CNC旋盤とは何ですか? そのプロセス、操作、利点

CNC 加工は、その高い精度と再現性により、近年製造業界で急速に普及してきました。 現在利用可能ないくつかの CNC テクノロジーを使用して、 CNC加工の基礎 それらの特徴を区別するのに役立ちます。これらの革新的な技術の1つは CNC旋盤.

ターニングセンタまたは旋盤の非回転切削工具を使用して、回転する硬いワークピースから材料を除去することが含まれます。 CNC 旋盤加工では、旋盤加工の種類に応じて、さまざまな形状やサイズのコンポーネントを製造できます。

このコンセプトは非常に単純そうに見えますが、高品質の CNC 旋削加工は複雑になる場合があります。 この製造プロセスには何が必要なのか、最良の結果を得るには何が必要なのか疑問に思っているとします。 その場合、この記事では CNC 旋削に関するすべての質問に答えます。

CNC旋削とは?

CNC ターニングは、旋盤の原理を利用した高精度で効率的なサブトラクティブ加工プロセスです。 切削工具を回転する工作物に当てて材料を除去し、目的の形状にする必要があります。

原材料が高速回転している間、ターニングセンターや旋盤は固定されたままになります。 ワークピースがデュアル CNC 旋盤軸の動きに沿って回転すると、シングルポイント切削工具が材料の成形に役立ちます。 コンピューター プログラムはターニング センターや旋盤の制御に役立ち、細心の注意を払って正確なコンポーネントの製造を保証します。

CNC旋削とフライス加工を混同する人がいますが、これらは異なるプロセスです。CNCフライス加工やその他のほとんどの切削CNCプロセスでは、ワークピースをベッドに固定し、回転工具で材料を切削します。一方、CNC旋削では、ワークピースを回転させながら切削ビットを静止させる逆のプロセスを採用しています。RapidDirectは、高精度加工を専門としています。 CNC旋盤サービス 高度な多軸旋盤加工センターを使用しています。カスタムCNC旋盤部品から本格的な量産品まで、当社のチームは厳格なCNC旋盤加工公差、迅速なリードタイム、そして一貫した品質を保証します。

CNC 旋削が必要な部品形状は何ですか?

CNC 旋削は、その動作モードにより、通常、円筒形または長方形の部品を製造するために使用されます。 ただし、軸対称のいくつかの形状を作成することもできます。 これらの形状には、円錐、円板、または形状の組み合わせが含まれます。 一部のターニングセンターでは、特殊な回転工具を使用して多角形の旋削加工を実行することもできます。 こうすることで、六角形や四角形のコンポーネントを作成できます。

のメリット CNC旋盤

CNC 旋削には、次のようないくつかの利点があります。

精度

CNC 旋盤は、CAD または CAM ファイルを使用して正確な測定を実行し、人的ミスを排除できます。 専門家は、プロトタイプの製造でも生産サイクル全体の完了でも、最先端の機械を使用して信じられないほど高い精度を実現できます。 使用される機械はプログラムされているため、すべてのカットが正確です。 言い換えれば、生産実行の最後の部分は最初の部分と同一です。

柔軟性

ターニングセンターには、用途の柔軟性に対応できるようさまざまなサイズがあります。 このマシンのタスクは事前にプログラムされているため、調整はかなり簡単です。 オペレーターは、CAM プログラムに必要なプログラミング調整を加えてコンポーネントを完成させることも、まったく異なるものを構築することもできます。 したがって、多くの独自の部品が必要な場合は、同じ精密 CNC 加工サービス会社に頼ることができます。

安全性

製造会社は、完全な安全性を保証するために厳格な安全規則と規制を遵守しています。 旋盤は自動であるため、オペレーターは機械を監視するだけなので労力が少なくて済みます。 同様に、旋盤本体には、加工品からの飛散粒子を防ぎ、作業員への危害を軽減するために、完全密閉型または半密閉型の保護装置が採用されています。

