CNC加工とは何ですか? 始めるための完全な基本

CNC 加工について、またそれが製造業界でなぜ重要なのか知りたいですか? あなたは一人じゃない。 コンピューター数値制御 (CNC) 機械加工は、高度な技術を使用して部品を正確に切断、成形、作成する現代の製造業の中心人物です。

この記事では、CNC マシンの仕組みの基本と、自動車部品からハイテク機器まであらゆるものを製造する際の CNC マシンの役割について詳しく説明します。 また、このテクノロジーに依存している多くの業界と、それがなぜそれほど重要なのかについても見ていきます。

CNC加工の概要

コンピューターによって制御される CNC 加工により、高精度の部品やコンポーネントが製造されます。 このプロセスでは、コンピューター プログラムが切削工具の動きを制御し、CNC プログラミングが工作物から材料を除去して完成部品を作成するように制御します。

CNC テクノロジーは、金属、プラスチック、その他の材料で作られたものを含む、さまざまな部品やコンポーネントを製造します。 このプロセスは、複雑な形状と高レベルの精度を備えた部品を製造することもできるため、航空宇宙、自動車、医療機器、消費者製品など、多くの業界のアプリケーションで人気があります。

従来の加工方法に比べて、精度、一貫性、速度の向上、複雑な形状や複雑な詳細を作成できる機能など、いくつかの利点があります。 また、多軸マシニング センターや高速加工などの高度な切削工具や技術の使用も可能になり、プロセスの効率と品質をさらに向上させることができます。

CNC加工の歴史

その歴史は、最初の数値制御 (NC) 機械が開発された 1940 年代にまで遡ります。 時間が経つにつれて、これらのマシンはより普及し、洗練されました。 これにより、航空宇宙、自動車、防衛などのさまざまな業界の要件を満たすことができるようになりました。

ただし、古い NC マシンでは依然として手動入力が必要であり、機能も限られていました。

製造業の変革は 1970 年代にコンピューターの導入によって始まり、最初の CNC マシンという画期的な進歩につながりました。 コンピュータ制御を備えたこれらの高度なマシンは、前例のない速度と精度でデータを処理できます。 この革新により、CNC オペレーターは機械に直接コマンドを入力し、必要な操作を自動的に実行できるようになり、製造プロセスが大幅に合理化されました。

技術は長年にわたって進歩し続けたため、これは CNC マシンの始まりにすぎませんでした。 より高度なソフトウェアとハ​​ードウェアの開発と、新しい材料と工具のオプションの導入は、製造ユニットの可能性の増加を意味しました。

現在、CNC 機械はさまざまな業界で一般的に使用されており、高レベルの精度と精度でさまざまな製品を生産できます。

CNC 加工はどのように機能するのでしょうか?

現代の CNC システムは、人間の介入を可能な限り最小限に抑えることに重点を置いています。 これにより、一貫した継続的なパフォーマンスが保証され、スマート製造が促進され、優​​れた結果が得られます。

ただし、CNC 製造では、初期設計から最終製造まで慎重な検討が必要です。 プロセス全体は、次の XNUMX つの異なるステップで行われます。

1 –デザイン

CNC 加工の最初の重要なステップには、CAD、CAM、CAE などのソフトウェア アプリケーションが含まれます。 エンジニアと設計者は、これらのツールを利用して部品や製品を設計し、その製造可能性を評価します。 製造のための設計 (DFM) として知られるこの評価は非常に重要です。 これにより、既存のテクノロジーの制約内で作業しながら、効率を最大化し、コストを削減するように設計が最適化されます。

ほとんどの場合、市場で入手可能な CAD ツールには、前処理とプログラミングを容易にする内部 CAM ツールが付属しています。

CAD 設計を完成させた後、設計者はそれを CNC 互換のファイル形式 (通常は STEP または IGES) に変換します。

2 – 前処理とプログラミング

CNC マシンのプログラミングには主に以下を使用します。 GコードとMコード 機械と通信するため。 CAM パッケージによって生成されたこれらのコードは、CNC 操作における切削工具の経路のガイドとして機能します。

通常、設計が DFM (製造のための設計) 標準に準拠している場合、CNC 機械工が前処理や運用段階に介入する必要はありません。 ただし、設計がこれらの基準を満たしていない場合は、最適なパフォーマンスを保証するために、ある程度の手動介入が必要になる場合があります。

前処理は CNC 機械加工の標準的なステップであり、その期間は設計の品質によって異なります。 G コードまたは M コードのプログラミングには通常、わずか数分しかかかりません。 ただし、CNC プログラミングの成功は、設計が DFM 規則に準拠しているかどうかにかかっています。 正確な設計は正しいコードと満足のいく結果を生成しますが、設計上の欠陥は誤ったコードと劣悪な結果につながります。  

