CNC 加工は製造業に革命をもたらしました。この技術の独自の精度と効率性により、部品の作成は変化しました。
CNC 加工では、コンピューター制御のツールで材料を成形します。これらの機械は正確で多用途です。そのため、基本的なコンポーネントから複雑な航空宇宙部品まで、あらゆるものを扱うことができます。
CNC 加工の 2 つの基本的なステップは、荒加工と仕上げ加工です。現場の作業者から部品設計者まで、機械工はこれらの操作を理解する必要があります。
そこで、CNC の荒加工と仕上げ加工に関するすべてについて説明します。これには、その機能、違い、テクニックなどが含まれます。
CNC加工における荒加工の理解
荒削りは、CNC 仕上げ加工の最初のステップです。ワークピースから余分な材料を素早く効率的に除去します。荒削りの主な目的は、アイテムを最終形状に近づけることです。正確な寸法や表面仕上げを実現することに主眼を置いているわけではありません。
CNC 粗削りでは、頑丈な切削工具を使用して厚い材料層を除去します。これらの工具は、多くの場合、超硬合金などの耐久性のある材料で作られています。また、これらの工具には複数の溝があります。これらの工具は、材料を素早く除去する方法でワークピース上を移動します。このプロセスは、部品や機械を傷つけることなく実行されます。
荒削り工程では、部品に余分な材料が残ることがよくあります。この余分な材料は、加工公差と呼ばれます。この余分な材料は、2 つの理由で役立ちます。まず、次の仕上げ工程のクッションになります。次に、材料を素早く除去したときに反りや歪みを防ぎます。
一般的な荒削り技法には、アダプティブ クリアリングとトロコイド ミリングがあります。荒削りはスピードだけではありません。仕上げ作業がスムーズに進むように準備します。荒削りにより余分な材料が除去され、仕上げ工程の信頼性と効率が向上します。
CNC加工における仕上げの理解
CNC 加工における仕上げは、荒加工に続くプロセスです。仕上げの目的は、希望する仕上げ寸法、表面品質、許容差を実現することです。CNC 仕上げツールは、材料を除去するものではなく、精密に作られています。
これらのツールは通常、荒削りツールよりも刃の数が少なく、刃先が鋭利です。対象物上を移動する際、慎重に経路を計画します。通過するたびに、材料を少しずつ削り取ります。この穏やかな方法では、部品の最終形状と仕上げをより細かく制御できます。
一般的な仕上げ方法は「クライムミリング」です。この方法では、切削工具はパスと同じ方向に回転します。これにより、表面がより滑らかになり、工具の摩耗が軽減されます。もう 1 つの標準的な方法は「仕上げ輪郭加工」です。この方法では、工具が仕上げ部品の正確な形状に沿って、滑らかで正確な表面を作ります。
仕上げ作業には通常、段階的に細かくカットする複数回のパスが含まれます。この段階的な方法により、厳しい制限と滑らかな表面を簡単に得ることができます。仕上げ手順によっては、切断ではなく、ホーニングや研磨を行うものもあります。これを行うと、必要に応じて表面が鏡のようになります。
荒加工と仕上げ加工の比較
荒削りと仕上げはどちらも CNC 切削の重要な部分です。ただし、技術と結果は大きく異なります。重要な側面におけるこれらの違いを見てみましょう。
1. 材料除去率
荒削りの目的は、高速かつ効率的に材料を除去することです。これらの工具は、大量の材料を素早く削り取るために作られています。通常の荒削りプロセスでは、1 分間に数立方インチの材料を削り取ることができます。荒削り工具は頑丈で、破損することなく大きな切削を行うことができます。そのため、材料を素早く除去できます。
一方、仕上げ工程では、材料の除去量が大幅に少なくなります。もはや量は主な目標ではなく、品質が主な目標です。仕上げカットでは、数千分の 1 インチが除去される可能性があります。このより低速で、より制御された方法により、精度が向上し、表面品質が向上します。
2. 表面品質
荒削りでは、表面品質よりも速度が重要です。荒削り後の表面は、多くの場合、粗く、平らではありません。工具の線や切削工具のデザインが見える場合があります。この時点では、さらに加工されるため、このレベルの粗さで問題ありません。
ただし、仕上げ方法は表面品質に重点を置いています。目標は、滑らかで均一な領域を作成し、部品の設計要件を満たすことです。仕上げにより、鏡のような輝きや機械加工仕上げを作成できます。すべては部品の規定によって異なります。
3. ツールの選択と摩耗
荒削り工具は丈夫に作られています。多くの場合、重いものを切断するために複数の刃が付いています。これらの工具は、材料を素早く削り取る際に発生する熱と力に耐えます。荒削り工具は頑丈ですが、摩耗が早くなります。摩耗が早いのは、扱う作業の性質によるものです。