より速い結果

プログラミングで指定されたタスクを CNC 旋盤やターニング センターで実行すると、エラーが発生する可能性が低くなります。 その結果、この機械は最終的な出力品質を犠牲にすることなく、より迅速に生産を完了することができます。 最後に、必要なコンポーネントを他のオプションよりも早く受け取ることができます。

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さまざまな業界でのCNC旋盤アプリケーション

CNC 旋削は、精密な円筒形部品を必要とするさまざまな業界で使用されています。具体的な例をいくつか挙げます。

オートモーティブ・ソリューション : シャフト、ピストン、ギアなどの部品を製造します。これらはすべて、車両の適切な機能と耐久性のために厳密な仕様を満たす必要があります。

航空宇宙： エンジン部品や着陸装置などの航空機部品は高い精度が求められ、多くの場合、特殊な材料で作られています。CNC 旋削により、これらの部品は飛行中の安全性と信頼性に必要な厳しい許容範囲を満たすことができます。

医療： 医療業界では、インプラント、手術器具、機器に極めて高い精度が求められます。また、医療処置で安全に使用するには、部品を生体適合性のある材料で作る必要があります。

オイルとガス： バルブ、パイプ、掘削機器は、過酷な環境や高圧に耐える必要があります。これらの部品は、過酷な条件に耐えられるように設計された材料で作られており、長期的な強度と信頼性を保証します。

どのように CNC旋盤 作業？

CNC 旋削プロセスは非常に複雑になる場合があります。 ただし、設計から製造までのプロセスを段階的に簡略化して説明します。

CNC 旋削の一般的な手順は次のとおりです。

ステップ#1: CAD 設計ファイルを CNC プログラムに変換する

最初のステップは次のとおりです。 CAD ファイルの準備 CNC旋盤機械語への翻訳用。 これには高度なプログラミングは必要ありません。 デザインの 2D 図面がすでにいくつかある必要があります。 その場合、AutoCAD や SolidWorks などのソフトウェアを使用して、これらの設計を電子的にキャプチャする必要があります。

CAD ファイル形式の電子設計があれば、それを CAM プログラムに変換できます。 上記と同じソフトウェア ツールを使用して、図面を CAM 形式でエクスポートすることもできます。 製造エンジニアは、ソフトウェアを使用してコンポーネントの製造可能性をテストできます。

ステップ#2: CNC 旋盤の準備

次のステップはマシンのセットアップです。 ほとんどのプロセスは自動化されていますが、それでもオペレーターは必要です。 CNC 旋盤を効果的に準備するには、次の手順に従う必要があります。

• 必ず電源を切ってください。 CNC 加工プロセスは非常に危険な場合があります。 したがって、特に注意して電源スイッチを確認する必要があります。
• パーツをチャンクに固定します。 チャックは、旋削プロセス中に部品を所定の位置に保持する役割を果たします。 正しくロードしないと危険であり、コンポーネントの寸法が間違ったものになる可能性があります。
• ツールタレットをロードします。 旋削作業には複数の工具が関与するため、特定の仕上げに適した工具を選択していることを確認する必要があります。 タレットは、一度にできるだけ多くのツールを保持し、シームレスな操作を実現します。
• 適切な校正を行ってください。 結果が要求を満たしていることを確認するには、ツールとワークを正しい方法で設定する必要があります。
• CNCプログラムをアップロードします。 操作を開始する前の最後のステップは、CNC コードをマシンにアップロードすることです。

この段階では XNUMX つの変数に留意する必要があります。 XNUMXつ目は回転速度（ワークが回転する速度）です。 XNUMX 番目の変数は送り速度 (回転するワークピースに沿って移動する切削工具の速度) です。

間違った見積もりは最終結果に影響を与えるため、専門の機械工がこれらの値を決定する必要があります。 さらに、一部の材料で不適切な見積もりを行うと、仕上げが不均一になったり、ワークピースに修復不可能な損傷を与えたりする可能性があります。

