CNC加工は、固体ブロックから材料を削り取り、必要な形状とサイズの部品を精密に製造する技術です。旋削、フライス加工、穴あけ加工など、様々な切削手法を用いて、部品を段階的に削り出します。単一の工具や設定で一度にすべての作業を行うことはできないため、多くの工場では製造工程を2段階に分けています。
- 荒加工大量の物質を素早く除去します。
- フィニッシング最終的な寸法、許容差、表面品質を実現します。
各工程を理解することで、コスト、リードタイム、部品品質に対する期待値を高めることができます。このガイドでは、荒加工と仕上げ加工の仕組み、その違い、そしてそれぞれの実践的なアドバイスをご紹介します。
まずは荒削りから見ていきましょう。
CNC 加工における荒加工とは何ですか?
荒削りとは、CNC加工の初期段階を指します。この段階では、マシニングセンターが広い範囲で大量の材料を削り取ります。荒削りの目的は、素材をできるだけ早く最終形状に近づけることです。機械工はこの工程を「荒加工」または「前加工」。
荒加工中、ワークピースの表面は凹凸や隆起が見られることがありますが、これは正常な動作です。目標は完璧な仕上げではなく、ワークピースをできるだけ早く最終形状に近づけることです。荒加工の切削は深く広く行われます。 CNCマシン 大きな動きでバルク材を叩き落とします。この工程により、次の仕上げ工程への負荷が軽減されます。
荒削りの利点
荒削りは、重要な工程を早期に完了させることで、高品質な部品の製造工程を準備します。主なメリットは以下のとおりです。
- 大きく切ると、ストックの大部分を素早く取り除くことができます。
- MRR が高いと、機械に費やす時間が短縮され、人件費と間接費が削減されます。
- 荒削りにより、繊細な仕上げ工具が大きな摩耗から守られます。
- 大きな材料の塊を早めに除去すると、仕上げ工程でツールが破損する可能性が減ります。
- 硬い合金を機械加工する場合、荒削りにより、工具を破損させることなく深い切削が可能になります。
切削力の大部分を事前に処理することにより、荒加工では、その後の仕上げ工程のためのより安全で制御された環境が生まれます。
CNC 加工における仕上げとは何ですか?
荒加工が完了すると、機械加工は仕上げ加工に移ります。この段階では、機械は細部の加工に重点を置きます。目標は、正確な寸法、厳しい公差、そして滑らかな表面を実現することです。エンジニアはこの段階を「精密加工」または「詳細加工」と呼ぶことがよくあります。
仕上げ切削は浅く精密に行われます。荒削りで残った稜線を削り取り、表面を磨きます。仕上げ加工の最終段階では、部品は細部に至るまで設計通りの仕上がりになります。表面は滑らかで、手触りも均一である必要があります。適切な仕上げは、部品の外観を美しく保ち、必要な箇所で確実に機能することを保証します。
仕上げの利点
仕上げは、削り取る材料はほんのわずかですが、最も重要な最後の仕上げを加えます。その利点は次のとおりです。
- 仕上げにより、部品の適切なフィット感と機能を実現する正確な寸法が実現します。
- 高品質の表面は見た目も良く、可動部品の摩擦を軽減するのに役立ちます。
- 微細加工には、切削中の加工硬化など、部品の強度を高める表面処理が含まれる場合があります。
- 厳しい許容誤差を満たすことで、各パーツが次のパーツと確実に一致するようになり、これはアセンブリでは非常に重要です。
- 完成した部品には、追加の研磨やコーティングの準備は必要ありません。
仕上げをきちんと行うことで、粗削りの部品を機械から取り出してすぐに取り付けることができる部品に変えることができます。
遠慮なく CNC の専門家に連絡して、プロジェクトを荒加工と仕上げに分割する方法について話し合ったり、これらのプロセスによって必要なコンポーネントを期待どおりの品質で提供できる方法を確認したりしてください。
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荒加工と仕上げ加工の主な違い