仕上げ工具は、強度よりも精度を重視します。多くの場合、刃の数は少ないですが、刃先はより鋭く切れます。これらの工具は、軽くきれいな切り込みができるように作られています。荒削り工具ほど強くないかもしれませんが、正しく使用すると長持ちする傾向があります。これは、それほど多くのストレスに耐える必要がないためです。
4. 加工時間と効率
一般的に、荒削りの工程は仕上げ作業よりも時間がかかりません。荒削りは材料の大部分が除去される工程で、素早く行うことができます。ただし、速度が速いということは、精度が低下し、表面が粗くなることを意味します。
ただし、仕上げ作業は通常、完了までに時間がかかります。精度を高めるために、機械はよりゆっくりと動き、それほど深くは切り込みません。このプロセスは時間がかかりますが、最終的なサイズと表面品質を得るために必要です。仕上げプロセスは、最終的な仕様を満たす能力があるかどうかで決まります。材料をどれだけ除去するかは重要ではありません。
5. 寸法精度と許容差
荒削りの目標は、最終サイズにできるだけ近づけることです。ただし、厳しい公差は優先事項ではありません。加工代を残しておく必要がありますが、これはプロセス後に削除されます。部品のサイズとニーズによって異なります。ただし、この制限は、数千分の 1 インチから数百分の 1 インチの範囲になります。
対照的に、仕上げ工程では寸法精度が重要になります。この工程では、部品の最終サイズを設定された制限内に収めることが目標です。仕上げ工程では、許容差が厳しく、10,000 分の 1 インチという場合もあります。このような厳しい許容差を実現するには、慎重な計画が不可欠です。ツールを正確に制御する必要があり、多くの場合、仕上げ工程を複数回行う必要があります。
荒加工と仕上げ加工の性能に影響を与える要因
CNC の荒加工と仕上げ加工には、いくつかの要因が影響します。以下では、仕上げ加工と荒加工のパフォーマンスに影響を与える要因について説明します。
1. ワークピースの材質特性
荒加工と仕上げ加工では、加工する材料の特性が重要です。材料の特性によって切削力に対する反応が変わります。たとえば、アルミニウムやその他の柔らかい材料は加工が簡単です。
材料の硬度、柔軟性、熱伝導性は加工に影響します。より硬い材料では、切削工具の寿命を延ばすために、より頑丈な工具と低速の速度が必要です。延性材料は、切断を妨げる可能性のある長くて糸状の切りくずを生成する可能性があります。
チタンや熱伝導率の低い他の材料は、刃先に熱が蓄積する可能性があります。機械オペレーターは、材料の品質に基づいて、荒削りと仕上げの切削設定を選択できます。
2. 工作機械の能力
CNC マシンの機能は、荒加工と仕上げ加工に大きく影響します。さまざまな変数が材料除去率と表面仕上げ品質に影響します。これには、マシンの剛性、スピンドルのパワー、軸の加速率が含まれます。
剛性の高い機械構造は、切削工程中の振動を軽減するのに役立ちます。これは、滑らかな表面を得るために不可欠です。スピンドル出力が高いと、荒削り工程中にさらに積極的に切削できます。これにより、研削に必要な合計時間を短縮できます。
高圧クーラント システムまたはスピンドルを介した冷却は、2 つの高度な機能です。これらにより、荒加工と仕上げ加工の両方のパフォーマンスが大幅に向上します。これらの方法は、熱とチップの除去を制御するのに役立ちます。これにより、機械はより速く切削し、ワークピースの仕上がりを良くすることができます。
3. 切削工具の選択と状態
荒削りと仕上げでは、切削工具とそのメンテナンスが重要です。刃が多く、切りくずを砕く形状の工具は、荒削りに適しています。これは、大量の材料を素早く除去できるためです。これらの荒削り工具は、高圧下で切削領域から切りくずを除去できます。
仕上げ加工では、切れ味の鋭い刃と少ない穴数で滑らかな表面を実現します。工具の刃先形状は、端面仕上げに不可欠です。
切削工具の状態を知ることも重要です。工具は古くなると、その機能を発揮できなくなります。そのため、表面仕上げが粗くなったり、測定値がずれたりすることがあります。
4. 冷却剤と潤滑剤の戦略
粗加工と仕上げ加工は、適切な冷却剤と潤滑剤を使用すると最高のパフォーマンスを発揮します。粗加工中は、冷却により、材料を素早く除去することで発生する熱を制御できます。これにより、工具の寿命が長くなるだけでなく、寸法を正確に保つことにも役立ちます。
クーラントは仕上げ工程に不可欠な要素です。表面仕上げと刃先を良好に保つのに役立ちます。クーラントの主な目的は摩擦を減らすことです。クーラントには、製造する材料と作業の要求に応じてさまざまなタイプがあります。
