CNC 加工は、現代の製造業に大きな破壊力をもたらしています。CNC 加工は、正確かつ柔軟な方法論を標準化することで、製造業の状況を一変させました。CNC 加工は、自動車、航空宇宙、医療、消費財など、さまざまな業界で使用されています。このエッセイでは、CNC 加工とその魅力的な用途の世界、そして現代の産業に与えた革命的な影響について考察します。
CNC加工とは何ですか?
CNC 加工などの減算的製造では、コンピュータ支援設計 (CAD) モデルによって提供される指示に従って、ワークピースから材料を除去します。CAD モデルからコード (G コードと M コード) が取得され、加工パラメータに関する指示が含まれています。その後、CNC マシンは旋削、穴あけ、フライス加工などの加工操作を実行して、ワークピースの一部を除去します。
CNC 技術を使用すると、さまざまな種類の金属、ポリマー、木材、複合材を加工できます。これは、3D 印刷や射出成形などの付加的および形成的方法と並んで、部品を製造するための基本的な手順です。一方、CNC 加工には、従来のプロセスに比べて検討する価値があるいくつかの利点があります。それでは、本を読み進めていきましょう。
さまざまな業界でCNC加工が使用されています
航空宇宙産業
航空宇宙産業とコンピュータ数値制御 (CNC) 機械加工の歴史は古く、航空機の金属部品は最高の精度で製造されています。これは、生死に関わる用途には欠かせない機能です。コンピュータ数値制御 (CNC) を使用して機械加工できる工業用金属は多岐にわたるため、航空宇宙エンジニアには多くの選択肢があります。
CNC 加工は、航空宇宙産業において信頼性の高い用途がいくつかあります。加工可能な航空宇宙部品には、エンジン マウント、燃料フロー部品、着陸装置部品、燃料アクセス パネルなどがあります。
自動車産業
自動車業界では、大量生産とラピッドプロトタイピングの両方に CNC フライス盤が広く使用されています。ギアボックス、バルブ、シリンダーブロック、車軸は、押し出し金属から作ることができる多くの機械加工部品のほんの一部です。対照的に、ガスゲージやダッシュボードパネルなどのプラスチック部品は、CNC 装置を使用して製造されます。
自動車業界では、CNC 加工はユニークなカスタム部品の製造に役立ちます。その他の交換部品も CNC で製造できます。これは、最小注文数量がなく、納期が非常に短いためです。
海洋産業
世界中で使用される可能性のある水上船舶を建造するには、海事部門で高度な訓練を受けた専門家が必要です。CNC 加工は、これを可能にする唯一の方法です。
エレクトロニクス産業
エレクトロニクス業界における試作と生産はどちらも CNC 加工の恩恵を受けています。
防衛産業
軍事・防衛部門の要件は、航空宇宙部門の要件に匹敵します。武器やミサイルの外部機構と内部機構は、CNC 技術を使用して製造され、さまざまな用途に使用されています。
ヘルスケア業界
医療業界では、表面仕上げが精密かつ滑らかであることが不可欠です。骨ネジや骨プレートは、患者の体内に埋め込まれてそこに留まる機器の 2 つの例です。そのため、患者が不快感を感じないことが不可欠です。
さまざまなプラスチック部品は射出成形を使用して製造できます。金属部品やその他の複雑な要素は、CNC 加工を使用してのみ製造できます。
オートメーション産業とロボット工学
ロボット工学と自動化の分野は長い道のりを歩んできましたが、その分野に携わる人々には無限の可能性があるため、まだ初期段階にあります。CNC 加工は、必要な役割を果たす部品の製造を通じて、これらの適応の可能性を提供します。その中には次のようなものがあります。
- ロボットアームのエンドエフェクタ
- センサー 器具
- 治具付き電気自動車用コントローラ
新しい電気自動車はどれもガソリンや石油で動く従来の自動車よりも効率が高いため、可動部品が少なくなっています。CNC 加工は、1 つのワークピースから多数の部品を製造できるため、この目的に適した唯一のオプションです。
無人航空機（ドローン）
CNC 技術を使用した自動運転車の部品の製造には、金属、フォーム、複合材、ポリマーなどの材料をすべて使用できます。精度と一貫性は優れています。
カスタムパーツ
今日の製造業者は、各顧客の独自の要件に合わせて精密機械加工された部品を生産できる最先端の技術にますます依存するようになっています。CNC マシンの汎用性、速度、精度により、このような作業が可能になります。
CNC 加工の手順は何ですか?
