CNC機械加工：CNC機械の定義と種類

CNC製造プロセス中、位置制御は開ループまたは閉ループシステムによって決定されます。前者の場合、信号はCNCコントローラーとモーターの間で一方向に実行されます。閉ループシステムでは、コントローラーはフィードバックを受信できるため、エラー訂正が可能になります。したがって、閉ループシステムは速度と位置の不規則性を修正できます。

CNC機械加工では、移動は通常X軸とY軸を横切って行われます。次に、ツールはステッパーまたはサーボモーターを介して配置およびガイドされ、Gコードによって決定された正確な動きを再現します。力と速度が最小の場合、プロセスは開ループ制御を介して実行できます。他のすべてについては、金属加工などの産業用アプリケーションに必要な速度、一貫性、および精度を確保するために、閉ループ制御が必要です。

CNC機械加工では、移動は通常X軸とY軸を横切って行われます

CNC加工は完全に自動化されています

今日のCNCプロトコルでは、事前にプログラムされたソフトウェアによる部品の生産はほとんど自動化されています。特定の部品の寸法は、コンピューター支援設計（CAD）ソフトウェアを使用して設定され、コンピューター支援製造（CAM）ソフトウェアを使用して実際の完成品に変換されます。

特定のワークピースには、ドリルやカッターなどのさまざまな工作機械が必要になる可能性があります。これらのニーズに対応するために、今日のマシンの多くは、いくつかの異なる機能を1つのセルに組み合わせています。

あるいは、インストールは、複数のマシンと、あるアプリケーションから別のアプリケーションにパーツを転送する一連のロボットハンドで構成されている場合がありますが、すべてが同じプログラムによって制御されます。セットアップに関係なく、CNCプロセスにより、手動で複製することは不可能ではないにしても困難な部品生産の一貫性が可能になります。

CNCマシンのタイプ

CNCマシンの種類は次のとおりです ：

• CNCフライス盤
• CNCルーター
• CNCプラズマ切断機
• CNC旋盤機
• CNCレーザー切断機
• CNC放電加工機
• CNCウォータージェット切断機
• CNCグラインダー
• CNC掘削機

次のセクションでは、各タイプのCNCマシンの概要を説明します。

1。 CNCフライス盤

最も一般的なタイプのCNCマシンの1つである、CNCミルは、コンピューター制御を使用してさまざまな材料を切断します。ミルズは、特定のプログラムを数字や文字から翻訳して、さまざまな方法でスピンドルを動かすことができます。

CNCフライス盤は、材料のワークピース/ブロックを静止させたまま切削工具を回転させる能力を特徴としています。正面フライス加工や周辺フライス加工など、さまざまな形状を加工できます。 CNCフライス盤で製造されるコンポーネントは、通常、さまざまな機能を備えた正方形または長方形です。

多くの工場では、Gコードと呼ばれるものを使用しています。これは、前述のように、ほとんどのCNCマシンで認識されている標準化されたプログラミング言語です。ワークをフライス盤に挿入した後、コンピュータが制御を引き継ぎます。コンピュータコードは、スピンドルと工具のすべての動きと動作をガイドおよび指示して、ワークピースを高精度で切断し、設計されたカスタムパーツに変換します。

CNCミルは、正面フライス盤、肩フライス盤、タッピング、穴あけ、旋削などのさまざまな機能を備えています。ほとんどのCNCフライス盤は、3軸から6軸の構成で利用できます。 CNCミルは他のツールに比べて非常に大きく、非常に高価になる可能性があります。一般的に、CNCミルは硬い金属の加工に使用され、CNCルーターは柔らかい材料に使用されます。

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2。 CNCルーター

CNCルーターは、CNCミルと非常によく似たマシンですが、一般的に柔らかい材料の加工に使用され、通常、CNCミルに比べて精度が低くなります。 CNCルーターはCNCミルよりも大幅に安価です。このタイプのCNCマシンは、鉄鋼、木材、アルミニウム、複合材、プラスチック、および発泡体の切断に役立ちます。

CNCルーターは、コンピューター数値制御を使用してスピンドルと工作機械のパスを指示し、木材、鋼、複合材、アルミニウム、フォーム、プラスチックなどの材料を目的の設計と形状に切断および成形できることを特徴としています。 CNCルーターは、他の機械よりもはるかに短い時間でさまざまなアイテムを生産することにより、無駄を減らし、生産性を向上させます。

