12 種類の CNC マシンの説明: どれが最適か? 

CNCマシンは、材料除去のためのツールパスと動きを自動的に制御する最新の減算型製造装置です。 さまざまな種類のCNCマシン 工業工場や CNCマシンショップ、それぞれ特定の製造目的を持っています。ただし、それらはすべて、提供された G コードと M コードに基づいて、ブランクのワーク材料を最終部品に加工するために使用されます。

CNC マシンの機能、長所、短所、および考えられる用途を理解することで、どのマシンまたはどの組み合わせが製造ニーズを満たすことができるかについて、より適切な決定を下すことができます。

読み進めると、12 種類の異なる CNC マシンについて詳しく説明し、最後にプロジェクトに最適なマシンを選択するための短いガイドを示します。

CNC マシンとは何ですか?

CNC マシンは、自動材料除去プロセスを通じてワークピースを設計形状に変換するコンピュータ化された製造システムまたは装置です。オペレーターがスピンドルとワーク保持の動きを操作する代わりに、G コードと M コードがスピンドルに指示を与えて、事前に決められたパスでさまざまな軸を動かします。ツールの動きに加えて、位置決め、位置合わせ、速度、送り、その他の変数も自動的に行われます。

CNC 統合により、より高速で正確な生産、多様なツールの対応、機械加工後の滑らかな表面仕上げが可能になります。

次に、12 種類の CNC マシンについて簡単に説明します。

1. CNCフライス盤

フライス盤は最も一般的な CNC 装置です。フライス盤は、CNC 制御のスピンドルに取り付けられた多点回転切削工具を使用します。その結果、スピンドルは複数の軸 (3、5、またはそれ以上) にわたって移動し、材料を削り取ることができます。

フライス盤には主に垂直フライス盤と水平フライス盤の 2 種類があります。水平フライス盤では、垂直フライス盤では直角になっているワークピースの表面に対してカッターが平行になります。その他の一般的な種類としては、手動フライス盤、ユニバーサルフライス盤、およびオムニバーサルフライス盤があります。

さらに、CNC ミルは、対応するツールを使用して、切断、面フライス加工、リーマ加工、穴あけ、面取り、タッピングなどの操作を処理できます。

優位性

• エンドミル、フェイスカッター、フライカッター、スレッドタップ、リーマーなど、幅広い切削工具オプションをサポートします。
• 複雑な形状やカスタマイズ性の高い高軸マシン。
• 大型・重量物の加工も可能です。

デメリット

• スピンドルの柔軟性とツールの移動距離によって部品のサイズが制限されます。
• リードスクリューとナットは、CNC フライス加工プロセス中にバックラッシュ エラーを引き起こす可能性があります。 

用途

• 平らなワークピースを複雑な形状、プロファイル、輪郭に変換します。
• 自動車、航空宇宙、医療、その他の産業向けのラピッドプロトタイピング。
• 自動車部品、特注機械部品の本格生産。

 ブランドとコスト

フライス盤市場の主なブランドは、ヤマザキマザック株式会社（日本）、山東辰発株式会社（中国）、および Datron Dynamics（米国）です。標準的な CNC フライス盤の価格は、およそ 30,000 ～ 80,000 ドルです。

2. CNC旋盤と旋盤

旋盤、旋盤、ターニング センターはすべて、同様のタイプの CNC マシンを指し、円錐、シャフト、シリンダーなどの軸対称の形状を作成するために使用されます。タレット ステーションまたは (ツール ポスト) に取り付けられた固定ツールは、回転するワーク バーから材料を供給し、目的の形状を作成します。

CNC 旋盤の主なタイプには、水平型、垂直型、傾斜ベッド型、多軸型、スイス型があります。それぞれが特定の加工要件に最適です。たとえば、スイス旋盤は、小型およびマイクロサイズのフィーチャに最適です。

