金属部品の CNC 加工: 印刷物を作成する前にすべてのエンジニアが知っておくべきこと

金属部品の CNC 加工: 印刷物を作成する前にすべてのエンジニアが知っておくべきこと

CNC 機械加工部品の寸法の問題のほとんどは、製造現場で発生するのではなく、図面から始まります。-。プロセスが耐えられるよりも厳しい公差、びびりを引き起こす肉厚、公差クラスを欠いているねじ山コールアウト。部品が到着して検査に合格しなかった時点で、根本原因はすでに 3 週間前に存在し、PDF に保存されています。

この記事では、次のような実践的な知識を提供します。CNC加工金属部品実際に機能する-プロセスでできることとできないこと、材料の選択が下流のすべてにどのような影響を与えるか、最初の実行で良い部分が得られるプリントの書き方。それ自体のための理論はありません。ここにあるものはすべて、実際の仕事で行う意思決定につながります。

そもそもCNC加工って何？

CNC はコンピューター数値制御の略です。機械は、通常 CAD モデル - から生成されるプログラム - を読み取り、正確なパスに沿って切削工具を移動させて、金属ブランクから材料を除去します。オペレーターは機械をセットアップし、プログラムをロードし、実行を監視します。マシンがジオメトリを実行します。

それが簡易バージョンです。あなたの仕事にとって重要な部分は次のとおりです。CNC 加工はサブトラクティブプロセスです。必要以上に多くの材料から始めて、部品ではないものをすべて切り取ります。これは鋳造、鍛造、積層造形 (3D プリンティング) とは根本的に異なり、どのような形状が実現可能か、どのような公差が達成可能か、コスト構造がどのようになるかに影響を及ぼします。

木のブロックから人物を彫刻するようなものだと考えてください。彫刻家のツールによって、細部をどこまで細かくできるかが決まります。木材そのもの - 木目、硬さ、切断に対する反応 - が、その細部がその形状を保持しているかどうかを決定します。でCNC金属部品の製造プロセス、機械は彫刻家であり、素材は木です。どちらも重要です。

最も一般的な 3 つの CNC 操作は次のとおりです。

CNCフライス加工- 切削工具は回転し、静止したワークピース上を移動します。平面、ポケット、スロット、複雑な 3D 輪郭に使用されます。パーツにブロックから削り出したような特徴がある場合は、おそらくフライス加工されています。

CNC旋削加工- 切削工具は相対的に固定されたままですが、ワークピースは回転します。シャフト、ブッシュ、ノズル、ねじ部品などの円筒部品に使用されます。パーツが丸く、軸に対して対称である場合は、おそらく回転されています。

スイスCNC旋削加工- 特殊な旋削加工形式で、ワークピースが切削ゾーンのすぐ近くで支持され、細長い部品をたわませることなく厳しい公差で加工できます。医療用ピン、小型コネクタ、時計部品、および長さ対直径の比率が高い精密部品の標準。-対-。

実際の部品の多くは、複数の操作を必要とします。- たとえば、フライス加工されたキー溝を備えた旋盤加工されたシャフトや、旋削加工とねじ切りされた穴を備えたフライス加工されたハウジングなどです。

材料の選択は CNC 機械加工金属部品にどのような影響を与えますか?

これは、新人エンジニアが最も過小評価している問題です。指定する材料は、部品の最終用途特性を決定するだけではなく、部品の加工の容易さ、困難さを決定します。これは、コスト、達成可能な公差、表面仕上げに直接影響します。-

ここでは、最も頻繁に遭遇する金属に関する実用的なリファレンスを示します。CNC加工による金属部品の材質比較:

この表からは直接伝わらないことがいくつかあります。アルミニウムは高速で加工でき、厳しい公差を容易に保持できます - 究極の強度よりも重量とコストが重要な場合、これがデフォルトの選択肢となります。ステンレス鋼の加工物は切削すると硬くなります。つまり、切れ味の悪い工具や間違った送り速度を使用すると、実際には切削途中の表面で材料特性が変化する可能性があります。-チタンは一般的な航空宇宙用金属の中で機械加工が最も困難です。チタンは極度の熱を発生し、熱伝導率が低いため、このリストにある他のどの材料よりも早く工具を破壊します。プリントにチタンと記載されている場合は、それを反映するためのコストと納期が予想されます。

CNC 加工は実際にどの程度の公差に耐えることができますか?

