CNC加工は、コンピュータ制御の工作機械を用いた精密製造手法です。現在、航空宇宙、自動車、医療機器などの分野で広く利用されています。CNC加工において効率的かつ高品質な生産を実現するには、設計段階での検討が不可欠です。このCNC加工ガイドでは、設計者やエンジニアが生産性を向上させるための設計原則と最適化手法について詳しく説明します。 コストを削減し、部品の品質と性能を確保します.
目次
CNC加工ガイドの設計における基本ルール
CNC 加工を設計するときに従うべき基本的なルールをいくつか示します。
- 加工速度を向上させるため、大径工具での加工が容易になるよう設計してください。また、特殊工具の使用は可能な限り避けてください。
- キャビティの深さは幅の 4 倍以下にする必要があります。そうしないと、機械加工が若干複雑になります。
- 設計を作成するときは、問題を最小限に抑えるために、マシンがサポートする主な方向と従来の軸の数を考慮してください。
- 刻印の誤りを避けるため、加工時には 20 ポイント未満のサイズを使用しないでください。
CNC加工ガイドの設計上の制約
CNC加工は確かに柔軟性に優れていますが、あらゆる設計が可能なわけではありません。つまり、スムーズな加工を実現するには、一定の制限や制約事項を認識しておく必要があります。CNC設計における主な制約事項は2つあります。
ツール形状
ほとんどのCNC切削工具は、切削長が固定されています。いずれも円筒形の形状と幾何学的形状をしています。ワークピースから材料を切削する際、これらの切削工具は円筒形の形状をワークピースに付与します。そのため、切削工具のサイズに関わらず、ワークピースの内角には常にRが付けられます。
ツールアクセス
深さと幅の比率が高いワークピースを加工する場合、工具へのアクセスが大きな課題となります。CNC工作機械は切削工具をワークピースの上から当てて切削するため、これは大きな懸念事項となります。
言い換えれば、上面からアクセスできないワークピースをフライス加工することは不可能です。このルールの唯一の例外は、CNC加工部品のアンダーカット加工です。
この工具アクセスの難しさに対処する一つの方法は、部品またはコンポーネントの形状を6つの主要方向のいずれかに合わせることです。さらに、強力なワーク保持能力を備えた5軸CNC加工システムを導入することで、工具アクセスの制限が不要になります。
CNC加工設計ガイド
CNC加工の分野には、広く受け入れられている標準化されたガイドラインは存在しません。これは主に、業界と使用される機械が絶えず進化しているためです。しかしながら、いくつかのベストプラクティスとアドバイスは、高い設計品質を維持するのに役立ちます。これらの推奨事項には以下が含まれます。
内部エッジ
内刃を加工する際は、垂直コーナー半径がキャビティ深さの少なくとも3分の1であることを確認してください。規定のコーナー半径を守れば、推奨キャビティ深さの直径工具を使用できます。
推奨コーナー半径よりも少し大きめにカットすることで、90度ではなく円弧を描くようにカットできます。これにより、より高品質な表面仕上げが得られます。90度の角度が必要な場合は、コーナー半径を小さくするのではなく、Tボーンアンダーカットを使用してください。
穴
機械工はドリルビットやエンドミルを使って穴を開けることができます。設計上の穴の直径を決める際は、一般的なドリルサイズを使用してください。また、メートル法またはヤードポンド法で測るのが最適です。
技術的には、1ミリメートルを超える任意のサイズに対応可能です。機械オペレーターは、リーマーとボーリング工具を用いて、正確な公差で穴を埋めます。20ミリメートル未満の小さな穴で高い精度が求められる場合は、標準直径の穴が推奨されます。
CNC加工用の部品を設計する場合、穴の最大推奨深さは公称直径の4倍ですが、40倍まで対応可能です。公称直径は通常、この比率の10倍です。
スレッド
CNC加工製品の開発に使用される最小のねじサイズはM2ですが、M6以上が一般的に好まれます。CNCねじ切り機を使用することで、M6のような極小ねじを切削し、タップ破損のリスクを軽減できます。
ねじの長さは最小で呼び径の1.5倍、推奨長さは通常の3倍です。M6より小さいねじの場合は、穴底に呼び径の1.5倍のねじ山なし長さを含める必要があります。M6より大きいねじの場合は、穴の長さ全体にわたってねじ山を切ることをお勧めします。
虫歯とポケット
