機械加工とは何ですか？ –定義、プロセス、およびツール

機械加工は、幅広い技術と技術を含む製造用語です。これは、動力駆動の工作機械を使用してワークピースから材料を取り除き、意図したデザインに成形するプロセスとして大まかに定義できます。

ほとんどの金属部品および部品は、製造プロセス中に何らかの形の機械加工を必要とします。プラスチック、ゴム、紙製品などの他の材料も、一般的に機械加工プロセスで製造されます。機械加工とは何か、そのプロセス、そしてそれを使用するツールとテクノロジーについて詳しく学びましょう。

機械加工とは何ですか？

機械加工は、より大きな材料から不要な材料を取り除くことにより、目的の最終形状を作成するプロトタイピングおよび製造プロセスです。これらのプロセスでは、材料を除去することによって部品が構築されます。このプロセスは、材料の制御された追加が使用される積層造形とは対照的に、サブトラクティブ製造とも呼ばれます。

定義の「制御された」部分が意味するものは正確に異なる可能性がありますが、通常は工作機械の使用を意味します。

機械加工は多くの金属製品の製造の一部ですが、木材、プラスチック、セラミック、複合材料などの他の材料にも使用できます。機械加工を専門とする人は機械工と呼ばれます。

機械加工が行われる部屋、建物、または会社は、機械工場と呼ばれます。現代の機械加工の多くは、コンピューター数値制御（CNC）によって実行されます。コンピューター数値制御（CNC）では、コンピューターを使用して、ミル、旋盤、およびその他の切断機の動きと操作を制御します。 CNCマシンは無人で稼働するため、効率が向上し、機械工場の人件費が削減されます。

さまざまな種類の機械加工は何ですか？

3つの主要な機械加工プロセスは、旋削、穴あけ、フライス盤に分類されます。その他のカテゴリに分類されるその他の操作には、成形、計画、ボーリング、ブローチ、および鋸引きが含まれます。それらは：

• 回転– 旋削または旋盤加工では、片刃の切削工具を動かさずに、機械でワークピースを回転させます。切削工具をワークピースの回転軸と平行にゆっくりと動かし、材料を取り除きます。
• 掘削– 穴あけを行うと、円筒形の工具をワークピースの回転軸に平行に回転させて丸い穴を作成します。作成された穴は、使用されたツールの直径と同じです。
• フライス盤– フライス盤は、ロータリーカッターを使用して、切削工具の回転軸に垂直な送り動作でワークピースから材料を除去するプロセスです。これは、今日使用されている最も一般的な機械加工の形式の1つです。
• その他の操作 厳密に言えば、削りくずを生成する操作ではない可能性があるという点で機械加工操作ではない可能性がある操作ですが、これらの操作は一般的な工作機械で実行されます。バニシングは、その他の操作の例です。バニシングは削りくずを生成しませんが、旋盤、ミル、またはドリルプレスで実行できます。

機械加工はどのように機能しますか？

機械加工が必要な未完成のワークピースは、完成品を作成するためにいくつかの材料を切り取る必要があります。完成品は、設計図または設計図によってそのワークピースに設定された仕様を満たすワークピースになります。

たとえば、ワークピースは特定の外径を持つ必要がある場合があります。旋盤は、金属ワークピースを回転させてその直径を作成するために使用できる工作機械です。これにより、切削工具が金属を切り取り、必要な直径と表面仕上げに一致する滑らかで丸い表面を作成できます。

ドリルを使用して、円筒形の穴の形をした金属を取り除くことができます。さまざまな種類の金属除去に使用できる他のツールは、フライス盤、のこぎり、および研削盤です。これらの同じ技術の多くは木工で使用されています。

最近の高度な機械加工技術には、精密CNC機械加工、放電加工（EDM）、電気化学機械加工（ECM）、レーザー切断、またはウォータージェット切断による金属ワークピースの成形が含まれます。

最新の製品開発では、機械加工はほとんどの場合、ComputerNumericControlの略であるCNCマシンを使用して行われます。本質的に、このマシンはコンピューターソフトウェアを使用して、CAD設計モデルを取得し、ツールパスをマップして、設計を3D機械加工部品に変換します。 CNCは、さまざまな種類の仕上げで、さまざまな材料から部品を作成できます。公差は、固体材料から最も近い.001インチまで作成されます。

ラピッドプロトタイピングとは異なり、部品は、完成したデザインの密度、仕上げ、および多孔性を反映する実際の材料を使用して機械加工されます。機械加工部品は、代表的なテスト、摩擦が要因となるスライド部品を含むモデル、および0リングとガスケット表面を必要とする密閉部品に使用できます。