すべての CNC 加工プロセスには、同じ 4 つのコア ステップがあります。ここでは、通常の動作の手順を順を追って説明します。
CADモデルの準備
製品の 2D または 3D モデルの作成は、このプロセスの一部です。AutoCAD と SolidWorks は、この目的に使用できる多くのプログラムのうちの 2 つの例にすぎません。さらに、製品の需要に応じて、2D 設計を 3D 設計に変換することもできます。
製品設計の中には簡単なものもありますが、特により複雑な設計の場合は、対応する CAD モデルを準備するために専門家レベルの知識が必要になる場合があります。
効率的な加工操作に必要な許容差、ねじ、構築線、その他のパラメータは、CAD モデル内で直感的に明確に表示する必要があります。
CNCマシンで使用するためのフォーマット変換
CAD ファイルは CNC フライス盤では理解できません。機械が CAD モデルを理解できるようにするには、CNC が読み取れる形式に変換する必要があります。このプロセスには、AutoCAD や Fusion 360 などの CAM ツール、またはクラウドベースのサービスを使用できます。
このプログラムは、CNC マシンが理解できる形式でエクスポートし、パラメータ指示を提供できます。直線運動と回転運動、マシンの速度、カットの順序、ワークピース、ツールパスなどの考慮事項はすべて、加工において重要な役割を果たします。
セットアップの実行
これには、実際の加工を開始する前に適切な CNC マシンを決定し、必要な操作を設定することが含まれます。ワークピース、製品設計の複雑さ、予算はすべて、どのマシンを購入するかを決定する際に重要な役割を果たします。次に、ワークピースをマシンに取り付けます。
部品を加工する
オペレーターはカッターを取り付けて機械を起動します。この手順は完全に自動化されており、コンピューターが完了と判断するまで継続されます。機械工は、加工プロセス中と加工プロセス後に、品質管理のために複数のチェックを実行します。
CNC加工が有利な理由は何ですか?
CNC 加工は、何十年も続いてきた他の製造プロセスと同様に、部品を作成する他の方法に比べて多くの利点があります。コンピュータ制御を使用することで、さまざまな材料に対して均一な精度と正確さを実現できます。さらに、大量の購入をする必要もありません。CNC マシンは、アイデアの実現可能性を示すためのプロトタイプを 1 つ作成できます。これらのマシンが時間とリソースを節約するもう 1 つの方法は、プロトタイプがまったく不要になることです。
メンテナンスをほとんど必要とせず、継続的に使用可能
手作業による機械加工は、訓練を受けた専門家しか行うことができません。従業員が休憩を取ると、作業は停止します。しかし、コンピュータ数値制御装置は 24 時間稼働できます。オペレーターは、プロジェクトの設計で要求されるあらゆるコンポーネントを作成するようにコンピュータを設定できます。その後、マシンは必要なコンポーネントを自動的に製造し始め、プログラマーは他のマシンの作業に専念できます。CNC マシンにより、オペレーターの定型作業が軽減され、機械工場はより少ない労働力で生産量を拡大できます。
生産方法をその場で変更できることも、CNC マシンを使用するもう 1 つの利点です。1 つの設計を終えたら、オペレーターはコードを調整して次のフォームを構成するだけで、さまざまな部品の小ロット生産が可能になります。この優れた適応性により、CNC マシンショップは大量生産から 1 回限りのプロトタイプまで、さまざまな要件を満たすことができます。
CNC マシンはメンテナンスの必要もなくノンストップで稼働し、生産性の将来はさらに明るくなります。将来の IoT 技術により、CNC マシンにコンポーネントの摩耗を監視するセンサーを設置できるようになります。機器が故障するのを待つ代わりに、これらのセンサーがオペレーターに即座に警告を発します。CNC マシンの荷降ろしと梱包の自動化も、IoT によって可能になります。
