概要
CNC フライス加工は、製造で最も使用される CNC 加工操作の XNUMX つです。 すべての CNC プロセスは、コンピューター コードとプログラムによる自動化など、いくつかの類似点を共有し、高精度を保証します。 CNC フライス加工は独特で汎用性が高く、さまざまな業界で主力となっています。
この記事は、CNC フライス加工操作に関する包括的なガイドです。 これには、プロセス、その機能、利点、制限、およびアプリケーションについて知っておくべきすべてが含まれており、次の製造プロジェクトでそのプロセスを選択する前に極めて重要となる可能性があります。
CNCフライス加工とは?
CNC フライス加工は、一連の回転切削工具を使用してワークピースのコンポーネントを除去する自動プロセスです。 プロセスの名前が示すように、この作業ではコンピュータ制御の機械を使用してカッターを正確に動かし、寸法精度を確保します。
このプロセスは汎用性が高く、さまざまなフライス加工の実行、アンダーカット、ポケット、内部チャネル、その他の複雑な形状の作成など、さまざまな作業に適しています。 CNC フライス加工には多くの利点があります。
CNC フライス加工はどのように機能しますか?
CNC フライス加工は、最もよく使用される CNC 加工技術の XNUMX つです。 フライス加工、穴あけ、旋削はすべて CNC 加工の側面ですが、各プロセスには複雑な違いがあります。 そうは言っても、このセクションでは CNC フライス加工がどのように機能するかを正確に説明します。
CAD ファイルの準備
すべての CNC 加工操作は、目的の製品の 2D または 3D 形式として機能するコンピュータ支援設計 (CAD) を作成することから始まります。 CNC フライス加工用の CAD ファイルを準備するには、SolidWorks や Autodesk などのソフトウェアを使用する必要があります。 この CAD ファイルは、部品の形状、寸法、ジオメトリ、公差、仕上げ、その他の複雑な特徴を示す仕様を含む、フライス加工プロセス全体のOKIE プリントとして機能します。
デザインを CNC 互換フォーマットにエクスポート
CAD ファイルを作成した後、適切なコンピュータ支援製造 (CAM) ソフトウェアを使用して、CNC デバイスが理解できるファイルに変換する必要があります。 Convert.emachineshop.com や cad-exchanger などのこのソフトウェアは、設計を機械可読コード (多くの場合 G または M コード) に変換します。 これには、工具の経路と移動、切削順序、送り速度、その他のフライス加工プロセスの複雑なパラメータが含まれます。
機械のセットアップ
CAD ファイルを STL や STEP などの機械可読形式に変更すると、CNC マシンは実際のフライス加工の準備が整います。 次に、機械工またはオペレータは、適切な CNC フライス盤のセットアップを確認します。 これには、ワークピースを機械に固定すること、適切な切削工具をロードすること、正確な位置決めのための座標を設定することが含まれます。
フライス加工
正確な機械のセットアップが確認されたら、実際のフライス加工プロセスを開始できます。 機械はカッターをスピンドルに取り付け、フライス加工をキックスタートできるようにデバイスをセットアップする必要があります。 カッターはコードで示された特定の経路に沿って移動し、制御された指定された方法でワークピースから材料片を切断および除去します。
CNC フライス加工の種類
CNC フライス加工には一連の異なる切削操作が含まれ、それぞれが異なる加工目的に特化しています。 以下は、CNC フライス加工タイプの簡潔かつ詳細な概要です。
正面フライス
CNC フライス加工の一種である正面フライス加工では、切削工具 (通常は正面フライス カッター) の回転軸がワークピースの表面に対して直角になります。 切削工具には、工具の表面と外周に切削歯があります。 実際の切削作業は外周歯が担当しますが、端面歯は仕上げに役立ちます。 したがって、正面フライス加工された部品は、高品質で正確かつ滑らかな表面仕上げになる傾向があります。
正面フライス加工は通常、すでに機械加工された部品に平らな表面と輪郭を作成するために行われます。 他のフライス加工と比較して、一種の表面仕上げとしても機能します。 この CNC フライス加工プロセスには、CNC フライス加工におけるサイドミーリングやエンドミル加工など、さまざまなタイプが含まれる場合があります。
エンドミル
