CNC工作機械はCADソフトウェアからの指示に従います。ソフトウェアは工作機械に切削工具の位置と移動方法を指示します。このアプローチは手作業による切削方法に取って代わり、より安定した結果をもたらします。このプロセスは木材と金属の両方に有効です。この記事では、木材のCNC加工と金属のCNC加工の主な違いについて説明します。
CNC 木材加工とは何ですか?
木工職人は、生産のスピードアップと精度向上のためにCNC（コンピュータ数値制御）ルーターを導入しています。 CNCルーター デジタルファイルに従って木材を切断、彫刻、成形します。機械は指示を読み取ります。 CAD / CAMソフトウェア X、Y、Z軸に沿って移動し、目的の形状を作成します。ユーザーは、Fusion 360やVCarve Proなどのプログラムで設計を準備してから、マシンに送信できます。
CNC加工木材 強度重視のオーク材やコスト削減重視のパイン材など、様々な木材に対応可能です。切断中に木材が動かないように、クランプやバキュームホールドダウンで固定することがよくあります。その結果、きれいな切り口、無駄の削減、そして迅速なターンアラウンドが可能になります。
CNC木材加工の利点
- ルーターは毎回正確な寸法を出します。
- 送り速度が速いと、特に針葉樹の切断速度が上がります。
- 同じパターンが変化なく繰り返されます。
- この機械は、手作業では彫るのが難しい複雑な形状を加工できます。
CNC 金属加工とは何ですか?
金属加工業者はCNCフライス盤や マシニングセンター 鋼、アルミニウム、またはチタンから部品を成形します。CNCフライス加工機は、エンドミル、ドリル、タップなどの回転工具を用いて、材料を正確なステップで削り取ります。このプロセスは、CAMによって生成されたツールパスに沿って行われ、各切削が厳しい公差を満たすことを保証します。
オペレーターは選択する CNCフライス盤 正確な角度と滑らかな表面を持つ強力な部品が必要な場合に使用します。 フライス盤 切削力による金属ワークのずれを防ぐため、バイスや固定具でしっかりと固定します。多くの工場では、切削片を洗い流し、刃先の熱を下げるためにクーラントシステムを導入しています。
CNC金属加工の利点
- 機械は ±0.001 インチという厳密な許容誤差を保持できます。
- 部品は、出発材料の完全な強度を維持します。
- 各部品バッチは最後のバッチと一致します。
- 機械は、穴あけ、タッピング、フライス加工用のツールを切り替えることができます。
CNC加工における木材と金属の主な違い
以下のセクションでは、木材と木材の主な違いについて説明します。 金属CNC加工.
機械の種類とツール
両方 木工ルーター 金属フライス盤とフライス盤は、スピンドルやデジタル制御といった基本的な機能は共通していますが、構造、出力、共通工具セットは異なります。
以下の表はこれらの違いをまとめたものです。
| 機能 | CNCウッドルーター | CNC金属ミル |
|---|---|---|
| フレーム | 軽量で、多くの場合はアルミニウムまたは木製パネル | 剛性を高めるために重い鋼または鋳鉄を使用 |
| 主軸パワー | 木材を切るのに1～5HP | 鋼鉄および合金の切断には5～20HP以上 |
| 主軸速度 | 12,000～24,000回転 | 3,000～10,000回転 |
| シャンク径 | ほとんどのビットは¼インチ、½インチ | 必要な剛性に応じて¼インチ、½インチ、¾インチ、1インチ |
| 軸の剛性 | 剛性が低いほど振動が増す | 高い剛性、最小限の振動 |
| ソフトウェア | グラフィカルUIを備えたユーザーフレンドリーなCAD/CAM | 複雑なツールパスに対応する高度なCAM |
| ダスト/クーラント | 集塵システム | クーラントシステムとチップコンベア |
| ツールの形状 | ストレートビット、Vビット、ボールノーズビット | フラットエンドミル、ボールエンドミル、ドリル |
| ツールコーティング | めったに必要ありません。普通炭化物が一般的です | 耐摩耗性のためのTiN、TiAlN、またはダイヤモンドのようなコーティング |
