部品試作の実証済み6つの手法：CNC加工から仕上げまで

「百聞は一見に如かず、経験に勝る先生なし」。設計プロセスで試作を省けば多少の時間は節約できるかもしれませんが、開発プロセスでより多くの時間を浪費することになります。パンツを試着してから買う、車を試乗してから買うのが当たり前なら、開発フェーズに入る前にプロトタイプ部品で設計を検証するのは当然のことです。

プロトタイプ部品のためのCNC加工

プロトタイプの作り方やプロセスの選び方に唯一の正解はありません。ここでは、ラピッドプロトタイピング分野で主に使用されるプロセス、CNC加工について説明します。これは3Dプリントとは異なる切削加工（減法製造）です。一般的に、サプライヤーは案件を受けると以下の手順を踏みます。

1. 加工図面の解析と加工方針の決定

顧客から提供された加工図面に基づき、担当者は部品の形状、寸法精度、表面粗さ、材質、素材タイプ、熱処理状態を分析します。その上で、工作機械、工具、位置決め・クランプ装置、加工方法、加工順序、切削条件を決定します。

加工プロセスを決定する際は、使用するCNC工作機械の指令機能を十分に考慮し、機械の効率を最大限に引き出して、合理的な加工ルート、最少のパス数、最短の加工時間を実現します。

2. 工具パスの座標値を合理的に計算

加工対象部品の幾何学的寸法とプログラム座標系に基づき、工具中心の軌道を計算して全工具位置データを取得します。一般的にNC装置には線形補間と円弧補間機能があります。直線と円弧で構成される平面形状の輪郭加工では、幾何要素の始点、終点、円弧の中心（または半径）、2つの幾何要素の交点や接点の座標値を計算するだけで済みます。

NC装置に工具補正機能がない場合は、工具中心の運動パスの座標値を計算します。非円曲線や曲面で構成される複雑な形状の部品では、直線（または円弧セグメント）で実際の曲線や曲面を近似し、必要な加工精度に応じて節点の座標を計算します。

3. 部品のCNC加工プログラムを作成

部品の工具パス、工具移動軌跡データ、決定された加工パラメータと補助動作に基づき、プログラマーは使用するCNCシステムで規定された機能指示とブロックフォーマットに従ってプログラムを作成します。作成時は、第一にプログラム記述の規範性（表現と伝達が容易であること）、第二に使用するCNC工作機械の性能と指示に精通した上で、各指示の技術とプログラムセグメントのプログラミングスキルを駆使することが重要です。

4. 材料の調達

一般的な加工材料は金属とプラスチックです。金属は主にアルミニウム、ステンレス鋼、板金、マグネシウム合金、チタン合金など。プラスチックはABS、PMMA、PC、PP、POMなどです。

5. CNC加工プロセス

材料を機械にセットして最初に行うのは荒加工です。荒加工では、機械の出力または工具の許容範囲内で、できるだけ大型の工具を使い、大きな切削量で大量のワーク材料を素早く除去します。荒加工中の切削振動でワークが緩まないよう、荒加工後はすぐにチェックし、必要なら再位置決めを行います。
複雑なキャビティを持つワークでは、荒加工で大型工具を使うため、コーナーに大量の残留削り残しが生じます。これらを荒加工より小さい工具で二次荒加工またはコーナークリアランス加工で除去します。加工面積が比較的大きい場合は、中仕上げを行って工具摩耗を抑制できます。
オーバーカットを防ぐため、上記の工程では十分な代（仕上げ代）を残し、最後に仕上げ加工を行います。通常は工作機械上で検査し、合格したら取り出して次のワークの準備をします。