製品設計者のためのCNC CAD設計：包括的概要と必須ルール

コンピュータ数値制御（CNC）工作機械（回転円筒工具を用いてワークピースに自律的に切削を行う）は、製造業に革命をもたらしました。この製造技術は、従来の製造技術で一般的だった人的ミスを排除し、より高い精度と正確さ、より高速な生産速度を提供します。

しかし、CNC工作機械で製造する際、いきなりワークピースを切削し始めるわけではありません。製品設計者はまず、コンピュータ支援設計（CAD）ソフトウェアでモデルを設計する必要があります。CNC工作機械向けの正確で効率的な3D CAD設計を作成するには、いくつかの必須CNC CAD設計ルールを知る必要があります。

本記事では、CNC CAD設計に役立つヒントを紹介します。キャビティ、内部エッジ、穴、テキスト、壁の設計ルールをカバーし、CNCフライス加工向け3D設計データ準備のプロセスを説明します。

CNC CAD設計の5つのルール

CNC加工プロセスは減法的です。ワークピースから材料を除去して目的の製品を形成します。この減法的性質により、加工可能なフィーチャーのタイプに制約が生じます。

例えば、切削工具がアクセスできない表面を加工することはほぼ常に不可能です。また、特殊切削工具でそれらの表面にアクセスできたとしても、望ましい壁厚とキャビティサイズの達成という課題に直面する可能性が高いです。しかし、製品開発プロセスのコンピュータ支援図面段階で以下のヒントを遵守すれば、これらの課題を防止できます。

#1 キャビティの設計

エンドミル工具

CNCフライス加工でキャビティを加工するエンドミル工具は、通常、直径の約3〜4倍の切削長を持ちます。したがって、キャビティ深さをキャビティ幅の最大4倍までに設計することを推奨します。これにより、工具のたわみと振動による加工不正確を防止できます。

しかし、設計機能上より大きな深さが必要な場合は、特殊工具の使用を検討してください。

CNC切削工具の種類について詳しく知る。

#2 内部エッジの設計

CNC工作機械の減法的性質により、キャビティの内部エッジ間に丸みを帯びたコーナー（フィレット）が生成されます。製品設計者は、CAD図面のすべての内部エッジに内部コーナー半径寸法を含めることで、これらの丸みコーナーを考慮します。

内部コーナー半径寸法は、前述のキャビティ深さ要件を満たす利用可能なエンドミル工具のサイズに依存します。また、内部コーナー半径をキャビティ深さの3分の1以上に設計することを推奨します。

しかし、設計機能上、より小さな内部コーナー半径（またはシャープな90°角）が必要な場合、CADモデルでコーナー半径を小さくする代わりに、Tボーンアンダーカットを含めることを推奨します。

#3 穴の設計

CNC機械加工業者は通常、ドリルビットで穴を作ります。これらのドリルビットは標準サイズ（直径）で、0.5mm〜38mmの範囲で提供されます。穴の寸法を標準ドリルビットサイズのいずれかに類似するように設計することを推奨します。これにより追加工具の必要性がなくなり、製造コスト削減につながります。

しかし、設計機能上、非標準径の穴が必要な場合、機械技師はエンドミル工具でこれらの穴フィーチャーを作成します。したがって、キャビティ設計で述べた同じ要件がここにも適用されます。

#4 壁の設計

CNC製造向けの壁設計では、壁厚に細心の注意を払う必要があります。薄い壁は一般的に加工時の振動により精密に製造するのが困難だからです。

金属部品で最小壁厚0.8mm、プラスチック部品で1.6mm以上で壁を設計することを推奨します。プラスチックの方がより厚い壁厚を要求するのは、加工中に金属より軟化と歪みが発生しやすいためです。

#5 テキストと文字の設計

テキストと文字はCNC加工で比較的容易に実現できます。ただし一点注意点があります：彫り込みテキスト（エングレービング）で部品を設計する方が、浮き出しテキスト（エンボッシング）よりコスト効率が良いです。CNC工作機械が彫り込みテキスト実現のために除去する材料が、浮き出しテキストより少ないためです。

また、部品にテキストと文字を設計する際は、サンセリフフォント（Arial、Avenir、Verdanaなど）を使用し、フォントサイズを22ポイント以上にすることを推奨します。

関連記事：減法製造で製品設計課題を解決する方法

CNC CAD設計モデルをCNC加工用に準備する

CNC CAD設計ルールは最適化された3D CADモデルの実現を助け、あらゆるCNC機械加工業者があなたの部品を精密かつコスト効率よく製造できるようにします。しかし、CNC工作機械はこれらの3Dモデルを理解しません。したがって、これらのモデルをCNC工作機械と互換性のあるフォーマットに変換する必要があります。

CNC工作機械で受け入れ可能なフォーマットの一つはDXFファイルフォーマットです。ほとんどのCADソフトウェアでDXFフォーマットで保存でき、それをCAMプログラムにインポートしてCNCプログラミング言語（Gコードとも呼ばれる）に変換できます。Gコードが切削工具とワークピースの動作シーケンスを自動化し、あなたの製品を作り出します。

CNC製造サービス：ゲンスンがサポート

本記事では、CNC加工で望ましい結果を得るための必須設計ヒントを紹介しました。しかし、間違ったCNC機械加工業者と仕事をすれば、まだ多くのことがうまくいかない可能性があります。高度な資格を持つCNC機械技師、エンジニア、品質管理エキスパートを擁するショップと仕事をしたいものです。

ゲンスン・プレシジョン・マシニングはアジア全域で大手CNC製造サービスプロバイダーです。約20年にわたり、幅広い業界のお客様に高品質なCNC加工サービスを提供してきました。高度な資格を持つエンジニア、機械技師、品質管理エキスパートのチームがあなたと連携し、初回から正しく製品を仕上げます。

CNC加工サービスの詳細をご覧ください。