CNC 加工における現在の自動化レベルは、製造技術の将来を垣間見る興味深いものです。将来の技術とモノのインターネットの統合により、今日の CNC 加工はさらに強化されるでしょう。今 CNC 機械工場とのつながりを構築することで、この生産アプローチの現在および将来のメリットを享受できるようになります。
精度
機械の精度は、目標値にどれだけ近づけるかで測定されます。ただし、すべての CNC マシンがこのような高い精度を実現できるわけではありません。一緒に働く人とは、CNC マシンショップの精度について話し合う必要があります。高精度の機械加工部品は、航空宇宙産業や防衛産業でよく使用されます。これらの部品は、最終的には飛行機、自動車、さらには防衛機械に使用される可能性があるため、正確な仕様で製造することで人命を救うことができます。
正確さ
プロジェクトの精度は、製造された部品が計画にどれだけ忠実であるかで示されます。人間の機械工はミスを起こしやすく、それが微妙ではあるが致命的な精度の偏差につながる可能性があります。正しい設計に少し変更を加えるだけでも、精度が要求される用途では問題を引き起こす可能性があります。CNC 加工の自動化により、生産における精度の問題が軽減され、オペレーターがアクションに関してある程度発言できるようになります。
オペレーターは機械加工プロジェクトの精度に大きな影響を与えます。望ましい結果を達成するにはオペレーターが重要なので、期待以上の成果を出す機械工場と協力することが不可欠です。
CNC マシンで作業する場合、オペレーターはツールのキャリブレーションと作業条件を完全に決定できるため、精度を高めることができます。機械の精度は、メンテナンスや摩耗した加工ツールの交換によって回復できますが、オペレーターがこれらの兆候を認識している場合に限ります。
CNC 加工の精度の向上により、繰り返しが可能になります。部品の同一コピーが複数必要な場合、CNC 加工を使用すると、手作業による方法よりも高い精度でコピーを作成できます。
汎用性
CNC 加工と比較すると、3D プリントなどの代替手段では、製品の製造に使用できる材料の選択肢が少なくなります。ただし、CNC 加工では、さまざまな種類の材料を使用できます。
地元の機械工場に、機械に使用されている材料について問い合わせてください。特定のコンポーネントの入手性は場所によって異なります。American Micro Industries の CNC 加工に適した材料は次のとおりです。
- フェノール樹脂とプラスチック
- フォーム、硬質
- フォームから切り取る
耐熱性、硬度、耐応力性、設計許容度、固定性などは、用途に応じて材料を選択する際に考慮すべき特性の一部です。
コンピューター生成プロトタイプまたはモデル
かつては、試作品は機械工が手作業で設計図を描いて作られていました。当時、部品を 3 次元で研究する唯一の手段は、実際に作った試作品を通してでした。この手間のかかる方法では、将来的に信頼できる成果物を保証することはできませんでした。
現在では、CNC マシンを使用して単一のプロトタイプを作成できます。対照的に、CNC マシンのコマンド ソフトウェアを使用すると、純粋に 3 次元の表示エクスペリエンスを実現できます。
CNC マシンを使用する場合、プロトタイプを作成することもできます。コンピューターは、モデルを構築する前に、モデルの完全な 360 度ビューをレンダリングします。物理モデルが必要ない場合は、それを作成することで時間とリソースを節約できます。
能力の向上
CNC マシンは、常に進化するコンピュータと設計ソフトウェアと組み合わせることで、最も熟練したエンジニアでも手作業では複製できないようなアイテムを生産することができます。CNC マシンは、その洗練されたプログラミングのおかげで、従来のマシンや手動のマシンよりも多様な形状、サイズ、質感を作ることができます。この装置を使用すると、より多様なコンポーネントを設計および製造することができます。