エンドミルの切削長には限りがあるため、業界標準のキャビティ深さは、あらゆる設計において幅の4倍となっています。深さ対幅の比率が小さくなると、切りくず排出性、工具のたわみ、振動が増加します。
CNC設計ではより深い加工が必要ですか？この問題の解決策の一つは、可変のキャビティ深さとカスタマイズされた機器を使用することです。
小さい文字または浮き出た文字
部品に部品番号や会社名などのラベルを貼る必要があるかもしれません。カスタムCNCデザインにテキストを追加すると見栄えは良くなりますが、処理に時間がかかります。通常は、電気化学エッチングまたはレーザーによる刻印が適しています。
CNC加工ガイドを使用した部品設計のベストプラクティス
ベストプラクティスを維持し、CNC加工の基礎を理解することで、高品質な部品と製品を実現できます。そこで、CNC加工用部品を設計する際に、加工の種類に応じて推奨されるプラクティスをいくつかご紹介します。
CNCフライス加工用設計
CNCフライス加工は加工方法の一つです 丸いカッターを用いて原材料から材料を素早く削り取り、必要な形状に仕上げる機械です。フライス盤には3軸から12軸まで、様々な設計のものがあります。
よく使われる切削工具
CNC部品の設計アイデアを練る際には、エンドミルカッターなど、CNCフライス加工で一般的に使用される様々な工具を検討してください。必要なフィーチャと形状を標準工具で製作できれば、部品のコストとリードタイムを大幅に削減できます。そのため、設計を行う際には、工具の標準サイズを検討してください。標準サイズより小さい半径は、設計上の問題やコストにつながる可能性があるためです。
鋭い内部コーナーを避ける
フライス工具では鋭い角は得られません。これは、この場合に使用されている切削工具が丸いためです。CNCフライス盤を使用する場合、角の半径は、加工に使用するカッターの半径よりも大きくなければなりません。理想的には、切削工具の直径は、加工する半径の2倍になります。
傾斜面や勾配面が垂直壁や鋭利なエッジに接する場合にも、フィレット加工は必要です。表面が滑らかで工具と平行でない限り、スクエアエンドミルやボールエンドミルでは壁とその下面の間に必ず材料が残ってしまいます。
深くて狭いスロットを避ける
長い工具は頻繁に振動したりたわんだりするため、 表面仕上げしたがって、エンドミルはプラスチックを直径の15倍を超える最終深さまで切削すべきではありません。アルミニウムを切削する場合は直径の10倍を超えず、鋼鉄を切削する場合は直径の5倍を超えてはいけません。
例えば、0.5インチのエンドミルで0.55インチの幅を持つ鋼材に切削加工する場合、溝深さは2.75インチ以下にする必要があります。内径フィレット半径と工具径の関係を考慮すると、内径半径は0.25インチを超える必要があります。
可能な限り大きな内部半径を持つ設計
カッターが大きいほど、1回あたりの切削量が増え、加工時間とコストを削減できます。設計の際は、常に許容される最大の内径半径を使用してください。可能な限り、0.8mm未満の半径は避けてください。
フィレットはエンドミルの半径より少し大きめに、例えば0.125インチ（3.175mm）ではなく0.130インチ（3.3mm）に仕上げましょう。エンドミルの刃先がより滑らかな経路をたどり、表面がより美しく磨かれます。
CNC旋盤の設計
CNC旋削は加工技術である 旋盤で軸対称形状や円筒形状の部品を加工する技術です。この技術では、ワークを回転チャックに保持し、切削工具で必要な形状に切削します。この加工手順により、より滑らかな表面品質とより厳しい公差が得られます。
ここでは、旋盤を利用した CNC 切断の設計を作成するための推奨事項をいくつか示します。
鋭い内角と外角を防ぐ
CNC加工用に設計する際には、内外両面の鋭角コーナーを排除することが重要です。内角にRを付けることで、工具が広い面を削り取るのを防ぐことができます。鋭角な内角を避けるもう一つの方法は、急勾配の側壁をわずかに傾斜させることです。旋盤の切削工具を1つだけ使用して輪郭加工を行うと、必要な加工回数が少なくなるため、より効率的です。
長くて細い部品を避ける
長くて薄い旋削加工品は、回転ムラが大きくなり、工具に当たってガタガタと音がする傾向があるため、使用を避けてください。長い部品を加工する場合は、先端にセンタードリルを挿入できる十分なスペースを確保し、センタードリルを使用して部品がまっすぐに回転するようにします。また、一般的なルールとして、長さと直径の比は8:1以下にする必要があります。
