機械加工は製造業の鍵です。材料を切断・成形するための様々な技術が含まれており、高精度な部品やアセンブリを製造します。これらの作業は、伝統的な方法と非伝統的な方法の2つのカテゴリーに分けられます。伝統的な方法には、旋削、穴あけ、フライス加工などがあり、非伝統的な方法には放電加工、レーザー切断、化学加工などがあります。
現代の製造業における機械加工の重要性は、いくら強調してもし過ぎることはありません。航空宇宙産業から消費財まで、多くの産業を支えています。また、精密で高品質な製品の製造にも不可欠です。この記事では、Yonglihao Machineryが機械加工の分類と違いを詳しく説明します。適切な加工方法の選択に役立つはずです。
目次
機械加工とは何ですか?
機械加工は、材料を削減する製造プロセスです。このプロセスでは通常、切削工具、ディスク、研削ホイールなどを用いて、ワークピースから余分な材料を取り除きます。さらに、このプロセスは不要な材料を除去して、目的の製品形状を作成するためにも使用できます。機械加工される対象物には、通常、板材、棒材、溶接物、鋳物などがあります。
機械加工製品の例としては、自動車部品、ドリル、銘板、ボルト・ナット、フランジなど、様々な産業で使用される部品や工具が挙げられます。次に、様々な機械加工工程を見てみましょう。
機械加工の種類
機械加工には、従来の機械加工プロセスと非従来の機械加工プロセスの2種類があります。これら2つの主要な種類に加えて、目的の最終製品を実現するために役立つサブタイプも存在します。これらの機械加工プロセスについて詳しく見ていきましょう。
従来の機械加工プロセス
従来型切削加工は、切削工具をワークに直接接触させて余分な材料を除去する製造方法です。この加工プロセスは、切削工具がワークに密着した状態で行われます。従来型切削加工には、以下の種類があります。
旋回
旋削加工では、切削工具は動かず、ワークピースが回転します。これは旋盤加工の一種で、切削工具を用いてワークピースから余分な材料を取り除きます。さらに、切削工具は両軸方向に移動することで、正確な幅と深さで切削します。
一方、旋削加工は、材料の内外面の加工に最適です。物体の外側を旋削加工することを正面旋削、内側を旋削加工することをボーリング旋削といいます。
フライス加工
フライス加工とは、回転工具を用いて加工対象物から材料を削り取る加工方法です。フライス加工には、主にフェイスフライス加工とスラブフライス加工の2種類があります。
フェイスフライス加工は、ワークの表面を滑らかにしたり平坦にしたりするために用いられる機械加工プロセスです。一方、スラブフライス加工は、幅広で平坦な面を切削するのに最適です。
さらに、このタイプの加工は複雑なプロセスを伴うため、通常は様々な特殊工具が必要になります。しかし、Yonglihao Machineryのような加工会社は、3軸および 5軸CNCフライス加工サービス最大 0.02 ミリメートルの許容誤差で部品をフライス加工します。
掘削
穴あけ加工は、ドリル(多点切削工具)を用いて固体材料に円筒形の穴を開ける加工です。この加工に使用されるドリルには、2つの螺旋状の貫通孔があります。これらの貫通孔は、ドリルビットが材料に穴を開け続ける際に、穴から破片や切削片を除去するのに役立ちます。
さらに、このタイプのドリルで開けられた穴は、通常、部品の組み立てに役立ちます。タップ、リーマ、ボーリングの前に、ねじ穴を開けたり、穴のサイズを適正にしたりするために、ドリル加工が行われます。そのため、ドリル加工は様々な機械加工工程の中でも最も重要な工程の一つです。
研削
研削は、部品の表面仕上げと公差の改善に最も適した加工プロセスの一つです。さらに、このプロセスにより、部品の形状、仕上げ、寸法の一貫性が確保されます。これは、研削や超仕上げなどの他の仕上げ工程の前の最初のステップです。
研削盤には主に2種類あり、平面研削盤と円筒研削盤です。平面研削盤は平面から少量の材料を研削しますが、円筒研削盤は円筒形から材料を削り取ります。
