CNC加工された鋼製部品
CNC加工部品とは、コンピューター制御の工作機械を用いて固体ワークピースから材料を除去することで製造される部品のことです。機械はプログラムされたツールパスに従って、材料を必要な形状とサイズに切削します。
一般的な部品は、アルミニウムブロック、鋼棒、真鍮材、またはエンジニアリングプラスチックから作られます。フライス盤で材料を除去し、ポケット、スロット、段差、平面などを形成します。ドリルで穴を開け、タッピング工具で内ねじを加工します。
部品の形状によって、使用する加工方法が決まります。多くの角柱状部品は3軸フライス盤で加工でき、4軸加工機ではワークピースを回転させて他の面にアクセスできます。5軸加工機は、複雑な角度のある表面の加工において、ワーク保持具の交換回数を最小限に抑えることができます。
生産部品に加えて、CNC加工部品は複雑な機能を備えたカスタムアセンブリにもなり得ます。バルブ本体の片面は、 オンデマンド製造フライス加工、穴あけ、ボーリング、タッピングなどの加工が可能である一方、シャフトは旋削とねじ切りしかできない。
一般的な部品は、アルミニウムブロック、鋼棒、真鍮材、またはエンジニアリングプラスチックから作られます。部品の形状によっては、フライス加工、旋削加工、穴あけ加工、ボーリング加工、ねじ切り加工、またはその他の機械加工が必要となる場合があります。
CNC加工部品とは何ですか？
CNC加工部品
CNC加工部品とは、コンピュータ制御の工作機械を用いて固体材料から材料を除去する工程を経て製造される部品のことです。CNC工作機械には、加工したい形状とサイズがプログラムされ、材料を機械の中を通して切削加工を行います。
使用される材料は、金属棒、金属板、金属ブロック、またはプラスチック素材などです。CNC加工では、旋削、フライス加工、穴あけ、ボーリング、ねじ切りなどの方法で材料を除去します。
鋼製シャフトは、例えば丸棒状のものなどが考えられます。機械は両端まで回転させることができ、様々な直径に加工したり、溝を切削したり、穴を開けたり、ねじ切り加工をしたりできます。アルミニウム製のハウジングの場合は、正面加工、ポケットフライス加工、穴あけ加工、ねじ切り加工が必要になる場合があります。
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CNC加工部品はどのように製造されるのですか？
部品設計
このプロセスは、CADモデルと設計図面から始まります。設計者は、部品の形状、寸法、材質、表面仕上げなどを指定します。
設計においては、部品の保持方法や加工方法も考慮する必要があります。ポケットの深さ、狭いスロット、内部構造、手の届きにくい表面などは、工具の選定やセットアップに影響を与える可能性があります。
例えば、深いポケットを作るには、長い切削工具が必要になる場合があります。設計者は、適切なアクセス経路を確保したり、完全な深さまで加工する必要がない場合は、加工箇所の深さを浅くしたりすることができます。
ツールパス計画
設計が完了すると、CNCプログラマーがCAMソフトウェアに加工手順を書き込みます。プログラマーは適切な工具を選択し、各形状の切削条件を決定します。
通常、ツールパスは大量の材料を除去する工程から始まります。仕上げ工程で基本的な形状が完成します。
ハウジングを機械加工する場合、プログラマーはまず素材から始め、外形とポケットを荒削りする必要があるかもしれません。図面に従って、穴あけ、ねじ切り、仕上げ加工の後に以下の工程を実行できます。
機械のセットアップ
オペレーターは、計画された工程に従ってCNCをセットアップします。切削工具を機械に挿入し、加工対象物を万力やチャックに固定するか、治具に取り付けるか、またはその他の適切なワーク保持装置に固定します。
次に、作業座標と工具オフセットが決定されます。これらの位置は、機械における工具と工作物の位置を示します。
オペレーターは、最初の切削ストロークの前に、最初の数回のストロークにおける工具の動きも監視します。これにより、オフセットの誤り、工具の位置、およびセットアップの問題が部品に影響を与える前に検出することができます。
機械加工と検査
その後、CNCマシンが所定の手順を実行します。オペレーターは切削工程を監視し、製造中に部品を検証します。
検査は、部品の最終段階ではなく、主要な工程の後に行われる場合がある。例えば、穴あけ加工の後、重要な穴の寸法を測定し、次の工程に進むことができる。
設計された部品は、適切な測定ツールを使用して、設計図面との適合性を検査されます。検査対象となる部品は、ノギス、マイクロメーター、ボアゲージ、ハイトゲージから三次元測定機まで多岐にわたります。
CNC加工部品の最適な設計手法