CNCルーターは通常、メカニカルベース、スピンドル、ステッピングモーター、ステッピングドライバー、コントローラー、および電源で構成されます。 CNCルーターは無駄を減らし、生産性と精度を高め、製品をより速く生産します。

ほとんどのルーターは、特定の材料を3次元すべてで加工でき、小規模なプロジェクトやプロトタイプモデルや複雑な設計の作成に最適です。 3軸、4軸、5軸、および6軸のルーターもあります。

高品質のCNCルーターは2,000ドル未満で購入できますが、エントリーレベルのCNCミルでさえ10,000ドル以上かかります。

ほとんどのCNCルーターマシンは、3次元すべてでワークピースを加工することができ、小さなプロジェクトの作成と、単純な設計と複雑な設計の両方のプロトタイピングに優れています。 CNC Millsと同様に、CNCルーターは3軸から6軸までのさまざまな軸で利用できます。

3。 CNCプラズマ切断機

CNCプラズマ切断機は、材料を切断するという同じ機能を備えているという点で、CNCフライス盤に似ています。ただし、CNCプラズマ切断機はプラズマトーチを使用して材料を切断しますが、フライス盤はスピンドルに取り付けられたエンドミルまたはフライスカッターを使用します。

CNCプラズマ切断機の主な要件は、プラズマ切断の際に、切断する材料またはワークピースが導電性でなければならないことです。 CNCプラズマ切断機も材料の切断に使用されます。ただし、このプロセスは、コンピューターによって制御される強力なプラズマ（電子イオン化ガス）トーチを使用して実行されます。

溶接用のハンドヘルドガス式トーチ（華氏10,000度まで）と同様の機能で、プラズマトーチは華氏50,000度まで到達します。プラズマトーチはワークピースを通して溶けて、材料に切り込みを入れます。 CNCプラズマ切断を使用する場合は常に、切断する材料は導電性でなければなりません。典型的な材料は、鋼、ステンレス鋼、アルミニウム、真ちゅう、銅です。

精密CNC機械加工は、製造現場環境で幅広い部品製造および仕上げ機能を提供します。展開環境、必要な材料、リードタイム、ボリューム、予算、および必要な機能に応じて、通常、目的の結果を達成するための最適な方法があります。

主に造船、自動車製造、化学製造、工業用鉄鋼建設現場などの重工業で使用されます。その結果、CNCプラズマ切断では、ワークピースは一般に大きくて重いです。エントリーレベルのプラズマ切断CNCマシンの価格は約5,000ドルですが、最も高価なマシンの価格は数十万ドルです。

4。 CNC旋盤マシン

旋盤は、ワークピースを回転させながら切断するように設計されたCNCマシンです。 CNC旋盤は、さまざまな工具を使用して正確な切削をすばやく行うことができます。これらのCNCマシンは、手動旋盤と比較して、提供する精度において非常に効果的です。多くの場合、CNCフライス盤よりも軸が少ないため、小型でコンパクトです。

CNC旋盤は、CNCフライス盤と同様のコントロールを備えており、Gコードやその他の独自のプログラミング言語を読み取ることができます。

CNC旋盤と旋盤は、機械加工プロセス中に材料を回転（旋削）する能力で注目に値します。これらの機械の切削工具は、回転する棒材とともに直線運動で供給されます。目的の直径（および機能）が達成されるまで、周囲の材料を除去します。

CNC旋盤と旋盤は、部品に内部および外部の機能を作成できます。ドリル穴、ボア、ブローチ、リーム穴、スロット、ねじ山、テーパー、およびタッピングです。シャフト、ボルト、ネジは、CNC旋盤で作られるコンポーネントの一部です。

詳細： 旋盤とは何ですか？

5。 CNCレーザー切断機

これらのタイプの機械はCNCプラズマ機械に似ていますが、唯一の違いは、レーザーが主に切断に使用され、金属、プラスチック、または広葉樹の切断に最適であることです。材料の密度と強度に応じて、レーザーの強度を調整できます。

CNCレーザーマシンには、材料を正確に切断、切断、または彫刻するために使用される、高度に集束されたレーザービームを備えた尖ったルーターがあります。レーザーは材料を加熱し、それを溶かすか気化させて、材料に切り込みを入れます。通常、材料はシート形式であり、レーザービームが材料を前後に移動して、正確なカットを作成します。