エンドミル加工では、エンドミルと呼ばれる特殊なカッターを使用してワークピースから材料を除去し、軸方向のカットを作成します。 スクエアエンドミル、ボールエンドミル、平面エンドミルなど様々なデザインのミルがあります。 エンドミル加工は、平面、輪郭、溝を作成するために使用されます。
側面フライス加工
名前が示すように、サイドフライス加工ではワークピースの側面に沿って切削します。 サイドミルカッターが材料をスライドさせて切断すると、ある種の横方向の動きが発生します。 このフライス加工プロセスは、平らな垂直面や角のある面を作成したり、部品の側面を再形成したり、ワークピースの端から余分な材料を除去したりするのに適しています。
縦型または横型 CNC フライス盤は、あらゆる種類の正面フライス加工を実行できます。
プレーンミリング
このフライス加工では、切削工具の回転軸がワークピースの表面と平行になります。 プレーンフライス加工は通常、平らな水平面に使用されるため、サーフェイスまたはスラブフライス加工と呼ばれることもあります。 他のフライス加工と同様に、ワークピースを切断する外周部に主に刃がある特殊なカッター (プレーンフライスカッター) を使用します。
プレーンフライス加工では、フライスの仕様や用途に応じて、幅の狭いカッターまたは幅の広いカッターを使用して、垂直、横、または縦方向のカットを作成できます。 たとえば、幅の狭いカッターはより広範囲の切断に適しており、幅の広いカッターはより大きな表面積を切断するのに適しています。 プレーンフライス加工は、平面、キー溝、またはスロットの作成に適した多用途の加工です。
フォームミリング
フォームミリングは、ワークピース上に複雑で不規則な形状、アウトライン、および輪郭を作成するための主要なミリング操作です。 このプロセスでは、この作業専用の成型フライス カッターまたはフライ カッターを利用して、凹面または凸面の向きで、曲面および平面、または完全な曲面を持つ部品にこれらの輪郭を作成します。
この操作により、複雑なデザインやカスタム フィーチャを含む、半円形または半球形のキャビティ、ビーズ、輪郭が作成されます。 ただし、複雑さと表面の曲率のため、この操作は通常のフライス加工操作よりわずかに遅くなり、最大 30% 遅くなります。
アンギュラーミリング
名前が示すように、角度フライス加工には、カッターの刃先がワークピースの表面に対して斜めに配置されるフライス加工操作が含まれます。 これはプレーンフライス加工と非常に似ていますが、主な違いは切削軸の角度設定です。
角度フライス加工では、シングル アングル ミラーを使用して、鋸歯、ベベル、面取り、溝などの角度のあるフィーチャーを作成します。 これらのカッターは角度のある刃先を備えているため、ダブテールの作成など、45、50、55、または 60 度の角度での作業に適しています。 ダブルアンギュラーカッターもあり、通常は V 字型の歯を持ち、90 度、60 度、45 度の角度で平面をフライス加工するのに最適です。
その他の種類
CNC フライス加工の最も一般的なタイプに加えて、その他のタイプをいくつか以下に示します。
外周フライス加工
外周フライス加工は平面フライス加工と似ており、その切削軸は通常ワークピースと平行です。 これには、ワークピースの外縁、つまり周縁に沿って切断することが含まれます。 このフライス加工技術は、エッジの繊細なディテールが必要な部品や、プロファイル、輪郭、溝の作成に適しています。
スロットミーリング
スロットミリングは溝ミリングとも呼ばれ、どちらの名前も技術を表しています。 これは、ワークピースにスロットや溝を作成するために明示的に使用されます。 T溝やキー溝などの加工に使用される汎用性の高い加工です。
スレッドミリング
繰り返しになりますが、名前が示すように、ねじ切りフライス加工は、切削工具の回転運動を通じてワークピースにねじ切りフィーチャーを作成することに特化しています。 雌ねじであっても雄ねじであっても、この技術によりワークピースに正確かつ正確なねじ切りフィーチャが作成されます。
ポケットミーリング
ポケットフライス加工では、ワークピースのアンダーカットのような、囲まれたポケットまたは凹部が作成されます。 この技術は、ベアリング用のポケットなどの内部の繊細なフィーチャーの作成に特化しています。
CNC フライス加工のための材料の選択
CNC フライス加工はさまざまな種類の材料に対応します。 このセクションでは、CNC フライス加工プロセスの材料の選択を XNUMX つのカテゴリーに分けて説明します。
CNC フライス加工用の材料の選択を決定する要因