最新のクーラント供給方法により、荒加工と仕上げ加工の両方の作業効率が大幅に向上します。これらの方法には、高圧クーラント システムまたは工具貫通冷却が含まれます。これらのシステムは、深いポケットのフライス加工または硬質材料の切削領域を冷却します。
CNC加工プロセスの最適化
CNC 加工では、速度と品質の最適な組み合わせを見つけることが重要です。これらのプロセスを最適化すると、最終製品の品質が大幅に向上します。詳細については、以下をご覧ください。
1. 荒削りと仕上げのバランス
CNC 加工をうまく機能させるには、荒削りと仕上げの工程のバランスをとることが不可欠です。このバランスは、2 つの作業に時間を割くことだけではありません。2 つの作業がうまく連携して機能するようにすることも重要です。荒削りのステップを綿密に計画することで、仕上げをより迅速かつ簡単に行うことができます。
段階的な荒削りパスの使用は良いアプローチです。この方法では、材料を段階的に削り取り、最終形状に近づけていきます。そのため、ツールとワークピースにかかるストレスが軽減されます。その結果、表面仕上げが向上し、サイズの精度が向上します。
2. ツールパス戦略
高度なツールパス技術のおかげで、荒削りと仕上げの組み合わせ方が変わりました。アダプティブ クリアリングは、こうした戦略の 1 つです。この方法では、その時点の切削条件に基づいてツールパスが変更されます。これにより、荒削りの速度が上がり、加工時間が長くなると同時に、ツールの摩耗も軽減されます。
レスト加工は、もう 1 つのよく知られた効果的な方法です。これは、より大きな工具が残した破片を、より小さな工具を使用して除去することによって行われます。これを仕上げパスと組み合わせると、複雑な形状でも高精度を実現できます。
特に、これらのツールパスをより良く機能させるには、CAM ソフトウェアが不可欠です。最新の CAM は、さまざまな要素を考慮して、最適なツールパスを自動的に作成できます。これには、ツールの噛み合い、切削力、材料特性などが含まれます。
3. 異なる材料に関する考慮事項
荒削りと仕上げの工程は、素材の品質に大きく左右されます。アルミニウムやその他の柔らかい素材は、より厳しい荒削り方法を採用できる場合が多くあります。これは、ツールがそれほど早く摩耗しないためです。ただし、優れた表面仕上げを得るには、仕上げの際に特別な注意が必要になる場合があります。
チタンのようなより複雑な材料には、より慎重な荒削り方法が必要です。寸法を正確に保ち、工具の破損を防ぎます。荒削りでは、トロコイドフライス加工により切削圧力と熱を制御します。
一部の素材を荒削りまたは仕上げる場合は、特別な注意を払う必要があります。荒削りのプロセスが適切に処理されないと、仕上げが難しくなる可能性があります。
荒加工と仕上げ加工におけるCNC加工の将来動向
CNC 加工は製造業のあり方を変えました。新たな障害が現れるたびに進化し、前進します。粗加工と仕上げ加工における CNC 加工の今後の動向を見てみましょう。
技術革新
CNC 加工は長い道のりを歩んできました。高速切削により、品質を犠牲にすることなく材料をより速く除去して荒加工を改善できます。これらの機械は切削工具を非常に高速で動かすことができます。そのため、精度を維持しながら加工に必要な時間を短縮できます。
多軸 CNC マシンも状況を変えました。これらのマシンは、同時に 5 つ以上の方向に移動できます。そのため、これまでは実現できなかった、または時間がかかっていた複雑な形状や滑らかな仕上げを作成できます。新しいツール材料により、荒加工と仕上げ加工の限界が広がります。
オートメーション
CNC 加工では、自動化がますます重要になっています。以前は、工場の企業では、大規模な CNC 加工ジョブにのみ自動化が必要でした。自動化は変化し、近年、多くのニーズを満たすのに役立つようになりました。1 つの使用例は、繰り返し実行する必要がある少量の作業です。
自動化により柔軟性が向上し、プロセスが高速化します。将来的には、CNC マシンがさらに複雑なタスクを処理できるようになると予想されます。より迅速かつ効率的に作業できるようになります。
最終的な考え！
CNC の荒加工と仕上げは、現代の機械加工に必要な異なるステップですが、関連しています。荒加工の目的は、細かい作業が続くように、不要なものを素早く取り除くことです。一方、仕上げは、部品の完成サイズ、制限、表面品質を決定します。
CNC 切削がうまく機能するには、この 2 つの方法を適切に組み合わせる必要があります。両方のプロセスに影響を与える要素を理解することで、効率と品質が向上します。技術が進歩するにつれて、荒加工と仕上げ加工の境界があいまいになる可能性があります。
Richconn あらゆる種類のCNC加工サービスに特化しています。 お問い合わせ このユニークなトピックに関するさらなるガイダンスについては、こちらをご覧ください。
