CNC 機械加工は、サブトラクティブ製造プロセスに広く適用されています。 CNC 機械加工では、CAD ファイルで設計されたジオメトリを使用して最終部品を作成するために、さまざまな切削工具によって原材料が固体材料ストックから除去されます。これらの CNC 材料には、金属とプラスチックの両方が含まれます。 CNC 機械加工は、高い公差と優れた特性を備えた最終部品を製造できます。特に、1 回限りの使用や、再現性の高い少量から中量の生産に適しています。 3D プリントと比較すると、CNC 機械加工は、そのサブトラクティブ方式のため、いくつかの自然な制限があります。
CNC加工方法
CNC 加工方法には、CNC フライス加工と CNC 旋削加工の 2 つの主な方法があり、それぞれの方法には、独自の特性を持つさまざまな製造形状に対する利点があります。 5 軸加工、3 軸加工などの他の加工方法は、これらの基本的な方法の組み合わせとして定義できます。
CNCフライス加工
CNCフライス 最も一般的な CNC マシン マシン アーキテクチャとして、通常は CNC 機械加工の用語と同義です。 CNC フライス加工では、未加工の金属ブロックが CNC 機械のベッドに取り付けられ、回転切削工具が最終形状の不要な材料を取り除きます。次のような基本的な CNC フライス加工プロセス:
- CNC マシン オペレーターは、CAD モデルの技術図面を一連のコマンドに転送します。コマンドは、CNC マシン (G コード) で解釈できます。
- 材料ブロックまたはワークピースをプラットフォームに置き、希望のサイズにカットします。正確な位置決めと位置合わせは、正確な CNC 部品製造の鍵であるため、この目的を達成するには、タッチ プローブなどの特別な計測ツールが必要です。
- 数千 RPM の高速で特殊な切削工具を使用すると、材料を希望の形状に除去できます。通常、設計されたパーツを作成するには、いくつかのパスが必要です。まず、ブロックからブロック材料をすばやく取り除き、より低い精度で形状を近似します。次に、最終パーツを作成するために 1 つまたは複数の仕上げパスを行います。
- 背面のスロットなど、切削工具で 1 回のセットアップで到達するのが困難な複雑な機能を備えたモデルが作成されると、部品を裏返し、必要に応じて最終部品が作成されるまで上記の手順を繰り返す必要があります。
フライス加工後、パーツの仕上げにバリ取りが必要です。バリ取りは、鋭いエッジの小さな欠陥を手作業で取り除くプロセスです。技術図面でより高い公差が指定されている場合は、重要な寸法も検査する必要があります。最後に、パーツは使用または後処理の準備が整います。
ほとんどの CNC フライス加工システムには、通常の 3 つの直線角度、X、Y、Z 軸があります。 5 度の高度なシステムにより、ベッドまたはツール ヘッドに A および B 軸としてさらに回転が追加されます。 5 軸 CNC 機械加工では、複数の機械をセットアップしなくても、複雑な形状の部品を製造できます。
CNC旋盤加工
CNC旋 固定切削工具を使用して、回転チャック上のブロックの材料を除去するプロセスです。最後に、中心軸に沿って対称なパーツを作成します。通常、旋削部品は、フライス加工部品よりも低コストで高速に製造できます。 CNC旋削の主な手順は次のとおりです。
- Gコードは設計されたCADモデルから生成され、次に適切な直径サイズのシリンダーストック材料を選択し、CNCマシンにロードします.
- 材料ストックは高速で回転し、静止した切削工具はその線形をたどり、最終的な設計形状まで材料を徐々に除去します。中心軸上の穴フィーチャは、センター ドリルと内部切削工具によって製造できます。
- 複雑なパーツを反転または移動する必要がある場合は、切断プロセスを繰り返して、最終的に必要な形状を作成します。それ以外の場合は、処理されたパーツを使用または後処理のためにフォーム ストックから切り取ることができます。
旋盤とも呼ばれるCNC旋盤システムで、円筒部品の製造に適用されます。さらに、非円筒部品は、CNC フライス工具を装備できる最新の CNC 多軸 CNC ターニング センターで製造することもできます。これらのシステムは、CNC ターニングの高い生産性と CNC フライス加工機能を組み合わせて、カムシャフトやコンプレッサー インペラーなど、回転対称性が緩い広範な形状を作成します。
CNC フライス加工と旋削システムはぼやけているため、より一般的な製造プロセスであるため、CNC フライス加工に焦点を当てます。
CNC マシン パラメータ
CNC マシンのオペレータは、G コード生成プロセスで加工パラメータを決定します。ビルドサイズと精度はどれが正常ですか。
CNC マシンのビルド サイズは大きく、CNC フライス システムは最大 2000 × 800 × 100 mm の寸法を製造でき、CNC ターニング システムは最大 500 mm の直径を製造できます。
CNC 機械加工は、高精度で厳しい公差を備えた機械加工部品を提供できます。当社の標準公差は± 0.125 mm の精度ですが、厳密な公差は ± 0.025 mm の精度を達成できます。
CNC マシン パラメータ
CNC マシンのオペレータは、G コード生成プロセスで加工パラメータを決定します。ビルドサイズと精度はどれが正常ですか。
