CNC加工：精度、自動化、現代製造

コンピュータ数値制御（CNC）加工は製造業でますます一般的になっています。CNC技術は高品質部品を製造するための汎用的な自動化手段を提供します。CNC加工プロセスが提供する高精度と繰り返し精度により、ほとんどのメーカーにとって理想的なツールとなっています。ますます普及するにつれ、現在ではさまざまなCNC加工サービスを専門とする複数の加工工房を簡単に見つけることができます。この記事では、CNC加工サービス、利点、用途に関する基本知識に焦点を当てます。

CNC加工とは？

CNC加工は製造および産業用途でよく使用される用語ですが、CNCの略語は正確には何を意味するのでしょうか？

CNCは「コンピュータ数値制御」を意味し、CNC加工は通常、コンピュータ制御と工作機械を使用してワークピースから材料層を除去し、カスタム設計部品を製造する減材製造プロセスと定義されます。旋削、フライス加工などのプロセスで、さまざまな加工モード、インサート、軸を使用して最良の結果を得ることができます。このプロセスは金属、プラスチック、木材、ガラス、フォーム、複合材料などさまざまな材料に適しており、大型CNC加工や航空宇宙部品CNC加工など、さまざまな産業で使用されています。

CNC加工の自動化された性質により、高精度と高い正確性、シンプルな部品、単品および中量生産でのコスト効率が実現されます。CNC加工はコンピュータ制御を使用して、開始から終了までの加工プロセス全体を処理し、最終的に一貫した精密部品を生産します。CNC加工はその自動化能力により特に有利です。自動化により機械が独自に動作し、手作業を減らし、精密部品を生産します。

CNC加工プロセス概要

すべてのCNC加工操作は部品のCADモデルから始まります。CAMプログラムが生成されたファイルを読み取り、加工装置が従う一連のコーディング指示に変換します。これらのプロセスを使用する主なメリットは、ドキュメントが承認されると、人間の介入がほぼ不要（またはまったく不要）になることです。代わりに、コンピュータ制御が機械の動きを監視しガイドし、潜在的なエラーを最小限に抑え、極めて一貫した結果を得ます。

異なるCNC加工装置は異なる工具、機能、操作を扱えます。CNC加工プロセスには通常、以下のステップが含まれます：

1. CADモデルの設計

CNC加工プロセスは社内で開始されるか、CAD/CAM設計サービス会社によって2Dベクトルまたは3Dソリッド部品のCAD設計が作成されます。コンピュータ支援設計（CAD）ソフトウェアにより、設計者とメーカーは部品と製品のモデルやレンダリングを生成でき、部品の幾何学、寸法、その他の技術仕様などの詳細情報を含められます。

CAD設計が完了すると、設計者はそれをSTEPやIGESなどのCNC互換ファイル形式にエクスポートします。

2. CADファイルをCNCプログラムに変換

設計完了後、設計仕様をCNCマシンが従う指示に変換します。CADファイルをコンピュータ支援製造（CAM）ソフトウェアで実行します。これらのプログラムはプログラミングコードを作成し、CNCマシンが加工中に工具を配向するために使用します。ソフトウェアは部品の幾何学に関する情報も抽出し、オペレーターが初期部品の正しいサイズと配向を確認するために使用できます。

これらのCNC互換命令セットは通常、以下の2つのファイルタイプのいずれかです：STEPまたはIGES。これらにはGコードとMコードが含まれます。CNCプログラミング言語で最も有名な汎用または幾何学コード（Gコードと呼ばれます）は、機械工具がいつ、どこで、どのように動くかを制御します（例えば、オン/オフのタイミング、機械工具への移動速度、ワークピース上の特定位置、取る経路など）。雑多機能コード（Mコードと呼ばれます）は、生産開始時と終了時の機械カバーの自動着脱など、機械の補助機能を制御します。