鋸引き
鋸引きとは、切削工具を用いて長い材料(押し出し成形品や棒材など)を短い長さに切断することです。エンジニアは鋸引きに様々な切削工具を使用します。例としては、電動弓鋸、丸鋸、研磨ホイール鋸などがあります。
さらに、鋸引きの切断速度は切断する材料によって異なります。例えば、アルミニウム合金などの柔らかい材料では、1000 fpm以上の切断速度が必要です。一方、高温の金属では、30 fpm程度の低速な切断速度が必要です。
ブローチング
ブローチ加工とは、ブローチと呼ばれる工具を用いて、角穴、スプライン穴、キー溝などの形状を加工する工程です。ブローチは、やすりのように多数の歯が連続して並んだ工具です。ブローチの歯は不均一であるのに対し、やすりの歯はすべて同じサイズであることに注意することが重要です。
さらに、ブローチは、表面または下穴を引っ張ったり押し込んだりしながら、切削深さを増しながら複数の切削を行います。ブローチの切削速度は材料の強度によって異なります。例えば、柔らかい金属の場合は最大50 fpm(毎分約120メートル)の切削速度が可能ですが、強度の高い金属の場合は5 fpm(毎分約140メートル)まで低下します。
非伝統的な機械加工プロセス
この精密加工プロセスでは、工作物に触れることなく材料を除去します。言い換えれば、非伝統的な加工プロセスでは、工具が切削材料に直接接触する必要はありません。以下に、一般的な非伝統的な加工プロセスをいくつか示します。
放電加工(EDM)
それで、 ワイヤーEDMとは何ですか? 放電加工(EDM)は、スパーク加工、ダイエングレービング、ワイヤカット、ワイヤアブレーションとも呼ばれます。この加工法は、材料を侵食することで除去します。さらに、この加工方法では工具が加工対象物に触れる必要がありません。そのため、損傷しやすい脆い材料の加工に最適です。
さらに、EDMは極めて硬く、公差が極めて厳しい特殊材料の切削にも適しています。EDMは材料の除去速度が遅いものの、加工した部品は通常、仕上げ加工がほとんど必要ないか、まったく必要ありません。
化学処理
化学加工とは、エッチング液の入った槽に対象物を入れる工程です。この工程で使用されるエッチング液は通常、金属と反応する強酸の混合物です。金属をエッチング液に浸すと、金属は均一に溶解します。さらに、化学処理をスムーズに進めるためには、タンク、ホットコイル、撹拌機、そしてワークピースが必要になります。
さらに、このプロセスは硬質、脆性、その他の加工困難な材料の加工に最適です。このプロセスは工具コストが低く、滑らかでバリのない部品を製造できます。さらに、このプロセスによる加工は、高い材料除去率により時間を節約できます。
電気化学加工(ECM)
電気化学加工(ECM)は、逆めっきとも呼ばれます。通常のめっきとは異なり、この加工では、材料を被加工物に添加するのではなく、被加工物から材料を除去します。また、電極と導電性液体の間に強い電流を流すという点で、EDMに似ています。違いは、火花が発生しず、工具を摩耗させないことです。さらに、熱拡散や機械的応力も発生しません。一方、ECMは滑らかな鏡面加工面を実現し、大量の材料を迅速に除去します。
一方、ECMは初期セットアップコストが高いという欠点があります。しかし、このプロセスは大量生産に最適です。さらに、汎用性の高い加工プロセスです。非常に硬い金属や合金の切削に最適で、特殊形状、小型部品、深穴の加工にも適しています。
研磨ジェット加工
この非伝統的な加工プロセスでは、高速で移動する微細な研磨材を用いてワークピースに衝突させます。これらの粗い粒子がガスまたは空気によって推進され、ワークピースに頻繁に衝突することで、材料の小さな破片が剥がれ落ちます。その後、ジェッターがワークピースから遊離した破片を除去し、研磨材粒子が衝突できる新しい表面を露出させます。