CNC加工部品は、図面が機械と工具の効率的な加工能力と一致している場合に製造が容易になります。設計上の些細な変更でも、段取り替えが必要になったり、より小型の切削工具が必要になったり、追加の検査作業が発生したりする可能性があります。
厳しい公差は、実際に機能する部分にのみ適用する。
まず、部品の機能に影響を与える寸法から始めます。これには、穴径、位置決めする穴、軸嵌合部、嵌合面などが含まれます。その他の寸法は、通常、図面に記載されている公差を用いて描きます。
例えば、ハードウェア部品が外形寸法に使用されない場合、厳しい公差は部品にとって有益ではありません。それでも検査作業は可能であり、追加の仕上げが必要になる場合もあります。
部品のサイズを機械のサイズと照らし合わせて確認してください。
大型部品を加工するには、治具、カッター、スピンドル、および工具の移動のための十分なスペースが必要です。また、長い工具で深い部分を加工する場合、高さに関する問題が発生する可能性もあります。
デザインが大きすぎないこと、また加工する最も深い部分が大きすぎないことを確認してください。ポケットの深さを少し変更することで、より短く、メンテナンスが容易なカッターが使用できる場合があります。
用途に合った材料を選びましょう
材料を選ぶ際に、強度だけを基準にしてはいけません。部品が実際にどのような環境にさらされるかを考慮する必要があります。硬度、剛性、化学物質への曝露、動作温度、熱膨張、表面状態などを考慮に入れましょう。
材料に不必要な抵抗が加わると、加工時間と工具摩耗が増加します。また、部品の寸法が近い場合、材料の熱安定性が低いと問題が発生する可能性もあります。
カッターに十分なアクセスを与える
カッターは対象物に直接接触していなければなりません。深く狭い場所、内径が非常に小さい場所、および密閉された空間では、短尺または長尺の工具が必要になる場合があります。
可能な限り、開口部を広くし、内角の半径を大きくしてください。一般的に、小さなカッターを無理やり穴に押し込むよりも、大きなカッターの方が操作しやすいです。
余分なセットアップを削減する
機械加工者が作業した部品を検査してください。機械のセットアップ時に位置調整や位置合わせの作業を減らすことで、複数の関連形状を生成できます。
重要な部品を異なる面に配置することは避けてください。部品を裏返す必要がある場合は、2回目のセットアップのために、明確な表面または位置決め用の特徴を設けてください。
加工用に十分な在庫を残しておく
加工後の仕上げ面を滑らかに仕上げるためには、加工前の素材に十分な材料が残っている必要があります。この余裕量は、素材の状態、部品のサイズ、使用する材料、および加工方法の種類によって異なります。
CNC加工機で製造するすべての部品に、画一的な加工代を設定すべきではありません。加工代が少なすぎると表面仕上げが不十分になり、多すぎると削り取る材料の量が増えてしまいます。
CNC加工部品の場合、容易かつ費用対効果の高い変更点としては、機能公差、利用可能な機能、適切な材料の選択、段取り回数の削減、および妥当な在庫サイズなどが挙げられます。
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CNC加工部品の実用的な設計ルール
これらの規則は、フライス加工用カッターが部品に進入し、部品内を移動し、部品から出る方法に直接影響を与える特徴について規定しています。
内隅半径
内側コーナー半径部品
通常のフライス盤では、直角の内角を作ることはできません。切削刃には必ず丸みがついてしまいます。
嵌合する形状に適合する最大半径を使用してください。より小さな角が必要な場合は、加工工程でより小さなカッターを使用し、追加のツールパス操作が必要になる場合があります。
薄くて高い壁
厚肉部品の幾何学的構造
背が高く細い壁は、切断時の圧力によって動く可能性があります。これにより、壁のたわみ、振動、または切断後の寸法変化が生じます。
可能な場合は、支持されていない壁の厚みを増すか、高さを低くしてください。別の方法としては、支持リブを使用して、部材全体の厚みを増すことなく剛性を高めることもできます。
深い空洞
深溝フライス加工
深い溝を加工するには、より長い切削工具が必要となる。工具が長くなるほど、たわみを制御するのが難しくなる。
ほとんどのCNC部品の場合、キャビティの深さは約 空洞幅の4倍深い溝を加工するには、より長い工具が必要となり、切削中に工具が曲がったり振動したりしやすくなります。また、深い溝からは切りくずを取り除くのも難しくなります。溝の幅を広げることで、切削工具のアクセス性が向上し、切りくず除去のためのスペースも確保できます。
機械加工されたテキスト
一部に刻印された文字
部品の主要形状に影響を与えない切削加工を追加します。識別のため、必要に応じて文字を簡略化します。