材料を選択する前に、考慮する必要がある重要な要素があります。 これらは、特定のフライス加工プロジェクトに対する材料の適合性を判断するのに役立ちます。
以下に、そのような考慮を必要とする重要な要素のいくつかを示します。
- 部品の公差: 材料の公差評価は、最終製品の寸法精度に影響します。 したがって、厳しい公差仕様の部品を製造する場合は、最終製品が意図した用途に適合していることを確認するために、部品の公差を考慮する必要があります。
- 費用: 材料コストも重要な要素であり、材料によっては非常に高価なものもあります。 材料費と希望の物件のバランスをとり、予算を考慮することが非常に重要です。
- 各部の機能: 製造の目的とする機能も、材料の選択において重要な役割を果たします。 たとえば、航空宇宙産業では、アルミニウムやチタンが、かなりの強度と軽量性を必要とする用途に最適な材料です。 ただし、強度が決定基準である場合は、ステンレス鋼の方が適した材料となる可能性があります。
- ストレス: 繰り返しになりますが、材料が異なれば応力や疲労耐性も異なります。 したがって、プロジェクトの要件に応じて、材料の引張強度は変形や製造不良を防ぐための重要な要素となります。
CNCフライス加工用材料例
CNC フライス加工を含む CNC 操作の主な利点の XNUMX つは、広範囲の材料との互換性です。 CNC フライス加工に適した代表的な材質を以下に示します。
- 金属と合金: これには、軽量かつ高密度の金属および合金が含まれます。 CNC フライス加工用の金属の例には、アルミニウム、鋼、ステンレス鋼、チタン、真鍮、銅などがあります。
- プラスチック: CNC フライス加工は、さまざまなプラスチックや樹脂、特にエンジニアリンググレードのポリマーと互換性があります。 例としては、アクリル、ナイロン、ポリエチレン、ポリプロピレン、PVCなどが挙げられます。
- その他：金属やプラスチック以外の材質も含みます。 CNC フライス加工には、複合材料、木材、場合によってはセラミックなどの材料が使用されます。
CNCフライス盤の利点
CNC フライス加工は多用途であり、さまざまな業界で最も好まれている方法の XNUMX つです。 以下にその主な利点をいくつか示します。
高精度・寸法精度
すべての CNC 操作と同様、CNC フライス加工は、完璧な精度と寸法精度で部品を作成するため、高精度の操作です。 コンピューター制御のプロセスであるため、人間の介入はほとんどありません。 したがって、手動加工のようなエラーのリスクは最小限に抑えられます。 これにより、±0.001 インチまでの厳しい公差仕様を持つ部品やコンポーネントに適した技術となります。 実際、一部の機械では ±0.0005 インチを達成できます。
幅広いマテリアルオプションとの互換性
CNC フライス加工は、膨大な種類の材料オプションと互換性があります。 部品製造時に CNC 機械工が利用できるいくつかの材料の選択についてはすでに説明しました。 この装置は、プラスチック、金属、合金、複合材料、木材、場合によってはセラミックなど、さまざまな材料で作られたワークピースを加工できます。
迅速かつ効率的
CNC フライス加工の操作はコンピュータによって制御されるため、非常に効率的な方法です。 コンピューター支援設計をセットアップしてマシンをコーディングした後は、マシンは独立して操作を実行できます。 CNC フライス加工の高レベルの自動化と再現性は、必要に応じてデバイスを 24 時間 7 日稼働させることができるため、リードタイムの短縮に役立ち、生産率がさらに向上します。 したがって、厳しい締め切りに間に合う可能性が高くなります。
複雑な形状に最適
設計上の制約や幾何学的複雑さに関係なく、CNC フライス加工操作は適しています。 デバイスの動作をガイドする命令とコードが正しく最適化されていれば、カッターのツールパスと深さを正確に制御して高精度を実現できます。 一般に、CNC フライス加工プロセスは、ポケット、アンダーカット、輪郭などの複雑な形状を作成するための主要な機械加工操作です。
CNC フライス加工の制限
CNC フライス加工には多くの利点がありますが、依然としていくつかの制限があります。 CNC フライス加工プロジェクトが意図したすべての仕様を確実に達成するには、欠点を理解することが重要です。
初期費用が高い
一般に、CNC フライス盤やソフトウェアを含むすべての CNC マシンは高価です。 したがって、CNC フライス盤の初期セットアップは通常コストがかかり、特に新興企業や小規模企業にとっては制限となることがよくあります。 ただし、これらのマシンとそのその他のコンポーネントは耐久性が高いため、デバイスを購入することで得られる長期的なメリットが初期費用を上回る可能性があります。