ブリッジ CNCショップ 荒加工と仕上げ加工は別々に行います。各工程では異なる設定、工具、目標が使用されます。主な違いは以下のとおりです。
| 機能 | 荒加工 | フィニッシング |
|---|---|---|
| 主な目標 | バルク材料を素早く除去 | 寸法を調整し、表面を磨く |
| 材料除去率 (MRR) | ハイ（深くて広いカット） | 低（浅く、正確なカット） |
| 送り速度と切削深さ | 高送り/深切り込み | 低送り/浅い切り込み |
| 表面品質 | 粗い、うねのある | 滑らかで磨かれた |
| 公差 | 緩い（±0.5 mm以上） | タイト（±0.01 mm以下） |
| ツールサイズ | 大型エンドミル（6～25 mm以上） | 小型エンドミル（1～6 mm）、ボールノーズカッター |
| 工具の摩耗 | 中程度から高い、工具寿命が短い | 低い、工具寿命が長い |
| クーラントの使用 | 高流量洪水または高圧 | 低音量、ミストまたはエアブラスト |
| 仕事のストレス | ハイ | 穏健派 |
材料除去率
荒削りは材料を高速に除去します。1分間に最大数立方センチメートルを切削することがあります。仕上げ削りではそのほんの一部しか除去されません。低い除去速度により、カッターは精密に動作します。
送り速度と切削深さ
荒加工では、送り速度と切込み深さは高く設定します。仕上げ加工では、工具寿命を延ばし、表面仕上げを向上させるため、両方の設定を低くします。
| 操作 | 送り速度 | 切り込みの深さ |
|---|---|---|
| 荒加工 | 高（1,000～3,000 mm/分） | 深い切り込み（2 mm～10 mm） |
| フィニッシング | 低速（200～800 mm/分） | 浅い切り込み（0.5 mm） |
表面品質と許容範囲
荒加工後の表面は粗く、スカロップ状の凹凸が目立ちます。公差はわずか数十分の0.01ミリメートル以内です。仕上げ加工後の表面は工具痕が最小限に抑えられ、±XNUMXmm以内という厳しい公差を満たしています。
主軸速度
荒加工スピンドルの回転速度は、工具寿命と材料除去のバランスをとるため、中速域（例えば鋼材の場合、2,000～6,000 RPM）に抑えられます。仕上げ加工では、切削抵抗を低減し、軟質材料の表面仕上げを向上させるため、スピンドルの回転速度を高く設定します（例えば、6,000～12,000 RPM）。
工具の選択と摩耗
荒加工では、切れ味をあまり重視しない堅牢な工具を使用します。工具が摩耗しても、荒加工自体は可能ですが、速度は低下します。仕上げ加工では、鋭利で細い工具を使用します。ここでの工具の摩耗は表面仕上げに直接影響し、頻繁な工具交換が必要になる場合があります。
操作の順序
定義上、工場ではまず材料の大部分を除去するために荒削りを行います。部品が適切な形状になったら、寸法と表面品質を改良するために仕上げ加工を行います。
効果的な荒削りのための実践的なヒント
荒加工を適切に行うことで、時間を節約し、工具の摩耗を軽減できます。ここでは3つの実用的なヒントをご紹介します。
適切なパラメータの選択
デフォルト設定だけに頼らないでください CAMソフトウェア特定の合金、工具形状、機械の能力に合わせて、送り速度、主軸回転数、切削深さを調整する時間を取りましょう。テストカットを行うことで、工具に過負荷をかけずに最適な速度の組み合わせを見つけることができます。
熱と切削液の管理
高速で深い切削は、かなりの熱を発生します。熱によってワークピースが変形し、工具の鈍化が早まる可能性があります。適切なクーラント（多くの場合、水溶性の混合物）を塗布して、冷却と潤滑の両方を実現してください。極端な場合は、切粉を除去し、熱の影響を軽減するために、空冷またはミスト冷却を検討してください。
マシンとソフトウェアの選択
