CNC 加工における CAD ソフトウェアのファイル形式の種類を理解する

CAD (コンピュータ支援設計) ソフトウェアは、CNC (コンピュータ数値制御) 加工の分野における極めて重要なツールであり、設計と製造の連携は、CAD (コンピュータ支援設計) ソフトウェアを使用して作成されたデジタル モデルに大きく依存しています。この記事では、CNC 加工で使用されるさまざまな CAD ソフトウェア ファイル形式の種類について説明し、それらの特徴、機能、および CNC マシンとの連携方法について詳しく説明します。

CAD と CNC の統合の概要

CADソフトウェアは、部品やコンポーネントのデジタルモデルや技術図面を作成するために使用されます。設計が完了したら、機械で読み取り可能な指示に変換して、 CNCマシン製造プロセスでは、フライス盤、旋盤、3D プリンターなどの機械を使用して設計と製造を橋渡しするファイル形式が重要な役割を果たします。

CAD のファイル形式は、データが保存および交換される標準化された構造です。CNC 加工の場合、このデータには通常、形状、寸法、許容差、およびツールパス指示が含まれます。CNC マシンは、CAM (コンピューター支援製造) システムなどのソフトウェアを使用してこれらのファイルを解釈し、3D モデルとツールパスをマシン固有の G コードまたはその他のマシン読み取り可能な形式に変換します。

コマンドと CAMソフトウェア Autodesk Fusion 360、SolidWorks CAM、Mastercam などのパッケージはさまざまな CAD ファイル形式をサポートしており、ユーザーは特定の加工操作用に設計をインポートして変換できます。

CNC 加工用の一般的な CAD ファイル形式

CAD ファイル形式は、主に幾何学的情報やその他の設計情報を伝達するために設計されています。CNC 加工の場合、最も一般的に使用されるファイル形式は次のとおりです。

これらの形式は、2D ファイル形式と 3D ファイル形式という XNUMX つの大きなカテゴリに分類できます。

2D ファイル形式

2Dファイル形式は、平面のXNUMX次元デザインを作成するために使用され、最も一般的に利用されているのは 切断、CNC パンチング、およびその他のフラットストック CNC プロセス。

DXF (図面交換フォーマット)

ファイル拡張子: *.dxf

よりオープンな標準であるDXFは、さまざまなデバイスで読み書きできるASCIIまたはバイナリ形式です。 CADソフトウェア異なるシステムやソフトウェア間で CAD データを交換する場合によく使用されます。2D と 3D の両方の設計をサポートしていますが、DXF ファイルは DWG ファイルの複雑な機能やメタデータをすべて保持するとは限りません。

Advantages:

• シンプルで軽量なフォーマット。
• 2D 切断操作に簡単に使用できます。
• CNC ルーター、レーザー カッター、その他の 2D データを必要とするマシンに適しています。

短所：

• 3D ジオメトリや複雑なパーツ フィーチャには適していません。
• ツールパスまたは G コードを生成するには、追加の後処理が必要になる場合があります。

例: 建築家が建物の 2D フロア プランを作成します。プランは DXF 形式で保存され、その後、専用の製図ソフトウェアにインポートされて、さらに注釈や詳細を追加できます。このファイルは、請負業者が正確な測定や建設計画を行うためにも使用できます。後で必要に応じて、DXF ファイルを、カスタム メタル ブラケットや装飾要素など、2D 設計に基づいたコンポーネントの CNC 加工に適した形式に変換できます。

DWG（図面）

ファイル拡張子: *.dwg

この独自のフォーマットはオートデスクによって開発され、CAD データの保存と共有に広く使用されています。複雑な 2D および 3D 設計、レイヤー、メタデータをサポートしているため、詳細で複雑な設計に最適です。DWG ファイルは、高精度と互換性が最も重要視されるプロフェッショナルな環境でよく使用されます。

Advantages:

• エンジニアリングと建築における広範な使用: AutoCAD の人気により、エンジニアリングと建築の分野で広く使用されています。
• 豊富な機能セット: AutoCAD 固有の豊富なツールと機能を提供し、詳細で複雑な設計を可能にします。
• AutoCAD エコシステム内での互換性: 他の AutoCAD 関連ソフトウェアおよびツールとのシームレスな統合と互換性を保証します。