3 – 機械加工

最終段階は機械加工プロセスで、前のステップで提供されたコードを使用してブロックから余分な材料を除去します。

工作機械の精度は非常に重要ですが、CAD モデルの正確な寸法を複製することは多くの場合困難です。 これが、機械工が通常適用される理由です。 標準 ISO 2768 公差、業界の要件によって異なります。 公差が厳しくなると製造コストが増加するというのは広く受け入れられている原則です。

業界全体で共通の CNC 操作

CNC 加工は、特定の要件に基づいて操作が異なる多用途のプロセスです。 単純な設計は、フライス加工などの XNUMX 回の操作で実現できる場合があります。 ただし、より複雑な設計では通常、より多様な操作が必要になります。

以下は、業界で広く使用されている主要な CNC 加工装置の一部です。

CNCフライス

CNCフライス盤 これは、固体ブロックから材料を除去して特定の形状やデザインを作成するために使用される、高精度で汎用性の高い機械加工プロセスです。 これには、CNC システムを使用して、多点切削工具、通常はフライスを非常に正確に操作することが含まれます。 このプロセス中、ワークピースはテーブルにしっかりと取り付けられ、フライスカッターが高速で回転して材料を計画的に削り取ります。 この方法は、平面の生成に特に効果的ですが、その機能は単純な形状をはるかに超えています。

CNC ミルの重要な機能の 3 つは、複数の機械ステップで断続的な切削を実行できることで、複雑な形状を効率的に作成できるようになります。 このテクノロジーは、4 軸、5 軸、XNUMX 軸フライス盤を含むように進化しました。

• 3軸フライス加工: X、Y、Z 軸に沿った動きにより、穴あけやかんな加工などの基本的な操作が可能になります。 単純な形状を必要とする単純なプロジェクトに最適なこの方法は、そのシンプルさで人気があります。 ただし、複雑なジオメトリの作成には制限があるため、それほど複雑でない設計に最適です。
• 4 軸フライス加工: 回転軸を追加すると、3 軸フライス加工よりも複雑な操作が可能になります。 この方法は角度のある切断やより複雑な形状に最適であり、CNC 加工の能力を拡張します。 これは、3 軸フライス盤では提供できないさらなる精度が必要な部品に特に役立ちます。
• 5軸フライス加工: CNC フライス加工の最高峰であるこのタイプの加工方法は、XNUMX つの軸に沿って同時に移動するため、極めて高い精度と複雑さを実現します。 高精度産業において、公差が厳しい複雑な形状を作成する場合に非常に貴重です。 この方法では、複数のセットアップの必要性が減って生産が合理化され、効率と精度が確保されます。

CNC旋盤

CNC旋盤 は、主に円筒形のワークピースの成形に使用される高効率な加工プロセスですが、四角形や六角形の原材料も処理できます。 CNC 旋削の中核には、さまざまな切削工具に対してワークピースを回転させるコンピュータ制御の旋盤の使用が含まれます。 これらのツールは、材料をトリミングして希望の円筒形に成形します。

旋盤の独自性は、さまざまな主軸と速度能力によって制御される多用途性と精度にあります。 このプロセスは垂直セットアップと水平セットアップの両方で実行でき、それぞれ特定のタイプのワークピースと加工要件に対応します。

マシンには主に XNUMX つのタイプがあります。

• CNC旋盤: 精密旋削加工に優れ、高精度な円筒部品の加工に最適です。 固定工具に対してワークを回転させることで動作するため、自動車産業や航空宇宙産業で一般的に使用される、単純な形状から中程度に複雑な形状まで最適です。
• CNC ターニング センター: 旋削加工とフライス加工や穴あけなどの追加機能を組み合わせます。 このマルチタスク機能により、複雑な部品を XNUMX 回のセットアップで製造できるようになり、効率と精度が向上します。 高度な製造など、複雑で多面的なコンポーネントを必要とする業界では不可欠です。

CNCドリル

穴あけはさまざまなサイズを生み出す重要な製造プロセスです ネジ穴 ワークの中で。 ドリルビットの動きと速度を正確に制御するコンピューターが関与しているため、このプロセスは完全に自動化されています。

CNC 穴あけは、プリント基板、金属部品、プラスチックなどの多くの業界で非常に一般的です。 このプロセスには、精度、再現性、効率の向上など、従来の手動穴あけに比べていくつかの利点があります。

CNCルーティング

CNCルーターの大まかな操作はフライス盤と同じです。 ルーターは通常、木材などの柔らかい素材を扱いますが、フライス加工は硬い金属の場合に一般的です。 他の CNC 操作と同様に、ルーターも優れた一貫性、効率、精度を実現します。

