CNC加工は、設計された形状が形成されるまでせん断切断によって材料を除去する減算製造です。加工プロセスの汎用性により、ほぼすべての現代産業で使用されています。 CNC穴あけ (NAIST) と CNCフライス盤 それらのXNUMXつです。
フライス加工とドリル加工の主な違いは、工具の動きと材料除去のメカニズムです。フライス加工では、スピンドルの回転カッターが複数の軸 (X、Y、Z) を動かして材料を除去し、複雑な 3D パーツに適しています。一方、ドリルビットは Z 軸で動かされ、ワークを貫通して穴を開けます。
この記事では、フライス加工とドリリングという 2 つの基本的な CNC 加工プロセスについて、その仕組み、長所、短所、アプリケーションの好みなど、比較概要を説明します。
CNCフライス盤とは何ですか？
CNCフライス加工のセットアップ
フライス加工は、回転する切削工具が複数の軸を移動してワークピースから材料を除去する加工プロセスです。主に「固定作業（回転または傾斜可能）と回転カッター”フライカッター以外はすべてマルチポイントツールです。
CNC フライス加工が特別なのは、正確なツールの動きです。CNC プログラムがスピンドルの動きを命令し、自動的に実行されます。
CAD/CAM の統合は、高精度と生産速度を実現する主な理由です。CAD は製造可能な設計を作成し、CAM はその設計を CNC フライス盤が理解して動作できる命令コードに変換します。
CNC フライス加工プロセス
CNC フライス盤の操作には、次の 4 つの段階が含まれます。
- CAD 設計/CAM: 加工対象部品の詳細な2Dおよび3Dモデルを作成し、すべての形状の寸法と公差を明記します。その結果に基づいて、CNCプログラム（GコードとMコード）ファイルが生成されます。
- CNCミルのセットアップ: フライス盤のセットアップには、工作物を万力に固定し、工具をスピンドルに取り付ける作業が含まれます。
- フライス加工プロセス: ワークピースとツールは基準座標 (0,0,0) に配置され、CNC コードやその他の入力変数に基づいて、スピンドルが軸 (X、Y、Z) に沿って移動し、スピンドルに取り付けられたツールがワークから材料を除去します。
- 後処理： フライス加工後、部品はバリ取り、研削、ビードブラスト、またはその他の仕上げ処理が施されます。
CNCフライス加工の利点
CNCフライス加工は、複雑なパス、直線、円形、らせん状、不規則な形状、その他あらゆるカスタム形状を加工できます。そのため、非常に複雑でカスタムな形状を加工できます。 フライス加工.
CNCフライス盤が稼働中
その他の主な利点は次のとおりです。
- 精度： フライス加工により、0.127mm までの厳しい公差を持つ部品を簡単に製造できます。
- デザインの自由: 複雑な機能を備えた複雑な部品を製造できる能力により、設計者は既成概念にとらわれずに考えることができます。
- 穴あけ以上のもの: CNC ミリングでは、他の多数の機能やカウンターとともに穴を開けることもできます。
CNC フライス加工の欠点
- 高い設置コスト: CNC フライス盤は高価で、100,000 万ドルを超えることもよくあります。
- エネルギー集約型プロセス: フライス盤はボール盤よりも多くのエネルギーを消費するため、コストに影響します。
- サイズ制限: 機械のサイズと能力によって、加工できるワークピースのサイズも制限されます。そのため、フライス加工の用途が制限されることがあります。
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CNC穴あけ加工とは？
CNCドリル機構
CNC ドリリングは円筒形の穴の作成に特化しており、回転する CNC ドリル ビットが材料を送り込み、表面から所定の深さまで貫通します。穴のサイズはドリル ビットの直径と長さによって異なります。
ミルとドリルプレス — フライス盤は、工具を交換することで穴を開けるだけでなく、他の機能を作成することもできますが、ドリルプレスはさまざまなドリルビットに対応しており、穴あけのみに使用されます。」
CNCドリルは、ブラインド、スルー、ネジ切り、皿穴、座ぐり穴など、さまざまな穴あけ加工が可能です。 穴の種類 金属、プラスチック、複合材料。
CNC ドリリングのプロセスはフライス加工に似ています。まず、CAD 設計を作成し、次に G&M コードの生成とスピンドルへのドリル ビットの取り付けを行います。
CNC ドリルマシンの動作
ドリルビットは回転しながら作業面に垂直に近づき、刃先が材料を切断してチップを形成します。ドリルビットの溝がチップを上方に誘導し、切削領域から遠ざけます。
CNCドリリングの利点
- 精密な穴あけ加工： ミルとドリルプレスを比較すると、ドリルプレスは正確な穴と、溝入れ、ポケット加工などのその他の関連機能の作成にのみ焦点を当てています。 掘削機は、フライス加工よりも多様なタイプとサイズのドリルビットに対応できます。