この加工方法が他の方法に比べて優れている点は、その柔軟性です。この加工方法で使用されるホースは、研磨材を加工対象のワークのあらゆる部分に送ることができます。これには、他の切削方法では通常到達が困難な領域も含まれます。
さらに、アブレシブジェット加工は発熱が非常に少ないため、製造工程における製品や部品の反りを防止できます。また、射出成形部品の継ぎ目除去や、材料への永久的な彫刻にも優れたツールです。さらに、金属箔の切断、高強度金属の加工、プラスチックのバリ除去にも非常に効果的です。
超音波処理
超音波加工では、低振幅・高周波の振動を用いて材料の表面を切削します。この加工では、微細な研磨粒子を水と混合してスラリーを形成します。粒子サイズは通常100~1000ミクロンの範囲で変化します。
さらに、超音波加工では、粒子径が小さく、熱も少ないため、滑らかな表面が得られます。この加工法は、硬質または脆い材料に最適です。さらに、振動運動により、穴パターンを容易に切り出すことができます。
レーザービーム加工(LBM)
レーザービーム加工(LBM)は、レーザーと熱エネルギーを用いてワークピースから材料を除去する方法です。LBMは穴あけや切断作業に適しており、非常に小さな穴を加工したり、硬質材料に複雑な形状を切断したりすることができます。
さらに、LBMは部分的な切断や彫刻、鋼材のトリミング、抵抗器の調整、ブランク加工にも効果的です。一方、LBMは高速で浅い角度の切断が可能であり、複雑な切断パターンの自動化を容易にします。LBMは非接触プロセスであるため、加工中に工具が摩耗したり破損したりすることはありません。
機械加工作業の詳細な分類
旋削加工:種類、材料、用途
旋削加工は最も一般的な機械加工方法の一つです。工作物を回転させ、切削工具を用いて形状と寸法を調整することで材料を除去します。旋削加工は、縦旋削、横旋削、溝入れ、ねじ切り旋削などの種類に分けられます。この加工方法は、鋼、アルミニウム、銅、セラミック、マグネシウム合金など、多くの材料に適しています。旋削加工は、軸部品、ねじ、円錐部品などの製造に広く使用されています。 信頼できるCNC旋削サービス、Yonglihao Machinery の CNC 旋削が最適な選択です。
ドリリング:ドリリングとタッピングの重要性、種類、比較
ドリリングは、ワークピースに丸穴を開ける加工方法です。回転するドリルビットで材料を切削することで実現します。ドリリング加工の種類には、ストレート穴あけ、深穴あけ、リーマ加工などがあります。ドリリングとタッピングは異なります。ドリリングは穴を開け、タッピングは穴にねじ山を付けます。ドリリングは多くの製造工程における準備工程であり、部品の組み立てに不可欠です。
フライス加工:操作、ツール、および他のプロセスとの比較
フライス加工は、回転するカッターで材料を削り取る加工方法です。様々な面や形状の加工に適しています。フライス加工には、平面フライス加工、垂直フライス加工、曲線フライス加工、キー溝フライス加工などがあります。フライス加工には、他の加工方法にはない独自の利点があります。複雑な形状を加工し、高精度を実現するのに適しています。フライス加工には、エンドミル、ボールエンドミル、フェイスミルなど、幅広い種類の工具から選択できます。加工のニーズに応じて工具を選択してください。
プランニング、ブローチング、ソーイング:技術とアプリケーション
プレーニング加工は、大きな平面を切削する加工方法です。さらに削り取る必要がある表面に適しています。プレーニング加工と同様に、ブローチ加工は複雑な穴や形状を作る方法です。ただし、ブローチは複数の刃を持つ切削工具を引いて行います。一方、ソーイング加工は異なります。棒材や形材から短い断面を作るための加工方法です。ソーイング工具を用いて材料を必要な長さに切断します。これらの方法は、キー溝、角穴、大きな平面、材料の切断など、特定の作業に効果的です。
機械加工の利点と欠点