ルーティングプロセスでは、スピンドルがさまざまな方向に移動する間、ワークピースは完全に静止したままになります。 ルーティングプロセスは柔らかい材料を対象とするため、スピンドルの全体的な回転速度は非常に遅くなる可能性があります。 ベンチトップ ルーター、ガントリー ルーター、可動ガントリー ルーターなど、多数の CNC ルーティング マシンがあります。 機械と切削工具の選択は、ワークピースの特定の要件と目的の最終製品によって異なります。

放電加工

An 放電加工機 (EDM) は、電気スパーク放電を利用して材料を侵食し、複雑な形状や幾何学形状を作り出す製造プロセスです。

このプロセスは、電極とワークピースの間に火花を生成することによって機能します。 機械工は、ワークピースを誘電性の流体に浸します。これにより、電気エネルギーが隔離され、火花の正確な制御が可能になります。 スパーク放電によりワークピースが蒸発し、アクセス材料が除去されて、必要な形状が得られます。

EDM には主に XNUMX つのタイプがあります: シンカー EDM とワイヤ EDM。 彫り込み放電加工は、消耗電極を使用して火花を生成します。 反対に、ワイヤ EDM では細いワイヤを使用し、前後に移動して火花を生成します。

CNCプラズマ切断

CNCプラズマ切断 これは、大規模な工業環境で広く使用されている動的製造プロセスであり、鋼、ステンレス鋼、アルミニウム、真鍮、銅などの導電性材料を高速かつ正確に切断できることで知られています。 この方法には、電極とワークピースの間に強力なプラズマ アークを生成するプラズマ トーチが含まれ、接触点で材料を効果的に溶解および蒸発させます。 このプロセスの重要な要素は、空気や窒素などの高圧のガス流であり、これにより切断領域から溶融した材料が排出され、変形や変色が最小限に抑えられたきれいで正確なエッジが得られます。

この技術は多用途性が際立っており、薄い材料と厚い材料の両方をシームレスに切断できるため、産業用途が広がります。 さらに、プラズマ切断は費用対効果が高く、他の方法と比べて運用コストが低くなります。 速度、精度、手頃な価格が統合されているため、現代の製造業、特に効率と精度が重要な産業において不可欠なツールとなっています。

CNCレーザー切断

CNCレーザー切断は工業生産の定番であり、その精度とスピードで知られています。 CO2、Nd、Nd:YAG タイプなどの高度なレーザーを使用して材料を効果的に蒸発させ、きれいで正確な切断を保証します。 この技術は幅広い材料に対応できる汎用性があり、さまざまな業界での普及に貢献しています。

このテクノロジーの精度は単一の操作に限定されるものではありません。 量産に欠かせない再現性にも優れています。 この一貫した精度は、正確さが重要である航空宇宙や自動車などの分野で特に有益です。 CNC レーザー切断は効率が良いことでも知られており、材料の無駄が最小限に抑えられ、優れた精度が得られます。 さらに、このプロセスによりワークの保持が簡素化され、ワー​​クピースの汚染が軽減され、全体的な生産性が向上します。 細かく詳細なカットを作成し、厳格な公差を維持できるため、現代の製造において不可欠なツールとなっています。

CNCマシンの種類

CNC マシンの機能は、複雑さやコストなどの要因によって大きく異なります。 マシンの中には、さまざまな操作を実行する汎用性の高いものもありますが、特定のタスク用に設計された特殊なマシンもあります。

業界で普及している最も一般的なタイプの CNC マシンについて詳しく見てみましょう。

• 3 軸、4 軸、5 軸機械
• CNCルーター
• 表面粉砕機
• プラズマカッター
• レーザーカッター

一般的な CNC 材料と表面仕上げ

一般的な CNC 材料の簡単なリストを次に示します。

• ステンレス鋼
• アルミニウム
• チタン
• 銅
• 真鍮
• その他の鋼合金
• プラスチック

一般的な CNC 表面仕上げのリストは次のとおりです。

• 機械加工されたまま
• ビーズブラスト
• パウダーコーティング
• 陽極酸化
• 絵画

CNC 機械加工部品の一般的な用途

CNC 部品の製造精度が高いことで知られる機械加工プロセスは、さまざまな分野でさまざまな用途に利用されています。 CNC 加工の機能から最も大きな恩恵を受ける業界は次のとおりです。

業種	アプリケーション
航空宇宙	弾薬およびその他の類似品。
自動車	エンジン部品、トランスミッション部品、サスペンション部品。
医療機器	インプラント、補綴物、手術器具。
消費者製品	電化製品、おもちゃ、一般的な家庭用品。
機械設備	ポンプ、バルブ、ギア。
試作と研究開発	研究開発目的でプロトタイプを作成し、部品をテストします。
ジュエリーの製造	複雑なジュエリーには精度と再現性が必要です
金型とダイ	プラスチックや金属製品の製造に必要な金型。

