CNCフライス加工とは何ですか？

CNCフライス盤とは何ですか？

CNCフライス盤（フルネームはComputer Numerical Control Milling）は、コンピューター制御の回転多点切削工具を使用して、ワークピースから材料を徐々に除去し、カスタム設計の部品または製品を製造する機械加工プロセスです。 このプロセスは、金属、プラスチック、木材などのさまざまな材料の機械加工、およびさまざまなカスタム設計の部品や製品の製造に適しています。
機械加工、化学機械加工、電気機械加工、熱機械加工など、複数の機能が精密CNC機械加工サービスの傘下で利用できます。 CNCフライス盤は、穴あけ、旋削、およびその他のさまざまな機械加工プロセスを含む機械的プロセスです。つまり、フライス盤の切削工具の動作などの機械的手段によって、材料がワークピースから除去されます。
この記事では、CNCフライス盤プロセスに焦点を当て、プロセスの基本と、CNCフライス盤のコンポーネントとツールについて概説します。 さらに、この記事では、さまざまなフライス盤操作について説明し、CNCフライス盤プロセスの代替手段を提供します。

フライス盤の定義

フライス盤とは何ですか？ これは、通常は可動式のテーブル上で工具を使用してワークピースを成形するタイプの機械加工ですが、一部のフライス盤には可動式の工具もあります。 フライス盤はもともと労働者が手作業で行っていましたが、現在ではほとんどのフライス盤がコンピューターを利用してフライス盤を監視するCNCフライス盤で行われています。 CNCフライス盤は、より高い精度、精度、生産性を提供できますが、手動フライス盤が役立つ場合があります。 手動フライス盤には多くの技術的スキルと経験が必要であるため、所要時間が短縮されます。 また、手動ミルが安価であり、ユーザーがマシンのプログラミングについて心配する必要がないという追加の利点もあります。

CNCフライス盤の概要

ほとんどの従来の機械的CNC機械加工プロセスと同様に、CNCフライス盤プロセスは、コンピューター制御を利用して、ブランクを切断および形成する工作機械を操作および操作します。 さらに、このプロセスは、次のようなすべてのCNC機械加工プロセスと同じ基本的な製造段階に従います。

• CADモデルを設計する
• CADモデルをCNCプログラムに変換する
• CNCフライス盤のセットアップ
• フライス盤操作を実行します

CNCフライス盤とは何ですか？

　 CNCフライス盤 プロセスは、2Dまたは3DCADパーツ設計の作成から始まります。 次に、完全な設計がCNC互換のファイル形式にエクスポートされ、CAMソフトウェアによってCNCマシンプログラムに変換されます。このプログラムは、マシンの動きとワークピースを横切るツールの動きを指示します。 オペレーターがCNCプログラムを実行する前に、工作機械の作業面（つまりテーブル）またはワークピースホルダー（万力など）にワークピースを固定し、フライス盤をマシンに取り付けることによって、CNCフライス盤を準備します。ツールスピンドル。 CNCフライス盤プロセスでは、フライス盤の仕様と要件に応じて、水平または垂直のCNC強力フライス盤と、フライスカッターやドリルなどの回転マルチポイント（つまり、マルチトゥース）切削工具を使用します。 機械の準備が整うと、オペレーターは機械インターフェースを介してプログラムを開始し、機械にフライス盤操作の実行を促します。

CNCフライス盤プロセスが開始されると、工作機械は毎分最大数千回転の速度で切削工具を回転させ始めます。 使用するフライス盤のタイプとフライス盤アプリケーションの要件に応じて、工具がワークピースに突っ込むと、マシンは次のいずれかを実行してワークピースに必要なカットを行います。

1. 静止した回転工具にワークピースをゆっくりと送ります
2. 静止したワークピース上でツールを移動する
3. ツールとワークピースの相対的な動き

手動フライス盤とは異なり、CNCフライス盤では、工作機械は通常、切削工具の回転ではなく、切削工具の回転によって可動ワークピースに送ります。 この規則に準拠したフライス盤操作はクライムフライス盤操作と呼ばれ、反対の操作は従来のフライス盤操作と呼ばれます。
一般に、フライス盤は、穴、スロット、ねじ山などの部品の特徴を定義したり、部品の特徴を作成したりするための、機械加工されたワークピースの補助または仕上げプロセスとして最適です。 ただし、このプロセスを使用して、ストック材料を最初から最後まで成形することもできます。 どちらの場合も、フライス盤プロセスで材料が徐々に除去され、目的の形状と部品形状が作成されます。 まず、工具がワークピースから小片または切りくずを切り取り、おおよその形状を作成します。 次に、ワークピースはより高いスケジュールでより高い精度でフライス盤され、正確な機能と仕様で部品を仕上げます。 多くの場合、必要な精度と公差を実現するには、完成した部品を数回機械加工する必要があります。 より複雑な形状の部品の場合、フライス盤操作が完了し、部品がカスタム設計された仕様で製造されると、フライス盤は製造の仕上げ段階と後処理段階に入ります。
CNCフライス盤操作