CNC 旋盤機械は、面取り、旋削、分割、穴あけ、ねじ切り、ローレット加工、テーパ加工、面取り、穴あけなどの作業を実行します。

優位性

• 対称形状に対する高い精度と再現性。
• 旋盤や CNC 旋盤は切削速度が速く、硬い材料も加工できます。
• フライス盤よりもコンパクトで小型です。

デメリット

• 旋盤の能力は円筒形のものに限られる
• 取り扱いと操作はより複雑であり、専門家が必要です。
• 機械の初期セットアップとツールのコストが高い

用途

• 自動車のサスペンション部品、フレーム、ギア、エンジン部品。
• 内部機能を備えたカスタム中空円筒部品
• 機械および工具部品

 ブランドとコスト

Haas Automation (米国)、DMG Mori (ドイツ)、SMTCS (中国) は、旋盤および CNC 旋盤の人気のブランドです。機械のコストは、軸の機能、ベッドのサイズ、モデルによって異なります。ただし、一般的な 3 軸旋盤のコストは、38000 ドルから 60,000 ドルの範囲です。

3. CNCチューニングフライス複合機

前述のように、フライス盤は平面や複雑な輪郭に優れており、旋盤は軸対称のアイテムに最適です。ただし、CNC 旋削フライス複合機またはターンミルセンターは、旋盤とミルの機能を組み合わせることで、両方の種類の形状を生成できます。

旋削フライス加工 CNC 操作では、ワークと切削工具の両方を回転させることができます。これらは、材料を除去するために反対方向に回転します。一方、旋削とフライス加工の両方の種類のツールは、複合機械と互換性があります。

優位性

• この機能を組み合わせることで、機械のダウンタイムが短縮され、生産速度が向上します。
• 他の標準的な CNC マシンと比較して、精度が 0.001 インチまで向上しています。
• 凹凸を最小限に抑え、表面仕上げを向上

デメリット

• 標準的なフライス盤に比べてスピンドルの動きの自由度が低くなります。
• 大型の加工工具を旋削・フライス加工センターに収容するのは困難です。

用途

• 航空機のインペラや医療用インプラントなど、非常に複雑で精密さが求められる部品。
• 自動車用ギア、エンジンバルブ、ベアリング、ギア等

ブランドとコスト

この複合機器のコストは他のタイプの CNC マシンよりも高く、産業用サイズのマシンでは 100,000 万ドル以上します。ただし、小型のマシンは 40,000 万ドル程度で入手できます。さらに、DMG Mori (ドイツ) と Yamazaki Mazak (日本) は、XNUMX つの主要な CNC 複合マシン製造ブランドです。

4.CNCルーター

CNC ルーター マシンは、CNC ミルと同じ動作原理で動作します。違いは、ルーターはより柔らかい材料を加工し、Z 軸の動きが制限されていることです。ルーターには、さまざまな軸に沿って移動できるスピンドルに回転ツールが搭載されています。

CNC ルーターの種類は、自動工具交換装置 (ATC)、ネスト型、産業用です。それぞれにツールと生産機能が異なります。ルーターは、プロファイリング、彫刻、ねじ切り、スロット加工、3D 彫刻、傾斜、面取り、その他多くの操作を実行できます。

優位性

• 柔らかいワークピース、プラスチック、アルミニウム、ゴム、木材などの加工速度が向上し、廃棄物が最小限に抑えられます。
• ATC を使用すると、ダウンタイムが大幅に短縮され、生産性が向上します。
• ルーターは、複雑で正確な部品の製造に適したコスト効率の高い機械です。

デメリット

• スピンドルの動きの自由度が低いと、深い穴や切り込みの加工が制限されます。
• 硬い材料を加工するように変化しており、機械も騒音が大きいです。

用途

• CNCカウントは平らな表面を持つ部品に最適です
• 木製、金属製、プラスチック製の家具および装飾品。
• 3Dブランド看板、ロゴ、広告パネル

ブランドとコスト

Camster、APSX、HAAS オートメーション、Bantam ツールは、CNC ルーターを製造および販売する主要ブランドです。価格は、マシンのサイズ、ベッドのサイズ、軸の機能、その他のさまざまな要因によって異なります。一般的な範囲は、小型ルーターの場合は 10,000 ドル以上、標準的な業界サイズのルーターの場合は 80,000 ドル以上です。

5. CNCプラズマカッター

プラズマは高温のイオン化ガスの流れです (最大 40,000° F)。CNC プラズマ カッターは、ノズルを通して誘導される制御されたプラズマの流れを利用して、導電性のワークピースを熱切断および成形します。

