プロジェクトに適した CNC 加工のタイプは?

物を作るために機械加工が使用されたのは紀元前数百年にまでさかのぼるという証拠がありますが、コンピュータ数値制御 (CNC) による機械加工は、生産プロセスを自動化するために蒸気が使用された 18 世紀に始まったことが知られています。 1940 年代後半、MIT の研究者は、機械の動きを指示するパンチ ペーパー カード (数値制御技術とも呼ばれる) を使用して、最初のプログラム可能な機械加工システムを開発しました。 20 世紀半ばのデジタル コンピューティングのブームは、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 マシンにつながりました。

CNC 機械加工により、メーカーは、金属、プラスチック、複合材、フォーム、さらには木材など、ほぼすべての材料から一貫した品質の高精度の部品を製造できます。 CNC 機械加工は高度に自動化されているため、メーカーは独自のカスタム プロジェクトと中量生産の両方を実行するための費用対効果の高い方法を提供します。

この記事では、さまざまな種類の CNC 機械加工と、特定の部品や用途に最適なタイプについて説明します。

CNC 加工の仕組み

3D プリントのようなアディティブ プロセスでは部品をゼロから作成しますが、CNC 機械加工はサブトラクティブです。つまり、「ブランク」または「ワークピース」と呼ばれる固体ブロックから材料を徐々に除去して最終製品を作成するという逆の働きをします。 CNC マシンはデジタル設計ファイルを介して指示され、デバイスがワークピースを切断する方法の指示に変換されます。

コンピュータを使用して機械加工プロセスを自動化および制御すると、製造業者の生産性が大幅に向上します。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カットを作成できるため、人間のマシンよりもはるかに速くパーツを作成できます。

再現性の高い生産プロセスである CNC 機械加工は、製造部門で基本的な役割を果たしており、ラピッド プロトタイピングの誕生を可能にする大きな役割を果たしています。パンチング テープや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する必要がありました。これにより、特に大規模な手動製造に機械が使用された場合は特に、最終プロトタイプ製品に大きな誤差が生じました。 CNC 機械加工は、プロセスの効率を高めることで製造を変革し、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。

最新の CNC 機械加工は、高精度の部品を生み出す汎用性の高い製造プロセスであり、さまざまな業界でさまざまな製品を作成するのに役立ちます。これには、自動車のシャーシや飛行機のエンジンから園芸工具や手術器具まで、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、3 軸と多軸の 2 種類があります。

3 軸加工

3 軸機械加工には、CNC フライス加工と CNC 旋盤加工のプロセスが含まれます。どちらも、ワークピースを切断する際に 3 つの直線軸に沿って切断デバイスを移動させることを伴います (3 つの軸は、左から右、前後、および上下）。

CNCフライス盤では、切削工具やドリルが高速で回転して材料を除去する間、ワークピースは固定されているため、高精度の部品が得られます。マシンはプログラミングと操作が簡単で、単純な幾何学的デザインを特徴とするほとんどの部品の作成に使用できます。

ただし、切削工具とドリルは 3 つの軸に沿ってしか移動できないため、ワークピースの特定の設計または領域は、完成または到達が困難な場合があります。多くの場合、ワークピースを回転させることで回避できますが、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する可能性があります。

一方、CNC 旋削プロセスでは、工作物を回転するスピンドルに取り付け、旋盤を使用して部品を成形します。旋盤は、特に大量生産に使用される場合、CNC フライス盤よりも高速かつ低コストで部品を製造できますが、旋盤の主な制限は、回転対称の部品の製造にしか使用できないことです。これには、ネジ、ボウル、椅子の脚などの部品が含まれます。

多軸加工

多軸 CNC 機械加工ファミリーには、インデックス付き 5 軸 CNC フライス加工、連続 5 軸 CNC フライス加工、およびライブ ツーリングによる旋削加工の 3 つのプロセスが含まれます。

3 軸加工と比較して、多軸加工では、フライス加工および旋削加工中の動きの自由度が高くなります。 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 (両方ではない) が回転しますが、5 軸プロセスでは、回転と 3 つの直線軸に沿った移動の両方が可能です。これにより、より複雑な部品を作成する機会が開かれますが、多軸マシンはより高価であり、専門のマシンとオペレーターが必要です。

インデックス付き 5 軸 CNC フライス加工は、3+2 CNC フライス加工と呼ばれることがあります。これは、加工プロセス中に切削工具が 3 つの直線軸に沿ってのみ移動し、ワークピースには 2 つの回転自由度があるためです。 5 軸フライス加工の主な利点は、作業の合間にワークピースを手動で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、より正確に作成できるようになることです。

連続 5 軸 CNC フライス盤では、各操作中に切削工具とワークピースの両方が同時に回転および移動できます。これにより、製造業者は、他の形式の技術を使用して同等の精度で複製することができない、滑らかな「有機的」表面を備えた非常に複雑な形状を作成できます。一般に、これは部品あたりの CNC 加工の中で最も高価な形式です。

ミルターニング CNC センターは、CNC 旋盤の要素とフライス工具を組み合わせたものです。ワークピースは、旋盤のように回転するか、ワークピースを特定の角度で固定することができるスピンドルに取り付けられます (5 軸 CNC ミルの機能と同様)。この高い生産性と幾何学的な製造の多様性の組み合わせにより、このプロセスは、遠心圧縮機やカムシャフトなど、回転対称性が比較的緩い部品の作成に理想的です。

用途が広く費用対効果の高い製造ソリューション

すべての CNC 機械加工プロセスにより、メーカーはさまざまな材料から一貫して正確な部品を作成できますが、さまざまな機械の軸の数は、特定の種類の部品の作成に役立ちます。たとえば、3 軸システムを使用すると、より単純な設計のものを迅速かつ手頃な価格で作成できますが、5 軸マシンは、幾何学的に複雑な部品を高速かつ正確に作成するのに適しています。

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