浮き彫りやエンボス加工の文字は、文字の周囲の材料を削り取る必要があるため、より多くの加工が必要になります。一方、彫刻文字は、工具が文字を表面に彫り込むだけなので、通常はより簡単かつ迅速に加工できます。
CNC加工用の部品を設計する際には、制約事項を考慮する必要があります。標準的なCNC工具では効率的に製造できない形状も存在します。これらの制約事項は、部品の製造前に評価しておくべきです。
カッターの形状
加工面の形状は、カッターの形状によって異なります。平底のポケット加工にはフラットエンドミルが適しており、曲線状のポケット加工にはボールエンドミルが使用されます。
物体の内側の角も、同じ半径で丸みを帯びています。標準的なカッターサイズに対応した形状にすることで、加工者はより幅広いカッターデザインを選択できるようになります。
カッターアクセス
工具は表面に容易にアクセスできる必要がある。密閉された領域、深い側面形状、またはアンダーカットは、その経路を遮断する可能性がある。
既存の方法ではアクセスできない機能の場合は、別のツール、組み立て技術、または製造プロセスが必要になる可能性があります。
工具のたわみ
直径が小さく長さが長いほど、切断時に曲がりやすくなります。これは最終製品に影響を与え、工具の破損リスクを高める可能性があります。可能であれば、できるだけリーチの短い、より大きなカッターを使用してください。
部品のたわみ
切断中に部品が振動することもあります。これは、肉厚が薄い部分、リブが狭い部分、切断領域の後ろに肉厚がほとんど残っていない部分でよく見られます。
これらの箇所では、切削力に対して十分な支持力を確保してください。ワーク保持具は、加工対象部分に干渉することなくアクセスできる構造にする必要があります。
CNC加工部品の一般的な種類は何ですか？
CNC加工部品は通常、製造に必要な加工の種類によって分類されます。部品は主にフライス加工、旋削加工、穴あけ加工、または放電加工（EDM）によって製造されます。一部の部品は完成までに複数の工程を必要とします。
CNCフライス盤コンポーネント
平面、ポケット、スロット、穴、段差、非円形形状を持つ部品は、一般的にフライス加工によって製造されます。切削工具が部品の様々な領域を移動する際、加工対象物は安定した状態を保ちます。
一般的には、取付板、ブラケット、ハウジング、固定具、カバー、および機械ベースなどが含まれます。
例えば、ポケット、複数のねじ穴、およびボルト穴パターンを有する取付板は、通常、フライス加工とドリル加工によって作製されます。他の面にも形状を配置する必要がある場合は、加工計画で追加の部品位置を指定することができます。
CNC旋削部品
CNC 旋削コンポーネント
旋削加工部品は主に円形で、材料が工具に対して回転しながら作られます。代表的な部品には、シャフト、ピン、ブッシング、スリーブ、スペーサー、カラーなどがあります。 精密なトロフィー製造、およびねじ込み継手。
旋削加工は、単一の中心軸に沿って複数の形状を持つ部品の加工に最適な方法です。例えば、シャフトは外径が変化させたり、溝やねじ山を加工したり、中心穴を設けたりすることができます。このような形状は、同一の旋削加工で作成することが可能です。
穴あけ加工部品
CNC加工部品
穴あけとボーリングの違いは、ボーリングは既存の穴をより精密な直径と形状に加工するために用いられるのに対し、穴あけは新しい穴を作るために用いられる点です。
穴が嵌合部と一体化している場合、その違いは重要になります。クリアランス穴は単にドリルで穴を開けるだけで済む場合もあれば、精密穴を拡張したり、ベアリングシートを追加したりする必要がある場合もあります。
一般的な用途としては、機械ハウジング、エンジン部品、バルブ本体、油圧部品、ベアリングハウジングなどが挙げられる。
放電加工部品
放電加工部品
従来の切削工具では成形が難しい形状の場合、放電加工（EDM）が用いられる。この加工法は、放電を利用して導電性材料を除去する。
小型の内部形状、狭いスロット、精密な空洞、および硬化処理された工具部品の加工に適しています。例えば、適切なフライス工具が届かない場合、狭い内部形状の加工は困難になることがあります。このような場合、工具のアクセス性を向上させるために、形状の設計変更が必要になることがあります。放電加工（EDM）であれば、小型の切削工具を不適切な加工状況に無理やり押し込むことなく、設計変更を実現できます。
レーザーカット部品
レーザー切断は、主に平面の板材やプレート部品を、形状、穴、またはスロットに切断するだけで済む場合に用いられます。
一般的な構成部品としては、パネル、ブラケット、カバー、プレート、筐体などが挙げられる。
レーザーカットされたブランク材は、他のCNC製品に加工することも可能です。例えば、プレートをレーザーカットして外形を成形した後、機械加工によってポケット、ねじ穴、または精密に仕上げられた面を作成することができます。