そうは言っても、形状を「大まかに」するには、低い回転速度と高い送り速度に固執することができます。 一方、高い回転速度と低い送り速度は、滑らかな仕上げや正確な公差要件が必要な部品に最適です。

ステップ#3: CNC 旋削部品の製造

最後のステップは、必要な部品を製造することです。 得たい結果に応じて、さまざまな回転操作を選択できます。 また、部品の複雑さによって、必要なサイクル数が決まります。 サイクル タイムの計算は、コンポーネントに費やされた最終時間を知るのに役立ちます。これはコスト計算に重要です。

通常、旋削サイクル時間は次のとおりです。

• 読み込み時間。 これはセットアップの一部ですが、サイクルではワークピースを機械にロードする別の手段が必要になる場合があります。
• 時間をカットする。 ワークを切断するのにかかる時間です。 送り速度と切り込み深さは、切削時間に影響を与える要因です。
• アイドルタイム。 切断を伴わない操作はアイドル操作です。 たとえば、ターニングセンタの設定変更や工具の動きなどです。

製造プロセスの結果は、使用される原材料によって異なります。 プラスチックから得られる部品は、金属部品とは機能性や表面粗さが異なります。

主要なCNC旋盤パラメータ

CNC 旋削加工の成功は、さまざまな重要な要素に左右されます。機械工は、望ましい部品品質、表面仕上げ、加工効率を実現するために、これらのパラメータを正確に制御する必要があります。

その２：シャフトスピード（回転数）： これはスピンドルの回転速度を決定し、毎分回転数 (RPM) で測定されます。加工する材料と使用する切削工具によって、適切な速度が決まります。たとえば、アルミニウムの CNC 旋削では、通常、鋼の旋削よりも高い速度が必要です。

送り速度： 送り速度は、切削工具がワークピース上を移動する速度を制御し、インチ/分 (IPM) またはミリメートル/分 (mm/分) で測定されます。材料特性、工具特性、および必要な表面仕上げはすべて、理想的な送り速度の決定に影響します。

切込み深さ: このパラメータは、1 回のパスで除去する材料の量を決定します。切り込みが深いほど、より多くの材料がより速く除去されますが、ツールの摩耗が増加し、過度の熱が発生する可能性もあります。

切削工具: 使用する切削工具の種類は、加工プロセスに大きな影響を与えます。さまざまな工具の形状、材質、コーティングが、さまざまな材料や作業に適しています。適切な工具を使用することで、最適なパフォーマンスが保証され、工具寿命が延び、優れた仕上がりが得られます。

の種類 CNC旋盤 業務執行統括

様々な CNC旋削用の旋盤工具の種類 。 その結果、ワークピースに対して複数の操作を実行できます。 これらの操作は、外部操作と内部操作に分類されます。 外部操作は、コンポーネントの外径を変更するのに役立ちます。 一方、内部操作では内径が変化します。

個々の操作は、使用する切削工具と材料を除去するために必要な経路によって定義されます。 チェックしてみましょう。

回転特有の操作（外部）

ターニング

このプロセスでは、一点旋削工具がワークピースの側面に沿って移動して、材料を除去し、さまざまな形状を形成します。 作成できるフィーチャーには、テーパー、面取り、ステップ、輪郭などがあります。 これらのフィーチャーの機械加工は通常、半径方向の小さな切込み深さで行われ、最終直径に達するまで複数のパスが行われます。

テーパ旋削では、円筒状のワークピースの直径を徐々に縮小または拡大することによって円錐面を作成します。

ハードターニング

このタイプの旋削加工は、ロックウェル C 硬度が 45 を超える材料に対して実行されます。このプロセスを実行する前に材料の熱処理が重要です。 ハードターニングは、従来の研削作業を制限するか、代替することを目的としています。 研磨目的で使用する場合、粗研削と有利に競合します。 ただし、寸法や形状が重要な作業には適さない場合があります。

