プロジェクトに適したCNC加工の選び方

機械加工が紀元前数百年から物体製造に使用されていた証拠がありますが、私たちが知るコンピュータ数値制御（CNC）加工は18世紀に蒸気が生産プロセスを自動化するために使用されたときに始まりました。1940年代後半、MITの研究者たちが最初のプログラマブル機械加工システムを開発し、パンチカード（数値制御技術とも呼ばれる）を使用して機械の動きを指示しました。20世紀半ばのデジタルコンピューティングのブームが製造分野に革命をもたらし、最終的に今日の高度なロボットCNCマシンへと繋がりました。

CNC加工により、メーカーは金属、プラスチック、複合材、フォーム、木材などほぼあらゆる材料から、高精度で一貫した品質の部品を製造できます。CNC加工は高度に自動化されているため、カスタムの一品ものプロジェクトから中量生産ランまで、コスト効率の良い実行方法を提供します。

この記事では、さまざまな種類のCNC加工と、特定の部品と用途に最も適したタイプをご案内します。

CNC加工の仕組み

3Dプリントのようなアディティブプロセスが部品をゼロから作るのに対し、CNC加工は減法的で、固体ブロック（"ブランク"または"ワークピース"と呼ばれる）から徐々に材料を除去して完成品を作ります。CNCマシンはデジタル設計ファイルによって指示され、それらはワークピースをどう切削すべきかという指示に変換されます。

コンピュータを用いて機械加工プロセスを自動化・制御することで、メーカーの生産性は信じられないほど向上します。複数のCNCマシンが同じ設計ファイルを使用して、複数の均一なワークピースに同じ一連の切削を行えるため、人間よりはるかに速く部品を作れます。

高度に再現可能な生産プロセスであるCNC加工は、製造分野で基本的な役割を果たし、ラピッドプロトタイピングの誕生を大きく可能にしました。パンチテープとコンピュータ数値制御技術が存在する前は、部品は手作業で機械加工されていました。これは、特に大規模な手作業製造で機械が使用される場合、エンドプロトタイプ製品に大きな誤差を必然的に生み出しました。CNC加工はプロセスにより大きな効率を導入し、ラピッドプロトタイピングと大規模生産を均一な品質と速度で可能にしました。

現代のCNC加工は汎用性の高い製造プロセスで、高精度部品を生み出し、幅広い業界で多様な製品の創造に役立ちます。自動車シャシー、航空機エンジンから庭園ツール、手術器具まであらゆるものが含まれます。

CNCマシンの種類

CNCマシンには2つのタイプがあります：3軸と多軸。

3軸加工

3軸加工にはCNCフライス加工とCNC旋盤加工が含まれ、両方ともワークピースを切削する際に切削装置を3つの直線軸（左右、前後、上下）に沿って移動させます。

CNCフライス盤では、ワークピースは固定され、切削工具やドリルが高速回転して材料を除去し、高精度部品が得られます。マシンはプログラミングと操作が容易で、シンプルな幾何学設計を持つほとんどの部品の作成に使用できます。

しかし、切削工具とドリルが3軸のみに沿って動けるため、特定の設計やワークピースの領域は完了または到達が困難な場合があります。ワークピースを回転させることはしばしば回避策になりますが、フライス加工プロセスで部品ごとに複数回回転させると生産コストが急速に増加します。

一方、CNC旋盤プロセスでは、ワークピースを回転主軸に取り付け、旋盤を用いて部品を成形します。旋盤はCNCフライス盤より速く、低コストで部品を生産でき、特に大量生産ランに適していますが、主な制約は回転対称な部品しか作れないことです。ネジ、ボウル、椅子脚などが含まれます。

多軸加工

多軸CNC加工ファミリーには3つのプロセスが含まれます：インデックス5軸CNCフライス、連続5軸CNCフライス、ライブツーリング付きミルターン加工。

3軸加工と比較して、多軸プロセスはフライスと旋盤プロセス中により大きな移動自由度を可能にします。3軸プロセスではワークピースまたは切削工具のいずれかが回転します（両方ではない）が、5軸プロセスでは両方が回転し、3つの直線軸に沿って移動できます。これによりより複雑な部品の創造機会が開かれますが、多軸マシンはより高価で、専門的なマシンとオペレーターを必要とします。

インデックス5軸CNCフライスは、加工中に切削工具が3つの直線軸のみに沿って動き、ワークピースが2つの回転自由度を持つため、3+2 CNCフライスと呼ばれることもあります。5軸フライスの主な利点は、ワークピースを工程間で手動再配置する必要がなくなり、複雑な形状のピースをより速く、より高精度に作れることです。

連続5軸CNCフライスマシンでは、切削工具とワークピースの両方が各工程で同時に回転し移動できます。これにより、他の技術では同等の精度で再現できない、滑らかな「有機的」表面を持つ極めて複雑な形状の創造が可能になります。一般的に、これは部品あたり最も高価なCNC加工形式です。

ミルターンCNCセンターは、CNC旋盤マシンの要素とフライス工具を組み合わせます。ワークピースは、旋盤のように回転できる主軸に固定されるか、特定の角度でワークピースを固定できます（5軸CNCフライスの機能に類似）。高生産性と幾何学的製造汎用性のこの組み合わせにより、遠心圧縮機やカムシャフトのように、比較的緩い回転対称性を持つ部品の創造に最適です。

汎用性とコスト効率に優れた製造ソリューション

すべてのCNC加工プロセスでメーカーは多様な材料から一貫して精密な部品を作れますが、異なるマシンの軸数は特定の種類の部品作成に適しています。例えば、シンプルな設計のものは3軸システムで速く安く作れますが、5軸マシンは幾何学的に複雑なピースをより速く、より高精度に作るのに適しています。

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