CNC加工技術とは何でしょうか？簡単に言えば、コンピュータプログラムを用いて工作機械を制御し、ワークピースの加工を完了することを指します。高精度、優れた再現性、そして高速加工といった利点があります。CNC加工は、航空宇宙、デジタルエレクトロニクス、防衛技術、自動車、医療機器製造などの業界で広く利用されています。
しかし、生産・加工工程において、CNC加工士にとって頭を悩ませる課題が依然として存在します。例えば、ワークピースの鋭利な内角を効率的に加工するにはどうすればよいでしょうか？この記事では、鋭利な内角のCNC加工に伴う問題点を詳しく解説します。
目次
鋭角な内角のCNC加工が難しいのはなぜですか？
CNC加工 現在、多くの業界で広く使用されています。しかし、CNC加工士にとって、鋭角な内角、特に直線的な内角を加工するのはなぜ難しいのでしょうか？
ほとんどのCNC加工ツールは円筒形です。そのため、切削深さには限界があります。ツールがワークのキャビティ内を切削すると、キャビティの角は常に丸みを帯びた角になります。真の直角を得るには、ツールのパスを90度に変更します。理論上、得られる最小の内角フィレット半径は、切削ツールの半径に等しくなります。真の直角を得るには、ツールのパスを90度に変更します。ただし、CNCツールのパスはこのようには構築されません。最小のツールを変更して、内角の半径を鋭角に近づけることもできますが、これは鋭角な内角にはなりません。
では、これらの問題の解決策は何でしょうか？続きをご覧ください。
シャープな内側コーナーの加工戦略
コーナーをフィレットに変更する
最もシンプルで直接的な解決策は、鋭い内角を避けることです。これは目の前の問題に対する「解決策」のようには思えないかもしれませんが、専門家は皆、そうすべきだと同意しています。ほとんどのデザインでは、角の半径を変更できます。同じレベルの実用性を維持しながら、目的を達成するのに十分な小さな変更を加えるだけで十分です。
この提案は、シンプルで簡単に実行できるためです。後ほど説明する手抜きの方法はすべて、より多くの時間、お金、そして労力を必要とします。これらを避けられるのであれば、できるだけ早く実行してください。
もう一つの理由は、加工プロセスが安定していることです。エンドミルのような切削工具は、非常に深い穴を開けることができません。通常、工具径の4倍が最大切込み深さです。この限界を超えると、びびり、工具破損、表面粗さといった問題が現れ始めます。これらの問題により、切削工具で良好で鋭利な内角を切削することがより困難になります。
したがって、設計者はエッジを丸みのあるコーナーに加工する際に、フィレット半径を考慮する必要があります。製造部門が安全に使用できるフィレット半径を選択する必要があります。これにより、製造部門は部品の実用性を損なうことなく、安全に製造を行うことができます。
Tボーンフィレとドッグボーンフィレの使用
設計上、どうしても必要な場合は、加工工程中に問題を解決することを検討できます。これは、各鋭角コーナーにアンダーカットを追加し、Tボーンフィレットやドッグボーンフィレットを用いて余分なワークピース材料を除去することで実現します。この方法は、鋭角な外角を持つ部品を内部キャビティに組み込む必要がある場合に最も効果的です。ワークピースアセンブリに不整合が生じることはありません。また、アセンブリの機能にも影響を与えません。ワークピースから材料の一部を削り取るだけです。
- Tボーン： これはTボーンフィレットの略で、T字型で角が丸く、切削領域を一方向に拡張します。通常、切削領域は工具の直径の半分まで拡張され、ワークピースにフィットし、組み立てに十分なスペースを確保します。
- ドッグボーンフィレ： 加工後の鋭角な形状がドッグボーンに似ていることから、この名が付けられました。Tボーンが一方向にしか切れ目が伸びないのに対し、ドッグボーンは二方向に切れ目を伸ばします。加工工程はTボーンよりも少し複雑ですが、全体的な見た目はより優れています。