カスタム精密部品
特注部品は、カタログ部品の設計図ではなく、図面に基づいて製作されます。形状と必要な特性によって、必要な加工プロセスが決まります。
1つの部品で、旋削、フライス加工、穴あけ、ねじ切り、ボーリング、放電加工、仕上げ加工など、様々な加工工程を行うことができる。例えば、円形のハウジングは、取り付け面を作るためのフライス加工や穴パターンを作るための穴あけ加工を行う前に、主径と内径に合わせて回転加工を行うことができる。
この種の作業の重要な点は、各特徴を適切なプロセスに適合させることです。特に部品が円形、平面、内部、詳細な形状など、複数の特徴を持つ場合、各特徴ごとに個別のプロセスを使用することは必ずしも現実的ではありません。
CNC加工部品には一般的にどのような材料が使用されますか？
適切な材料は、部品がどのような負荷に耐える必要があるかによって決まります。強度、重量、耐腐食性、耐摩耗性、耐熱性、電気的特性、加工要件など、すべてが材料の選択に影響します。
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材料 |
実践的な推奨事項 |
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アルミ |
• 軽量ハウジング、ブラケット、プレート、構造部品、および 農業機械部品. |
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ステンレス鋼 |
・湿気、洗浄剤、または腐食性環境にさらされる部品に使用してください。 |
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鋼鉄 |
・シャフト、ギア、工具、および荷重を受ける機械部品に使用します。 |
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チタン |
・強度を損なわずに軽量化が優先される部品に使用する |
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エンジニアリングプラスチックス |
・POM：摺動部品、ブッシング、ギア |
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コンポジット |
・軽量かつ高剛性が求められる場合に使用する |
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CNC加工部品の主な利点は何ですか？
CNC加工は、高精度で一貫性のある、用途に特化した部品を製造する上で、実用的な利点を提供する。
- 高精度
- 高い再現性
- より速い生産
- 設計の柔軟性
- 幅広い素材の選択
- 工具要件が低い
- 簡単なプロトタイピング
- 様々な生産量に適しています
信頼できるCNC加工部品サプライヤーを選ぶにはどうすればよいでしょうか？
優れたCNC加工業者であれば、設計段階から最終製品に至るまでの加工、検査、材料選定、納品といった工程において、自社のやり方を明確に示すことができるはずです。価格や納期だけで判断するのではなく、業者の実際のプロセスを確認しましょう。
機械加工経験
供給業者が同じ材料、形状、公差で製品を製造した経験があることを確認してください。例えば、6061アルミニウムの機械加工プロセスは、Ti-6Al-4Vのような、深いポケットと厳しい位置公差を持つ小型部品の製造プロセスとは大きく異なります。
効率的なサプライヤーは、工具の選定、ワークの保持方法、加工手順、切削条件に精通している必要があります。難しい形状の加工計画については、実際に機械で加工を行う前に、事前にサプライヤーと話し合っておくべきです。
品質チェック
品質管理は、図面で求められる水準と同等である必要があります。重要な直径はマイクロメーターで、形状の位置はハイトゲージで、ねじ穴はねじゲージで、複雑な寸法と位置公差はCMM検査で測定できます。
精密部品の場合は、出荷前にどのような検査が行われるかを確認してください。一般的な検査項目は以下のとおりです。
- 重要な寸法
- 穴の直径と位置。
- 糸の太さと深さ。
- 平面度と垂直度
- 表面粗さ
- 部品と図面の寸法
- 材料認証
- 表面処理
- 機械的欠陥 – 目視および加工痕
生産注文量が多い場合は、検査報告書またはCMM（三次元測定機）による報告書を使用して、重要な部分の寸法を記録することができます。
材料能力
サプライヤーが指定された材料を定期的に使用し、必要に応じて材料のトレーサビリティを提供できることを確認してください。異なる材料が工具摩耗、切削速度、クーラント、バリの発生、表面仕上げに及ぼす影響。
