CNC機械加工部品CNC装置を使用して製造されたコンポーネントを参照してください。CNC加工(コンピューター数値制御加工の略) は精密な製造方法であり、現在では現代の製造で広く使用されているプロセスとなっています。
CNC加工で使用される装置は、CNC工作機械(または単に「CNCマシン」)、ただし、地域の命名規則は異なります。中国の長江デルタ地域では「マシニングセンター」と呼ばれることが多く、珠江デルタ地域では一般に「CNCフライス盤」または「コンピューターフライス盤」と呼ばれます。
一般的な種類の CNC マシン
CNC旋盤–切削工具が 2 つの軸に沿って移動しながら、チャックに保持されたワークピースを回転させて円筒形の部品を製造します。
CNCフライス盤–通常は平らな部品に使用されますが、自由度が追加されたより高度なモデルでは、複雑な形状を生成できます。ほとんどの場合、スピンドルが切削工具を 3軸(高度な機械では 4軸または 5軸) に沿って回転させている間、ワークピースは静止したままになります。一部の設計では、スピンドルが固定され、ワークピースが切削経路に移動します。
CNCボール盤– フライス盤に似ていますが、1 つの軸(Z軸) のみに沿って切断するように設計されており、ドリルビットはワークピースにまっすぐ送り込まれます。
CNC研削盤–砥石を使用して高品質の表面仕上げを実現し、多くの場合、少量の材料を除去するための硬化金属の仕上げプロセスとして使用します。
CNC加工と従来の加工の比較
従来の機械加工方法と比較して、CNC加工はより高い精度と柔軟性を提供しますが、射出成形、ダイカスト、スタンピングなどの他の製造プロセスよりもコストが高くなる可能性があります。
CNC加工コストに影響を与える主な要因は次のとおりです。
1.機械加工装置
機器のコストには、購入価格、運用コスト、メンテナンス費用、工具コスト、CNC システム使用料が含まれます。機械が高価で複雑であればあるほど、部品あたりのコストは高くなります。
フライス盤は、可動コンポーネントがより複雑で、セットアップの難易度が高く、より複雑な加工を実行できるため、一般に旋盤よりも高価です。したがって、可能であれば、フライス加工を必要とせずに旋盤で機械加工できるように部品を設計してください。
コストはフライス盤の種類によっても異なります。軸数が多い機械は高価です。5軸マシンは複雑な形状をより迅速かつ正確に作成できますが (サイクル タイムが短縮されます)、3軸マシンよりもコストが高くなります。
2.設計コスト
設計コストには、CAD モデリング、CAE最適化、CAM プログラミングが含まれます。CAD/CAE コストは、常に部品コストに割り当てられるとは限らず、クライアントとサプライヤーの取り決めによって異なります。設計コストは固定されているため、大量生産で単位あたりのコストが削減されます。
3.材料費
材料費は部品コストの最大の構成要素の 1 つであり、以下によって決定されます。
- 原材料費–価格は材料の種類と市場の場所によって異なります。不必要に高性能な(高価な)材料ではなく、機能要件に基づいて材料を選択してください。たとえば、ステンレス鋼316 は 304 よりも大幅に高価です。
- 材料の使用– より少ない材料を必要とする部品を設計することで、廃棄物を削減します。場合によっては、後で組み立てるために、複雑な部品を 2 つの単純な部品に分割することを検討してください。
- 被削性–切削しやすい材料(アルミニウムなど) は加工時間とコストを削減しますが、硬い材料(ステンレス鋼など) はより高価な工具を必要とし、摩耗が増加し、コストが上昇します。
4.生産台数
設計・セットアップコストの共有により、生産量が増加すると単価が大幅に低下します。プログラミングとマシンのセットアップは、通常、バッチの 1回限りのタスクです。
5.特別な要件
公差が厳しくなると、加工の難易度とスクラップ率が増加し、コストが上昇します。表面仕上げ要件が高くなると、研削などの追加プロセスが必要になる場合があり、コストも増加します。
後処理(熱処理、陽極酸化、メッキなど) は性能や外観を向上させることができますが、コストも増加します。同じ部品の異なる領域に異なる表面仕上げを適用すると、コストが大幅に増加し、均一な仕上げの方が経済的です。
6.構造設計要因
部品の複雑さはコストに直接影響します。複雑な形状には、多くの場合、高度な機械、より多くのセットアップ、より長い加工時間、より厳格な検査が必要になります。設計上の主な考慮事項は次のとおりです。
(1)薄い壁を避ける
薄肉は壊れやすく、振動や変形を起こしやすく、切削速度が遅い必要があります。金属部品の場合、肉厚は >0.8 mm にする必要があります。プラスチック部品の場合、>1.5 mm。
(2)機械加工不可能なフィーチャーを避ける
たとえば、エンドミルは円筒形であるため、完全な 90°内角を直接フライス加工することはできず、角が切り身になります。鋭い角が必要な場合は、EDM(放電加工)が必要ですが、これはより高価です。可能であれば、代わりに内部半径を使用して設計してください。
(3)内角半径を大きくする
半径が小さいと、必要な工具が小さくなり、速度が遅くなるため、加工時間とコストが増加します。一般的なルール: コーナー半径(R) は、キャビティの深さ (D) の少なくとも 1/3 で、理想的には工具半径の 1.3× である必要があります。
(4) キャビティ深さの制限
深いキャビティはより多くの時間を必要とし、工具のたわみと切りくず除去の問題を伴います。原則として、キャビティの深さはキャビティ幅の4倍以下でなければなりません。
(5)複雑な曲面の最小化
曲面では、より小さな工具とより遅い加工が必要です。可能であれば、丸みを帯びたエッジを面取りに置き換えて、時間とコストを節約します。
(6) ねじ長の制限
穴径の 3倍を超えるねじ山は強度を高めることはめったにありませんが、加工時間が長くなります。止まり穴の場合は、下部に直径の少なくとも半分に等しいレリーフ領域を残します。
(7)標準サイズに穴を設計
標準ドリル サイズを使用すると、カスタム穴径をフライス加工するよりも高速かつ安価です。推奨深さはドリル直径の≤10×です。
(8) セットアップの最小化
すべての機能をできるだけ少ないセットアップで加工できるように部品を設計し、取り扱い、位置変更、カスタム治具の必要性を減らします。
(9)不要な文字や刻印を避ける
文字を彫刻すると、加工時間が長くなります。テキストが必要な場合は、スクリーン印刷またはレーザーマーキングを検討し、少なくとも 20 pt サイズのシンプルなサンセリフ フォントを使用します。
結論
コスト効率を念頭に置いて構造設計を最適化し、不必要な複雑さを回避し、適切な材料を選択し、セットアップと処理時間を短縮することで、機能や品質を犠牲にすることなく CNC加工コストを大幅に削減できます。
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