CNC 加工の主な長所と短所

CNC 加工がもたらす主な利点と欠点は次のとおりです。

Advantages	デメリット
切削工具の正確な制御が可能になり、公差が厳しく、再現性が優れた部品が得られます。	CNC マシンは非常に高価です。 さらに、それらには多くの種類があり、それらの操作のほとんどは互換性がありません。 そのため、中小企業にとって資本要件が重要になります。
高速で動作するため、部品の迅速な生産が可能になります。	訓練を受けたオペレーターが必要: 従来の機械とは異なり、CNC オペレーターは作業を開始する前に十分な訓練が必要です。 つまり、彼らはより需要があり、より高い賃金要件が課されます。
一貫した品質が保証されるため、消費者向け製品や大量生産に最適です。	一部の CNC 操作は効率的ですが、手動プロセスと比較してより多くの材料を無駄にする可能性があります。 ただし、それらが提供する精度、再現性、効率により、多くの場合、この欠点は相殺される可能性があります。
効果的なプログラミングと適切な加工アプローチにより、単純な設計から複雑な設計まで幅広い部品を作成する柔軟性を提供します。
一貫した品質が保証されるため、消費者や大量生産に最適です。
大規模生産において費用対効果が高く、スケールメリットを活用して XNUMX 個あたりのコストを削減し、効率性と手頃な価格に対する業界の需要に応えます。
オペレーターが機械を遠隔制御するため、手動による方法と比較して安全性が向上し、破片、熱、その他の脅威などの危険への曝露が軽減されます。
ほとんどのプロセスは自動であるため、介入なしで一貫して実行されるように最適化されています。 これにより、全体的なメンテナンス要件が軽減されます。

RapidDirect: あらゆる CNC プロジェクトに最適な製造パートナー

CNC 製造のニーズを満たすには、特に中小企業にとってリソースを大量に消費する可能性があり、部品の機械加工と CNC 認定に関する専門知識が必要になります。 これらの課題に対処するために、RapidDirect のような専門の CNC 加工プロバイダーと提携することが業界で広く行われています。

RapidDirect は、トップレベルの CNC 加工サービスを提供する、理想的な製造パートナーとして傑出しています。 同社は世界的な製造拠点である中国を拠点に事業を展開しており、卓越した実績を誇っています。 同社の専門家チームは、0.01 mm の精度で公差を達成することができ、さまざまなサービスを網羅しています。 CNC旋盤 および ミリング 〜へ プラズマ切断 および レーザー切断.

さらに、RapidDirect は ISO 9001 認証を取得しているだけでなく、最先端の品質管理プロセスを誇り、あらゆるプロジェクトで最高水準の顧客満足度を保証します。 この専門知識と品質保証の組み合わせにより、さまざまな CNC 加工要件に対応するための信頼できる選択肢となります。

ボーナス: CNC 機械工になるのはどのような感じですか?

CNC 加工を行うのは簡単ではありません。 それは多くの創造性、器用さ、素早い思考を必要とする、厳しくて要求の厳しい仕事です。 さらに、CNC 加工は進化しており、新しいアップデートに追いつき、現在のテクノロジーが提供できる最高のものを提供するのが機械工の仕事です。

CNC オペレーターの役割に伴う期待をいくつか挙げます。

• 実践的な知識: マシンの内部動作を理解し、基本的な診断を実行することが重要です。 CNC 機械工はさまざまな切削工具の使用に多くの時間を費やしており、優れた手と目の調整を必要とします。
• 技術的なスキル： 工作機械に関する基本的な理解、 備品、そして設計哲学が重要です。  
• 問題解決： CNC 操作は自動化されていますが、問題が発生する可能性もあります。 オペレーターは、問題に対処し、基本的な問題を簡単に修正できるように、十分な基本を知っている必要があります。
• プログラミングスキル: CNC マシンと通信する唯一の方法はプログラムを介することです。 したがって、必要なプログラミングの知識が必要です。
• 細部への注意： 精度はあらゆる加工プロジェクトの基本要件であり、最高のパフォーマンスを得るにはオペレーターは細部にまで細心の注意を払う必要があります。

まとめ

CNC 加工は現代産業の基礎となっており、この分野以外の人々の好奇心を刺激しています。 これは産業時代の主要な推進力であり、将来的に重要な役割を果たす準備ができています。

SMART ファクトリーとインダストリー 4.0 の台頭は、CNC 加工の能力にかかっています。 この技術は手動加工とデジタル制御を橋渡しし、比類のない精度と一貫性を保証します。 製造技術にはいくつかの制限がありますが、その利点はこれらの課題をはるかに上回ります。 テクノロジーが進化するにつれて、現在の問題が解決され、その影響がさらに高まることが期待されています。

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