| 送り速度 | 200～1,000 IPM（インチ/分） | 20～200 IPM |
| 切削力 | 低くなる | より高い |
| ワークホールディング | クランプ、真空テーブル | バイス、固定プレート |
材料特性
材料の選択は、送り速度、工具寿命、仕上げ品質に直接影響します。
木材の特性
- 粒子構造送り速度が速すぎると、木材の繊維が剥がれる可能性があります。節は応力集中部となるため、切削速度を遅くする必要があります。
- 水分含量木材は水分の変化によって膨張または収縮します。水分含有量が10%を超えると、工具の摩耗や仕上がりの劣化を防ぐため、機械の速度を調整する必要がある場合があります。
- 硬度木材の硬さはヤンカ硬度計で測定すると大きく異なります。以下の表は一般的な木材の例です。
| ウッドタイプ | ジャンカ硬度 |
|---|---|
| パイン（砂糖） | 380 |
| バーチ（グレー） | 760 |
| メープル（砂糖） | 1450 |
| 桜 | 950 |
| ウォールナット（ブラック） | 1010 |
| オーク（ホワイト） | 1360 |
金属の特性
- 靭性: 金属の場合、加工硬化や工具のスキップ、チャタリングを回避するために、送り速度を遅くする必要があります。
- 硬度と強度: 鋼鉄とチタンは切削力に耐えるため、耐久性のある超硬工具またはコーティングされた工具が必要です。
- 熱伝導率金属は切断部から熱を逃がしますが、それでも切断によって高温の切削片が発生する可能性があります。工場では温度管理のために冷却剤を使用することが多いです。
以下は、CNC 加工で使用される一般的な金属とその硬度（おおよそのブリネル値）および熱伝導率の一覧です。
| 金属 | 標準硬度（HB） | 熱伝導率(W/m・K) |
|---|---|---|
| アルミニウム（例：6061‑T6） | 95-125 | 237 W/m·K |
| 軟鋼（AISI 1018） | 120-180 | 43 W/m·K |
| ステンレス鋼（304） | 200-215 | 16 W/m·K |
| チタン (グレード 5 Ti‑6Al‑4V) | 330 | 17 W/m·K |
一般的な機械加工技術
木材と金属のCNC加工はどちらも、クランプ、ツールパス、切削といった基本的な手順は共通しています。ただし、具体的なツールの選択と速度には違いがあります。
木材加工技術
- フライス加工: ルータービットは材料を除去して平らな面またはパターンを作成します。
- 訓練: ルーターは、木工や装飾用の正確な穴を形成します。
- ルーティング: 設計者はエッジ形成ビットを使用して、プロファイルとフルートを成形します。
- 彫刻: ルーターは文字や模様を浅く切り込みます。
- カービング: ルーターは 3D ツール パスに沿って形状を彫刻します。多くの場合、ボール ノーズ ビットを使用します。
- サンディング一部のルーターでは表面を仕上げるためにサンディングヘッドが取り付けられます。
金属加工技術
- 向い: ミルは表面を平らにして基準面を作成します。
- 輪郭ミリング: カッターは 2D パスに沿ってプロファイルを彫刻します。
- スロッティング: ミルはキー、スプライン、またはギャップ用のスロットを切削します。
- 穴あけとタッピング: 工場ではドリルとタップを使用して穴を開け、ねじを切ります。
- 3Dフライス加工ミルは複数の軸に沿って移動し、複雑な形状を形成します。
- 面取りとバリ取り: ミルは組み立てや安全のためにエッジをクリーニングします。
表面仕上げと公差
期待される品質 加工面 木材部品と金属部品では求められる寸法精度が異なります。
CNC木材加工表面仕上げ
- なめらかな仕上がり
- テクスチャード仕上げ
- サンド仕上げ
- 自然な木目が見える
- 彫刻の詳細
- レイヤー仕上げまたは段状仕上げ
CNC金属加工表面仕上げ
- 鏡面仕上げ
- ブラッシュ仕上げ
- マット仕上げまたはサテン仕上げ