EDM技術
シャープな内角を得るための上記のCNCフライス加工に加え、EDM技術を用いてシャープな内角を得ることもできます。上記の方法と比較すると、EDMによって得られる内角は、シャープな内角に最も近い技術です。
EDMは非常に一般的な加工技術です。工具とワーク間の電気伝導性を利用し、溶融と侵食によって材料を除去します。この記事では、EDM成形とEDMワイヤーカットという2つのEDM技術について説明します。
EDM成形
このプロセスは電極とワークピースで構成されます。通常、ワークピースは絶縁流体（油やその他の誘電性流体など）に浸されます。このプロセスでは、電極とワークピースを適切な電源に接続すると、2つのコンポーネント間に電位が発生します。電極がワークピースに近づくと、流体内で誘電破壊が起こります。これによりプラズマチャネルが形成され、小さな火花が前後に飛び跳ねます。この火花がワークピースの余分な材料を溶かして除去し、目的の鋭い内角を実現します。
EDM成形では、工具は導電性を備えたカスタム電極です。電極の外側の角は、ワークピースの内側キャビティの鋭角な内側の角に合わせて設計できます。これにより、加工された角の鋭さは可能な限り近くなります。
EDMワイヤーカット
これは放電加工（EDM）とは異なる技術です。使用される工具は、直径0.1mm未満の細い導線です。この導線は、ワークピースの輪郭に沿って通過し、余分な材料を除去します。導線の直径は非常に小さい（0.1mm未満）ため、理論的には、内角の直径が導線の直径の半分に等しいフィレット半径を得ることができます。これは、シャープな内角に十分近いため、許容範囲です。そのため、シャープな内角の加工に非常に適しています。
しかし、放電加工にはいくつかの限界があります。まず、これら2つの方法で加工するワークは導電性である必要があります。次に、加工効率やワーク表面品質は高くありません。一般的に、従来の加工方法に比べて加工速度がはるかに遅く、ワーク表面の仕上がりも良くありません。 EDMワイヤーカット 内空洞の鋭角な内角の加工は、内空洞を通してのみ可能です。そのため、ある程度の深さの未通過空洞は、この方法では加工できません。
手作業による切断
TボーンやドッグボーンのフィレットがCNCで使用できない場合 加工工程ワークピースの仕上げ後、角に丸みをつけることは避けられません。この時点で、仕上げは手作業で行います。手工具を用いて、内角を切断、研磨、磨きます。こうして、シャープな内角が得られます。一般的な工具としては、ヤスリ、サンドペーパー研磨などがあります。
このタイプの加工は非常に手間と時間がかかります。さらに、ワークピースの鋭利な内側コーナーが特に重要な場合にのみ、機械による加工が完了した後に使用されます。
鋭角な内角の加工における材料の影響
CNC加工では、材料の選択が非常に重要です。これは、鋭利な内角の品質に影響します。CNC加工で一般的に使用される材料の種類は、金属、プラスチック、複合材です。
CNC工作機械では、アルミニウム、鋼、真鍮、チタン合金が一般的に使用されています。これらの金属は、硬度、強度、耐久性、耐腐食性に優れているため、広く使用されています。また、加工が容易で安価なABS樹脂、デルリン樹脂、ナイロンも使用されています。一般的な複合材料には、炭素繊維強化ポリマー（CFRP）とグラスファイバーがあります。CFRPは優れた強度対重量比を有し、グラスファイバーは強度、柔軟性、耐腐食性に優れています。
材料は、鋭利な内角の加工に影響を与えます。硬度、融点、摩耗、延性などによって影響を及ぼします。
- 材料の硬度の影響: 材料の硬度が高いほど、鋭利な内角の加工に必要な加工工具のパラメータが高くなり、加工の難易度も高くなり、このとき、より高い硬度の特殊な剛性工具による加工が必要になります。
- 融点の影響： プラスチック加工においては、特に融点が低い材料に注意する必要があります。この際、ワークの変形や溶融を防ぐため、高温と低温の温度調整に細心の注意を払う必要があります。シャープな内角の品質は、工具の切削速度と送り速度を調整し、切削液の量を増やすことで確保できます。