短所：

• 複雑な 3D パーツ設計の場合は、STEP、IGES、STL などの他のファイル形式の方が適しています。
• DWG ファイルには幾何学的形状と寸法が保存されますが、本質的には特定の製造データは含まれていません。
• DWG は Autodesk によって開発された独自の形式であるため、ファイルに完全にアクセスしたり編集したりするには、特定のソフトウェア (AutoCAD など) が必要になる場合があります。

例: 大規模なインフラストラクチャ プロジェクトに携わるエンジニアは、AutoCAD を使用して橋の複雑な 3D モデルを設計します。設計は DWG 形式で保存されるため、AutoCAD を使用する他のチーム メンバーと簡単に共同作業できます。後で必要に応じて、DWG ファイルを、DWG 形式を直接サポートしていない可能性のある精密 CNC 加工やその他の製造プロセスで使用するために、より汎用的な形式に変換できます。

3D ファイル形式

3Dファイル形式は、フライス加工、3Dプリント、およびXNUMXDプリンタなどのより複雑なCNC加工タスクに不可欠です。 CNC旋盤これらの形式は、3 次元オブジェクトの形状と構造を保存し、精密加工に必要な情報を提供します。

STEP (製品モデルデータ交換標準)

ファイル拡張子: *.STEP、*.STP

ISO によって開発された STEP は、製品データを表現するための包括的かつ非常に詳細な形式です。材料、寸法、許容差などの幾何学的および非幾何学的情報を含む 2D および 3D 設計の両方をサポートします。さまざまな設計プログラムや製造装置間で 3D データを共有する場合に特に便利です。

Advantages:

• さまざまな CAD システムで動作し、データを簡単に共有できます。
• 詳細な 3D モデル、材料特性、アセンブリ情報を含めることができます。
• 国際標準化機構によって維持され、長期的な安定性と互換性を保証します。

短所：

• 他の形式と比較してファイル サイズが大きくなります。
• G コードが直接含まれていないため、非常に特殊なマシン命令には必ずしも適していません。

例: 機械エンジニアが 1 つの CAD ソフトウェアを使用して複雑な部品を設計し、それを CNC 加工施設に送信する必要があります。ファイルを STEP 形式で保存すると、施設は設計を CAM ソフトウェアに簡単にインポートし、加工プロセスを開始できます。

IGES (初期グラフィックス交換仕様)

ファイル拡張子: *.IGS、*.IGES

1980 年代に開発された IGES は、ワイヤーフレーム、サーフェス、ソリッド モデリングをサポートしています。古い形式の IGES は、異なるシステム間での CAD データの交換用に開発されました。2D と 3D の両方の設計をサポートし、幾何学的および位相的な情報が含まれています。ただし、IGES ファイルは複雑になる可能性があり、元の設計の忠実度を完全に維持できない可能性があるため、STEP などの新しい形式ほど人気が​​ありません。

Advantages:

• 幅広いデータ タイプ (ワイヤフレーム、サーフェス、ソリッドなど) の交換が可能になります。
• 2D と 3D の両方のジオメトリを処理できます。
• レガシー CAD システムに最適です。
• 多くの古い CAD システムはまだ IGES をサポートしているため、レガシー設計に役立ちます。

短所：

• 特に複雑な形状の場合、精度が不足し、加工中にエラーが発生することがあります。
• CNC 加工に必要なすべての情報 (許容差や材料特性など) が含まれていない場合があります。

例: 航空宇宙会社は、下請け業者から IGES 形式で設計を受け取ります。このファイルを社内の CAD/CAM システムにインポートして、分析し、CNC 加工用に準備することができます。

SAT (ACIS SAT ファイル)

ファイル拡張子: *.sat

ACIS SAT (Standard ACIS Text) ファイル形式は、さまざまな CAD システム間でソリッド モデルとサーフェス モデルの交換を可能にする、広く使用されている 3D CAD データ形式です。Spatial Corporation によって開発された ACIS は、AutoCAD、SolidWorks、CATIA などの一般的なソフトウェア パッケージを含む、多くの CAD アプリケーションの基礎となるジオメトリ モデリング カーネルです。

Advantages:

• コンパクトなサイズ: バイナリ形式ではファイルが比較的小さくなるため、保存や転送に便利です。
• 複雑なソリッドとサーフェスを適切にサポートします。

短所：

• STEP や IGES ほど一般的ではないため、一部のソフトウェアでは互換性に問題が生じる可能性があります。
• SAT ファイルは部品の形状のみを表します。材料特性、許容差、CNC 加工に必要なその他のメタデータなど、製造固有のデータは含まれていません。

