CNCフライス加工とは：技術、用途、メリットを徹底解説

CNCフライス加工は、この世紀で最も印象的な技術の一つです。CNCフライス加工の信頼性と汎用性により、楽器製造、電子産業、医療、自動車などの新産業へ急速に拡大しました。これはプラスチックと金属の迅速なプロトタイピングと大量生産に理想的な方法です。ほとんどのCNCフライス加工は金属加工に適していますが、これらの工具は極めて汎用性が高く、さまざまな業界向けのカスタム精密部品を製造できます。

業界関係者にはCNCフライス加工のプロセスと用途はよく知られていますが、業界外の人々はその用途や仕組みに馴染みがないかもしれません。

したがって、プロセス自体と機械のさまざまな側面に焦点を当て、フライス加工を深く研究します。これにより、部品製造にCNCフライス加工サービスが必要かどうかを判断するのに役立ちます。

CNCフライス加工とは

フライス加工を探しているとき、人々はしばしばCNC加工を要求します。加工はフライス加工と旋盤加工に分かれますが、両者には明確な違いがあります。機械加工とは、さまざまな工具を使用して物理的接触により材料を除去する機械切削技術を指します。CNCフライス加工は、コンピュータ数値制御システムを使用してプロセスを自動化する製造方法の一つです。

コンピューティング技術の登場前、フライス加工は手動または機械的に操作されていました。現在では、コンピュータ数値制御フライス盤によって実行されます。CNCフライス加工（コンピュータ数値制御フライス）は、コンピュータ制御と回転切削工具を使用して、ワークピースから材料を徐々に除去し、カスタム設計された部品や製品を製造する加工プロセスです。

これらの機械はマシニングセンターと呼ばれ、切削工具主軸の方向に応じて横型または縦型に分類されます。マシニングセンターは、工具マガジン、ターンテーブル、自動工具交換システム、コンピュータ制御、ハウジング、クーラントで構成されます。現在、フライス加工は旋盤加工と統合され、逆もまた然りで、より高い柔軟性と生産性向上を実現しています。このプロセスは、金属、プラスチック、ガラス、木材などさまざまな材料の加工に適し、様々なカスタム設計部品と製品を製造できます。

コンピュータ制御CNCは比類なき精度を実現し、特定のデジタルコードをデカルト座標に変換することで、ほぼ手作業では不可能な最小限の詳細まで絶対的な精度で各部品を製造します。

精密部品の製造において、CNCフライス加工は確かに比類なきものです。CNCフライス加工部品の極めて高い精度を購入者に保証し、これは従来のフライス加工方法では真似できません。部品製造は高い再現性を提供し、単一の部品であっても複数の部品であっても、高品質、精密な精度を提供できます。

CNCフライス加工プロセス

ほとんどの従来の機械的CNC加工プロセスと同様に、CNCフライス加工プロセスはコンピュータ制御を使用して、原材料を切削・成形する工作機械を操作・操作します。また、すべてのCNC加工プロセスと同じ基本的な生産段階に従います：

2Dまたは3D CADモデルの設計

CADモデルをCNCプログラムに変換

このプログラムは、機械の機能に適合するかチェック・修正（必要に応じて）できます。さらに、製造エンジニアはこのソフトウェアを使用して切削プロセス全体をシミュレーションできます。

これにより、設計のエラーをチェックし、製造不能なモデルの作成を防止できます。

プログラムは過去のように手動で記述することも可能です。しかし、これはプロセス全体を大幅に長引かせます。したがって、最新のエンジニアリングソフトウェアが提供する可能性を最大限に活用することを推奨します。

CNCフライス盤のセットアップ

CNC機械が自動的に切削作業を行いますが、プロセスの他の多くの側面は依然として機械オペレーターの支援を必要とします。 ワークピースを機械の作業面（すなわちワークテーブル）またはワークピース治具（バイスなど）に固定し、フライス工具を機械主軸に取り付けます。