CNC プラズマ切断機は、CNC システムによって制御されるプラズマ トーチを使用して、プラズマ ジェットをワークピースに打ち込みます。プラズマ トーチ内でガス流が圧縮されると、接続された電極が火花を発生させ、ノズルから出る前にガスをイオン化します。

優位性

• プラズマ切断では工具とワークピースが直接相互作用しないため、切断領域の近くに機械的ストレスは発生しません。
• より速い切断速度、よりきれいで正確な切断
• せん断切断では不可能な不規則形状や曲線形状の切断が可能です。

デメリット

• これらのタイプの CNC マシンは導電性のワークピースのみを切断できます。
• プラズマジェットの高温により、加工領域付近で硬化が発生する可能性があります。
• 薄いシートや厚すぎるワークピースには適していません。一般的な範囲は 1 ～ 50 mm です。 

用途

• 板金筐体、ダクト、ブラケットの切断
• 構造サポート、梁、パネル
• 自動車のボディパネル、フレーム、排気部品。

ブランドとコスト

プラズマ カッター マシンの人気ブランドは、ESAB、Cruxweld、Lincoln です。小型の CNC プラズマ カッターは約 12,000 ドルで入手できますが、マシンのサイズが大きくなり、CNC 製造能力が増加すると、コストは 50,000 ドルを超える場合があります。

6. CNCレーザー切断機

CNC レーザー カッターも高熱を使用して材料を切断および成形しますが、プラズマ カッターよりも精度が高くなります。CNC 制御のレーザー ヘッドが焦点を絞ったレーザー ビームの経路を指示し、希望する切断、成形、彫刻、またはパターンを作成します。

レーザー切断機には、レーザー媒体 (レーザー源) に基づいてさまざまなタイプがあります。CO₂、ファイバー、ネオジム (Nd: YAG)。CO₂ レーザーは単純な切断に適しており、粉末の消費量が少なく、ファイバーと Nd: YAG はより多くの電力を必要とし、複雑な切断が可能です。

優位性

• プラズマよりも高速で、精度も優れています
• 細かいカッティングと彫刻、滑らかな仕上がり
• レーザーカッターは金属や合金に限らず、他の材料も切断できます。 CNC加工材料 プラスチックや複合材料など。

デメリット

• 真鍮や銅のような反射率の高い材料を加工するのは困難です。
• レーザーは厚いシートやワークピースには適していません
• ポリマーやプラスチックは、製造工程中に有害な排出物を生成する可能性があります。

用途

• ロゴ、標識、シンボル、テキスト、アートなどの切断、エッチング、彫刻、マーキング。
• 自動車、航空宇宙、電子機器、医療製品の試作。
• 芸術と彫刻
• 家具、キャビネット、パイプ製造

 ブランドとコスト

レーザー切断装置製造で人気のあるブランドは、Prima Industries、Ambada、Trumpf、および Coherent です。シンプルなレーザーのコストは 10,000 ～ 18 ドルですが、産業用サイズの機械のコストは 000 ～ 60,000 ドル以上になります。

7. CNC放電加工機

放電加工機（EDM）は、電気火花を利用して、あらかじめ決められた経路で材料を侵食します。加工対象物と絶縁体内のワイヤまたは電極は、高電圧が流れると火花を発生させます。火花（アークとも呼ばれます）は、局所的な加熱によって材料を溶かして蒸発させます。温度は12,000℃まで上昇します。 °F。

一般的な EDM CNC マシンの種類は、ワイヤー EDM、ダイシンカー EDM、穴あけ EDM です。その結果、EDM 加工により、マイクロキャビティ、小さな穴、深い溝、内部チャネル、その他のさまざまな機能が作成されます。

優位性

• EDM を使用すると、複雑な機能を備えた複雑な部品の製造が可能になり、設計の柔軟性が向上します。
•  加工中に機械的ストレスがない
• 材料の靭性や硬度は結果に影響しません。

デメリット

• EDM 加工プロセスに適合するのは電気伝導性材料のみです。
• プラズマカッターやレーザーカッターに比べて切断速度が遅い。
• 高いエネルギー消費

用途

• 医療用および歯科用インプラント、ペースメーカー、神経刺激装置。
• 射出成形金型、鋳造金型、押し出し金型、その他の金型
• 電気コネクタ、センサーなど

ブランドとコスト

マキノ、JK Machines、FANUC、Accutex は、EDM マシンを製造する人気ブランドです。一方、そのコストは 90,000 ドルから 150,000 ドルの範囲です。ただし、50,000 ドル未満の小型マシンも入手可能です。