CNCプログラム生成後、オペレーターがそれをCNC工作機械にロードします。

3. CNC工作機械の準備

自動製造と比較して手動操作の役割ははるかに小さくなりますが、機械では管理できない重要な操作を依然として処理します。

CNCプログラムファイルを工作機械にロードし、ワークピースを工作機械上、機械主軸上、バイスまたは類似のワークピース固定装置上に直接固定し、必要な工具（ドリルビット、エンドミルなど）を適切な機械コンポーネントに接続し、作業エリア、機械、ワークピースをチェックします。

4. 加工操作の実行

装置を準備しプログラムを開始すると、統合コンピュータに工具動作と移動を指示するマシンコマンドが送信されます。コンピュータが機械工具を操作・操縦し、CNC加工装置がステップを実行し、ワークピース上で加工操作を実行します。プログラムは必要な機械操作を実行しながらプロセス全体をガイドし、さらなるオペレーター入力なしでカスタム設計部品や製品を生産します。指示完了後、部品は仕上げと梱包プロセスに進めます。

CNC加工操作の種類

以下は一般的に使用される加工技術です。これらの各プロセスは部品の製造とその独自の性能向上に重要な役割を果たします。

CNC旋削

旋削中、ワークピースが回転し、切削工具が移動スライダーに配置されワークピースに送られ、所望のパターンの材料を除去します。スライダーはワークピースの長さに沿って上下に回転できます。

同様に、中心線から離れたり近づいたりできます。この操作は大量の材料を迅速に除去するのに非常に適しています。

旋盤は、円形部品の外周に同心形状を作るために一般的に使用される旋削装置です。旋盤は溝、環状溝、段付きショルダー、内外ねじ、シリンダー、シャフトなど、多くの円形または丸い特徴を作れます。また、特徴的な滑らかで均一な表面仕上げも生成できます。

CNCフライス加工

フライス加工と旋削の根本的な違いは、ワークピースが固定されたまま切削工具が主軸上で回転することです。一般的に、ワークピースは水平にバイスに固定され、XおよびY方向に動くワークテーブルに取り付けられます。主軸にはさまざまな切削工具が装備され、X、Y、Z軸で移動できます。

(詳細: CNCフライス加工とは？)

フライス加工には周辺フライスと面フライスの2通りがあります。周辺フライスは深い溝を切削でき、面フライスはワークピースの平面を切削できます。フライス加工は加工済みワークピースの補助プロセスとして使用できます。フライスカッターは、正確な切削角度に依存する正方形/平面、ノッチ、面取り、溝、輪郭、キーウェイ、その他のフィーチャーを作成するために使用されます。

フライス盤も穴あけ可能ですが、より複雑で非対称な部品からブランクを除去することに優れています。すべての金属加工操作と同様に、切削液を使用してワークピースと切削工具を冷却し、潤滑し、金属粒子を洗い流します。

旋削センターと同様に、オペレーター介入なしで部品に一連の操作を実行できるフライス盤は一般的で、垂直または水平マシニングセンターと呼ばれます。これらは常にCNCベースです。フライス加工と旋削は、ほとんどのCNCマシン操作を共同で担当しています。

平面研削

多くの用途で金属部品の非常に平らな表面が必要です。これを実現する最良の方法は研削盤を使用することです。平面研削盤はワークテーブル上で往復運動しながらワークピースを砥石に送り込みます。砥石の切り込み深さは通常0.00025〜0.001インチです。円筒研削盤はワークピースを中心で固定して回転させ、回転砥石の外周をそれに適用します。

センターレス研削は、全体以外のいかなる表面とも関連しない小型部品の大量生産に使用されます。

研削は平らな形状と円筒形状から少量の材料を除去するために使用されます。研削される材料に応じて、さまざまな種類の研削材が使用されます。研削プロセス中の熱と機械的ストレスはワークピースに悪影響を及ぼす可能性があるため、工具の速度と温度を慎重に制御する必要があります。

放電加工（EDM）

放電加工はスパーク侵食とも呼ばれ、電気放電を使用してワークピースに必要な切削を行います。EDMは導電性材料で作られたワークピースで使用できます。この方法では、誘電体液を通じて電極から導電性ワークピースの表面に火花を伝送します。この方法により、小径穴、金型キャビティなど、熱処理で軟化させる必要なしに非常に微細なフィーチャーを加工できます。

