最適な結果を得るための重要な CNC 機械加工設計ガイドライン

確かに、CNC 加工は多用途であり、すべてのデザインが可能であるわけではありません。言い換えれば、スムーズな加工を確保するために認識する必要がある制限と制限があります。 CNC 設計上の 2 つの主要な制限は次のとおりです。

ツールの形状

ほとんどの CNC 切削工具には切削長に制限があります。また、それらはすべて円筒形や幾何学的形状もあります。ワークピースから材料を除去する際、これらの切削工具は円筒形状をワークピースに転写します。これが、切削工具のサイズに関係なく、ワークピースの内側のコーナーに常に半径がある理由です。

ツールへのアクセス

深さと幅の比率がかなり大きいワークピースを加工する場合、工具へのアクセスが大きな問題となります。この懸念は、CNC 機械がワークピースに上から切削工具を当てて切削するためです。

言い換えれば、上面からアクセスできないワークを加工することは困難です。このルールの唯一の例外は、CNC 機械加工部品のアンダーカット加工中に発生します。

部品またはコンポーネントの特徴を 6 つの主要な方向の 1 つに合わせることが、このツールへのアクセスの課題を軽減する 1 つの方法です。また、優れたワーク保持能力を備えた 5 軸 CNC 加工を使用することで、工具へのアクセスが制限されなくなります。

CNC 加工の世界では、一般に受け入れられている一連の標準はありません。これは主に、業界と使用される機械が常に進化しているためです。ただし、いくつかのベスト プラクティスと推奨事項は、設計品質を一流に保つのに役立ちます。これらの推奨事項には次のものが含まれます。

1.内部エッジ

内側エッジを作成する場合、垂直コーナー半径はキャビティ深さの少なくとも 3 分の 1 である必要があります。指定されたコーナー半径を使用する場合は、推奨されるキャビティ深さの直径ツールを使用できます。

推奨値よりわずかに大きいコーナー半径により、90 度の角度ではなく円形のパスに沿って切断できるため、より高品質の表面仕上げが得られます。 90 度の角度が必要な場合は、コーナーの半径を小さくするのではなく、T ボーン アンダーカットを使用することをお勧めします。

2.穴

穴を作成するために、機械工はドリルビットまたはエンドミル装置を利用する場合があります。設計の穴の直径を決定する際のガイドとして、メートル法またはインペリアル単位で測定された標準のドリル ビット サイズを使用することをお勧めします。

技術的には、1 ミリメートルを超える寸法は実現可能です。機械オペレーターは、リーマーやボーリング装置を使用して、正確な公差内に収まる必要がある穴を完成させます。高い精度が必要で 20 ミリメートル未満の穴には、標準直径を使用するのが最善です。

CNC 加工用の部品を設計する場合、穴の最大提案深さは公称直径の 4 倍ですが、この量の 40 倍も実現可能です。公称直径は通常、比率の 10 倍です。

3.スレッド

CNC 加工品の開発時に使用される最小ねじサイズは M2 ですが、通常は M6 以上が理想的です。機械工は、CNC ねじ切り機を使用して M6 ほどの小さなねじを切ることで、タップ破損の危険を抑えることができます。

最小ねじ長さは公称直径の 1.5 倍である必要があり、推奨長さは通常の 3 倍です。 M6 未満のネジの場合は、穴の底に公称直径の 1.5 倍のネジなしの長さを追加する必要があります。 M6 を超えるねじには、穴の長さ全体にねじを通すのが最適です。

4.空洞とポケット

エンドミル工具には切削長さの制限があるため、業界が推奨するキャビティ深さはどの設計でも幅の 4 倍です。深さと幅の比率が低いと、切りくず排出、工具のたわみ、振動が大きくなります。

CNC 設計にはより大きな深さが必要ですか?この課題を解決する 1 つの方法は、可変のキャビティ深さと特殊なツールを使用することです。

5.小さいテキストまたは盛り上がったテキスト

部品に部品番号または会社名をマークする必要がある場合があります。カスタム CNC 設計でテキストを追加すると非常にクールに見えますが、処理には時間がかかります。通常は、電気化学エッチングまたはレーザー マーキングの方が優れています。

ベスト プラクティスを維持し、CNC 加工の基本を理解することは、部品や製品の高品質を確保するのに役立ちます。これを念頭に置いて、加工タイプに応じて CNC 加工用の部品を設計する際に留意する必要があるベスト プラクティスをいくつか紹介します。

1. CNC フライス加工用の設計

CNC フライス加工は、丸カッターを使用して原材料から材料を迅速に除去して、目的の形状を得る機械加工技術です。フライス盤には、3 軸から 12 軸まで、さまざまな設計があります。

1.1 一般的に入手可能な切削工具

CNC 部品の設計アイデアを作成する際に、CNC フライス加工で頻繁に利用できるエンド ミル カッターなどの多くのツールを考慮してください。共通のツールを使用して必要な機能と形状を製造できれば、コストとリードタイムは大幅に削減されます。

また、設計を作成する際には、工具の標準サイズを考慮してください。標準よりも半径が小さい設計は、設計が複雑になりコストが発生するためです。

1.2 内側の鋭い角を避ける

フライス工具では鋭いコーナーを実現することは不可能です。その理由は、ここで使用されている刃物が丸いためです。 CNC ミルを使用するには、コーナーの半径が必要であり、コーナーの作成に使用したカッターよりも大きい必要があります。理想的には、切削工具の直径は、切削工具が作る半径の 2 倍になります。

