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CNCフライス加工101とは？究極のガイド2024

スティーブ・ヤン
CNCフライス加工入門

If you’re new or unfamiliar with CNC machines and you don’t know what they are, it’s pretty basic. CNC stands for Computer Numerical Control. Essentially, there are lots of different CNC machines. Any machine controlled by a computer is technically a CNC machine, but today we will discuss CNC milling machines. 

フライス加工は、近代的な製造業からエンジニアリングに至るまで、さまざまな分野で大きな広がりを見せている。2024年にはどのような範囲に及ぶのでしょうか？技術的な成長と様々な産業の需要に基づいて考慮すべき様々な要因があります。

ここでは、他の製造業におけるフライス加工の用途を簡単にご紹介します。

CNC、人工知能、インテリジェント・マニュファクチャリングは、これらの産業全体にその用途を広げるのに役立っている。

フライス加工とは？

好き 精密CNC加工フライス盤は、機械加工工程で使用される機械の一部である。 フライス加工は、回転切削工具を使用してワークピースから材料を除去する製造プロセスです。フライス加工は、回転切削工具を使用してワークピースから材料を除去します。 

フライス加工の内訳はこうだ：

CNCフライスの用途

航空宇宙 CNCマシニングは、その正確さ、適応性、さまざまな材料を加工する能力により、航空宇宙のさまざまな分野で発展してきました。フライス加工は、航空宇宙産業において非常に有用である：

エレクトロニクス： 電気産業では、精度と小型化が重要です。フライス盤は、様々な電子部品の複雑な切断や形状を加工する汎用性を備えています：

メディカルだ： 医療分野では、高い精度と正確さが求められます。フライス加工は、以下のような医療機器や器具において重要な役割を担っています：

自動車： フライス加工は、自動車産業において幅広い用途があります。少量生産から大量生産まで対応できるため、汎用性の高い工程です。メーカーは、以下のようなさまざまな部品を製造しています：

フライス加工の仕組み

すでに述べたように、フライス加工は減法的な製造工程である。 様々な切削工具を使用し、未加工の基材から目的の部品ができるまで材料を除去する。ワークピースを連続的に回転させることで、さまざまな角度で正確な切削を行います。しかし、フライス加工の全工程は、ワークピースが出来上がるまでにいくつかのステップを踏むことを述べておくと便利だろう。 

それがこれだ：

CADモデルの作成

目標とする部品形状のCADモデル設計図から始める必要があります。コンピュータ支援設計ソフトウェアを使用して、目的の部品の原材料のCAD設計/モデルを作成することができます。様々な製品コンセプトの2次元または3次元モデルを開発することができます。

CADからCNCへの変換

CNCフライス盤はCADモデルを理解できないため、CADモデルをCNCプログラムに変換する必要があります。しかし、CADモデルをCNCプログラムに変換するのは難しい作業ではありません。ほとんどのCADソフトウェアにはこの機能があります。最適な結果を得るためには、指示通りに進める必要があります。

CNCフライス盤のセットアップ

まず、加工を始める前に、フライス盤が正しくセットアップされていることを確認してください。セットアップの手順は、マシンのメーカーやモデルによって異なります。マシンを使用する前に、必ずメーカーとモデルを確認してください。 カスタムCNC加工 をご覧ください。

プログラムの実行

マシンをセットアップした後、オペレーターはCNCマシンのプログラムを開始することができます。その後、機械はそれ自体でフライス加工プロセス全体を処理します。プログラムが終了すると、機械は必要な部品を正しい仕様で提供します。

フライス盤とコンポーネント

フライス盤の種類

さまざまなCNCフライス盤は、特定の目的を果たします。部品の複雑さ、生産量、精度要求などの生産ニーズを満たすためには、これらの違いを理解することが重要です。

縦型ミル

縦型ミルは多目的な機械です。これらの機械は、金属加工産業で幅広く使用されています。立形フライス盤は、主軸が垂直方向に配置されているため、正確で効率的な材料除去が可能です。

竪型ミルの標準的な特徴を以下に示す：

水平ミル

これらは水平位置にスピンドルを持っています。重量物の切断や大掛かりな作業に適している。

横型ミルの一般的な特徴を以下に示す：

タレットミル

タワーミルとも呼ばれる。これらのフライス盤は、平行方向と垂直方向に移動可能なテーブルを持ち、材料を切削するスピンドルを備えています。通常、ミル上での切削を伴う特定の種類のフライス加工に使用されます。

タレットミルの標準的な特徴を以下に示す：

ベッド・ミルズ

ベッドミルはタレットミルと同様、調整可能な主軸を持つが、テーブルを主軸に対して垂直に動かすだけである。一方、スピンドルは平行に動く。

ベッドミルの一般的な特徴を以下に示す：

CNCフライス盤の主要部品とは？

CNCフライス盤の主要部品は以下の5つである：

コラムベース

鋳鉄製のコラムとベースがフライス盤での作業を支える。コラムが取り付けられているベースには、潤滑油とクーラントが入っている。コラムはワークテーブルに沿って膝を支える。ベースは重量を支え、機械の土台として機能する。