薄い壁を避ける
フライス加工などの過剰な材料除去は、部品に過度の応力を与える可能性があります。また、壁が薄すぎると剛性が低下します。さらに、壁が狭いと厳しい公差を維持することが困難になります。そのため、CNC加工用に設計する際は、旋削部品の壁厚を0.02インチ以上にする必要があります。
特徴の対称性
旋削部品に追加されるすべてのフィーチャは、旋削軸を中心に対称である必要があります。軸対称でない形状やフィーチャを追加すると、より複雑な加工とセットアップが必要になります。段差、テーパー、面取り、曲線は旋削加工に最適です。旋削部品に軸対称でない特性を持たせる必要がある場合もあり、その場合は特別な手順が必要になることがあります。対称性が求められる場合でも、ある程度の対称性を維持することは可能です。
加工パスを最適化しコストを削減する方法
標準公差の賢明な使用、材料除去効率の最適化、適切な材料の選択を通じて、 加工パスを効果的に最適化できる 部品の品質と性能を確保しながら、加工時間とコストを削減します。これはCNC加工の設計と製造プロセスに重要な影響を与え、より効率的で費用対効果の高い生産につながります。
標準許容差の使用
使用 標準許容差 加工コストと時間を大幅に削減できます。標準公差とは、製造工程において部品の精密な測定や調整が不要になることを意味します。これにより、加工工程が簡素化され、生産性が向上します。一般的に、追加の加工コストをかけずにほとんどの設計要件を満たすには、±0.1 mmの標準公差が推奨されます。より高い精度が求められる設計の場合は、公差を±0.02 mmまで狭めることができますが、加工時間とコストが増加することにご注意ください。
適切な材料の選択
その 素材の選択 CNC加工の設計とコストに直接影響します。アルミニウムやプラスチックなどの軟質材料は、鋼やチタンなどの硬質材料よりも加工が容易です。これは、切削速度が速く、工具の摩耗が少ないため、加工速度と品質が向上するためです。軟質材料のもう一つの利点は、加工中の変形が少ないため、必要な公差と表面仕上げを実現しやすいことです。しかし、材料を選択する際には、最終用途と性能要件を考慮することも重要です。
材料除去効率の向上
標準サイズの工具を使用し、工具交換回数を減らす設計を最適化することが、材料除去効率を高める鍵となります。標準サイズの工具は入手しやすいだけでなく、コストも低いため、可能な限り使用する必要があります。さらに、設計においては、例えば工具や工具の使用量を減らすなど、加工工程数を削減することを考慮する必要があります。 加工パスを最適化して効率を向上します。 設計では、穴とスロットの直径を標準化することで、同じツールで複数の加工ステップを実行できるようにし、ツールの交換回数と調整時間を削減することができます。
複雑な形状と材料選択の設計上の意味
複雑な形状の設計と加工の効率を効果的に改善し、部品の品質と機能性を確保するために、Yonglihao Machinery では、より適切な意思決定を行うのに役立つベスト プラクティスと考慮事項のリストをまとめています。
複雑な形状を設計するためのベストプラクティス
複雑な形状の部品を設計する際には、いくつか重要な点に留意する必要があります。まず、深穴、狭いスロット、鋭角な内角など、過度に複雑な内部形状は避けてください。これらは加工を困難にし、コストも増大させる可能性があります。次に、応力集中を最小限に抑え、部品の強度を高めるために、より大きな内部フィレットを使用するようにしてください。さらに、設計段階では工具のアクセス性を考慮し、すべての形状が標準工具で加工可能であることを確認する必要があります。
推奨される設計ツールには、AutoCADやSolidWorksなどのCAD/CAMソフトウェアが含まれます。これらのツールは、設計者が複雑な形状を正確に作成し、最適化された加工パスを生成するのに役立ちます。これらのツールを使用することで、試行錯誤の時間が短縮され、設計の精度と製造性が向上します。
予防
複雑な形状の部品を加工する場合、いくつかの一般的な問題が発生する可能性があります。
深穴や狭い溝は、工具折損や加工誤差の原因となる傾向があります。これらの問題を回避するには、段階的に切削することで送り深さを減らし、特殊設計の工具を使用することで加工安定性を向上させます。また、複雑な内部形状により工具が加工面に完全にアクセスできない場合があり、多軸CNC工作機械や放電加工（EDM）などの特殊な加工方法を検討することもできます。