フィレットは、傾斜した表面や抜き勾配のある表面が垂直の壁や鋭利なエッジに接触する場合にも必要です。表面が平坦で工具に対して垂直でない限り、スクエア エンド ミルやボール エンド ミルでは常に壁と表面の下に材料が残ります。

1.3 深くて狭いスロットを避ける

長い工具は振動したりたわむことが多く、その結果、表面仕上げが悪くなります。したがって、エンドミルの最終切込み深さは、プラスチックの切断の場合は直径の 15 倍、アルミニウムの切断の場合は直径の 10 倍、鋼の切断の場合は直径の 5 倍を超えてはなりません。

たとえば、幅 0.55 インチの 0.5 インチ エンドミルで機械加工された鋼材のスロット カットは、2.75 インチより深くてはなりません。この場合、内部フィレット半径 (前の点) も工具直径に依存するため、内部半径は 0.25 インチより大きくなければなりません。

1.4 可能な限り最大の内部半径を備えた設計

カッターが大きいほど、一度に除去できる材料が多くなり、加工時間とコストが削減されます。設計時には、常に許容される最大内部半径を使用してください。可能であれば、0.8 mm より小さい半径は避けてください。

また、フィレットをエンドミルの半径よりわずかに大きくします。たとえば、半径 0.125 インチ (3.175mm) ではなく 0.130 インチ (3.3mm) を使用します。ミルはより滑らかなルートをたどり、表面をより細かく磨きます。

2. CNC 旋削用の設計

CNC 旋削は、旋盤で軸対称の円筒形状の部品を作成する機械加工プロセスです。このプロセスでは、回転チャック上にワークピースを保持しながら、切削工具でワークピースを希望の形状に切断します。この機械加工プロセスにより、表面仕上げが向上し、公差が厳しくなります。

ここでは、旋盤を使用して CNC 切断用のデザインを作成するためのヒントをいくつか紹介します

2.2 鋭い内側および外側の角を避ける

CNC 加工用に設計する場合は、内側と外側の両方で鋭い角を避けることが重要です。内側のコーナーに半径を追加することは、工具がより大きな表面に乗り上げないようにする 1 つの方法です。鋭い内側の角を避けるもう 1 つの方法は、急な側壁をわずかに傾けることです。必要なプロセスが少なくなるため、単一の旋盤切削工具を使用して輪郭を加工する方が簡単になる場合があります。

2.3 長くて薄いパーツを避ける

長くて薄く旋削された部品は回転が不均一になり、工具に対してビビリやすいため、使用を避けてください。長いコンポーネントを作成する場合は、自由端にセンター ドリル用のスペースを残し、パーツの回転をまっすぐに保つためにセンターを利用するようにしてください。また、一般的なガイドラインとして、長さと直径の比率を 8:1 以下に保ってください。

2.4 薄い壁を避ける

フライス加工と同様に、過度の材料除去はコンポーネントに不必要なストレスを引き起こす可能性があります。壁が薄すぎると剛性も低下します。ただし、壁が薄いため、許容差が厳しくなり、維持が困難になります。このため、CNC 加工の設計では、旋削セクションの肉厚を 0.02 インチ以上に保つことが最善です。

2.5 機能の対称性

一般に、旋削部品に追加されるすべてのフィーチャーは、旋削軸の周りで対称である必要があります。軸対称ではないジオメトリやフィーチャーを追加するには、より複雑な加工とセットアップが必要になります。ステップ、テーパー、面取り、カーブは旋削加工に優れた特性です。

場合によっては、軸対称ではない旋削加工品に特性を追加する必要があり、別の操作が必要になる場合があります。必要な場合でも、多少の対称性は維持できます。

3.穴あけのための設計

ワークに穴を開ける作業を指す言葉です。この作業で使用される工具は円錐形の先端を備えており、加工中に材料に深く食い込むことができます。

CNC 穴あけを目的とした設計を作成する場合は、次の提案を考慮してください。

3.1 適切な穴の深さ

穴あけは、最も近いビット直径の 12 倍を超えてはなりません。その理由は、この長さ以上のドリルビットは剛性を失い、厳しい公差を維持する能力を失い、破損する可能性が高くなるためです。また、より深く掘る必要がある場合は、穴の直径を大きくすることを検討してください。

ただし、深い穴が不可欠な場合は、部品の両側からドリルで穴を開けるという方法もあります。 2 番目の機械加工セットアップが必要になるため、製造プロセスに時間がかかり、コストも高くなることに注意してください。

3.2 部分的な穴を避ける

先端がふらつく可能性が高いので、部分的な穴は避けたほうが良いでしょう。ただし、穴の一部だけが必要な場合は、コンポーネントが穴の大部分を保持できるように、ドリルの軸を素材上に維持します。

3.3 ドリルの軸を表面に対して垂直に保つ

先端のふらつきを防ぐために、ドリルの軸は表面に対して垂直である必要があります。丸い物体の表面に機械加工された浅くて平らな底のポケットでは、ドリルが部品の表面に対して垂直に入ることがよくあります。この課題を解決するにはパイロット ホールを使用するのが最善ですが、この選択は CNC 部品の設計ではなく CNC 機械のプログラミング中に必要になります。

3.4 空洞をドリルで開けないようにする

CNC 設計アイデアでドリル穴の位置を計画するときは、パーツにキャビティがまだ存在していないことを確認してください。必要に応じて、穴の中心軸がそうであれば、ドリル穴はキャビティとわずかに交差することができます。