ほとんどの初心者が問題を引き起こすプリントを作成するのはここです。理解厳しい公差のCNC機械加工部品「標準」が何を意味するかを理解することから始まります。

標準的な CNC 加工公差は、ほとんどの金属フィーチャ - のボア、面、全体の寸法に対して通常 ±0.05 mm (±0.002 インチ) です。これは、特別なセットアップを行わずに最新のすべての CNC 機械で達成可能であり、一般的な機械部品の機能フィーチャの大部分に適しています。

エンジニアが問題に陥るのは、寸法が機能的に必要かどうかに関係なく、図面上のすべての寸法にわたって ±0.005 mm を指定することです。公差が厳しくなると、サイクル タイムが長くなり、工具の交換頻度が高くなります。温度管理された環境が必要になり、重要な寸法については 100% CMM 検査が行われます。{2}}段階を厳しくするごとにコストが大幅に増加します。必要がない場合は、声をかけないでください。

さまざまな許容範囲が本番環境で実際に何を意味するのかについての実用的なリファレンスを次に示します。

新人エンジニアをつまずかせる知識のギャップ:公差と表面仕上げは同じものではなく、一方を呼び出しても他方が制御されるわけではありません。穴の寸法は ±0.005mm 以内ですが、表面粗さは Ra 1.6µm - で、圧入にはまったく問題ありませんが、滑りシールには完全に不適切です。 Ra (表面粗さ) と寸法公差の両方が重要な場合は、フィーチャー上で両方を必ず指定してください。プリントが 1 枚しかない場合は、良いショップに問い合わせてください。慎重でないショップは、デフォルトどおりに機械加工するだけです。

CNC 加工が適切なプロセス - であるのはどのような場合でしょうか、またそうでないのはどのような場合ですか?

CNC 加工が常に最良の答えであるとは限りません。プロセス ルートを評価する新人エンジニア向けに、プロセス ルートを検討する方法を次に示します。

CNC 金属部品の製造プロセスは、-中規模、高複雑、-公差の厳しい領域で威力を発揮します。これは、複合角と最初の製品に対して ±0.01 mm の穴を備えたチタン航空宇宙用ブラケットを 2 週間以内に製造するための唯一の実用的な方法です。これは、わずかな時間で型抜きできる同一のスチール製ブラケットを 100 万個製造するための正しい答えではありません。

最も損害を被る初心者の間違い: 壁の厚さ

経験豊富な機械工に、初めてのエンジニアリング プリントで最も頻繁に目にするものは何かと尋ねると、答えは通常同じです。それは、材料やプロセスに対して薄すぎる壁の厚さです。{0}

それが重要な理由は次のとおりです。切削工具が薄い壁から材料を除去する場合、切削力により壁をきれいに切断するのではなく、たわむ可能性があります。パーツはツールの下で曲がり、跳ね返り、結果として生じる寸法はプログラムが意図したものよりも大きくなります。壁が仕様から 0.1 ～ 0.3 mm 外れているが、それを修正するプロセス調整はありません。- 形状が問題です。

金属 CNC 部品に関する一般的なガイダンス:

アルミニウムの場合、機械加工されたフィーチャで最小肉厚 0.8 mm を維持します。鋼・ステンレス用は1.0mm。チタンの場合、加工中にセクションを強化するガセットまたはサポート機能を備えた特別に設計された部品を除いて、1.5 mm 以上。これらは厳しい制限ではありません - 経験豊富な機械工は、適切な治具とツールパスを使用すればさらに薄くすることができます - ただし、部品にこれらの数値を下回る壁がある場合は、プリントを送信するときに明示的にフラグを立ててください。良いショップであれば、どのように対応する予定かを教えてくれます。コメントなしでそれを引用するショップは、図面をよく読んでいないか、何が起こるか試してみようとしているかのどちらかです。

5 軸と 3 軸: 数字があなたの部分に何を意味するか

「5 軸 CNC 加工」をプレミアム機能として宣伝しているショップをよく見かけます。これが実際にあなたにとって何を意味するのか、またそれが重要となる場合は次のとおりです。

3- 軸機械は X、Y、Z 方向に移動します。部品の上部と 4 つの側面に到達できますが、追加の面を加工するには再配置 (再固定) が必要です。-再固定するたびに位置合わせエラーが発生する可能性があり、セットアップ時間が長くなります。

5- 軸加工機は、さらに 2 つの軸の周りに回転を加えます。つまり、切削工具は再固定することなく、ほぼあらゆる方向からワークピースにアプローチできます。あなたにとって、これには 2 つの実際的な意味があります。

複雑な形状を 1 回のセットアップで実現。複数の面、複合角、アンダーカット、テーパー壁のフィーチャーをすべて 1 回のセットアップで加工できます。 3- 軸マシンでは、3 つまたは 4 つのセットアップが必要になる場合があり、それぞれのセットアップでコストが増加し、アライメント誤差が累積します。

複数の面のパーツに対する許容誤差が向上しました。-すべての重要な形状が 1 つのデータムに対して 1 つのセットアップで機械加工される場合、それらの形状間の幾何学的関係は、複数の再治具にわたって加工される場合よりも正確になります。-のために厳しい公差のCNC機械加工部品たとえば、ある面の穴が隣接する面のフィーチャと正確に同心である必要がある場合、多くの場合、5 軸が正しい答えになります。