- 高公差のフラット仕上げ
- ねじ山または模様仕上げ
- 陽極酸化処理済み表面
金属部品は、特に航空宇宙産業や自動車産業では、より厳しい公差が求められることが多いです。一方、木材部品は、自然な膨張と収縮により、一般的に許容範囲が広くなります。
| 材料 | 共通寛容 | 測定方法 |
|---|---|---|
| 木材 | ±0.005インチ～0.020インチ | ノギス、巻尺 |
| 金属 | ±0.0005インチ～0.005インチ | マイクロメーター、CMM |
コストの検討
木工用ルーターは通常、金属用フライス盤よりも安価です。エントリーレベルのルーターは約5,000ドルから、エントリーレベルのフライス盤は約30,000ドルからとなっています。ハイエンドのルーターは50,000ドルに達することもあります。ハイエンドのフライス盤は200,000ドルを超えることもあります。工具のコストは様々で、木工用ビットは10個あたり50～50ドル、金属用エンドミルは200個あたり2,000～10,000ドルです。金属用の冷却システムを追加すると、さらにXNUMX～XNUMXドルかかります。
アプリケーションと産業
各プロセスは、異なる市場ニーズと製品に対応します。
木材CNCアプリケーション
- 家具: テーブルトップ、脚、パネル。
- 高級家具: 扉、引き出し、面枠など。
- 装飾彫刻: 壁アート、看板、銘板。
- プロトタイピング: 合板またはMDFでの模型作り。
- ギフト商品: カスタム彫刻製品。
金属CNCアプリケーション
- 航空宇宙産業: 構造部品、ブラケット、ハウジング。
- 自動車: エンジン部品、金型、治具。
- 医療: インプラント、手術器具、ハウジング。
- 電子: ヒートシンク、コネクタ、およびエンクロージャ。
- ツーリング: 治具、固定具、金型。
適切な方法を選択する方法
意思決定者は、プロジェクトのニーズと機械の能力を比較検討する必要があります。
キーファクタ
- 素材硬度: 金属には製材所が必要で、木材にはルーターが必要です。
- パーツの複雑さ: 3D 形状には多軸ミルが必要です。
- 寛容の必要性金属部品では、より厳しい制限が求められることがよくあります。
- 予算: ルーターの初期費用は低く、ミルの初期費用は高くなります。
- 生産量: 大量生産の場合は、ネストされた木材レイアウトまたはバッチ金属ランが適しています。
意思決定シナリオ
- シナリオA: 杉板を使った屋外用家具を製作する工房。集塵機能付きのCNCルーターは、予算とスピードのニーズに合致しています。
- シナリオB: チタン製の航空機用ブラケットを生産している工場。 5軸ミル 冷却システムを備え、精度と強度の要件を満たしています。
金属と木材のCNC加工サービス
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まとめ：
それぞれの方法は、特定の業界や部品の要件に適しています。読者の皆様は、このガイドを活用して、プロジェクトに最適な機械、工具、設定をお選びいただけます。これらの違いを理解することで、工場は品質の向上、コスト削減、生産性の向上を実現できます。
制作を始める準備ができたら、一人で悩まずに、専門家にご相談ください。BOYIがお手伝いいたします。
FAQ
理想的ではありません。ハイブリッドマシンもいくつかありますが、ほとんどのCNCルーターは木材などの柔らかい素材に最適化されており、CNCミルは金属加工専用に設計されています。不適切なマシンを使用すると、機器と素材の両方が損傷する可能性があります。
CNC木材加工は一般的に比較的手頃な価格です。木材CNCルーターはコストが低く、メンテナンスも少なく、冷却システムも不要です。一方、金属加工にはより強力な機器、特殊な工具、そしてより高い運用コストが必要です。
この記事は、BOYI チームのエンジニアによって執筆されました。Fuquan Chen は、ラピッドプロトタイピング、金型製造、プラスチック射出成形の分野で 20 年の経験を持つプロのエンジニア兼技術専門家です。