機械加工とは何か、どのように行われるかがわかったので、工作機械によって機械加工が行われることがわかったので、さまざまな機械加工ツールとその使用法について学びましょう。

工作機械とは何ですか？

工作機械は、通常、切削、穴あけ、研削、せん断、またはその他の形態の変形によって、金属またはその他の剛性材料を処理または機械加工するための機械です。工作機械は、切削や成形を行うある種の工具を採用しています。

すべての工作機械には、ワークピースを拘束し、機械の部品のガイド付きの動きを提供するいくつかの手段があります。したがって、ワークピースと切削工具（ツールパスと呼ばれる）の間の相対的な動きは、完全に「オフハンド」または「フリーハンド」ではなく、マシンによって少なくともある程度制御または制約されます。

これは、切削工具とジョブの間で必要な相対運動を管理し、ジョブ材料のサイズと形状を変更するのを支援する、動力駆動の金属切断機です。

工作機械という用語の正確な定義は、以下で説明するように、ユーザーによって異なります。すべての工作機械は「人々が物を作るのを助ける機械」ですが、すべての工場の機械が工作機械であるとは限りません。

今日の工作機械は、通常、人間の筋肉以外の方法で動力を供給され（電気、油圧、ラインシャフトなど）、切断やその他の特定の種類の変形を含むさまざまな方法で製造部品（コンポーネント）を製造するために使用されます。工作機械はその固有の精度により、交換部品の経済的な生産を可能にしました。

さまざまな種類の工作機械と技術

工作機械の種類

工作機械には多くの種類があり、製造プロセスのさまざまな段階で単独で使用することも、他の工具と組み合わせて使用​​して、目的の部品形状を実現することもできます。工作機械の主なカテゴリは次のとおりです。

• 退屈なツール： これらは通常、以前に材料に開けられた穴を拡大するための仕上げ装置として使用されます。
• 切削工具： のこぎりやはさみなどの装置は、切断器具の典型的な例です。これらは、板金などの所定の寸法の材料を目的の形状に切断するためによく使用されます。
• 掘削ツール： このカテゴリは、回転軸に平行な丸い穴を作成する両刃の回転装置で構成されています。
• 研削工具： これらの器具は、回転ホイールを使用して、細かい仕上げを実現したり、ワークピースに軽い切り込みを入れたりします。
• フライス盤： フライス盤は、いくつかの刃を備えた回転する切断面を使用して、非円形の穴を作成したり、材料から独自のデザインを切り取ったりします。
• 旋削工具： これらの工具はワークピースをその軸を中心に回転させ、切削工具はワークピースを成形して成形します。旋盤は最も一般的なタイプの旋盤装置です。

燃焼加工技術の種類

溶接および燃焼工作機械は、熱を使用してワークピースを成形します。最も一般的なタイプの溶接および燃焼機械加工技術は次のとおりです。

• レーザー切断： レーザーマシンは、材料を効果的に溶融、気化、または燃焼させる、狭くて高エネルギーの光線を放出します。 CO2およびNd：YAGレーザーは、機械加工で使用される最も一般的なタイプです。レーザー切断プロセスは、鋼を成形したり、パターンを材料にエッチングしたりするのに適しています。その利点には、高品質の表面仕上げと極端な切断精度が含まれます。
• 酸素燃料切断： ガス切断とも呼ばれるこの機械加工方法では、燃料ガスと酸素の混合物を使用して材料を溶かし、切断します。アセチレン、ガソリン、水素、およびプロパンは、可燃性が高いため、ガス媒体として頻繁に使用されます。この方法の利点には、携帯性が高く、一次電源への依存度が低く、頑丈な鋼種などの厚い材料や硬い材料を切断できることが含まれます。
• プラズマ切断： プラズマトーチは電気アークを発射して不活性ガスをプラズマに変換します。このプラズマは非常に高温に達し、ワークピースに高速で塗布されて不要な材料を溶かします。このプロセスは、正確な切断幅と最小限の準備時間を必要とする導電性金属によく使用されます。

侵食加工技術の種類

燃焼工具が余分なストックを溶かすために熱を加える間、侵食加工装置は水または電気を使用してワークピースから材料を侵食します。侵食加工技術の2つの主なタイプは次のとおりです。

• ウォータージェット切断： このプロセスでは、高圧の水流を使用して材料を切断します。侵食を促進するために、研磨粉末を水流に加えることができる。ウォータージェット切断は通常、熱影響部から損傷または変形する可能性のある材料に使用されます。
• 放電加工（EDM）： スパークマシニングとも呼ばれるこのプロセスでは、電気アーク放電を使用してマイクロクレーターを作成し、急速に完全な切断を実現します。 EDMは、硬い材料で複雑な幾何学的形状を必要とするアプリケーションで、厳しい公差で使用されます。 EDMでは、ベース材料が導電性である必要があるため、その使用は鉄合金に限定されます。