例えば、ステンレス鋼はアルミニウムとは加工方法が異なり、チタンは切削時にアルミニウムよりもはるかに多くの熱を発生する。加工工程の計画においては、これらの違いを考慮する必要がある。
生産能力
サプライヤーが機械の生産量と納期に関して、貴社のニーズを満たせることを確認してください。試作品の製作には長けていても、5,000個規模の量産には向いていないサプライヤーもいるかもしれません。
機械の稼働状況、セットアップ時間、検査時間、および生産時間について確認してください。加工時間は実用リードタイムの構成要素の一つに過ぎません。二次加工、検査、仕上げ作業の時間も考慮に入れる必要があります。
エンジニアリングサポート
理想的には、適切な製造プロセスが使用されていることを確認するため、切削加工を開始する前に、資格のあるサプライヤーが図面をレビューする必要があります。サプライヤーは、不必要に厳しい公差、深く狭いポケット、加工が難しい内側の角、工具のアクセス不良、または複数回の段取りを必要とする望ましくない加工特性などの問題点を特定できるはずです。
例えば、公差が±0.01mmから±0.05mmに変更された場合、部品の機能に影響を与えることなく、加工時間や検査要件を削減できる場合がある。
サプライヤーチェックリスト
CNC加工部品のサプライヤーを探す際には、以下の点を検討してください。
- 同様の部品および材料の経験
- CNCマシンと工具を所有できる能力。
- 重要寸法検査
- 複雑な部品にも対応可能なCMM（三次元測定機）の利用可能性。
- 表面仕上げ検査
- ねじ山と穴の検査。
- 使用されている材料は認証済みであり、トレーサビリティも確保されています。
- 初回品検査能力
- 生産能力
- エンジニアリングおよびDFM（製造性設計）に関するサポートは、双方向で提供されます。
- 必要に応じて、検査報告書の勧告事項を遵守する。
- 現実的な生産時間
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結論
CNC加工部品は、小さなピンやブッシングから、穴、ポケット、ねじ山、加工面を備えた完全なハウジングまで、多岐にわたります。プロジェクトごとに異なるのは、材料、形状、必要な寸法、表面仕上げ、生産数量、そして部品の使用方法の組み合わせです。
優れたCNC加工部品は、制御対象となる形状を明確に定義した図面から始まります。材料の選択は切削加工と完成品に影響を与えます。形状は工具のアクセス性や段取り回数に影響します。公差と表面仕上げの要件は、部品の加工方法と検査方法に影響します。生産数量も変化するため、どの加工方法が最適かを判断する必要があります。
これらの点は、部品が既に加工された後ではなく、生産前に確認しておく価値があります。アクセスしにくい箇所、不必要に狭い公差、用途に適さない材料などは、部品の品質を向上させることなく、作業量を増やすだけです。
カスタム用 CNC加工サービスプロリーン・テック 様々な材質、部品サイズ、形状、生産要件に対応した機械加工サービスを提供しています。CAD図面とプロジェクトの詳細をご提出いただければ、部品の機械加工要件についてご相談いただけます。
よくあるご質問
CNC加工で製造できる部品にはどのようなものがありますか？
CNC加工は、単純なピンやプレートから、シャフト、ハウジング、ブラケット、ブッシング、継手、機械部品に至るまで、幅広い部品の製造に用いられています。また、自動車、医療機器、電子機器、産業機器などの部品にも同様の加工法が採用されています。
CNC加工部品の材料はどのように選べばよいですか？
まず、部品が果たすべき役割から始めましょう。軽量部品にはアルミニウムが適しており、強度が必要な場合は鋼が適しています。腐食にさらされる部品はステンレス鋼で覆われます。高強度と軽量性が求められる場合は、チタンが有効です。プラスチック部品は、必要な摩擦、絶縁性、重量、耐薬品性に応じて、POM、ナイロン、PTFE、PEEKなど、さまざまな材質で入手可能です。
CNC加工部品はどれほどの精度を実現できるのか？
しかし、公差は加工条件によって異なるため、すべてのCNC部品に適用できる単一の公差値を見つけるのは困難です。機械の状態、材料、形状、セットアップ、検査など、すべてが機械に影響を与える可能性があります。極めて小さな寸法公差は、より厳密な加工と追加の機械検査を必要とし、結果として生産時間とコストが増加する可能性があります。
試作品部品の製造において、CNC加工は良い選択肢でしょうか？
CNCマシンは、生産用金型を使用せずにCAD設計から直接部品を切削できるため、試作品の生産に適したソリューションです。機械加工されたサンプルを使用することで、エンジニアは量産に入る前に寸法、組み立て、適合性、および機能を確認することができます。