このプロセスは、旋盤、旋盤、フライスなどの従来の切削機械よりも幅広いデザインを生み出すことができ、多くの場合、追加の仕上げプロセスを必要としないカットやエッジを生み出すことができます。

CNCレーザー彫刻機は、機械加工されたコンポーネントの部品マーキングに一般的に使用されます。たとえば、CNC旋削またはCNC機械加工部品にロゴと会社名を組み込むのは難しい場合があります。ただし、レーザー彫刻を使用して、処理が完了した後にコンポーネントに適用することもできます。

6。 CNC放電加工機

CNC放電加工機（EDM）は、高度に制御された電気火花を使用して、材料を目的の形状に操作します。スパークエロージョン、ダイシンキング、スパークエロージョン、またはワイヤーバーニングとも呼ばれます。

コンポーネントは電極ワイヤーの下に配置され、マシンは、強烈な熱（華氏21,000度まで）を生成するワイヤーから放電を放出するようにプログラムされています。材料を溶かすか、液体で洗い流して、目的の形状または特性を作成します。

このプロセスでは、2つの電極間の一連の繰り返し放電によって、特定のワークピースから材料が除去されます。これらの電極は、電位を運ぶことが多い誘電性流体によって分離されています。このマシンでは、材料が2つの電極の間に配置され、マシンは各電極が生成する必要のある放電量を確認するために計算します。

EDMは、コンポーネントまたはワークピースに正確なマイクロホール、スロット、テーパーまたは角度の付いたフィーチャー、およびその他のさまざまなより複雑なフィーチャーを作成するために最も一般的に使用されます。これは通常、目的の形状や特性に加工するのが難しい非常に硬い金属に使用されます。この良い例は、典型的なギアです。

詳細： 放電加工機（EDM）とは何ですか？

7。 CNCウォータージェット切断機

CNCウォータージェットカッターは、その名前が示すように、高圧の水ジェットを使用して材料を切断します。

通常、CNCウォータージェット切断は、加工する材料が温度に敏感で、プラスチックやアルミニウムなどの高温で溶ける可能性がある場合に選択されます。これらの機械は水だけで切断できますが、通常、より効率的な切断のために、ガーネット（ミネラル）や酸化アルミニウムなどの追加の研磨材が水に追加されます。

CNCウォータージェット切断機は、同様の仕様のプラズマカッターよりもコストがかかります。しかし、同様の仕様のCNCレーザーカッターと比較してコストは低くなります。 CNCウォータージェットカッターの欠点の1つは、通常、CNCプラズマカッターやCNCレーザーカッターよりも遅いことです。

8。 CNCグラインダー

CNCグラインダーは、研磨工具を使用して機械加工製品を滑らかにし、仕上げます。グラインダーは通常、エンジン部品の機械加工など、非常に高い精度を必要とするアプリケーションで使用されます。

一般的に、製品は最初にCNCミルまたは旋盤を使用して粗い表面で作成され、次に最終仕上げのためにCNCグラインダーに移動されます。 CNCグラインダーには、表面グラインダー、ロールグラインダー、円筒グラインダーなど、さまざまなタイプがあります。

研磨に使用される研磨剤の種類にもさまざまな種類があります。たとえば、メッキまたはビトリファイドCBN、ダイヤモンド砥石、酸化アルミニウム、セラミックブレンド砥石などです。

9。 CNCボール盤

CNC掘削機は、通常、大量生産に使用されます。ただし、掘削機には多機能マシニングセンターがあり、混ざり合ったりねじれたりすることがあります。 CNC穴あけの最大の沈下時間は工具交換であるため、速度を上げるには、穴の直径の変動を減らす必要があります。

穴あけ用の最速の機械サイズは、穴あけ用に事前に取り付けられたさまざまな直径のドリルを備えたタレット内のいくつかのスピンドルで構成されています。このタイプのCNCマシンは、リーマ加工、ザグリ加工、およびタッピング穴を実行できます。

これらは、今日使用されている最も一般的なタイプのCNCマシンです。マシンの選択は、ジョブのタイプ、必要なジョブバジェットの精度、およびジョブを完了するために利用できる時間によって異なります。