特殊な用途では、CNC マシンは複雑なアイテムの複数の同一コピーを確実に作成できます。
優れた効率性と拡張性
オペレーターが CNC マシンに設計パラメータを入力し終えると、マシンは停止します。CNC マシンは、いったん動き出すと非常に効率的で、短時間で大量の部品を生産できます。さらに、CNC マシンは大幅に拡張できます。CNC フライス加工は、機械工場に大量生産またはカスタム モデルのいずれかを柔軟に製造できる汎用的な製造プロセスです。CNC マシンの助けを借りて、無制限の数の部品を一度に製造することで、リソースを最大限に活用できます。
一貫した製品
人為的ミスにより、手作業で製造された個々の製品には多少のばらつきが生じる場合があります。CNC 加工では、繰り返し可能な結果が可能です。新しい部品を製造する場合、CNC マシンは元の部品の正確な寸法と許容差を確実に再現できます。注文した部品は変更しなくてもアプリケーションに適合するので安心です。これにより、時間とコストを節約できます。
デザインの維持
プロトタイプの設計は、後で使用するために CNC マシンに保存できます。複数のオペレーター間で同じ設計を維持することで、生産性が向上し、一貫した品質が保証されます。たとえば、設計が事前にロードされている場合、誰がマシンの電源を入れたかは関係なく、出力は常に一定になります。部品が手作業で作られる場合、すべての作業者がすべての設計を記憶する必要がないため、エラーが発生する余地があります。
CNC マシンは設計を保存できるため、冗長なバックアップが不要になります。たとえば、コンピューター上の未使用のファイルや古い形式のファイルを削除することで、ストレージ スペースを解放できる場合があります。プロトタイプ設計のバックアップ コピーは保存しておく必要がありますが、物理的なコピーのアーカイブは不要になります。
結論
CNC 加工は、現代の製造業に大きな変革をもたらしています。コンピュータ支援設計 (CAD) モデルによって提供される指示に従ってワークピースから材料を除去し、旋削、穴あけ、フライス加工などの加工操作を実行します。自動車、航空宇宙、医療、消費財など、多くの業界で使用されています。CNC 加工は、エンジン マウント、燃料フロー コンポーネント、着陸装置コンポーネント、燃料アクセス パネルなど、航空宇宙業界で信頼性の高い用途がいくつかあります。自動車業界では、大量生産とラピッド プロトタイピングの両方で CNC フライス盤が広く使用されています。
CNC 加工は、自動車、海洋、電子機器、防衛、医療、自動化、ロボット工学の各業界で使用されています。ユニークなカスタム部品や交換部品の製造、電子機器業界での試作や生産に使用されています。また、軍事および防衛部門では武器やミサイルの製造に、医療業界では骨ネジやプレートの製造に使用されています。CNC 加工は、エンド エフェクタ、センサー、固定具、コントローラ、電気自動車など、ロボット工学や自動化への適応の可能性を提供します。CNC 加工は、単一のワークピースから多数の部品を製造するための唯一の実行可能なオプションです。
また、自律走行車の部品、カスタム部品、個々の顧客に合わせた精密機械加工部品の製造にも使用できます。CNC 加工の 4 つのステップには、製品の 2D または 3D モデルの作成、CAD ファイルの CNC が読み取れる形式への変換、CAD モデルの準備が含まれます。CNC 加工は、何十年も使用されてきた製造プロセスです。均一な精度と正確さ、メンテナンスがほとんど必要なく継続的に使用できること、生産方法をその場で変更できることなど、部品を作成する他の手段に比べて多くの利点があります。これにより、機械工場はより少ない労働力で生産量を拡大し、大量生産から 1 回限りのプロトタイプまで、さまざまな要件を満たすことができます。