CNCフライス盤 は、プロトタイプ、2回限り、および中小規模の生産工程で高精度、高公差の部品を生産するのに適した機械加工プロセスです。 部品は通常、+/-10フィラメントから+/-1フィラメントの範囲の公差で製造されますが、一部のフライス盤は+/-XNUMXフィラメント以上の公差を達成できます。 フライス盤プロセスの多様性により、スロット、面取り、ねじ山、ポケットなど、さまざまな産業やさまざまな部品の機能や設計に使用できます。 最も一般的なCNCフライス盤操作は次のとおりです。

• 正面フライス盤
• フラットミリング
• アングルミリング
• フォームフライス盤

正面フライス盤

切削工具の回転軸がワーク表面に垂直な正面フライス盤。 この方法では、外周と工具面の両方に歯があるフェースミルを使用します。この場合、外周の歯は主に切削に使用され、面の歯は仕上げ用途に使用されます。 通常、正面フライス盤は、完成した部品に平らな表面と輪郭を作成するために使用され、他のフライス盤プロセスよりも高品質の仕上げを生成することができます。 縦型と横型の両方のフライス盤がこのプロセスをサポートしています。
正面フライス盤の種類には、エンドミルとサイドミルがあり、それぞれエンドミルとサイドミルを使用します。

フラットミリング

正面フライス盤またはスラブフライス盤とも呼ばれ、切削工具の回転軸がワークピースの表面に平行になります。 このプロセスでは、通常のフライスの歯を使用して、周辺で切削操作を実行します。 切削深さやワークサイズなどのフライス盤の仕様に応じて、ナローカッターとワイドカッターをご利用いただけます。 幅の狭いナイフはより深い切断を可能にし、幅の広いナイフはより大きな表面積を切断するために使用できます。 正面フライス盤の用途でワークピースから大量の材料を除去する必要がある場合、オペレーターはまず、粗い歯のカッター、遅い切削速度、速い送り速度を使用して、カスタム設計された部品のおおよその形状を作成します。 次に、オペレーターは、より細かい歯のカッター、より速い切断速度、およびより遅い送り速度を導入して、完成した部品の詳細を作成します。

アングルミリング

アングルミリングは、切削工具の回転軸がワークピースの表面に対してある角度になる場所です。 このプロセスでは、シングルアングルフライス（機械加工される特定の設計に応じて角度が付けられます）を使用して、面取り、セレーション、溝などの角度のあるフィーチャーを作成します。 アングルミリングの一般的な用途は、アリ溝の設計に応じて45°、50°、55°、または60°のアリ溝カッターを使用するアリ溝の製造です。

フォームフライス盤

プロファイルフライス盤とは、曲面、平面、または完全に曲面の部品など、不規則な表面、輪郭、プロファイルを含むフライス盤操作を指します。 このプロセスでは、凸型、凹型、コーナーフィレットカッターなどの特定の用途向けに設計されたプロファイルカッターまたはフライカッターを使用します。 フォームフライス盤の一般的な用途には、半球型および半円形のキャビティ、ビーズ、プロファイルの製造、および単一のマシン設定からの複雑な設計と複雑な部品の製造が含まれます。

その他のフライス盤

上記の操作に加えて、フライス盤を使用して、他の特殊なフライス盤および機械加工操作を実行できます。 利用可能な他のタイプのフライス盤操作の例は次のとおりです。

ステップフライス盤：ステップフライス盤とは、工作機械がXNUMXつ以上の平行なワーク表面をXNUMX回のカットで加工するフライス盤操作のことです。 このプロセスでは、同じマシンスピンドルにXNUMXつのカッターを使用し、カッターがワークピースのいずれかの側にあり、両側を同時にフライス加工できるように配置します。

複合フライス盤：複合フライス盤とは何ですか？ 複合フライス盤は、同じマシンアーバー上でXNUMXつ以上のツール（通常は異なるサイズ、形状、または幅）を使用して実行されるフライス盤操作です。 各カッターは、同じ切断操作を同時に実行することも、異なる切断操作を同時に実行することもできるため、より複雑な部品をより短い生産時間で生産することができます。

輪郭フライス盤：輪郭フライス盤は、工作機械が垂直面または傾斜面に沿ってワークピースに切削経路を作成する場所です。 このプロセスでは、プロファイルフライス盤と切削工具を使用します。これらはワークピースの表面に平行または垂直にすることができます。