例: 精密機器メーカーは、SAT ファイルを生成する CAD ソフトウェアを使用しています。複雑な設計の加工プロセスを最適化するには、SAT 形式もサポートする専用の CAM ソフトウェアを使用する必要があります。

STL（ステレオリソグラフィー）

ファイル拡張子: *.stl

このフォーマットは3Dプリントで広く使用されており、 ラピッドプロトタイピングSTL ファイルは 3D オブジェクトを三角形の面の集合として表現するため、サーフェス モデリングに適しています。ただし、STL ファイルは色、テクスチャ、その他の高度な機能をサポートしておらず、幾何学的表現のみに重点を置いています。

Advantages:

• CAM と 3D 印刷ソフトウェアの両方で幅広くサポートされているシンプルなフォーマットです。
• ラピッドプロトタイピングと積層造形に最適です。
• 比較的単純なジオメトリで複雑な形状をサポートします。

短所：

• 精度が不足しています: 三角形メッシュ近似により詳細が失われる可能性があります。
• 許容差、材料、加工の詳細などの部品機能に関する情報は含まれません。
• 複雑なモデルでは三角形の数が多いため、ファイルが大きくなります。

例: デザイナーは新製品のプロトタイプを作成したいと考えています。CAD モデルを STL ファイルとしてエクスポートし、3D 印刷サービスに送信して、評価用の物理モデルをすぐに取得します。

ファイル形式の選択に関する考慮事項

CNC 加工プロジェクトに適したファイル形式を選択するには、次のようないくつかの要因を考慮する必要があります。

1. シンプルな 2D 設計の場合は、DXF または G コードで十分です。より複雑な 3D モデルの場合は、STEP、IGES、または Parasolid が必要になる場合があります。
2. CAD ソフトウェアと CAM ソフトウェアの両方が選択したファイル形式をサポートしていることを確認します。
3. CNC マシンおよび CAM システムでは、処理できるファイルの種類に関して設定や制限がある場合があります。
4. 設計に正確な許容差と詳細な形状が必要な場合は、STEP や IGES などの形式を使用します。
5. レーザー切断や CNC パンチングなどの 2D 操作には、DXF などの形式が最適です。
6. 非常に詳細な部品や精度が重要な部品の場合、STEP、Parasolid、ACIS などの形式が好まれることが多いです。
7. 3D CNC ミリングや積層造形には、STL、IGES、STEP などの形式が適しています。
8. SolidWorks を使用している場合は、ネイティブ ファイル形式 (SLDPRT および SLDASM) が最もシームレスな統合を実現できる可能性があります。

最終的に、ファイル形式の選択は、CAD システム、CNC マシンの機能、および実行する操作の種類によって決まります。

変換と互換性の問題

多くの場合、ある CAD ソフトウェアで作成されたデザインは、別のソフトウェアで使用したり、元のファイル形式をサポートしていない可能性のある CNC マシンで処理したりする必要があります。このため、ファイル形式の変換が必要になります。ただし、変換によっていくつかの問題が発生する可能性があります。

1. 特にリッチ フォーマットからよりシンプルなフォーマットに変換する場合、変換プロセス中に一部の詳細や機能が失われることがあります。
2. 変換されたモデルは寸法や形状に若干の違いが生じる可能性があり、加工の精度に影響する可能性があります。
3. ファイルの変換は、特に大規模で複雑なデザインの場合、時間のかかるプロセスになることがあります。

これらの問題に対処するには、次のことが重要です。

1. CAD ファイルを変換するためのソフトウェア ツールは多数あります。正確性と信頼性で知られているものを選択してください。
2. 変換されたファイルを CNC 加工に使用する前に、必要な詳細と形状がすべてそのままであることを確認するために徹底的なチェックを実行してください。
3. 設計を加工のために第三者に送信する場合は、ファイル形式と潜在的な変換の問題について第三者に認識させておく必要があります。

まとめ

CNC 加工で使用されるさまざまな CAD ファイル形式を理解することは、プロジェクトに適したファイルを選択し、設計から製造へのスムーズな移行を確実にするために不可欠です。各形式には異なる利点があり、特定の種類の製造プロセスに適しています。適切なファイル形式を選択することで、メーカーは CNC 加工操作で効率を向上させ、エラーを減らし、より高品質な結果を達成できます。

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