8. CNCウォータージェット切断機

CNC ウォータージェット マシンは、高圧ウォータージェットを使用して硬くて厚い材料を切断します。ウォータージェットには、酸化アルミニウム、炭化ケイ素、さらにはダイヤモンドなどのマイクロ研磨ビーズが混合されることがよくあります。

この非せん断および非熱切断プロセスは、熱に敏感なワークに適しています。たとえば、熱可塑性プラスチック、ゴム、マグネシウム合金などです。純ウォータージェットは柔らかい材料に使用され、研磨ウォータージェットは硬い材料に使用されます。

優位性

• ウォータージェットは、材料の種類に応じて最大 12 インチまでの厚いシートで作業できます。
• 複合材料、熱硬化性材料、ゴム、セラミック、フォームなど、さまざまな材料に使用できます。
• 熱影響部がなく低コスト

デメリット

• レーザーカッターやプラズマカッターに比べて機械の速度と生産性が遅い。
• 高圧による部品の故障の危険性がある
• 精度は比較的低くなります。

用途

• タービンブレードや構造複合部品などの航空宇宙部品
• シール、ガスケット、ギア切削
• 構造および建築アイテム
• 楽器、銘板、石工・陶芸など

ブランドとコスト

人気のCNCウォータージェットマシンブランドは、KMTウォータージェット、OMAX、ジェットエッジ、WARDジェットです。一方、マシンのコストは50,000万ドルから1,80,000万ドル以上です。 

9. CNC研削盤

CNC 研削盤またはグラインダーは、ワークを切断または成形する直接的なタイプの CNC マシンではなく、寸法を正確にし、滑らかな表面仕上げを実現するために使用されます。CNC グラインダーには、上部に研磨層がある回転ホイールが含まれます。部品がこの研削ホイールに送られると、研磨剤が細かい材料を取り除きます。したがって、より細かい研磨剤を使用すると、鏡のような仕上げを実現できます。

研削ホイールの形状は、研削が必要な部品の形状、つまり内部研削が必要か外部研削が必要かによって異なります。また、ホイールに使用される一般的な研磨材は、石英、砂、ガーネット、コランダムです。

優位性

• グラインダーは仕上げと研磨の他に、微細な亀裂や表面の凹凸も除去します。
• グラインダーは、わずかな材料の除去によって指定された許容範囲を達成できます。
• 鋭い角やエッジの丸み

デメリット

• 材料の除去が遅いため、重い機械加工作業には適していません。
• ゴミ、ほこり、騒音が発生するため、頻繁に清掃する必要があります。

用途

• 自動車のギア、ブレーキシステム部品、ベアリング、クランクシャフトなどの表面仕上げ。
• 医療機器部品、手術器具、インプラント。
• ツール、カップリング、ダイ、金型の製造。

ブランドとコスト

CNC 研削盤をお探しの場合は、ヤマザキマザック、ハースオートメーション、DMG 森精機などがトップメーカーです。価格は 6,000 ドルから始まり、自動化とサイズ能力が増加すると 50,000 ドルを超えます。

10.CNC掘削機

掘削機または CNC ドリルは、適切なサイズのドリルビットを使用して、貫通穴と止まり穴の両方の円筒形の穴を開けるために使用されます。さまざまな種類の CNC マシンの中で、これらは掘削、リーマ加工、ボーリング、および内部ねじ切りの作業に特化しています。

CNC 制御のスピンドルがドリル ビットを固定して下向きに回転し、その螺旋状の溝構造が材料を上向きに削り取ります。また、ツイスト、石工、リベット、環状、ステップ、ペックが一般的なドリル ビットの種類です。 

さらに、多軸ドリル、ラジアルアームドリル、マイクロドリル、スクリューマシンドリルは、掘削機の主なバリエーションです。

優位性

• 金属、プラスチック、複合材など、さまざまな材料に正確な穴を開けます。
• 穴あけ工程の自動化により、0.001 mm という厳しい許容誤差が可能になります。
• 掘削機はさまざまな形状やサイズのドリルビットに対応できます。