CNC加工

コンピューター数値制御加工（CNC加工）は、さまざまな機器と組み合わせて使用​​できるコンピューター支援技術です。事前設定されたパラメータに従って工作機械を成形するために、通常はGコード言語のソフトウェアとプログラミングが必要です。

手動でガイドする方法とは対照的に、CNC機械加工は自動化されたプロセスです。その利点のいくつかは次のとおりです。

• 高い生産サイクル： CNCマシンが適切にコーディングされると、通常、メンテナンスやダウンタイムが最小限に抑えられ、生産速度が向上します。
• 低い製造コスト： CNC機械加工は、回転速度が速く、手作業の要件が低いため、特に大量生産を行う場合、コスト効率の高いプロセスになる可能性があります。
• 均一な制作： CNC機械加工は通常、正確であり、製品間で高レベルの設計の一貫性をもたらします。

精密加工

異常に小さい切削公差（経験則として0.013mmから0.0005mm）を必要とする機械加工プロセス、または32Tよりも細かい表面仕上げは、精密機械加工の一形態と見なすことができます。 CNC機械加工と同様に、精密機械加工はさまざまな製造方法や工具に適用できます。

剛性、減衰、幾何学的精度などの要因が、精密工具のカットの正確さに影響を与える可能性があります。精密機械加工アプリケーションでは、モーションコントロールと高速送り速度で応答する機械の能力も重要です。

機械加工の利点は何ですか？

機械加工にはいくつかの利点があります：

1。信頼性

機械加工は、時間や曜日に関係なく、故障することなく継続的に行われます。チップと原材料は完成品に変換され、高品質のツールとして市場にリリースされます。故障は、メンテナンスが必要な場合や修理中に発生する可能性があるため、ごくわずかです。機械は確実に機能します。平日、週末、休日のいずれでも構いません。

2。必要な人的労力が少ない

技術の進歩により、製造業での機械加工は自動化されています。このプロセスは主にコンピューターやロボットによって制御され、通常は人的労力を排除することで生産コストを削減します。管理された材料の追加中、このプロセスでは、メンテナンスのために最小限の監視と監視が必要です。

3。高生産

このプロセスは、一般に、比較的短時間で穴あけ、より良い表面仕上げ、フライス盤加工、回転などの大量の作業を行うため、高い生産性をもたらします。

4。同一の製品

切削金属などの完成品は均質であり、高い生産率にもかかわらず、エラーはほとんどまたはまったくありません。その結果、製品の品質が向上し、市場に出せるようになります。

5。利益を増やし、労力を減らす

金属デバイスを機械加工する必要があるもう1つの大きな理由は、利益を増やし、労力を減らすのに役立つことです。一部の人々は、機械加工が利益の増加とどのように関係しているのか疑問に思うかもしれません。事実、機械加工はデバイスを少し高価にしますが、一方で、それは非常に有益です。

機械加工を施した金属を使用すると、製造コストを削減できるだけでなく、時間と労力を大幅に節約できます。この利点にもかかわらず、購入する場合は、マシンが正しいかどうか、および作業中にエラーが発生しないかどうかを確認することを常にお勧めします。

6。効率の向上

機械加工は、金属の効率を高めるのに役立つ最良の方法の1つです。金属を加工するときは、常に内部品質保証検出器が取り付けられています。これにより、金属の生産速度が向上し、原材料の適切な使用が保証されるという点で、多くの効率がもたらされます。

これに加えて、機械加工は常に、金属加工と部品製造の高水準を確保するための優れた方法と見なされています。効率を上げるために、機械加工は支出コストを削減する方法の1つと考えられています。

これは、消費コストを削減できるためです。したがって、お金の無駄を減らします。要するに、それは支出を削減します。したがって、機械加工プロセスを実行する利点が追加されます。

7。精度の向上

機械加工される金属のほとんどは、製造業で使用されています。これには、手作業による旋削およびフライス盤加工が必要な場所が含まれます。これらはヘルスケアセクターでも使用できますが、ここで注意する必要があるのは、これらすべてのセクターには多くの精度が含まれていることです。

この上で、それらはそれらの精度レベルのために機械加工された金属に変わります。これは、金属の精度を高めるために機械加工がいかに重要であるかを明確に示しています。これは、タスクを完了する際の精度につながります。