向い

このプロセス中、一点旋削工具は材料の端に沿って放射状に回転します。 このようにして、材料の薄い層が除去され、滑らかで平らな表面が得られます。 通常、面の深さは非常に浅く、加工は XNUMX 回のパスで実行できます。

溝入れ

この操作には、ワークピースの側面への一点旋削工具の半径方向の移動も含まれます。 したがって、刃物と同じ幅の溝を切ります。 複数のカットを行って、工具の幅より大きな溝を形成することも可能です。 同様に、一部のメーカーは特別なツールを使用して、さまざまな形状の溝を作成しています。

別れ

溝入れと同様に、切削工具はワークピースの側面に向かって放射状に移動します。 シングルポイントツールはワークピースの内径または中心に到達するまで継続します。 したがって、原材料の一部を分割または切断します。

非特定の操作 (内部)

退屈な

ボーリング工具が実際にワークピースに入り、内面に沿って切削し、テーパー、面取り、段差、輪郭などの形状を形成します。 調整可能なボーリングヘッドを使用して、希望の直径を切削するようにボーリングツールを設定できます。

ワークピースに穴を開けた後にボーリング操作を実行すると有益な場合があります。 これは、より正確な寸法を取得するのに役立ちます。

訓練

穴あけ加工では、標準のドリルビットを使用してワークピースの内部部品から材料を除去します。 これらのドリルビットは、ターニングセンターのツールタレットまたは心押し台に固定されています。

ねじ切り

この作業には、60 度の尖ったノーズを備えたシングルポイントねじ切りツールが使用されます。 この工具はワークピースの側面に沿って軸方向に移動し、コンポーネントの外面にねじを切ります。 機械工は指定された長さにねじを切断できますが、ねじによっては複数のパスが必要な場合があります。

ナーリング

専用のローレット工具を使用して、ワークの表面に鋸歯状の模様を刻む加工です。 このパターンは視覚的な強化やハンドグリップとして機能します。

リーミング

このサイジング操作では、すでに開けられた穴から少量の金属が除去されます。 正確な直径の内部穴を作成するのに役立ちます。 たとえば、6mm のドリルビットで 5.98mm の穴を開ける場合、正確な寸法を簡単に読み取ることができます。

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の種類 CNC旋盤

プロジェクトには XNUMX つの主要なタイプの CNC 旋盤を使用できます。 それらには次のものが含まれます。

横型ターニングセンター

これらは、ドリリング機能とフライス加工機能の両方を統合した密閉型機械です。 このターニングセンタは、回転するワークピースの上に取り付けられた水平方向の主軸と工具を使用します。 切削工具は材料を横切って切断し、フライス加工と同様に重力を利用して切りくずを取り除きます。 切りくずはベッドの中に落ちて除去しやすくなります。

立型ターニングセンター

立型ターニングセンタは、横型ターニングセンタとCNCミルを組み合わせたものです。 回転チャックが地面に平らに設置されるように設計されており、より低い回転数 (RPM) で大きな部品を確実に加工できます。 この場合、ツールタレットは横から接近します。 スピンドルとチャックの位置が逆になっている倒立立型ターニングセンタもあります。

横型旋盤

横型旋盤には、従来の旋盤の機能がすべて備わっています。 唯一の違いは、コンピューター プログラムがそれらを制御することです。 また、彼らの主な業務は旋削とボーリングです。

垂直旋盤

横型旋盤とは異なり、立型旋盤はワークを下から固定して回転させます。 これは、スペースに制約がある機械工場に適したオプションです。 さらに、重いワークを扱う場合にも最適なオプションです。

の構成要素 CNC旋盤

旋削加工で最良の結果を得るには、工作機械についての十分な理解が必要です。 CNC ターニング センターの主要コンポーネントを確認してみましょう。

主軸台

ターニングセンターの主軸台は機械の前部を構成します。 これは、ワークピースを保持するためにチャックが取り付けられる主スピンドルを収容するため、通常は機械の左側にあります。 したがって、主軸台には駆動モーターとスピンドルに動力を供給する機構が保持されています。