CNC機械加工操作の種類

要するに、CNC機械加工は、書かれたコードが製造プロセスの機械を制御する金属製造方法です。コードは、カッティングヘッドと部品の動きからスピンドル速度、RPMなどまですべてを決定します。CNC機械加工サービスはサブトラクティブ製造方法を使用します。

これで、CNCマシンがどのように機能するかがわかりました。しかし、これらすべての機械がCNC加工に使用されているわけではありません。

少し後で利用できるすべての異なるタイプのCNCマシンを詳しく見ていきます。しかし、伝統的な意味では、CNC機械加工はこれらの自動化されたプロセスのほんの一部を指します。つまり、フライス盤、旋削、研削、ルーティング、穴あけなどです。

1。 CNCフライス盤

切削工具が回転する操作です。フライス盤がワークに接触すると、フライス盤から切りくずを取り除きます。

フライス盤の操作には次のものが含まれます：

• エンドミル加工
• 面取りフライス盤
• 正面フライス盤
• 穴あけ、ボーリング、タッピングなど

これは非常に普遍的な製造方法であり、高い精度と公差を備えています。フライス盤は多種多様な材料で機能し、非常に高速です。さまざまな複雑な部品を作成できることは、大きな資産です。

不利な点には、大量の廃棄物、さまざまなツールの必要性、および高い機器コストが含まれます。

2。 CNCドリル

穴あけは、マルチポイントドリルビットを使用してワークピースに円筒形の穴を作成する機械加工プロセスです。

CNC穴あけでは、CNCマシンは通常、ワークピース表面の平面に垂直に回転するドリルビットを送り、穴あけプロセスに使用されるドリルビットの直径と一致する直径の垂直方向の穴を作成します。

ただし、角度のある穴あけ作業は、特殊な機械構成とワークピース保持フィクスチャを使用して実行することもできます。穴あけプロセスの操作機能には、カウンタードリル、皿穴加工、リーマ加工、およびタッピングが含まれます。

3。 CNC旋削

この2つは単にCNC機械加工と呼ばれることがよくありますが、旋削とフライス盤には大きな違いがあります。旋削はフライス盤の反対です。これは、切削工具の代わりにワークピースが回転することを意味します。

たとえば、CNC旋盤は一般的にシャフトの製造に使用されます。切りくずや削りくずと呼ばれる金属部品を切断するために、工具が回転するワークピースに押し付けられます。適切な種類の限界値と調整システムで高精度を達成することが可能です。

シリンダーの外側または内側で回転が可能です。後者の操作は退屈と呼ばれます。

4。 CNC研削

CNCグラインダーは回転する砥石を使用して材料を除去します。目的は、金属部品に高精度の仕上げを施すことです。

達成できる表面品質は非常に高いです。そのため、原材料から最終部品を作るのではなく、仕上げ作業として使用されます。

5。 CNCルーティング

CNCルーターはCNCフライス盤に似ているようです。この場合も、回転部品はカッティングヘッドです。主な違いは、切断に適した材料にあります。

ルーターは、非常に高い精度を必要としない、より柔らかい材料（金属ではない）の切断に最適です。これは、出力電力が低いためです。

同時に、ルーターはより高速です。これにより、より短時間で部品を製造できます。

CNC機械加工で何ができるか？

一見、CNC加工には制限がありません。さまざまな種類の金属、プラスチック、フォーム、複合材料、木材など、さまざまな材料に適しています。 3軸フライス盤は、より基本的な幾何学的形状のほとんどを生成できます。より複雑な部品については、多軸フライス盤が利用できます。

たとえば、5軸CNCフライス盤が役立ちます。より一般的な3軸のものには3つの直線運動軸がありますが、5軸マシンはカッティングヘッドとマシンベッドを回転させることもできます。これにより、柔軟性が大幅に向上しますが、コストも増加します。

CNCの方がはるかに高速ですが、手動加工は依然として業界でその地位を占めています。特に少量のラピッドプロトタイピング用。しかし、高精度が必要な分野では、CNC機械加工が依然として普及しています。これが、次のような多くの業界がこれを利用している理由です。

• 航空宇宙
• 電気
• 防御
• マイニング
• 産業用機械
• 飲食
• 衣類
• 自動車
• プロダクトデザインなど

全体として、CNC機械加工は、部品を製造するための信頼できる有用な方法として、製造部門での地位を固めています。同時に、CNC機械加工のコストは、他の製造方法と比較して少し高くなることがよくあります。