CNC加工においては、材料によって挙動が異なります。チタンやステンレス鋼などの硬い材料は加工が難しくコストも高くなりますが、アルミニウムやプラスチックなどの柔らかい材料は加工が容易です。設計は部品の用途要件に基づき、材料の加工特性を考慮する必要があります。例えば、アルミニウムは加工が容易でコストも抑えられますが、高強度が求められる用途には適さない場合があります。
材料の選択とその設計への影響
さまざまな材料の加工特性と設計要件を理解することで、設計者は CNC 加工部品の設計を最適化し、最適なパフォーマンスとコスト効率を確保できます。
CNC加工におけるさまざまな材料の性能
CNC加工においては、材料によって加工特性が大きく異なります。一般的に加工される材料には、アルミニウム、鋼、チタン、プラスチックなどがあります。材料を選択する際には、部品が使用される環境と機能要件を総合的に考慮する必要があります。最適な加工材料を選択してください。
アルミニウム：アルミニウムはCNC加工で最も一般的に使用される材料の一つです。軽量で適度な強度があり、切削性に優れています。また、熱伝導率が高いため、熱を素早く放散し、工具の摩耗を軽減します。
鋼：鋼は強度と耐摩耗性に優れていますが、加工が困難です。鋼の加工には、より強力な工具と低い切削速度が必要となり、加工時間とコストが増加します。
チタン：チタンは非常に高い強度と耐食性を備えていますが、加工が非常に困難です。硬度が高く熱伝導率が低いため、工具の摩耗が早く、特殊な工具とクーラントが必要になります。
プラスチック：ABSやポリカーボネートなどのプラスチック材料は、加工が容易で安価です。しかし、プラスチックは熱安定性が低いため、変形を防ぐために加工中に温度管理が必要です。
材料特性が設計に与える影響
材料特性は部品の設計に直接影響を与えます。アルミニウムは高い熱伝導性と機械加工の容易さにより、より複雑な形状を実現できますが、鋼やチタンは高い硬度のため、設計の複雑さが制限されます。プラスチックは柔軟性が高く強度が低いため、部品の安定性と耐久性を確保するために、設計段階でサポート構造を追加する必要があります。これらの材料特性を理解することで、設計者は設計を最適化し、加工効率と部品の性能を最大限に高めることができます。
結論
本稿では、CNC加工設計ガイドにおける基本的な設計原則、最適化された加工パス、そして合理的な材料選択に焦点を当て、詳細な説明を行います。深穴、狭い溝、鋭角な内角の設計を避けることで、加工の難易度とコストを低減できます。大きな内径半径と標準工具サイズを使用することで、材料除去効率を向上させ、加工時間を短縮できます。アルミニウム、スチール、チタン、プラスチックなど、適切な材料を選択することで、さまざまな用途のニーズに対応し、部品の品質を向上させることができます。
これらの設計原則と最適化手法に従うことで、CNC加工の効率と品質が向上するだけでなく、生産コストも大幅に削減されます。加工パスを適切に設計・最適化することで、部品の耐久性と機能性を確保できます。
CNC加工ガイドのご要望やさらなる技術サポートが必要な場合は、Yonglihao Machineryまでご連絡ください。専門的なサポートを提供いたします。 CNC部品 プロジェクトの成功を確実にするために最適なソリューションを提供します。
よくある質問
CNC加工とは?
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。
CNC 加工設計で最も一般的な問題は何ですか?
よくある問題としては、機械加工を困難にしコストがかかる深い穴や狭いスロット、機械加工が難しい鋭い内部コーナー、機械加工の効率と品質に影響する不適切な材料選択などが挙げられます。
CNC 加工に適した材料を選択するにはどうすればよいでしょうか?
材料の選択は、用途と性能要件の組み合わせに基づいて行う必要があります。軽量化が必要な場合はアルミニウム、高強度が必要な場合はスチール、高性能部品が必要な場合はチタン、低コストの用途にはプラスチックが適しています。
CNC 加工パスを最適化する最良の方法は何ですか?
パスの最適化には、標準ツール サイズを使用してツールの交換回数を減らすこと、ツールの使用を減らして設計を最適化すること、CAD/CAM ソフトウェアを使用して最適化された加工パスを生成して効率を向上させることが含まれます。