高精度CNC加工部品設計の7つのエキスパートノウハウ
CNC加工は優れた強度と厳しい公差でカスタム部品を製造でき、量産にも適しています。実際、CNC加工は現在、金属プロトタイプ製造で最も効率的な手法です。多くの分野でその利点から広く採用されています。CNC加工部品設計前に、CNC工作機械の動作原理を理解しておく必要があります。
CNC加工の仕組み
高速回転する切削工具により、ソリッドブロックから材料を除去し、図面通りの所望部品を作り出します。切削工具はCNC加工で重要な役割を果たし、直接ワークに接触し余分な材料を除去して所望形状を得ます。
最も一般的なCNC切削工具（エンドミル、ドリル等）は、特定形状の切れ刃と制限付き切削長を持つ円筒形シャンクを有します。この2特性により切削能力に制約があります。工具形状により内部垂直直角コーナーは加工不可。深い小穴とアンダーカットは切削長制約によりCNC加工不可。
CNC設計のノウハウ
CNC加工を最大限活用するための有用な設計ノウハウを紹介します。
内部垂直コーナーにR（曲率半径）を設ける
CNCフライス工具は円筒形。内壁切削時に垂直コーナーにRが生じます。小径工具でコーナーRを小さくできますが、どんな小径工具でも内部垂直コーナーは作れません。小径工具で低速多パス加工すれば小R可能ですが、時間とコスト増大。したがってCNC加工部品設計時、キャビティ深さの1/3程度のRを内部垂直コーナーに設け、内部エッジには同程度のRを使用するのがベターです。
キャビティ深さを制限する
工具は工具径の2〜3倍深さまでのキャビティで良好に働きます（切削長制約のため）。工具径4倍超の深いキャビティは加工難易度と工具折損リスクを大幅増大させ、高コストに。可能ならポケット深さを工具径4倍未満に設計。
薄肉厚を増やす
薄肉はCNC加工で変形・破損しやすく加工困難。薄肉加工には低切込み多パスが必要で振動しやすい。精度確保困難で加工時間増大。可能なら金属部品で0.8mm以上、プラスチック部品で1.5mm以上の肉厚設計を推奨。
ねじ長さを制限する
ねじは長いほど接続強度が高いと思われがちですが、実際にはねじ長が孔径1.5倍を超えると強度寄与は増えません。したがって、良好な締結のため、ねじ長は孔径の1.5倍以上、最大3倍程度に設計するのがベターです。
公差指定は必要最小限に
高精度要求部品は加工時間・人件費増でコストアップ。公差は必要な箇所のみ最小限に指定。図面で特定公差指定がない場合、標準公差±0.125mmで加工され、多くの非重要箇所で十分です。
微小フィーチャーを減らす
φ2.5mm未満のマイクロホール等の微小フィーチャーは加工難易度と時間増大の原因。真に必要でない限り避けるべき。
彫り込み文字を選択する
CNC加工部品に文字が必要な場合、浮き出し文字より彫り込み文字がベター。除去材料量が少ないため。推奨フォント：Arial、Verdana等のサンセリフ体、最小20ポイント。多くのCNC機でこれらフォントのプリプログラムルーチン搭載。
可能な限り少ないセットアップ（理想は1回）で加工完了する設計を推奨。例：両面に止まり穴がある部品は、両面アクセスのため回転必要で2セットアップ必要。セットアップ削減で再アライメント時間短縮、加工精度向上。
産業技術