膝

膝はアリ溝を通して柱に固定される。その位置を補助し、保持するための垂直セッティング・スクリューがある。このタイプのネジは昇降ネジとも呼ばれる。ベースに対して上下に動くようにする。歯車機構は膝の内側に配置され、コラムの上に配置されたサドルは水平方向に横行することができ、被加工物に直線的な水平運動を与えるために使用される。

給電メカニズム

この送りは膝にあり、主に縦送り、横送り、縦送りの制御に使用される。送り速度は、Gコードまたは装置の速度選択ハンドルで設定します。

ワークテーブル

鋳鉄製の長方形のテーブルである。T溝があり、ワークピースをテーブル上で直接クランプできる。バイスやその他のワーク保持ツールを取り付けることで、より小さなパーツを保持し、安全かつ効率的に加工することができる。ワークテーブルには、長手方向の可変速パワーフィードとハンドルが含まれています。同じように、X軸のもうひとつのリードスクリューはテーブルの下にあり、ナットと噛み合うことでテーブルを横にスライドさせます。

スピンドル

スピンドルもフライス盤の重要な部品の一つである。機械の中で重要な役割を果たします。静止状態では、切削工具を操作します。また、ドリルチャンク、コレット、その他多くのホルダーの役割も果たします。フライスカッターを使用するためのこれらの異なる形状と機械的な方法のために、フライス盤は、フライス加工の多くの方法で動作することができます。

製粉プロセス（ステップ・バイ・ステップ）

ここでは、フライス盤の作業工程を順を追って説明する：

ワークピースのローディング 予備セットアップの最初のステップは、ワークピースを機械テーブルのフィード上に置き、もう一方の端を固定することです。固定具の位置が正確でないと、特に高速でワークを切断したり成形したりする場合に振動が発生します。これは不正確さにつながります。

ツールの選択： 今日、技術の進歩により、フライス盤には様々な種類の工具が使用されている。加工する材料と、どの程度の加工を行うかによって、使用する工具の種類を選びます。

マシンのセットアップ： 機械設定とは、主軸の回転数、工作機械へのクーラントの流量、送り速度、切込み深さなど、機械の特定の側面を変更することを指す。

ミリングの実行： セットアップが終わると、オペレーターは実際のミリング作業を開始する。

ラフィング 旋盤加工とは、機械的な応力を加えることによって、被加工物の材料特性を高める加工である。これにより、加工物は外形に近い不定形の状態になる。高い切削速度と送り速度で行われるため、工具の寿命が短くなり、破損の可能性が高くなる。

準仕上げ： 粗加工の後、フライス盤は速度を落とします。通常、フライス盤には作業の結果、最終的に製造される部品の形状が描かれている。

仕上げ： 荒加工に比べ、仕上げ加工は送り速度と切込み深さを低くして行われる。誤差を最適化または最小化するために、目的は機械の意図した寸法に最も近い加工物を達成することである。

荷降ろし： オペレーターがフライス盤から完成品を降ろす。

検査と品質管理： この段階で、完成品に欠陥がないことを確認する。通常、異常がある場合、または余分な材料除去が必要な場合、オペレーターは部品を機械に戻し、仕上げサイクルをもう1回行う。この段階は、部品が受け入れられるまで行われる。

後処理： フライス加工の後に、他の二次加工を施すこともできる。標準的な後加工技術には次のようなものがある：

フライス加工の種類

There are many different types of milling operations. Some of these are used to increase the capacity of the operation, some to improve the operation’s efficiency, and some for various other purposes.

これらのタイプは、形状の構成方法によって異なるが、形状の一部を作成することができる。

これらの異なるタイプとは

フライス加工

フェースミルは、ワークピースの表面仕上げを行う必要がある場合に使用される。フェーシングミルは、表面を平らにしたり、均一な面や滑らかな面に粗い面を作り出します。また、起伏のない卓越した表面仕上げも可能です。フェーシング・ミル加工は、自動で行うことも、毎年行うこともできます。各タイプには様々なミルの選択肢があります。

周辺フライス加工

ペリフェラルフライス加工では、刃物は加工物を側面から切削するように配置される。したがって、切削工具の刃先は、工具先端に接触して加工面上を滑る。これはフェースフライス加工の逆である。歯の数と面の幅が等しい通常のフライスカッターを使用する。ペリフェラル・ミーリングは、切り込みが深い場合や、一度に多くの材料を除去しなければならない場合に適している。

エンドミル加工

エンドミルはドリルと同じように使用されますが、形状が異なります。使用されるボール盤は、軸方向の穴あけ加工しかできません。

ネジ切り

ねじ切りフライスは、ワークピースの内側にねじを切るために使用される。ねじ切りフライスは、あらかじめ穴が開けられたねじ山にのみ使用される。その構造上、ねじ山フライスは内周内で回転・周回する状態にある。また、スレッドミルよりも旋削加工が好ましいとされている。