ギアカット：歯車の切削は、インボリュート歯車カッターを使用して歯車の歯を作成するフライス盤操作です。 これらのカッターはプロファイルフライスの一種であり、特定の歯車の設計に必要な歯の数に応じて、さまざまな形状とピッチサイズで利用できます。 このプロセスでは、特殊な旋削工具ビットを使用して歯車の歯を作成することもできます。

その他の機械加工プロセス：フライス盤はフライス盤以外の工作機械にも対応しているため、穴あけ、中ぐり、リーミング、タッピングなどのフライス盤以外の加工にも使用できます。
ほとんどのCNC機械加工プロセスと同様に、CNCフライス盤プロセスでは、CADソフトウェアを使用して初期部品設計を生成し、CAMソフトウェアを使用して部品を製造するための機械加工命令を提供するCNCプログラムを生成します。 次に、CNCプログラムが選択したCNCマシンにロードされ、フライス盤プロセスが開始および実行されます。

フライス盤の注意事項

一般に、フライス盤は水平と垂直の機械構成に分けられ、運動軸の数によって区別されます。

垂直フライス盤では、機械のスピンドルは垂直方向に向けられ、水平方向では、フライス盤のスピンドルは水平に配置されます。 水平機械には、フライス盤の際にスピンドルが組み込まれているため、サポートと安定性が向上し、ホイールやストラドルのフライス盤など、さまざまな切削工具をサポートできます。

縦型と横型の両方のフライス盤の制御は、使用する機械のタイプによって異なります。 たとえば、一部の機械はスピンドルを上下させてテーブルを横方向に動かすことができますが、他の機械は固定されたスピンドルとテーブルを備えており、水平、垂直、および回転的に動かすことができます。 縦型および横型のフライス盤を選択する場合、メーカーとショップは、フライス盤に必要な表面の数や部品のサイズと形状など、フライス盤アプリケーションの要件を考慮する必要があります。 たとえば、重いワークピースは水平フライス盤操作に適していますが、シンカーアプリケーションは垂直フライス盤操作に適しています。 反対のプロセスをサポートするために垂直または水平の機械を改造できる補助装置も利用できます。

ほとんどのCNCミルは、3〜5軸を使用できます。通常、XYZ軸に沿って、および（該当する場合は）回転軸を中心にパフォーマンスを提供します。 X軸とY軸は水平方向の動き（それぞれ平面上で左右と前後に動く）を表し、Z軸は垂直方向の動き（上下に動く）を表し、Wは水平方向の動きを表します。 –軸は、垂直面での対角線の動きを表します。 基本的なCNCフライス盤では、3軸（XY）で水平移動が可能ですが、新しいモデルでは、4軸、5軸、XNUMX軸のCNCマシンなどの追加の運動軸が可能です。 以下は、運動軸の数によって分類されたフライス盤のいくつかの特性の概要です。

3軸

• ほとんどの機械加工のニーズを満たすことができます
• 機械のセットアップは簡単です。
• 必要なワークステーションはXNUMXつだけです
• オペレーターのためのより高い知識要件
• 効率と品質の低下

4軸

• 3軸機よりも優れた機能
• 3軸機よりも高い精度と精度
• 機械のセットアップは3軸機械よりも複雑です
• XNUMX軸機よりも高価です

5軸

• 複数の軸で構成できます（例：4 + 1、3 + 2、または5）
• より強力な
• 構成によっては、XNUMX軸およびXNUMX軸の機械よりも速いキーの操作が簡単です。
• より高いレベルの品質と精度
• 構成によっては、3軸および4軸加工よりも動作が遅くなります
• 3軸および4軸の機械よりも高価です

使用するフライス盤のタイプに応じて、機械、機械テーブル、または両方のコンポーネントを動的にすることができます。 通常、動的テーブルはXY軸に沿って移動しますが、上下に移動して切り込みの深さを調整したり、垂直軸または水平軸に沿って回転して切り込みを拡大したりすることもできます。 動的工具を必要とするフライス盤アプリケーションでは、固有の回転運動に加えて、工作機械は複数の軸に沿って垂直に移動し、工具の円周（先端だけでなく）をワークピースに切り込みます。 自由度の高いCNCフライス盤は、製造されるフライス盤の多様性と複雑さを高めます。

フライス盤の種類

さまざまな加工用途向けに、いくつかの異なるタイプのフライス盤が利用できます。 フライス盤は、機械の構成や運動軸の数だけに基づいて分類されるだけでなく、特定の特性に応じて分類することもできます。 最も一般的なタイプのフライス盤には、次のものがあります。