工具の摩耗
CNC フライス加工では、工具の磨耗は多かれ少なかれ一定です。 切削工具とワークピースが常に接触していると、カッターが徐々に摩耗します。 材料の硬度や切削速度の増加などのその他の要因により、工具の摩耗が増加する可能性があります。 そうなると工具の交換や定期的な研ぎが必要となり、メンテナンスコストが増加します。
専門知識が必要
CNC フライス盤では、最適な加工を実現するために専門の機械技師とオペレーターが必要です。 デバイスには正しいコーディングとプログラミングが必要であり、多くの場合、機械工はプログラミング言語を十分に理解している必要があります。 また、工具の選択、加工技術、機械とワークのセットアップ、トラブルシューティング、問題の診断などのその他の側面はすべて専門家のサービスを必要とします。
CNC フライス加工の応用例
CNC フライス加工は、さまざまな業界で幅広く応用されているため、おそらく最もよく使用されている精密加工技術です。 以下にその一部を示します。
- 航空宇宙産業：航空機部品、構造要素、エンジン部品、および厳しい公差と品質基準および厳格な安全対策が施されたその他の特殊部品。
- 農業：大型農業機械、灌漑システム、特殊工具の部品
- 自動車産業: エンジン部品、シャーシ部品、トランスミッションおよびギアシステム、自動車の内装および外装部品。
- 電子: 電子機器の筐体および筐体、ヒートシンク
- エネルギーと再生可能エネルギー：発電機部品、タービン、太陽光パネル部品、再生可能エネルギーシステム
- 一般製造およびカスタム部品の製造: カスタム部品、金型、工具、機械部品、カスタム自動車部品の作成
- 医療産業: 厳格な安全性と品質仕様を備えた外科用器具およびインプラント、補綴物、整形外科用機器、歯科用ツール、およびその他の機能
CNC フライス加工のコストを決定する要因
さまざまな要因が CNC フライス加工作業の総コストに影響を与える可能性があります。 以下にその一部の概要を示します。
設計の複雑さ
設計の複雑さは、CNC フライス加工サービスの総コストにおいて重要な役割を果たします。 より複雑で繊細な設計者による部品は、特殊な切削工具、専門知識レベルの向上、リードタイムの延長を必要とする傾向があり、その結果、コストが増加します。 実際、一部の複雑な形状、特にアンダーカットなどの追加機能を備えた形状では、多軸加工が必要となり、従来の CNC 機械よりもさらに高価になります。
CNCフライス盤の種類
CNC フライス盤の選択も、CNC フライス加工のコストにおいて極めて重要な役割を果たします。 設計により高度な CNC デバイスが必要な場合、またはクライアントが特に高度な CNC マシン (多軸マシン) を要求した場合、追加料金を支払う必要があります。 実際、これらの機械は拡張機能を提供し、複雑さに関係なく最適な製造を保証します。 ただし、コストも高くなります。
材料の選択
CNC フライス加工の目的で選択される材料も総コストに影響します。 材料は XNUMX つの方法でコストに影響を与えます。XNUMX つは実際の材料コストです。 鉄、アルミニウム、スチールなどの一部の材料は比較的安価ですが、チタンやニッケルベースの合金は高価です。 材料の選択がコストに影響を与えるもう XNUMX つの点は、機械加工の容易さです。 チタンのような材料は機械加工が難しく、生産時間が長くなり、工具の磨耗が増加し、メンテナンスの必要性が増し、CNC フライス加工コストが増加する可能性があります。
生産量
生産量も CNC フライス加工のコストに影響します。 少量生産は大量生産よりも安いと予想されますが、特に部品あたりのコストについて議論する場合、それは直接的なものではありません。 CNC 加工は高価ですが、大量生産には費用対効果が高くなります。
これは、少数の製品と大型製品の製造コストは、コーディング、ツール、設定コスト、ツール交換などを含むコスト要因が類似しているためです。したがって、大量生産でより多くの材料を購入することに加えて、プロジェクトの他の不可欠な側面は次のとおりです。製造全体にわたって共有されるため、部品あたりのコストが削減されます。
表面仕上げの選択
CNC 加工では高精度の部品が得られ、表面仕上げはほとんどまたはまったく必要ありませんが、部品をさらに改善するためにこれらの操作を選択することもできます。 ただし、選択した仕上げおよび後処理操作は総コストに影響します。 したがって、予算が厳しい場合は、部品の表面仕上げを低コストで行うことを検討するか、機械加工のままにしておきます。