CNC マシンのビルド サイズは大きく、CNC フライス システムは最大 2000 × 800 × 100 mm の寸法を製造でき、CNC ターニング システムは最大 500 mm の直径を製造できます。
CNC 機械加工は、高精度で厳しい公差を備えた機械加工部品を提供できます。当社の標準公差は± 0.125 mm の精度ですが、厳密な公差は ± 0.025 mm の精度を達成できます。
CNC切削工具
CNC マシンは、さまざまな切削工具を使用してさまざまな形状を作成します。CNC で最も一般的な加工工具を紹介します。
ミルツール 通常のフラットヘッド、ブルヘッド、ボールヘッドの3種類。これらのさまざまなエンド ミル ツールは、さまざまな機能の詳細を持つスロット、溝、キャビティ、およびその他の垂直壁の製造に適用されます。ボール ヘッド ツールは、5 軸 CNC 機械加工でも広く使用されており、曲率と自由度のあるジオメトリを備えたサーフェスを作成します。
ドリル 穴を作成するために一般的に使用されますが、標準外の直径の場合、プランジング フラット ヘッド エンド ミルの通行料をらせん状のパスに適用できます。
スロットカッター シャフトの直径が刃先よりも小さいため、スロット カッターは、垂直な壁の側面から材料を除去する過程で、T スロットやその他のアンダーカットを作成できます。
タップ ねじ穴の製造に適用されます。これには、回転速度と直線速度の正確な制御が必要です。一部のマシンセンターでは、手動タッピングがまだ広く適用されています。
正面フライスカッター 大きな平らな表面から材料を除去するための非常に効果的なツールです。通常の工具よりも直径が大きいため、少ないパスと短い時間でより広い領域を加工できます。正面フライス加工は、ブロック寸法を準備するための加工サイクルの初期に行われることがよくあります。
幾何学的な複雑さと設計上の制限
CNC 加工は 3D プリントとは異なり、設計の自由度が高くなりますが、 いくつかの制限、複雑性の高い部品は、製造ステップと最終コストを増加させます。
CNC の主な制限は、接続先です。 切削工具の形状.切削工具は円筒形のプロファイルを持っているため、スロットの内側のエッジなどは丸みを帯びています。
ツールへのアクセス もう 1 つの主要な CNC 機械加工の制限です。ブロック材料は、工具が届く領域でのみ除去できます。 3 軸 CNC マシン システムの場合と同様に、すべての機能は上方向から直接アクセスできるように設計する必要があります。 5 軸 CNC マシン システムは、パーツとツールの間の角度を調整できるため、より複雑なパーツを作成して、届きにくい領域に入ることができます。
薄肉や微細な形状は、CNC マシンで作成するのは困難です。薄肉は加工時の振動や切削抵抗により割れやすくなります。推奨される最小肉厚は、金属の場合は 0.8 mm、プラスチックの場合は 1.5 mm です。
CNC加工の特徴
CNC 機械加工は、すべてのエンジニアリング材料を含む幅広い材料領域で、優れた材料特性を持つ部品を製造できます。 3D プリントとは対照的に、CNC 機械加工部品は、バルク材料として完全に等方的な物理特性を備えています。 CNC 機械加工は、金属の試作や大量生産で広く使用されています。プラスチックは、剛性が低く、溶融温度が低いため、製造がより困難です。
CNC加工材料
CNC加工材料 コストは大きく異なります。金属材料ではアルミニウム 6061 が最も経済的なオプションであり、プラスチックでは ABS が最も低価格です。さらに、材料の物理的特性も CNC の全体的なコストに影響を与えます。たとえば、硬質金属のステンレス鋼は、アルミニウムよりも機械加工がはるかに困難です。
| 材料 | 特徴 |
| アルミニウム 6061 | 優れた強度対重量比 良好な機械加工性 低硬度 |
| ステンレス鋼304 | 優れた機械的特性 グーグ耐食性 比較的加工難易度が高い |
| 真鍮C360 | 高延性 優れた機械加工性 耐食性良好 |
| ABS | 優れた耐衝撃性 良好な機械的特性 溶剤に弱い |
| ナイロン | 良好な機械的特性 高靭性 耐湿性が悪い |
| POM | 高剛性 優れた熱特性、電気特性 比較的脆い |
後処理と表面仕上げ
CNC 機械加工された部品は常に目に見えるツール マークを残します。後処理は、表面仕上げを改善し、耐摩耗性、耐腐食性、耐薬品性を高め、外観を最適化する効果的な方法です。陽極酸化、ビーズブラスト、粉体塗装などの主な後処理方法。
CNC加工のメリット
- CNC 機械加工は、ハイエンド アプリケーションに最適な高い精度と再現性を提供します。
- CNC 材料は完全に等方的な物理特性を持ち、エンジニアリング アプリケーションに適しています。
- CNC 機械加工は、少量から中量の部品生産に最も効果的な製造方法です。
CNC加工の限界
- サブトラクティブ法のため、CNC 機械加工は高価であるか、特定の形状の製造には不可能です。
- CNC 機械加工は、特にプラスチック材料の低コストのプロトタイプ作成の場合、3D プリントよりも初期費用が高くなります。
- CNC マシンを操作するには専門知識が必要であり、3D プリント (2 ～ 5 日) よりもリードタイム (10 日) が長くなります。