短期生産の製造において、CNC 加工より優れたテクノロジーを挙げるのは困難です。これは、高スループットの可能性、精度と再現性、幅広い材料の選択、使いやすさなど、さまざまな利点をバランスよく組み合わせたものです。ほとんどすべての工作機械は数値制御できますが、コンピュータ数値制御加工とは通常、多軸のフライス加工や旋削加工を指します。
CNC 加工がカスタム加工、少量生産、プロトタイピングにどのように使用されているかを詳しく知るために、engineering.com は、深センを拠点とするカスタム プロトタイプ製造サービスである Wayken Rapid Manufacturing に、材料、テクノロジー、アプリケーション、および CNC 工作機械の操作について話を聞きました。 。
材料に関して言えば、シート、プレート、またはバーの在庫がある場合は、機械加工できる可能性があります。機械加工可能な金属合金やプラスチック ポリマーは数百種類ありますが、プロトタイプの機械加工にはアルミニウムとエンジニアリング プラスチックが最も一般的です。大量生産で成形されるように設計されたプラスチック部品は、金型製作にかかるコストと納期の高さを避けるために、試作段階で機械加工されることがよくあります。
プロトタイプを作成する場合、幅広い材料にアクセスできることが特に重要です。材料が異なればコストも異なり、機械的特性や化学的特性も異なるため、最終製品で計画されているものよりも安価な材料でプロトタイプを切断することが好ましい場合もあれば、別の材料が部品の強度、剛性、または重量の最適化に役立つ場合もあります。そのデザインに関して。場合によっては、プロトタイプの代替材料を使用すると、特定の仕上げプロセスが可能になったり、テストを容易にするために生産部品よりも耐久性が高くなったりすることがあります。
その逆も可能であり、プロトタイプがフィットチェックやモックアップ構築などの単純な機能用途に使用される場合、エンジニアリング樹脂や高性能金属合金の代わりに低コストの汎用材料が使用されます。
金属加工用に開発されたプラスチックですが、正しい知識と設備があればプラスチックもうまく加工できます。熱可塑性プラスチックと熱硬化性樹脂はどちらも機械加工が可能で、プロトタイプ部品用の短期間の射出成形金型と比較して非常にコスト効率が高くなります。
金属と比較すると、PE、PP、PS などのほとんどの熱可塑性プラスチックは、金属加工に一般的な送りと速度で加工すると溶けたり燃えたりします。より高いカッター速度とより低い送り速度が一般的であり、すくい角などの切削工具パラメータが重要です。切断部の熱の制御は不可欠ですが、金属とは異なり、通常、冷却のために切断部にクーラントが噴霧されることはありません。圧縮空気を使用して切りくずを取り除くことができます。
熱可塑性プラスチック、特に未充填の汎用グレードは、切削力が加わると弾性変形するため、特に微細な形状や細部の場合、高精度を達成し、厳密な公差を維持することが困難になります。自動車の照明とレンズは特に困難です。
CNC プラスチック加工で 20 年以上の経験を持つ Wayken は、自動車用レンズ、ライトガイド、リフレクターなどの光学プロトタイプを専門としています。ポリカーボネートやアクリルなどの透明なプラスチックを加工する場合、加工中に高い表面仕上げを実現すると、研削や研磨などの加工作業を削減または不要にすることができます。シングルポイントダイヤモンド加工 (SPDM) を使用した微細加工では、200 nm 未満の精度を実現し、10 nm 未満の表面粗さを改善できます。
超硬切削工具は鋼などのより硬い材料に一般的に使用されますが、超硬工具でアルミニウムを切削するための適切な工具形状を見つけるのは難しい場合があります。このため、高速度鋼 (HSS) 切削工具がよく使用されます。
CNC アルミニウム機械加工は、最も一般的な材料の選択肢の 1 つです。プラスチックと比較して、アルミニウムは高い送りと速度で切削でき、ドライまたはクーラントを使用して切削することができます。アルミニウムを切断する準備をする際には、アルミニウムのグレードに注意することが重要です。たとえば、6000 グレードは非常に一般的で、マグネシウムとシリコンが含まれています。これらの合金は、主な合金成分として亜鉛を含む7000グレードと比較して優れた加工性を提供し、より高い強度と靭性を備えています。
アルミニウム素材の焼き戻し指定に注意することも重要です。これらの指定は、材料が受けた熱処理やひずみ硬化などを示しており、機械加工中や最終使用時の性能に影響を与える可能性があります。