デメリット

• 機械の複雑さと頻繁なメンテナンス
• 穴の直径と深さの制限

用途

• 自動車、造船、航空機部品
• 家具、機械、工具
• リベット、ファスナー等の組み立て穴。
• 内ねじ用ねじ切り穴

ブランドとコスト

Okuma、Haas、Amada、DMG Mori は、CNC グラインダーの人気ブランドです。基本的な CNC ドリルの価格はおよそ 15,000 ドルです。ただし、直径と深さが大きい高度な多軸ドリル マシンの価格は 50,000 ドルを超えます。

11. 多軸加工機

一般的な CNC マシンには、2 軸または 3 軸の動き (スピンドルまたはツールの動き) があります。一方、3 軸を超えるマシンは多軸マシンと呼ばれます。通常、製造業界では 4 軸と 5 軸の CNC マシンが人気です。ただし、5、3+2、6、7、9、12 軸の構成のものもあります。

これらの高度な機械により、動きの柔軟性が向上し、部品の複雑さも軽減されます。深い溝、不規則な輪郭、プロファイル、アンダーカットなどの複雑な特徴を作り出すことができます。

優位性

• 多軸マシンを一度セットアップするだけで、複雑な幾何学的特徴を持つ CNC 部品の加工が可能になります。
• 迅速な生産速度と精度
• シンプルなツールと治具

デメリット

• 機械を操作するには、高額な設置コストと熟練したオペレーターが必要です。
• コンピュータ化された数値制御システムの複雑なコードにより、セットアップおよび位置決めエラーのリスクが高まります。

用途

• 航空機、医療機器、防衛機器用の精密なカスタム部品。
• 自動車のエンジンケース、内装部品、キャブレターハウジング、シリンダーヘッドなど。
• ジュエリー、家具、装飾部品および製品

ブランドとコスト

多軸工作機械の人気ブランドとしては、ヤマザキマザック、ハース、EMAG、マキノなどがあります。これらの機械のコストは通常​​、1,20,000 ドルから 7,00,000 ドルの範囲です。

12. CNC 3Dプリンター

3D プリンターは従来の CNC マシン タイプではなく、積層製造装置です。つまり、マシンは後続の材料層を追加することで設計を構築します。3D プリンターは、完全な自動化プロセスを通じて複雑な幾何学的形状を作成できます。 

その後、選択的レーザー焼結法 (SLS)、直接金属レーザー焼結法 (DMLS)、光造形法 (SLA)、マルチジェットフュージョン (MJF) が一般的な 3D プリンターのタイプとなり、それぞれ構築メカニズムと材料の互換性が異なります。

優位性

• 複雑な幾何学的形状とデザインの自由度
• シンプルで最小限のツール要件
• 最小限の材料廃棄物

デメリット

• 3D プリントはすべての種類の材料に適しているわけではなく、プラスチックと一部の金属に限定されています。
• 3D プリントされた部品は後処理が必要であり、大量生産にも適していません。

用途

• 構造と性能のテストのためのさまざまなデザインの迅速なプロトタイピング。
• ドローン、PC、その他の電子機器のハウジング
• カスタム医療インプラントおよび外科用器具
• 航空機および宇宙船の部品

ブランドとコスト

最近では 3D プリンターがより一般的になり、さまざまなサイズやバリエーションが提供されています。シンプルな 3D プリンターの価格はおよそ 5,000 ドルですが、産業用プリンターの価格は 20,000 ドルから 120,000 ドルを超えます。また、人気のある 3D プリンターのブランドは、FlasForge、3D Systems、Markforged、Raise 3D です。

CNCマシンの一般的なコンポーネント

どの CNC マシンにも、機械ハードウェア、電気回路、センサー、コンピューター ソフトウェアなど、加工プロセスを実行するために連携して動作する複数の個別コンポーネントが含まれています。

最も一般的なコンポーネントは次のとおりです。

ベッド

ベッドは、通常鋳鉄合金で作られた堅固で安定した平面です。材料を保持するためのベースを提供し、さまざまな治具、固定具、スロットが含まれています。

入力装置

これは、CNC プログラム (G および M コード命令の行) の入力を受け取る CNC マシン コンポーネントです。通常、ワイヤレス システム、USB ポート、または電信送金を使用して行われます。