スピンドルバーの容量によって、主軸台を通して取り付けるワークピースの最大直径が決まります。

テールストック

こちらはターニングセンターの反対側です。 心押し台は旋盤ベッドに取り付けられ、より長い原材料をサポートすることを目的としています。 心押し台のクイルは、油圧力を使用してこのサポートを提供します。 駆動力は主軸から得られ、心押し台はワークに沿って走行します。

ただし、フェースターニングが重要な場合は心押し台を使用しないでください。 心押し台が作業の邪魔になります。

スピンドル

多くの人は主軸を工作機械の心臓部と呼んでいます。 CNC旋盤の主軸は主軸駆動システムと主軸アセンブリで構成されています。 モーター、ギア、チャックなどの工作機械の可動部品です。

一部の CNC ターニング センターはサブスピンドルまたはデュアル スピンドルを使用します。 これらのセンターでは心押し台の代わりに XNUMX 番目のスピンドルを使用することがよくあります。 サブスピンドルは、コンピュータ命令の制御下でプライマリスピンドルに向かって長手方向に移動します。 このようにして、プロセス中に追加のロード/アンロードを必要とせずに、ワークピースの裏面を加工することができます。

チャックとコレット

チャックはスピンドルに直接取り付けられ、ジョーによって部品を保持します。 ただし、交換可能であるため、異なるサイズの部品の加工が可能です。 一方、コレットはチャックの小型版であり、より小さな部品の加工が可能になります。 コレットに適した部品は、小さな部品のグリップが優れているため、多くの場合約 60 mm です。

旋盤ベッド

ベッドは通常鋳鉄素材で作られており、作業スペースの下のテーブルの上に置かれるベースプレートです。 このコンポーネントは、いくつかの固定部分と動作部分のサポートを提供します。 ベッドは主軸台に接続され、心押し台まで続いています。 ツールタレットとその他の付属品はベッドの長さ全体に渡って配置されています。

キャリッジ

このコンポーネントはツールタレットをサポートし、ワークピースに対してツールタレットを送り、ガイドします。 キャリッジはタレット、サドル、クロススライドで構成されます。 ライブツールタレットを備えた CNC ターニング センターには、通常、フライス加工用の電動回転ツールが搭載されています。 この機能により、二次的な操作を削減または排除しながら、マシンの機能が向上します。

ツールタレット

新しい改良された機械には、キャリッジの代わりにツールタレットが付属しています。 これらは一度により多くの工具を保持できるため、特定の作業に必要な切削工具を交換することができます。 つまり、時間をかけずに、ある操作から別の操作に切り替えることができます。

コントロールパネル

ここでコンピュータ数値制御が登場します。数値制御は CNC 旋削作業の背後にある頭脳であり、オペレータがプロセスを開始する前にプログラムを調整できるようにします。

CNC旋盤との違い CNCターニングセンター

CNC 旋盤とターニング センターは見た目が似ており、同じタスクを実行します。 ただし、注意すべき違いがいくつかあります。 旋盤は CNC 加工用の初期のツールの一部ですが、ターニング センターはアップグレードされたものです。 これらは機能をより高いレベルに引き上げ、自動工具交換、効率的な切りくず除去、ライブ回転工具、およびいくつかのコンポーネントの簡単な完成を追加します。

大きな違いの XNUMX つは、ターニング センターが機械全体のエンクロージャに収容されていることが多く、切削加工で使用される切り粉やクーラントからオペレータを保護することです。 ターニングセンターは、「フラットベッド」設計ではなく「スラントベッド」構成を使用します。 したがって、この独自の設計により、切りくずの流れをより適切に制御して、切りくずを部品の直下に確実に落とすことができます。

CNC ターニング センターは、より高い RPM 能力も備えています。 堅牢かつ革新的な設計により、非常に高い速度で材料を除去できます。 さらに、CNC ターニング センターは、調整プロファイル全体にフライス加工、タッピング、ドリル加工を組み込んだ「ライブ ツール」に簡単に適合できます。