CNC マシンは、部品の摩耗を監視するセンサーや、荷降ろしと梱包の自動化など、自動化が進んでいます。精度は目標値にどれだけ近づけるかで測定され、正確さは製造された部品が計画にどれだけ従っているかで示されます。オペレーターは精度に大きな影響を与えるため、期待以上の成果を出す機械工場と協力することが重要です。機械の精度は、摩耗した加工ツールの修理や交換によって回復できますが、オペレーターがこれらの兆候を認識している場合に限ります。CNC 加工は、精度、汎用性、コンピューター生成のプロトタイプやモデルの向上を実現します。
さまざまな材料で可能であり、多くの用途に使用できます。コンピューター生成のプロトタイプまたはモデルは、CNC マシンを使用して作成でき、モデルを構築する前に 360 度のビューをレンダリングします。CNC マシンは容量が大きく、従来のマシンや手動マシンよりもさまざまな形状、サイズ、テクスチャを作成できます。CNC マシンは、機械工場に大量生産またはカスタム モデルのいずれかを柔軟に作成できる汎用的な製造プロセスです。効率的で、大幅に拡張できるため、一度に無制限の数の部品を作成できます。
ヒューマンエラーにより、一貫性のある製品が実現可能となり、元の製品の正確な寸法と許容範囲を確実に再現できます。プロトタイプの設計は、後で使用するために CNC マシンに保存できるため、生産性が向上し、一貫した品質が確保されます。これにより、冗長なバックアップが不要になります。
ツーリングとCNCの絞り加工能力を最大化する
BE-CU 中華のへら 絞り 会社では、過度の摩耗やストレスの兆候を監視しながら、設備を最大限に活用しています。さらに、より新しい最新の設備を検討し、製造能力をサポートまたは向上できる設備に投資しています。当社のチームは機械やツールに細心の注意を払っているため、部品の品質と生産性に悪影響を与えないように定期的にメンテナンスも行っています。
BE-CUの設計とエンジニアリングサポート
BE-CUは、社内の設計およびエンジニアリングチームを活用して、部品生産の初期コンセプトからお客様を支援することができます（提供された設計に対して広範な設計サポートも提供可能です）。私たちのチームは、プロジェクトの開始から終了まで、お客様と定期的かつ透明なコミュニケーションを取りながら、望ましい最終目標に向かって作業を進め、明確な進行方向を提供します。
BE-CUの設計およびエンジニアリングサポートプロセスの一例：
- クライアントがBE-CUチームに部品図面を提供します。
- 当社のエンジニアリングチームが図面をレビューし、ベストプラクティスに基づいて調整を行います。お客様のニーズに応じて、成形または絞り部品を最も効果的に達成する方法を推奨します。
- 図面と設計は必要に応じて改訂され、完璧な形に仕上げられます。財務的な実行可能性も最優先事項として考慮されます。
- 主要な目標は、全ての部品の適合性、形状、機能性を実現することです。
- 研究開発は製造プロセスの重要なステップであり、BE-CUは概念実証や様々な検証要件のためにプロトタイピングサービスを提供しています。研究開発プロセスにおける金属成形については、当社のeBookをご覧ください。
BE-CUが提供する広範な社内サービス
この金属加工プロセスは、軸対称の高性能部品を製造します。スピン成形とも呼ばれ、材料を望ましい形状に切削するのではなく、金属ディスクまたはチューブを円錐形やその他の円形に変形させます。
へら絞りは、手動の手作業によるスピニングプロセスまたは自動CNCスピニングを使用します。BE-CUのへら絞り機能の利点には以下が含まれます：
- コスト削減
- 短いリードタイム
- 最大の設計柔軟性
- シームレスで高品質な構造
対応可能な金属には、ステンレス鋼、炭素鋼、アルミニウム、銅、インコネル、ハステロイ、チタン、ブロンズ、真鍮が含まれます。BE-CUは、センター間60インチから直径100インチまでのカスタム金属絞り部品を製造でき、材料の厚さは0.018インチから2.00インチまで対応可能です。
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