5 軸 CNC 加工は 3 軸加工機よりも高価で複雑ですが、いくつかの技術的利点により製造業界で普及しつつあります。たとえば、5 軸加工機を使用すると、同じ操作でスピンドルが両側に到達できるように部品を固定できるため、両面にフィーチャーのある部品の切断がはるかに速くなります。一方、3 軸加工機では、の場合、パーツには 2 つ以上のセットアップが必要になります。5 軸機械は、工具の角度を部品の形状に合わせることができるため、複雑な形状や精密な表面仕上げを生成して精密機械加工を行うこともできます。
フライス盤、旋盤、ターニングセンターに加えて、EDM マシンやその他のツールも CNC 制御できます。たとえば、CNC ミル + ターン センターやワイヤ放電加工機や彫り込み放電加工機が一般的です。製造サービス プロバイダーにとって、柔軟な工作機械の構成と加工方法により、効率が向上し、加工コストが削減されます。柔軟性は 5 軸マシニング センターの主な利点の 1 つであり、機械の購入価格が高いことと組み合わせると、ショップは可能であれば 24 時間年中無休で稼動し続けたいと強く思うようになります。
精密機械加工とは、公差が ±0.05 mm 以内の機械加工作業を指し、自動車、医療機器、航空宇宙部品の製造に広く適用されます。
微細加工の典型的な用途は、シングルポイント ダイヤモンド加工 (SPDM または SPDT) です。ダイヤモンド機械加工の主な利点は、200 nm 未満の形状精度と 10 nm 未満の表面粗さの改善という厳しい機械加工要件を持つカスタム機械加工部品にあります。透明なプラスチックや反射金属部品などの光学プロトタイプを製造する場合、金型の表面仕上げは重要な考慮事項です。ダイヤモンド機械加工は、特に PMMA、PC、およびアルミニウム合金の機械加工中に高精度で高仕上げの表面を生成する方法の 1 つです。プラスチックからの光学部品の機械加工を専門とするベンダーは、高度な専門性を備えていますが、短期生産または試作金型と比較してコストを大幅に削減できるサービスを提供します。
もちろん、CNC 加工は、金属やプラスチックの最終用途部品や工具の生産のために、あらゆる製造業界で広く使用されています。ただし、大量生産では、金型や工具の初期費用が多数の部品で償却されると、成形、鋳造、スタンピング技術などの他のプロセスの方が機械加工よりも速くて安価になることがよくあります。
CNC 機械加工は、金型、金型、その他の追加のステップが必要な 3D プリンティング、鋳造、成型、製造技術などのプロセスと比較して所要時間が短いため、金属やプラスチックのプロトタイプを作成するのに好ましいプロセスです。
デジタル CAD ファイルをパーツに変換するこの「ボタンを押すだけ」の機敏性は、3D プリンティングの主な利点として 3D プリンティングの支持者によってよく宣伝されます。ただし、多くの場合、3D プリントよりも CNC の方が適しています。
3D プリント部品の各ビルド ボリュームを完了するには数時間かかる場合がありますが、CNC 加工には数分かかります。
3D プリンティングではパーツを層状に構築するため、単一の材料から作られた機械加工パーツと比較して、パーツに異方性の強度が生じる可能性があります。
3D プリンティングに使用できる材料の範囲が狭いと、印刷されたプロトタイプの機能が制限される可能性がありますが、機械加工されたプロトタイプは最終部品と同じ材料で作成できます。CNC 加工されたプロトタイプは、プロトタイプの機能検証およびエンジニアリング検証を満たす最終用途の設計材料として使用できます。
ボア、タップ穴、合わせ面、表面仕上げなどの 3D プリントされたフィーチャーには、通常は機械加工による後処理が必要です。
3D プリンティングは製造技術として確かに利点を提供しますが、今日の CNC 工作機械は、特定の欠点はなく、同じ利点の多くを提供します。
短納期の CNC マシンは 24 時間連続使用できます。これにより、広範囲の操作が必要な生産部品の短期間の生産において、CNC 加工が経済的になります。
プロトタイプおよび短期間生産のための CNC 加工の詳細については、Wayken にお問い合わせいただくか、Web サイトから見積もりをリクエストしてください。
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投稿日時: 2019 年 11 月 30 日