使用 フライス盤 あるいは、十分な馬力と強力なスピンドルを備えた旋盤。制御ソフトウェアが、工具への負荷を一定に保つ高送りパスとアダプティブ荒加工戦略をサポートしていることを確認してください。これにより、工具寿命を縮める突然の衝撃力を回避できます。
ワーク保持とセットアップ
切削力によってワークピースが動かないように固定してください。高強度のバイス、クランプ、または固定具を使用してください。荷重がかかった状態でセットアップがたわまないことを確認してください。可能であれば、再調整エラーを回避するために、各面を同じセットアップで加工してください。
高品質な仕上げのための実践的なヒント
仕上げには慎重な準備が必要です。最良の結果を得るには、以下の3つのガイドラインに従ってください。
最終寸法の確認
作業を始める前に、部品の図面と、メッキの厚さやコーティング層など、最終サイズに影響を与える可能性のある後工程の変更点を再確認してください。これらの追加層を考慮してCAMプログラムを調整し、処理後の完成品が図面どおりになるようにします。
コストとパフォーマンスのバランスをとる
仕上げ工程が増えるごとに、コストと時間が増大します。部品の用途に合わせて仕上げレベルを調整してください。隠しブラケットがはめ込み式であれば、表面粗さは1.6µm程度で十分です。消費者向け製品のフロントパネル部品であれば、0.4µm以下に研磨する必要があります。
仕上げ方法の選択
CNC切削にこだわるか、二次加工などを追加するかを決定します。 研削 or 研磨単純な金属部品であれば、最終的な軽いフライス加工で十分でしょう。非常に厳しい公差や重要な表面特性が必要な場合は、専用のグラインダーや振動式仕上げ機に投資してください。
品質検査と検証
仕上げ後、ノギス、マイクロメーター、または 座標測定機 (CMM)表面粗さ計で表面粗さをチェックし、結果を記録して今後のツールパスを調整します。
荒削りと仕上げの連携
荒加工と仕上げ加工は論理的な順序で行われます。機械は荒加工時にほとんどの材料を除去します。粗形状が確定した後、仕上げ加工によって部品の精度が確保されます。
荒削り段階では、表面に小さなスカロップや隆起が残ります。仕上げ工程では、これらの痕跡を除去します。荒削り段階で大きなばらつきが残ると、仕上げ工具の摩耗が早まり、欠陥が生じる可能性があります。そのため、 CNC機械加工士 仕上げ代として、すべての面に0.5mmの材料残しを設けます。
まとめ
荒加工と仕上げ加工は、ほとんどのCNC加工プロジェクトの根幹を成します。各工程の目標、パラメータ、そして工具のニーズを理解することで、時間とコストを節約し、部品に必要な性能を実現する加工プロセスを計画することができます。
機械加工のパートナーを選ぶ際には、荒加工と仕上げ加工の両方に優れた工場を探しましょう。準備はいいですか？ CNC機械加工サービス BOYI TECHNOLOGYは、包括的な荒加工および仕上げ加工サービスを提供しています。設計図面をアップロードしていただければ、すぐにお見積もりをお送りします。
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よくあるご質問
素材が最終部品よりわずかに大きい場合は、荒加工と仕上げ加工を1パスで組み合わせることができます。ほとんどの部品では、荒加工を別々に行うことで効率が向上し、工具寿命も長くなります。
仕上げ代を残すことで、細径工具が粗加工で残った低い箇所を削ったり、高い箇所を削ったりすることを防ぎます。また、工具寿命を延ばし、最終精度を向上させます。
直径が大きく、刃先が丈夫なカッターを選びましょう。可変刃設計の超硬エンドミルは、びびりや熱に強いのが特徴です。
この記事は、BOYI TECHNOLOGY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、金属部品、プラスチック部品の製造において20年の経験を持つプロのエンジニア兼技術専門家です。