初期セットアップが完了したら、オペレーターは機械プログラムを最後に確認し、機械を起動します。

フライス加工操作の実行

フライス加工プロセスは、回転工具がワークピースに接触して切りくずを生成します。CNCフライス加工プロセスが開始されると、機械は毎分数千回転の速度で回転・切削を開始し、目的の形状を生成します。フライス加工は、異なる方向に回転できる円筒形切削工具を使用します。従来の穴あけとは異なり、カッターは複数の軸に沿って移動できます。また、様々な形状、スロット、穴、その他の必要な形状を作成する能力もあります。さらに、CNCフライス盤のワークピースは、カッターに対して特定の方向に移動させることができます。

CNCフライス加工操作

CNCフライス加工は、ネジ、面取り、スロット、ポケットなど多くの異なる機能に適しています。これにより、複雑な設計を単一のCNCフライス加工センターで羨望される精度で製造できます。公差は約±0.1mm。SANSの高精度公差は±0.003mm以内です。最も一般的なCNCフライス加工操作には以下が含まれます：

• 面フライス加工
• 平面フライス加工
• 角度フライス加工
• 形状フライス加工
• プロファイルフライス加工

面フライス加工

面フライス加工とは、切削工具の回転軸がワークピース表面に垂直なフライス加工操作を指します。この方法では、外周と工具表面の両方に歯を持つエンドフェイスカッターを使用します。外周の歯は主に切削に使用され、エンド歯は仕上げ用で、表面仕上げを担当します。一般的に、面フライス加工は仕上げ部品の平面と輪郭を作成するために使用され、他のフライス加工プロセスより高品質な仕上げを生成できます。
面フライス加工の種類にはエンドミル加工とサイドミル加工があり、それぞれエンドミルとサイドミルを使用します。

平面フライス加工

平フライス加工、別名平面またはスラブフライス加工。水平フライスカッターを使用し、切削工具の回転軸がワークピース表面と平行です。必要な結果に応じて、幅広または狭い平面工具を平面フライス加工に使用できます。

フライス加工用途の仕様に応じて、狭い工具と幅広い工具を使い分けられます。狭い工具はより深い切削が可能で、幅広い工具はより広い表面積を切削できます。幅広い工具を使用する場合、低速切削と高速送りでカスタム設計部品のおおよその幾何学形状を生成します。

もちろん、この切削の表面仕上げが要件を満たさない場合があります。オペレーターはその後、より細かい歯のカッター、より高速な切削速度、より遅い送り速度を導入し、仕上げ部品のより正確なディテールを生成します。したがって、経済的観点からは、この2つの組み合わせが良い選択です。

角度フライス加工

角度フライス加工、別名アングルフライス加工。このフライス加工操作により、切削工具の回転軸がワークピース表面に対して一定の角度にあるため、面取り、溝などを作成できます。
単一角度フライスカッター（角度は加工される特定の設計に基づいて決定）を使用して、面取り、鋸歯、溝などの角度特徴を生成します。角度フライス加工の一般的な用途は、45°、50°、55°、60°の燕尾工具を設計に応じて使用する燕尾の製造です。

形状フライス加工

形状フライス加工とは、不規則な表面と輪郭を含むフライス加工操作を指します。より複雑な表面輪郭を生成するには特殊工具が必要です。凸、凹、丸みを帯びた面取りナイフは、ここで使用される工具の例です。これらの工具は、曲面と平面を持つ複雑な設計の部品や完全な曲面など、円形溝、円形エッジなどの作成に役立ちます。これらの工具は、望ましい結果を得るために正しいパラメータを持っている必要があります。

プロファイルフライス加工

一般的なフライス加工操作で、工作機械がワークピースの垂直または傾斜面に切削パスを作成します。このプロセスでは輪郭フライス加工装置と切削工具を使用し、ワークピース表面に対して平行または垂直に配置でき、凸部と凹部の製造に使用されます。プロセスは3ステップ（荒加工、半仕上げ、仕上げ）で構成されます。

このような作業は、4軸および5軸技術が操作を大幅に高速化し、より高品質を提供できるため、CNCフライス加工から大きな恩恵を受けます。

その他のフライス加工操作

上記の操作に加えて、フライス盤は他の特殊なフライス加工と機械加工操作を完了するためにも使用できます。利用可能な他のタイプのフライス盤操作の例には以下が含まれます：