- 摩耗の影響: 炭素繊維材料の加工では、研磨剤の存在により、工具の鋭利な内角が鈍化し、加工精度が低下します。このため、加工精度を確保するために、専用の加工工具を使用します。
- 材料の延性の影響: 鋭角部を加工する場合、丸角部の加工精度を確保するには、材料の延性特性を考慮することが不可欠です。延性特性は、部品の変形を防ぎ、内部力を低減します。
製造性を考慮した設計（DFM）による機械加工の内角の最適化
DFMは製造のための設計手法です。製品の製造を最適化することを目的としています。これにより、コストの削減、品質の向上、製造時間の短縮が実現します。
生産のために鋭い内側コーナーを加工する前に、DFMを使用して、まず鋭いコーナーの設計の複雑さを評価し、設計された鋭いコーナーが部品の機能実現に関連しているかどうかを判断できます。鋭いコーナーではなく丸いコーナーが最終製品の品質に影響を与えない場合は、CNC加工前に鋭いコーナーを回避することができます。一方、DFMは、鋭いコーナーを組み込むことによる加工コストへの影響の大きさを評価するためにも使用されます。鋭いコーナーを追加すると部品コストが上昇します。そのため、鋭いコーナーを回避するか、丸いコーナーに置き換えることができます。Tボーン丸めやドッグボーン丸めなどの代替加工プロセスの使用も検討できます。
鋭角な内角加工のコストと効率分析
ワークピースの鋭利な内角をCNC加工するのは、特に良い設計とは言えません。鋭利な内角は加工が難しく、コストを大幅に増加させます。 生産コスト そして 時間したがって、必要がない限り、鋭い内側の角のデザインは避けてください。
ほとんどのプロジェクトでは、鋭角の代わりに丸角、Tボーン丸角、ドッグボーン丸角を使用することで、対応する機能を実現できます。ワークピースに鋭角が必要な場合は、放電加工、手作業による切断、レーザー切断などの他の方法で作成できます。
結論
現在、CNC加工において、尖った内角を加工するための一般的な方法はいくつかありますが、CNC加工で鋭角な内角を加工する必要がある場合は、 お問い合わせください. Yonglihao Machinery 鋭利な内角のCNC加工において豊富な経験と専門知識を有しており、お客様のニーズに最適なソリューションを提供いたします。
よくある質問
鋭い内部コーナーを持つ部品を設計するためのベストプラクティスは何ですか?
まず、DFMを用いて、加工前に製品に鋭角加工が必要かどうかを評価します。鋭角を丸角に置き換えることができる場合は設計を変更します。置き換えることができない場合は、放電加工を検討します。
鋭角な角をCNC加工する場合のスキルは何ですか？
主な処理技術としては、主に次のものが挙げられます。
鋭角コーナーの精度と表面仕上げを確保するために、できるだけ小さい直径の鋭角工具を選択します。
加工中に切削液を使用すること。切削液は、工具の温度調節、材料の切削屑の除去、潤滑による工具寿命の延長など、さまざまな役割を果たします。
刃物を取るために工具を複数回加工します。刃物を取るために工具を複数回加工することで、鋭角部と表面仕上げの精度が向上します。
ワイヤー EDM で鋭角なコーナーを実現するにはどうすればよいでしょうか?
EDM切断では、細いワイヤー電極を用いて鋭い角部を形成します。ワイヤーとワークピースは交互に正または負に帯電し、近接すると熱電荷が発生し、ワークピースを侵食することで鋭い角部が完成します。
CNC 加工では鋭角を避けるべきなのはなぜですか?
主な側面は 2 つあります。
CNC加工における鋭角な角は、ワークピースに応力集中を引き起こす可能性があります。また、工具の摩耗や加工リスクの増加にもつながります。
鋭角なコーナーは加工コストとサイクルタイムを増加させます。そのため、必要がない限り、CNC加工で内角をシャープにすることは避けてください。