• ニータイプ
• ラムタイプ
• ベッドタイプ（または製造タイプ）
• プレーナー

膝タイプ：膝タイプのフライス盤は、固定スピンドルと、膝で支えられたサドル上にある垂直方向に調整可能なテーブルを備えています。 機械の位置に応じて、膝をコラム上で上下させることができます。 ニーミルのいくつかの例には、床置き型および卓上型水平型ミルが含まれます。

ラムタイプ：ラムタイプのフライス盤は、支柱に固定されたスピンドルを使用します。これにより、機械は可動ハウジング（RAM）を使用してXY軸に沿って移動できます。 最も一般的なXNUMXつのタイプの垂直フライス盤には、床置き型の汎用水平およびロータリーカッターヘッドフライス盤があります。

ベッドタイプ：ベッドタイプのフライス盤は、機械に直接固定されたテーブルを使用して、ワークピースがY軸とZ軸に沿って移動するのを防ぎます。 ワークピースは切削工具の下にあり、機械によってはXYZ軸に沿って移動できます。 利用可能なベッドタイプのフライス盤には、片面、両面、三重のフライス盤があります。 片面機はX軸またはY軸に沿って移動する単一のスピンドルを使用し、両面機はXNUMXつのスピンドルを使用し、三重機はXNUMXつのスピンドル（XNUMXつは水平およびXNUMXつは垂直）を使用してXYおよびXYZ軸に沿って加工します。それぞれ。

プレーナーミル：プレーナーミルは、Y軸とZ軸に沿って固定されたテーブルと、XYZ軸に沿って移動できるスピンドルを備えているという点でベッドミルに似ています。 ただし、プレーナーは複数のマシン（通常は最大XNUMX台）を同時にサポートできるため、複雑な部品のリードタイムを短縮できます。

利用可能な特殊なタイプのフライス盤には、回転台、ドラム、遊星フライス盤などがあります。 回転台フライス盤は、垂直軸を中心に回転する円形のテーブルを備えており、荒削りと仕上げにさまざまな高さに配置された機械を使用します。 ドラムフライス盤は回転台機に似ていますが、テーブルが「ドラム」と呼ばれ、水平軸を中心に回転する点が異なります。 遊星機械では、テーブルは固定されており、ワークピースは円筒形です。 回転する機械がワークピースの表面を横切って移動し、ねじ山などの内部機能と外部機能の両方を切断します。

加工材

CNCフライス盤プロセスは、カスタム設計された部品の仕上げ機能を提供するための二次加工プロセスとして最適に使用されますが、カスタム設計された特殊部品を最初から最後まで製造するためにも使用できます。 CNCフライス盤技術により、次のようなさまざまな材料の部品を加工するプロセスが可能になります。

• 金属（合金、特殊金属、重金属などを含む）
• プラスチック（熱硬化性樹脂と熱可塑性樹脂を含む）
• エラストマー
• 複合材料
• 木材

すべての機械加工プロセスと同様に、フライス盤用途の材料を選択する際には、材料の特性（硬度、引張強度、せん断強度、耐薬品性、耐高温性など）や材料の費用対効果など、いくつかの要素を考慮する必要があります。 加工材。 これらの基準は、それぞれ、材料がフライス盤プロセスに適しているかどうか、およびフライス盤アプリケーションの予算上の制約を決定します。 選択した材料によって、使用する機械のタイプとその設計、および切削速度、送り速度、切削深さなどの最適な機械設定が決まります。

では、CNCフライス盤とは何ですか？

CNCフライス盤は、さまざまな材料を機械加工し、さまざまなカスタム設計の部品を製造するのに適した機械加工プロセスです。 このプロセスは他の機械加工プロセスよりも優れている場合がありますが、すべての製造アプリケーションに適しているとは限らず、他のプロセスがより適切で費用効果が高いことが証明される場合があります。

他のいくつかのより一般的な機械加工プロセスには、穴あけと旋削が含まれます。 フライス盤と同様に、穴あけは通常マルチポイントツール（つまりドリル）で行われ、旋削はシングルポイントツールで行われます。 ただし、回転中は、一部のフライス盤アプリケーションのようにワークピースが移動および回転できますが、ドリル中は、ワークピースはドリルプロセス全体を通して静止しています。

いくつかの型破りな機械加工プロセス（つまり、工作機械を使用せずに、機械的材料除去プロセスを使用）には、超音波機械加工、ウォータージェット切断、および研磨ジェット機械加工が含まれます。 型破りな非機械加工プロセス（すなわち、化学的、電気的、および熱的機械加工プロセス）は、工作機械または機械的材料除去プロセスを使用しないワークピースから材料を除去する他の代替手段を提供します。 。 これらの型破りな機械加工方法は、従来の機械加工では不可能なことが多い、より複雑で要求の厳しい特殊な部品の製造をサポートします。