ストラドルフライス加工：ストラドルフライス加工とは、工作機械が1回の切削で2つ以上の平行なワークピース表面を加工するフライス加工操作を指します。このプロセスでは、同じ工作機械マンドレル上に2つの工具を使用し、工具がワークピースの両側に位置するように配置し、両側を同時にフライス加工できます。

ギャングフライス加工：ギャングフライス加工とは、同じ機械主軸上に2つ以上の工具（通常は異なるサイズ、形状、幅の工具）を使用することを指します。各カッターは同時に同じ切削操作または異なる切削操作を実行でき、より複雑な設計と複雑な部品をより短い生産時間で生成できます。

ギアフライス加工

はい、フライス加工もギア製造に使用できます。最初はギアフライス加工です。材料の柔軟性により部品製造が容易になり、大きな公差を達成できます。その後、ギアは表面を硬化させる熱処理プロセスを経ます。その後、CNC旋盤加工が最終結果を担当します。

CNC加工の利点

機械加工アプリケーションで使用される他のタイプのコンピュータ数値制御と同様に、CNCフライス加工には以下の利点があります

高精度

初期プロトタイプを生産する場合でも最終製品を生産する場合でも、プロジェクトがCADまたはCAMファイルで指定された寸法と一致することを確信できます。このような高精度は、生産性の向上と材料廃棄の削減など多くの利点をもたらします。また、加工ハードウェアのコストを最大限に活用できます。

CNCフライス加工の極めて高い精度と正確さにより、航空宇宙と医療の分野で使用され、あらゆる詳細を誤差なしで実行する必要があります。

汎用性

縦型と横型のCNCフライス盤、多軸CNCフライス加工センターの利用により、優れた汎用性を提供します。その結果、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加工できます。

高い再現性

CNCを旋盤、フライス、穴あけのいずれで適用しても、CADまたはCAMファイルに基づいて毎回製品を製造する機械を信頼できます。これは、CNCフライス加工センターの精度によって提供される利点と同様のメリットをもたらします。廃棄物の削減と効率の向上です。

高効率

CNCフライス盤は実際にはオートパイロットで稼働でき、人的関与をほとんど必要としないため、ダウンタイムなしで数日間連続稼働し、同じ精度で部品を一貫して生産できます。CNCフライス加工の基盤となる自動化プロセスは、監視と操作に必要な人員が少ないことを意味し、効率を向上させるだけでなく、製造コストも削減します。

プロセス全体を監督するにはわずかな熟練専門家のみ必要で、エンドユーザーにとってより高いコスト効率を意味します。

高度な可能性

高度な自動化ソフトウェアと設計ソフトウェアのおかげで、製造プロセス自体は似ていても、CNCフライス盤は手動機械を操作する最も熟練した技術者を凌駕できます。
これは、より良い一貫性とヒューマンエラーの排除を意味するだけでなく、異なるサイズ、形状、さらにはテクスチャを持つはるかに複雑な設計を生成できることを意味します。

高い一貫性

CNCフライス加工の背後にあるプロセスはほぼ自動化されているため、ツールを管理する人が変わっても優れた一貫性を生み出せます。
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、すべてが偏差なしで同じ品質を持ちます。各部品は、最も熟練した手動オペレーターでさえ真似できないレベルで前のバージョンと完全に一致します。

CNC加工の用途

CNC機械が極めて高い精度を持つため、航空宇宙産業で広く使用されているのは理解できます。この技術は、航空機の安全性と正常な機能を確保するために使用されるさまざまな部品の製造において重要な役割を果たします。

CNC加工は、医療技術の分野でも重要な役割を果たします。チタンとステンレス鋼の複数グレードを使用して、メス、医療機器、インプラントの製造に一般的に使用される部品と工具を製造できます。

CNC技術の進歩により、より安価で信頼性が高くなったため、電子製品やスポーツ用品などの消費者製品、特に精度を要求し、金属とプラスチック材料を組み合わせた部品にますます広く使用されるようになりました。

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