プログラムされたサイクル内での材料の自動供給と工具の交換により、CNC ターニング センターは CNC 旋盤ターニング センターよりも効率的に CNC 旋削部品を生産できます。 CNC ターニング センターは効率が高く、生産能力が大きいため、旋盤よりも高価です。

したがって、さまざまなタスクを実行できる柔軟な機械が必要な場合は、ターニング センターの方が良い選択です。 ただし、CNC 旋盤は、短期間の生産やブッシュやピンなどの単純な部品に最適です。

に適した素材 CNC旋盤

いくつかある CNC加工用材料 プロセス。 これらの材料の多くは CNC 旋削加工にも適しています。 それらには次のものが含まれます。

• 金属
• プラスチック
• 木材
• Glass
• ワックス

これらの CNC 旋削材料には、旋削速度や送り速度などの特定の要件があるため、異なる旋盤または旋盤センターが必要です。

CNC旋削部品の設計上の考慮事項

CNC 旋削用に部品設計を最適化すると、加工効率、コスト、最終的な部品のパフォーマンスに直接影響します。次の重要な要素を考慮してください。

材料の選択: 材料の選択は非常に重要です。たとえば、アルミニウム 6061 は、多くの用途で優れた加工性と適切な強度を備えています。ただし、耐腐食性が重要な場合は、特殊な工具が必要になり、加工速度が遅くなる可能性があるにもかかわらず、ステンレス鋼 (304 など) が必要になる場合があります。動作環境とパフォーマンス要件を考慮してください。部品は高応力や腐食条件にさらされますか? 材料特性と用途のニーズのバランスをとることで、機能性と製造可能性の両方が最適化されます。

パーツの形状: スマートな設計により、加工が簡単になります。深く狭いキャビティや複雑なアンダーカットなどの複雑なフィーチャを最小限に抑えます。これらのフィーチャは、特殊なツールと遅い切削速度を必要とするため、加工時間とツールのコストが増加する可能性があります。ツールへのアクセスが容易な、よりシンプルな形状を優先します。たとえば、鋭い内部コーナーの代わりに、半径を設計します。これにより、材料の除去がスムーズになり、サイクル時間が短縮され、最終的に生産コストが削減されます。

公差： CNC旋削加工は極めて厳しい公差に対応可能で、±0.01mmという高精度な公差を日常的に実現できます。しかし、CNC旋削加工の公差が過度に厳しい場合（例えば±0.001mm）、コストと製造の複雑さが不必要に増大します。ISO 2768-m（金属用）などの標準的なCNC旋削加工の公差は、多くの用途で十分です。標準的な公差範囲を理解し、機能的に必要なものだけを規定することで、パフォーマンスを犠牲にすることなく、プロジェクト予算を大幅に削減できます。

表面仕上げ： 設計プロセスの早い段階で、CNC旋削加工面の仕上げについて検討してください。機械加工のままの表面から、研磨、陽極酸化、粉体塗装まで、様々な仕上げが可能です。それぞれの仕上げは、外観、機能性、そしてコストに影響を与えます。内部部品には機械加工のままの表面が適している場合もありますが、目に見える部品には研磨または塗装面が必要となる場合があります。CNC旋削加工面の仕上げ要件を明確に定義することで、最終製品が機能面と外観面の両方の目標を達成し、コストを抑えることができます。

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結論

CNC 旋削は製造業界で最も重要な部分の XNUMX つであり、さまざまなコンポーネントに対して正確な結果が得られます。 その柔軟性と生産能力により、大規模生産でも同一の結果が得られます。

この記事では、CNC 旋削加工のさまざまな側面について、その独特の利点を含めて説明しました。 こうすることで、プロジェクトに最適な決定を下すことができます。 ただし、この製造プロセスに関してより専門的なアドバイスが必要な場合は、 RapidDirect に連絡する 。

CNC旋削に関するよくある質問