フライス加工の利点と限界

フライス加工が製造業における汎用性の高い加工プロセスであることは、誰もが知っている。多くの利点がありますが、いくつかの制限もあります。

一般的な利点と制限を以下に示す。

フライス加工の利点

フライス加工の限界

 フライス精度に影響する要因

これは、CNCフライス加工で正確な結果を得ることが重要だからである。以下は、その精度に影響を与える可能性のあるいくつかの要因です。

工作機械の品質：

 これは、CNCフライス盤自体の一般的な状態と精度に大きく貢献します。その上、主軸の振れ（ぐらつき）、バックラッシュ（歯車の遊び）、テーブルの平面度などの要素も、不正確さの原因となるため、考慮しなければならない場合があります。

切削工具の選択 

特定の材料とその作業に適した切削工具を選ぶことが肝要である。鈍い工具や破損した工具を使用すると、表面に傷がつくことがある。適切な工具のメンテナンスと適時の交換が重要である。

ワークのクランプ： 

フライス加工中にワークが動かないように、加工テーブル上でしっかりとクランプする必要があります。誤ったクランプ方法では、振動や不正確な加工が発生する可能性があります。

切断パラメータ： 

適切な切削速度、送り速度、切込み深さを選択することが不可欠であることが判明している。精度は、工具のたわみ、びびり跡、あるいは工具の破損など、誤ったパラメータによって影響を受ける可能性がある。

素材の特性：

異なる材料は、それぞれ異なる加工特性を持っています。予期せぬ材料の挙動により、予期せぬたわみや工具摩耗が発生し、精度に影響を与える可能性があります。

プログラミングエラー： 

CNCプログラミングにミスがあると、不正確なツールパスや加工作業が発生する可能性がある。徹底したプログラム検証は不可欠です。

環境条件：温度変動による熱膨張は、機械とワークピースの寸法に誤差を生じる可能性がある。安定した環境を維持する必要がある。

フライス加工で直面する一般的な課題

CNCフライス加工は、さまざまな用途に使えるとはいえ、それなりの課題がある：

工具の破損： 

工具の選択を誤ったり、切削力が強すぎたり、工具が摩耗したりすることで、工具の破損が発生する可能性がある。その結果、生産が遅れ、コストが増大する。

チャッターマーク 

加工中に振動があると、加工部品の表面仕上げが一定しなくなります。切削パラメータを最適化し、適切な工具の切れ味を確保することで、びびりを最小限に抑えることができます。

ワークピースの歪み：薄いワークピースや支持されていないワークピースは、切削力を受けて曲がったり変形したりすることがあり、寸法の不正確さにつながります。戦略的に配置されたクランプと固定具を使用することで、これに対処することができます。

残留応力：

 フライス加工は、加工される材料に応力を残します。これが性能に影響するため、応力除去やアニールなどの追加工程が必要になります。

クーラントの選択と管理：

クーラントの選択を誤ると、工具の摩耗、切り屑排出不良、仕上げ面の問題を引き起こす可能性がある。したがって、適切なクーラントタイプを選択し、適切にメンテナンスすることが不可欠です。

複雑な加工機能：特殊な工具やプログラミング技術に頼らなければ、複雑な形状や厳しい公差を維持することは難しい。

製粉の未来

フライス加工の未来は明るい。先進技術の助けを借りて、フライス加工も進化している。 

フライス加工の工程をすっかり変えてしまったいくつかの最新技術を見てみよう。

人工知能（AI）と機械学習

人工知能と機械学習の継続的な進歩は、最近のCNCフライス加工に革命をもたらした。これらの技術は、CNCフライス盤から収集されたデータから必要なパターンを特定し、メンテナンスを可能にするために使用できる。これらの技術は、フライス盤の全体的な運用効率を高めることができる。

モノのインターネット（IoT）

IoTのようなインテリジェントテクノロジーは、CNCフライス盤のデータ収集と分析を素早く可能にする。この技術により、メーカーは機械の状態を観察し、問題があれば修正し、迅速な調整を行うことができる。

オートメーション

今日、CNCフライス加工は完全に自動化されつつある。さまざまな工具やワークピースを扱うツールチェンジャーや、工具の摩耗を監視するシステムなど、あらゆる種類の高度な装置が普及している。

先端材料

CNCフライス加工は、炭素繊維複合材料や高強度軽量合金などの新しい先端材料を用いて進化している。

結論

フライス加工は極めて重要な製造方法です。様々な品質の部品を製造するために、多くの産業で重要な役割を果たしています。平らな面や曲面を仕上げることができるため、非常に汎用性の高い加工方法です。

螺旋状、可変ピッチ、鋸歯状フライスカッターのような最新技術と高度な工具は、材料除去率、寸法精度、形状構造、表面公差のフライス加工をさらに改善した。  

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