸 CNC 加工と 5 軸 CNC 加工:基本から高度まで

3 軸加工と 5 軸加工はどちらも CNC フライス加工のタイプですが、ツールとワークピースの回転が異なります。 

3 軸加工では、ワークピースを静止させた状態で、工具が 3 つの直線軸 (X、Y、Z) 内を移動します。 5 軸加工では、ツールまたはテーブルを傾けたり回転したりすることもできるため、さらに 2 度の動きが可能になり、合計 5 度の動きが可能になります。

動作原理

3 軸加工では、工具は垂直で直線方向にのみ移動します。これは回転によってのみ実現できます。ワークピースは動かないので、位置を変更せずに製造できるジオメトリは限られています。

5 軸加工に関しては、工具や作業テーブルが傾いたり回転したりする可能性があるため、ほぼあらゆる角度からワークピースにアクセスできます。これにより、セットアップの数が最小限に抑えられ、手の届きにくい表面にアクセスしやすくなります。

3 軸加工の利点

+ メンテナンスコストの削減: 5 軸機械は、セットアップとメンテナンスに費用がかかります。

+ 基本的なパーツに効果的: 穴あけ、ポケット加工、フェーシングなどの平面作業に適しています。

+ アクセシビリティの向上: シンプルなデザインのため、小さな CNC ショップやその他のワークショップでよく見かけられます。

画像

図 5. 3 軸 CNC 加工

3 軸加工の欠点

– 時間と誤差の誤差が大きくなる: パーツの位置を変更する必要があるため、複数のセットアップにより時間とエラーが発生する可能性が高くなります。

– 精度が低い: 手動での位置変更や工具交換の増加による生産の遅れにより、複雑なジョブの精度が低下する可能性が高くなります。

– 深い虫歯には非効率: 機械には長い工具が必要となり、振動が増加するため、精度が低下する可能性が高くなります。

5 軸加工の長所

+ セットアップ数の削減: ワークピースをクランプする代わりに継続的に再配置するため、加工時間が短縮される可能性が高くなります。

+ 磨耗低減の向上: 劣化した工具は最適な角度の影響を受けにくくなるため、工具の残りの耐用年数が長くなります。

+ より良い表面仕上げ: 輪郭のある表面をより滑らかに仕上げることができます。

5 軸加工の欠点

– 多額の初期投資: 高価なマシン、高度なソフトウェア、訓練を受けた担当者、高度なハードウェアが必要です。

– 複雑なプログラミング: 衝突や製品の損傷を防ぐには、熟練した CAM デザイナーと高度なシミュレーションが必要です。

– 必ずしも必要というわけではありません: 3 軸加工で実行できる単純な部品では、このセットアップのコストと複雑さが正当化されません。

3 軸加工:適切な用途

• フラット プレートとハウジング: 取り付けプレートやハウジング カバーの平面加工に最適です。

• モールドベース: 工具および金型産業におけるキャビティポケットの荒加工や平面の仕上げ加工に使用されます。

• 彫刻と看板: 金属やプラスチックのシートにロゴや形状を彫刻するためによく使用されます。

• 基本的な工業用部品: ブロック、ブラケット、その他の単純な固定具コンポーネントなどのパーツに適しています。

5 軸加工:適切な用途

• 航空宇宙用タービンブレード: ポケットが深く、輪郭の高いコンポーネントに最適です。

• 医療インプラント: 股関節、歯科、整形外科の部品などの複雑なコンポーネントに使用されます。

• 自動車性能部品: エンジンやサスペンション部品の最適化された軽量構造の実現を支援します。

機能
3 軸加工
5 軸加工 自由度 X、Y、ZX、Y、Z + A (回転)、B (傾斜)最適 シンプルで平らなジオメトリ複雑なマルチサーフェス コンポーネントセットアップ時間 複雑な部品の場合は長くなる単一セットアップの加工により最小限プログラミングが容易 簡単複雑かつ高度な設備コスト 低い高い表面仕上げ 最適な工具角度により良好、良好

CNC フライス加工とルーティングの比較

CNC フライス加工と CNC ルーティングはどちらも、回転ツールを使用して材料を切断して除去するプロセスです。この 2 つは共通のベースを共有していますが、それらを実行するマシンは大きく異なります。その主な理由は、使用する材料、必要な精度、および使用例です。