CNC加工の利点

従来の製造方法と比較して、CNC加工には多くの利点があります。多くのメーカーがCNC加工技術を好みます。CNC加工の利点は以下の通り：

より高い精度と正確性

CNCマシンは同じ部品を数千回複製でき、各部品は前の部品と同じサイズです。さらに、CNC加工は手動加工方法と比較して非常に詳細なプログラミング操作を使用します。マシンはこれらの指示に従い、不要な変更や人為的エラーを許しません。部品は高品質、精密、同一です。CNC加工は複雑な設計の部品も生産できます。

生産性の向上

CNC加工プロセスは大幅な時間節約と生産効率向上も実現します。従来の加工装置では、オペレーターが各操作で手動で装置を設定・構成する必要があります。対照的に、CNC加工装置はコンピュータコードを単純に調整するだけで必要な変更を行えます。CNC加工装置を備えた機械は24/7部品を生産できます。機械は最小限の手動介入で連続稼働できます。

より広い汎用性

CNC加工操作は金属、ポリマー、その他の材料の複数の設計に適しています。垂直および水平CNCフライス盤と多軸CNCマシニングセンターの利用可能性により、優れた汎用性が提供されます。さまざまな複雑さとパラメータを持つプロジェクトを正確に処理できます。この汎用性により、多くの異なる部品と製品の製造に適しています。

高い一貫性

設計のマスターファイルが一度作成されれば、それを使用して無制限のコピーを作成でき、すべてのコピーは偏差なしで同じ品質であり、各部品は前のバージョンと完全に一致します。

CNC加工の産業と用途

CNC加工は多くの産業で適用されています。特に高精度部品を要求する産業にとって理想的な選択です。

医療産業：

患者治療のための大量の標準精密部品とカスタマイズ装置を生産。医療産業は患者の多様なニーズを満たすためにカスタマイズ製品に依存しています。この産業の部品は、各コンポーネントが必要な正確な寸法を持つことを保証するために高精度を要求します。一緒に組み立てられる部品は、医療誤診と部品故障を避けるために最小限の誤差マージンを持つ必要があります。

航空宇宙産業：

複雑で精巧な設計を持つ精密で厳しい公差のコンポーネントを航空機向けに製造。航空宇宙産業のCNC加工はこれらの高精度要件を満たさなければなりません。CNC加工を使用して部品を作成することで、航空宇宙産業は極めて高い公差要求を持つ必要なカスタマイズ部品を取得しています。

輸送産業：

CNCマシンがさまざまな材料を使用して部品を作れるため、ブレーキからエンジン部品、さらには工具まで、これらのマシンで作れる製品は多岐にわたります。輸送産業では、さまざまな車両で使用される部品、より高度な装置とシステムのテストと試作用部品が必要となる場合があります。

電子産業：

加工は大型部品を生産できますが、電子産業で使用されるような小型部品の設計にも優れています。部品が小さいほど公差は厳しくなります。電子電気部品に関しては、マイクロマシニングプロセスでは誤差の余地がほとんどありません。切削と制御工具のタスクをコンピュータに任せることで、人間では達成できないレベルの精度を可能にします。電子産業はCNC加工部品の優れた精度から大きな恩恵を受けています。

石油・ガス産業：

石油精製所と掘削リグ用の大型機械を製造するために、石油化学産業はうまく組み立てられる精密部品を必要とします。CNC操作は産業用の大型または小型部品を生産でき、また産業でますます使用されている電子ギアに必要なコンポーネントも生産できます。

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CNC加工は事実上あらゆる産業の部品と製品の製造に理想的です。より高い精度、正確性、処理速度を提供します。

SANS Machiningでは、品質、一貫性、迅速なカスタマーサービスの必要性を理解しています。

機械加工製造工場として、10年以上の経験を持ち、MOQなし、短納期、高品質製品でカスタムCNC加工部品の製造を専門としています。

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