- 費用対効果： 正確なコストは設計と要件によって異なりますが、特に大量の場合は掘削が費用対効果に優れています。 (あなたが読むことができます 掘削コスト計算 ここで）
- 穴サイズの多様性直径数ミリから最大2600mmまでの様々な形状とサイズの穴をあけることができます。
CNCドリリングのデメリット
- 材料の無駄: ミリングと同様に、材料の無駄も生じます。
- 硬質材料に限定: 工具鋼やチタン合金などの硬い材料に穴を開けるのは困難です。
- 円筒形の穴のみ: 掘削機またはドリルプレスは円筒形の穴に限定されます。
- ミリングよりも精度が低い: 穴あけ機能の種類は豊富ですが、フライス盤ほどの精度が得られないことがよくあります。
CNCドリルおよびフライス加工の応用
CNCフライス加工および穴あけ部品
フライス加工は、さまざまな業界で複雑で多機能な部品に使用されており、試作とフル生産の両方に適しています。多様なカッター/ツールに対応できるため、CNC マシンではさまざまな金属部品やプラスチック部品を製造できます。
一方、ドリル加工は、機械加工された部品にさまざまな形や大きさの穴を開けるのに適しています。フライス加工やその他の CNC プロセスではアクセスできない領域に穴を開ける場合は、ドリル加工で穴を開けます。たとえば、最初に旋盤で表面のプロファイルを作成し、ドリル プレスで穴を開けます。
| 業種 | CNC 穴あけアプリケーション | CNCフライス加工アプリケーション |
| 航空宇宙 | - ファスナー、タービン冷却チャネル、マニホールド用の穴。 | 複雑な表面、エンジンマウント、航空電子機器部品。 |
| 自動車 | エンジンブロックの穴、排気部品、サスペンションマウント。 | ギアボックス、カスタムリム、インテリアパネル。 |
| ディスプレイ・電子機器関連 | PCB の穴、コネクタの開口部、ヒートシンクのパターン。 | エンクロージャ、モールド、コネクタ、アダプタ。 |
| 医療機器 | 外科用器具の穴、インプラントのチャネル、歯科用ビット。 | 義肢、手術用テンプレート、診断機器 |
| ジュエリー | ビーズ穴、宝石のセッティング、時計の部品。 | カスタムジュエリーコンポーネント |
| 船舶 | シャフト穴、船体開口部、エンジン部品。 | ナビゲーションシステム、装備品、ボート内装用の部品。 |
| 石油業界 | パイプ穴、バルブ開口部、リグ部品。 | ポンプ、フランジ、探査ツール。 |
フライス加工とドリリング：適合する材料
鋼、アルミニウム、銅、ABS プラスチック、アクリル、複合材など、ほとんどのエンジニアリング材料は、穴あけとフライス加工の両方に対応しています。ただし、フライス盤よりもドリル プレスの方がセラミックやガラスの加工に適しています。一方、CNC ミルはニッケルなどの超合金に穴を開けるのに適しています。
以下の表は、これら 2 つの加工プロセスとさまざまな材料との互換性を示しています。
| 材料 | CNCフライス | CNCドリル |
| 鋼鉄 | ✅ | ✅ |
| アルミ | ✅ | ✅ |
| チタン | ✅ | ✅ |
| ABS | ✅ | ✅ |
| asfasdf | ✅ | ✅ |
| ナイロン | ✅ | ✅ |
| コンポジット | ✅ | ✅ |
| 硬化セラミックス | ❌ | ✅ |
| Glass | ❌ | ✅ |
| Inconel | ✅ | ❌ |
| タングステン合金 | ✅ | ❌ |
| 工具鋼 | ✅ | ✅ |
フライス加工とドリリング：設計の複雑さ
CNC フライス盤の操作により、複雑な輪郭、多次元形状、複雑な特徴など、より複雑な形状を作成できます。一方、穴あけは、単一軸に沿った円筒形の穴に限定されます。穴あけ操作は、単純な穴あけ設計にのみ適しています。
複雑なCNCフライス加工部品
したがって、フライス加工は設計の複雑さの点でドリル加工よりも優れており、穴だけでなく複数の幾何学的特徴を実現できます。
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フライス加工とドリリング：機械のセットアップとツール
フライス加工と穴あけ加工の作業範囲、工具セットアップのメカニズム、加工変数の違いについて見てみましょう。
ワーククランプ
- CNC フライス加工: ワークピースはバイス、クランプ、または治具でしっかりと固定されます。ワークピースの異なる面を加工するには、再度クランプする必要があります。次に、ワークピースは複雑な切削力に耐える必要があるため、安定性が重要です。
- CNC 穴あけ: 単軸操作であるため、標準バイスでベンチ上のワークを固定できます。ドリル加工ではフライス加工よりも固定力が少なくて済みます。
速度と切削深さ
フライス加工時のスピンドル速度はドリル加工時よりも遅く、ドリルビットの回転速度は速くなります (6000 ～ 2400 RPM)。その理由は、ドリル加工の単軸操作では速度を上げることができるのに対し、フライス加工のカッターは複雑な経路で移動する必要があるためです。