操作の仕組み

CNC フライス盤は、3 方向以上の直線方向に前進できる切削工具を保持する堅牢なボディで動作します。これにより、硬い材料を高精度に成形することが可能になります。

CNC ルーターは、より機敏な機械を使用しているため、CNC フライス盤よりも高速に動作します。この機械はカッターを高速で回転させ、木材やフォームなどの柔らかい素材を素早く切断します。 

CNC フライス加工の利点

+ 耐衝撃性の向上: CNCフライス盤は堅牢なボディを採用。これにより、振動衝撃をよりよく吸収できるようになります。したがって、CNC フライス盤は、硬い材料を加工する際に優れた精度と信頼性を提供します。

+ 加工素材の多用途性: 金属や合金 (スチール、アルミニウム)、エンジニアリング プラスチックなどの硬い材料だけでなく、より柔らかいエンジニアリング プラスチックも加工できます。

+ 堅牢なプロセスをサポートする能力 :ポケット加工、穴あけ、輪郭加工などの複雑なプロセスを 1 つのセットアップ内で実行できます。

CNC フライス加工の欠点

– 速度低下: 硬い材料とそれに伴う精度により、他のテクノロジーと比べて CNC フライス加工に必要な時間が長くなります。

– 出費の増加: CNC 加工プロセスを比較すると、フライス盤の維持費と購入費はルーターよりも高くなります。 

CNC ルーティングの利点

+ 高い切断速度: CNC ルーティングは、木材、プラスチック、発泡体などの柔らかい素材を迅速に処理できるため、特に効果的です。

+ 低マシンコスト: CNC ルーターは通常、より手頃な価格なので、新規または小規模の作業場や企業にとって簡単に入手できます。

+ 軽量セットアップ: プロジェクトの設置や移設など、小規模な作業のインストールと操作が簡単になります。

CNC ルーティングの欠点

– 精度が低い: CNC ルーターはフレームが軽量であるため精度が低く、複雑な部品や精密な部品には適していません。

– さらなる振動: これは、より深い、またはより密なカットで特に顕著です。

– 工具寿命の短縮: 工具の摩耗は、スピンドル速度が高く、材質が硬い場合により顕著になり、工具の寿命の短縮につながります。

CNC フライス加工の理想的な用途

• 金属部品の製造: エンジン コンポーネント、金型、機械ハウジングなどの部品の製造では、その製造に精度が必要です。

• 工具と金型の作成: 製造セットアップ用のカスタム 金型や治具の作成に最適です。

• 航空宇宙および医療部品: 厳しい強度と正確な公差が必要なコンポーネントに最適です。

CNC ルーティングの理想的な使用法

• 木工プロジェクト: 家具、木製看板、キャビネット、装飾パネルの作成に最適です。

• フォームとプラスチックの切断: 包装用発泡材、アクリル シート、PVC ボード、発泡材や看板素材の切断によく使用されます。

• 複合トリミング: 海洋産業や自動車産業におけるグラスファイバーやカーボンファイバーの部品に役立つ

機能
CNC フライス加工
CNC ルーティング 機械の剛性 高低コアの違い 精密かつハードな切断用に作られています。柔らかい素材でのスピードを重視して作られています適切な素材 金属、硬質プラスチック木材、軟質プラスチック、発泡体の切断速度 遅いほど速い精度レベル 非常に高い中程度のアプリケーション産業 航空宇宙、自動車、工具サイン作成、家具、梱包コストとセットアップ 高価で複雑なセットアップ手頃な価格で簡単なセットアップ

穴を作るトリオ: CNC フライス加工と穴あけ vs. ボーリング vs. リーミング

穴あけ: ドリルビットを使用して固体材料に穴を開けることは、穴あけと呼ばれます。これは穴開けプロセスの最初のステップです。

退屈:  それでは、CNC ドリリングとボーリングについて説明しましょう。ボーリングは、一点切削工具を使用して穴を拡大するプロセスであり、これにより円筒の精度が向上します。

リーマ加工: ここで、CNC ドリリングとリーミングについて考えてみます。さて、リーマ加工はプロセスの最終ステップです。事前に開けられた穴や穴あけされた穴を滑らかにして拡大し、特定の寸法と滑らかな表面を与えます。