機械加工は製造業の中核を成すものです。それぞれの方法には長所と短所があります。適切な機械加工プロセスを選択するには、多くの要素を考慮する必要があります。これには以下が含まれます。 材料特性、精度、生産性、コスト。
機械加工工程 | 利点 | デメリット |
旋回 | 幅広い材料を処理可能/高い生産効率/設備が広く利用可能 | 材料の無駄/設備コストが高い/回転部品に限定 |
掘削 | 穴精度が高い/操作が簡単/ほぼすべての材料に適応可能 | 加工不可の穴サイズ制限/深さ制限 |
フライス加工 | 幅広い用途/高精度/多様な切削工具 | 設備コストが高い/熟練した操作が必要 |
加工プロセスを選択するための意思決定要因
加工プロセスを選択する際には、次の要素を考慮する必要があります。
- 材料特性: 適切な加工方法を選択してください。材料の硬度、靭性、熱処理特性に基づいて選択してください。
- 加工精度と表面品質の要件: 高精度で高品質な部品を製造するには、特殊な加工方法が必要になる場合があります。
- 加工効率とコスト: 最も安価な加工方法を選択してください。生産ロットとコスト予算に基づいて選択してください。
- 部品の形状とサイズ: 複雑な形状や大型の部品の場合は、特殊な加工設備や技術が必要になる場合があります。
これらすべての要素を考慮すると、特定のニーズに最適な加工方法が見つかります。品質と効率を確保するために、最適な加工方法を選択できます。
要約
この記事では、機械加工の様々な側面を詳細に考察しました。旋削、穴あけ、フライス加工、プレーナー加工、ブローチ加工、鋸引きといった加工工程の内訳も含め、それぞれの加工工程の長所と短所についても解説しました。また、生産ニーズに最適な加工方法を選択する方法についても解説しました。
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よくある質問
CNC加工とは何ですか?
CNCはコンピュータ数値制御(Computer Numerical Control)の略で、コンピュータを用いて工作機械を自動化することを指します。つまり、旋盤、フライス盤、研削盤などの工作機械をコンピュータプログラムで制御するプロセスを指します。この技術は、部品や製品の製造における精度、効率、そして一貫性を向上させます。
従来の機械加工プロセスと非従来の機械加工プロセスの選択を決定するものは何ですか?
従来の機械加工プロセスと非従来の機械加工プロセスの選択は、いくつかの要因によって左右されます。
- 材料の適合性従来の加工方法では、硬くて脆い、あるいは熱に弱い材料の加工は困難です。しかし、非従来型の加工方法はこれらの材料に非常に優れています。
- 複雑な形状: 従来とは異なる技術により、複雑なパターンや複雑な形状をより簡単に処理できます。
- 表面仕上げと許容差: 従来とは異なる方法により、より細かい仕上げとより厳しい許容誤差を実現できるため、重要な用途に最適です。
- 熱影響部(HAZ): レーザー切断などの非従来的なプロセスにより HAZ が最小限に抑えられ、熱に弱い材料に効果的です。
- スピードと効率従来の方法はより高速です。しかし、非従来的な方法は精度と汎用性に優れています。これらは特定の用途向けです。
材料の種類は選択された加工操作にどのように影響しますか?
材料の種類は、加工方法の選択に大きく影響します。これは、硬度、脆さ、熱に対する敏感さといった要因によるものです。これらの特性により、従来の加工方法が制限される可能性があります。そのため、難削材には、放電加工(EDM)、レーザー切断、ウォータージェット切断といった非従来型の加工方法が適しています。
従来とは異なる加工プロセスでは、従来の方法よりも複雑な形状をうまく処理できますか?
はい、一般的に特殊な加工方法は複雑な形状の加工に優れています。従来の方法よりも複雑な形状の加工に優れています。レーザー切断とウォータージェット切断は、ワークピースに直接触れることなく、高精度で微細なパターンを加工できます。複雑な形状の成形に最適です。