ドリル加工の切削深さは、材料の種類やドリルビットのサイズなどの要因によって異なりますが、フライス加工の深さは、カッターの種類、サイズ、形状、および作業の加工性に基づいて、より柔軟に決定できます。
加工ツール
CNCフライス盤
CNC フライス加工では、さまざまなマルチポイント カッターと、端、側面、またはその両方の位置のエッジを使用します。複数の方向から材料を切断して、ワークを成形できます。エンド ミル カッターは、最も一般的なフライス加工ツールです。これらのカッターの製造には、超硬合金、高速度鋼 (HSS)、超合金、またはその他の硬質材料が使用されます。
ドリルビットの種類
ドリルビットは、掘削作業における主要なツールであり、タングステン カーバイド、HSS、またはダイヤモンド コーティングで作られています。CNC 掘削作業では、0.05 ～ 38 mm のサイズのドリルビットが最も一般的です。
| フライス加工の種類 ツール | 掘削ツールの種類 |
| エンドミル | ツイストドリルビット |
| フェイスミル | 組積造ドリルビット |
| ボールノーズカッター | ダボドリルビット |
| スラブミル | フラットドリルビット |
| サイド＆フェイスカッター | オージェドリルビット |
| インボリュートギヤカッター | スペードドリルビット |
| ハエカッター | ステップドリルビット |
| ホローミル | 皿穴ドリルビット |
| シェルミル | コアドリルビット |
| ラフィングエンドミル | センタードリルビット |
| ダブテールカッター | |
| ウッドラフカッター |
フライス加工とドリリング：精度と表面仕上げ
フライス加工とドリル加工の仕上げ
CNC フライス盤は、±0.01 mm から ±0.05 mm という厳しい公差を実現できます。ただし、高度な多軸マシンでは、最適な加工条件下では、公差を ±0.005 mm まで下げることができます。一方、穴あけ公差範囲は ±0.05 mm から ±0.1 mm で、リーミングにより ±0.02 mm にすることができます。
CNC フライス加工された表面は、ドリル穴よりも滑らかです。多様なツール オプションとマシンの柔軟性により、表面粗さ (Ra) を 1.6 µm まで低く抑えることができます。一方、ドリル穴の達成可能な粗さは 3.48 µm です。
上記の許容差と粗さ (Ra) の値は、標準的な加工条件の場合です。これらは、材料の種類、ツール、さらにはオペレーターの専門知識によっても異なる場合があります。
穴あけにはどの方法を選ぶべきでしょうか？ドリルかフライス加工か
設計に複数の機能がある場合はフライス加工が適していると説明しましたが、フライス盤で穴のみをドリルで開けたい場合はどうすればよいでしょうか? はい、フライス盤でドリル加工操作を実行できます。
穴あけ加工
どちらを選択すべきかは、主に設計に深い標準的な穴があるか、穴の形状が複雑なかによって決まります。CNC ドリル マシンは、標準的な円筒形の穴を高速かつ低コストで作るのに最適です。穴が複雑でカスタム サイズの場合は、フライス盤を使用して穴を作成するのが最適です。
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まとめ
ドリリングとフライス加工は、どちらも用途が異なります。フライス加工は複雑な加工に適しており、ドリリングは穴あけ加工に特化しています。両方の加工プロセスで CNC プログラムはツールの動きを制御しますが、ツールとセットアップも若干異なります。これらの違いを理解することで、どちらが最適かを判断し、最適な予算で高品質の部品を製造する方法を知ることができます。
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よくあるご質問
ミリング加工はドリリング加工とどう違うのですか?
CNC フライス盤の操作では、X、Y、Z 方向に移動できる回転切削工具を使用しますが、穴あけには、ワークピースの軸に沿って直線的に移動して穴を開ける CNC ドリルビットが使用されます。
穴あけフライス加工と穴あけ加工の違いは何ですか?
ドリルビットは作業面に対して垂直に動き、深くてまっすぐな穴をあけます。一方、回転カッターは穴あけ加工中に円形の経路で材料を除去します。穴あけ加工では、大きくてカスタム形状の穴をあけることができます。
CNC フライス盤のさまざまな操作にはどのようなものがありますか?
一般的なフライス加工操作には、フェースフライス加工、ペリフェラルフライス加工、スロットフライス加工、ドリリング、タッピングなどがあります。
ドリルビットはフライスビットと同じですか?
これらは異なる種類の CNC ツールであり、異なる加工目的のために設計されており、互換性はありません。通常、エンド ミルはミル ビットと呼ばれ、複数の方向に材料を切断できます。対照的に、ドリル ビットには、材料を貫通して穴を開ける尖った先端が付いています。