主要な違い

ドリルで最初の穴を作成し、ボーリングで穴を位置合わせして拡張し、リーマで必要な正確な寸法と表面仕上げまで穴を滑らかにします。

ドリリングの長所

+ 高速かつコスト効率が高い

+ あらゆる材質に柔軟に穴あけ可能

+ 先行操作に最適

ドリリングの短所

–  穴の直径の精度が重要な場合には使用できません。

– 内壁が粗い可能性があります。

– 曲げや曲面があると、ドリルビットが曲がる可能性があります。

退屈の長所

+ 凹凸やズレをケアします。

+ 回転した軸に対する穴の位置合わせが改善されました。

+ 同じツールボディを使用しながら、複数のサイズの穴を作成できます。

+ ドリル穴の傷の修正に最適です。

退屈の短所

– 無から穴を生み出すことはできません

– 完了までの時間は穴あけよりも長くなります。

– 高速設定では実行できません。

–

リーミングの長所

+ 作成されたサーフェスは、ミラーを備えた内側の穴サーフェスにすることができます。

+ 穴のサイズをミクロン単位の精度で厳密に制御します。

+ 正確な穴要件を満たす大量の場合に最適です。

リーミングの短所

– 穴がないと操作できません。

– アライメントのずれに敏感です。

– 単一ツールは設定された直径に制限されます。

機能
穴あけ
退屈
リーミング 主な目的 穴の作成穴の拡大と位置合わせ穴の仕上げ穴の精度 低 (標準値 ±0.1 mm) 中 (標準値 ±0.05 mm) 高 (±0.01 mm 以上)表面仕上げ 粗い改善された滑らかなものから鏡のようなツールの種類 ツイストドリルビットシングルポイントボーリングバーマルチエッジリーマー穴を開始できる はいいいえ材料除去率 高中低

プロジェクトに適した CNC 加工プロセスを選択する方法

CNC 加工プロセスを選択する前に、部品の製造要件を正確に理解することが重要です。この簡単なフローチャートでは、簡単な手順で CNC 加工プロセスを選択する方法を説明します。

ステップ 1. パーツの機能を評価する

概要を調べることが良いスタートとなります。ほとんどが円筒形の部品の場合、CNC 旋削加工がうまく機能します。カウンターやポケットのある複雑な角柱部品には、CNC フライス加工を使用するのが最適です。円筒穴の場合は、直径と仕上げに応じて、ドリル加工、ボーリング加工、リーマ加工のいずれかを実行できます。

ステップ 2. マテリアルの分類

プラスチックや木材などの柔らかい素材は、CNC ルーティングを使用して管理するのが最適です。対照的に、超硬金属はフライス加工または研磨するのが最適です。さらに、研削は硬化鋼や非常に滑らかな表面に最適です。

ステップ 3. 優れた機能と精度のオプション

設計に航空宇宙部品や医療部品などの重要な嵌合に厳しい公差が含まれる場合、それらに対処するにはフライス加工や研削が最適です。一般的な精度については、旋削と配線でも十分です。

ステップ 4. 生産量とコストを確認する

全体の生産量という観点から見ると、旋削およびフライス加工のプロセスは自動で実行されると非常に効率的になります。単一コピーまたはプロトタイプで必要な部品は、手動の機械加工またはルーティングを使用して迅速に生産できます。これはマテリアルのタイプによって異なります。

簡単な比較概要表

基準
CNC フライス加工
CNC 旋削
5 軸 CNC
穴あけ
退屈
リーミング パーツの形状 平坦、角柱状、複雑な 3D サーフェス円筒状、同心円状のフィーチャ非常に複雑な多面部品単純な穴拡大された穴最終的な穴のサイジング材料の適合性 金属、プラスチック、複合材金属、プラスチック金属、合金、複合材金属、プラスチック金属金属、一部のプラスチック精密 高中～高超高中高非常に高い表面仕上げ 滑らかから非常に細かい、優れている、粗い、良好、穴あけよりも改善された、優れた工具へのアクセス 3軸（一部制限あり）単軸多角度、アンダーカット可能直線のみ直線のみ直線のみ生産量 低～中中～高低～中高中中コスト 中低から中高低中中程度典型的な使用例 エンクロージャー、ブラケット、複雑な表面シャフト、ブッシュ、丸部品航空宇宙部品、医療インプラント穴の作成穴径の微調整最終寸法と表面精度

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5) 結論:「最適な」プロセスはなく、最も適切な選択があるだけです

よし！それぞれの精密加工方法には、それぞれ異なる長所と短所があることがわかりました。そして、選択はプロジェクト要件の種類に従ってのみ行うことができます。私たちは、お客様の選択をサポートするために、個別の CNC 加工プロセスの比較、専門的なアドバイス、および明確に定義された構造を提供しようとしました。したがって、これを使用して、次のコンポーネントに最適な加工プロセスを自信を持って選択してください。頑張ってください!