機械制御装置

マシンコントロールユニットは、電子部品とコンピュータソフトウェアで構成されたCNCシステム全体の中心です。アップロードされたプログラムを解釈し、サーボモーターリレーとフィードバックセンサーを使用して加工を制御します。さらに、始動、速度、送りなどを制御します。

表示装置

監視用にリアルタイムの加工データをすべて表示する LCD 画面です。オペレーターは気象機械が正しく動作しているかどうかを確認できます。

コントロールパネル

これは、マシン制御ユニット、ディスプレイ、ユニット、インターフェイス、および入力キーワードの組み合わせです。また、コントロールパネルは、CNC システムの基本ユニットとして機能します。

工作機械

工作機械とは、スピンドル、ドライブとモーター、テーブルスライドなど、機械加工プロセスに直接関与する一連の機械ハードウェアを指します。

ドライブシステム

駆動システムは、軸制御を通じて工作機械の位置決めと操作をオペレータに容易にする役割を担っています。サーボモーター、電子回路、リレー、ネジ、ステッパー、その他のさまざまなデバイスが集まってこのシステムを構成します。

フィードバックシステム

フィードバック システムとは、複数のセンサー、トランスデューサー、リレーを含む加工制御用のクローズド ループ システムを指します。これらは、ツールの動き、位置、およびその他の情報に関するリアルタイムのフィードバックを記録し、機械制御ユニットに提供します。

チャック

チャックは主にターニングセンターや旋盤機械で使用され、ワー​​クピースを保持するグリップを提供します。

主軸台

主軸台は、正確な位置決めと位置合わせのためにワークを保持して中心に配置し、機械のスピンドルを取り囲んで粉末状にします。

テールストック

反対側の端にヘッドストックが完全に並んだ、作業用の別のサポート機構。

テールストッククイル

チャック軸とスピンドルと同一線上に、テールストックに取り付けられる、先端が円錐形になった長い円筒形の部品です。

フットスイッチまたはペダル

チャックジョーを開き、ワーク保持部の分解を容易にします。チャックの始動、停止、分解が必要なときはいつでも、オペレーターはスイッチまたはペダルを足で押します。

最適なCNCマシンタイプを選択するための重要なポイント

以下は、製造ニーズを満たす CNC マシンを選択する際に考慮すべき重要な事項です。

素材の種類を特定する

まず、どのような種類のワーク材料を機械に渡すかを検討します。ワークの物理的および機械的特性は選択に大きく影響します。金属ワークピースにのみ適した機械もあれば、さまざまな種類の材料を処理できる機械もあります。

部品の複雑さを判断する

部品の設計には、複雑で複数の幾何学的特徴がありますか? そうである場合、単純な機械ではそれらを作成できません。4 軸、5 軸、6 軸、またはそれ以上の軸を持つ CNC マシンが必要になる場合があります。さらに、複雑な 3D 輪郭には、複合旋盤または複数のタイプの CNC マシンの組み合わせが必要です。

生産量を考慮する

CNC マシンをラピッドプロトタイピング、小ロット、またはフルスケールの実行に使用していますか? 生産量を明確に定義してください。大量生産には、迅速な生産サイクルと再現性を備えたマシンが必要です。大量生産では、メーカーは ATC と合理化された供給統合を使用することがよくあります。

精度要件

精度要件は厳しい許容差と関連しています。部品に正確で精密な部品が必要な場合は、CNC マシンの機能をチェックして、必要な範囲内に収まるかどうかを確認してください。振動に対抗し、厳しい許容差を達成するには、マシンの剛性と安定性も不可欠です。たとえば、Turn-Mill センターは剛性が高く、高いレベルの精度を提供します。

部品のサイズと寸法

高精度で互換性のある機械を選択したが、その加工領域 (ベッド サイズ) が部品のサイズよりも小さいとします。したがって、図面で寸法と部品のサイズを特定し、ベッド サイズ、ツールの移動の柔軟性、およびツールへのアクセスを検討します。

予算

上で説明したすべての要件を満たすさまざまなマシン モデルを絞り込んだら、その価格を検討します。マシンの機能と最適な価格のバランスを取るようにしますが、必須要件を妥協しないでください。さらに、後で発生するエネルギー、操作、および処理の価格も考慮することが賢明です。

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