CNC フライス加工サービスの今後の動向
止まることのない技術の進歩により、CNC フライス加工作業は現代および未来の製造需要を満たすために改善され続けています。 このセクションでは、CNC フライス加工サービスの将来を含む顕著な傾向について説明します。
フライス加工プロセスの自動化
CNC 自動化は CNC フライス加工作業に不可欠です。 これらのデバイスの操作コードに加えて、ロボット システムを CNC マシンに統合すると、人間の干渉がさらに軽減され、精度が向上します。 製造業者や OEM はロボットを使用して、工具交換、マテリアルハンドリング、ワークピースの積み降ろし、さらには品質分析などの単純なタスクを実行できます。 これらのプロセスを自動化すると、CNC 操作の再現性と効率が向上します。
機械学習 (ML) と人工知能 (AI) の使用
CNC フライス加工では、機械学習と AI がすでに進んでいます。 プログラマーやソフトウェア エンジニアは、この技術を使用して CNC デバイスに学習機能を装備し、加工操作をさらに最適化できます。
ML と AI のアルゴリズムを統合すると、工具の摩耗の予測、有利な経路の予測、加工欠陥の予測と防止、無駄の最小化、リアルタイムでの切削パラメータの変更に役立つ可能性があります。 これには、自己監視、メンテナンスのスケジュール設定、障害発生時の自己診断などの機能も含まれる場合があります。 これらの機能により、工具寿命と機械全体の効率が向上します。
まとめ
CNC フライス加工は、さまざまな産業用途で一般的な製造技術です。 この方法は、単純な製造から複雑な設計機能を備えた洗練されたコンポーネントの製造に至るまで、幅広い機能を提供します。
常にダイナミックな製造業の世界にもかかわらず、CNC フライス加工は進化を止めることを拒み、長年にわたり主力であり続けることを保証します。
Zintilon のカスタム CNC フライス加工サービス
この記事をここまで読んだあなたは、CNC フライス加工について詳しく理解できたと思います。 ただし、特に小規模または XNUMX 回限りのカスタム部品製造の場合は、プロジェクト用の機械の購入にコストがかかるため、サービスと提携する必要があります。
ジンティヨン は、高品質の CNC フライス加工サービスを提供する専門家です。 単純な部品であっても、公差仕様が厳しい複雑な部品の製造であっても、当社はお客様の要件に準拠します。
当社の施設は、高度なスキルを持ったオペレーターと、お客様の夢のプロジェクトを実現するために必要な設備を備えています。 CNC フライス加工に加えて、EDM、板金加工、ダイカストなどの関連技術を含む、旋削、穴あけなどの他の CNC 加工操作も提供しています。
よくあるご質問
CNC フライス加工は CNC 加工とは異なりますか?
CNC フライス加工は、CNC 加工操作のサブセットです。 確かに、CNC フライス加工は広大です。 これには、回転カッターを明示的に使用して材料を再形成することが含まれます。 一方、CNC 加工には、フライス加工、ボーリング、旋削、穴あけ、ルーティングなどのさまざまなプロセスが含まれます。
フライス加工が旋削加工よりも優れているのはなぜですか?
フライス加工はより幅広い用途を提供します。 輪郭、くぼみ、アンダーカット、その他の複雑な詳細を含む、平らで複雑な形状の作成に適しています。 一方、円筒構造の場合は旋削加工が適しています。
手動フライス加工と CNC フライス加工の違いは何ですか?
手動フライス加工では人間のオペレーターが機械の機能を制御する必要がありますが、CNC フライス加工は自動化され、コンピューター プログラムとコードによって制御されます。 したがって、CNC フライス加工は複雑な部品を作成でき、手動フライス加工を超える精度と再現性を実現します。
CNC フライス加工と CNC 旋削加工の違いは何ですか?
CNC フライス加工では、回転切削工具がワークピースの一部を除去しますが、CNC 旋削では、カッターは固定されており、ワークピースが回転しながらワークピースが削り取られます。 両方のサブトラクティブ マニュファクチャリング プロセスは似ているように見えますが、目的は異なります。 旋削加工は円筒部品に特化していますが、フライス加工は平坦な構造から複雑な構造に至るまで幅広い用途に使用できます。
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