すべての部品に 5 軸が必要なわけではありません。 1 つまたは 2 つの面にのみ機能を備えたシンプルなブラケットは、3 軸で完全にうまく加工されます。アップグレードは、パーツのジオメトリが本当に必要とする場合にのみ意味を持ちます。

精密金属部品を指定する場合 - MID 精度がどのように役立つか

±0.02 mm 未満の公差が必要な部品、チタンや医療用ステンレスなどの材料、または 5 軸作業が必要な複雑な多面形状を指定している場合、まさにこれらの作業が私たちのチームが毎日行っています。-

私たちのCNC加工能力3-軸、4-軸、5軸フライス加工、CNC旋盤、小径精密部品用スイスCNC旋盤、板金加工をカバーします。当社では、適格な特徴に関して公差を±0.002mm、表面粗さをRa 0.02μmに抑えています。当社の材料範囲は、アルミニウム合金、ステンレス鋼、チタン、銅、真鍮、エンジニアリング プラスチックをカバーしており、すべて原材料の証明書から最終検査レポートまで完全な材料トレーサビリティが備わっています。

ソーシングが初めてのエンジニア向け精密CNC機械加工された金属部品 中国からの場合、すべての見積もりに無料の DFM レビューを提供します。つまり、何かを切断する前に、壁の厚さの問題、プロセス能力と一致しない公差の表記、明確化が必要なねじの仕様、および設計調整によってメリットが得られる機能がないか図面を確認します。書面でフラグを立てます - 変更するかどうかはお客様が決定してください。

お客様の部品が規制対象の最終製品 - 医療機器、航空宇宙アセンブリ、半導体装置 - に使用される場合、当社の ISO 13485- 準拠の品質システムは、初品検査報告書、材料証明書、CMM 寸法報告書、不適合がある場合の是正措置記録など、コンプライアンス チームが必要とする文書を作成します。

あなたの図面を私たちに送ってください24 時間以内に見積もりと DFM メモをお送りします。まだ設計段階にあり、印刷が完成する前にプロセス入力が必要な場合は、無料のデザインレビューを受ける- 通常、図面内のコストと品質のリスク ポイントを 1 時間以内に特定できます。

よくある質問

Q：図面に「全寸法±0.01mm」と書かれていますが？それは現実的ですか？

技術的には達成可能ですが、- は包括的なコールアウトとしては実用的でなく、費用対効果も高くありません。-部品のあらゆる寸法で ±0.01mm があると、検査時間と加工サイクル時間が必要以上に長くなります。正しいアプローチは、機能的に必要な寸法 - (通常は軸受穴、シール面、嵌合界面) にのみ ±0.01mm を指定し、その他すべてには一般公差ブロック (ISO 2768-m など) を使用することです。これによりコストが削減され、重要な機能が機械工にとって明確になります。

Q: 部品に 3 軸加工が必要か、5 軸加工が必要かはどうすればわかりますか?

部品に必要なすべてのフィーチャに、回転せずにブロックの上部と 4 つの側面からアクセスできる場合は、通常は 3- 軸で十分です。複合角度、正確な幾何学的関係を維持する必要がある 3 つ以上の面のフィーチャー、または直線のツール パスでは到達できないアンダーカットがある場合は、5- 軸について議論する価値があります。疑問がある場合は、CAD ファイルをショップと共有し、アドバイスを求めてください。- 5 分間の質問で、再固定コストを大幅に節約できます。

Q: 表面粗さ Ra 0.8 と Ra 3.2 - の違いは何ですか? それは私にとって重要ですか?

Ra は表面の平均粗さです - 数値が小さいほど滑らかであることを意味します。 Ra 3.2µm は標準の機械仕上げです。- Ra 0.8µm では、軽い仕上げパスまたは研磨が必要です。 Ra 0.4µm 以下の場合は、通常、専用の仕上げ作業が必要です。ほとんどの構造的特徴については、Ra 3.2μm で問題ありません。シール面、滑り嵌め、および生体組織や体液と接触するあらゆる表面には、通常、Ra 0.8μm 以上が必要です。これらの特徴に明示的に指定してください - 印刷物が要求しない限り、ショップがデフォルトでより細かい仕上げを行うとは想定しないでください。

Q: CNC 機械加工では、鋳造と同じ形状の部品を製造できますか?

多くの場合、そうですが、常にそうとは限りません。 CNC 機械加工では、鋳造で可能なほとんどの形状に加えて、深い止まり穴、鋭い内部コーナー、正確なねじ穴など、鋳造ではできない特徴も生成できます。-。トレードオフは量です。鋳造では工具コストは高くなりますが、大量生産では部品あたりのコストは低くなります。- CNC はセットアップコストは低いですが、部品あたりのコストは高くなります。-数千個未満の場合は、通常、CNC の方が経済的です。それ以上の損益分岐点は、部品の複雑さと材質によって異なります。-