機械加工プロセスの種類：原理、方法、およびアプリケーション

機械加工は、原材料を完成品や精密部品に変える現代の製造業の基本的な部分です。機械加工のプロセスには、制御された切削操作による材料の除去が含まれます。この記事では、製造エンジニアや技術者が日常的に使用するさまざまな機械加工プロセスの詳細なガイドを紹介します。

機械加工とは何ですか?

機械加工とは、さまざまな切削工具、研磨剤、化学処理を使用して、未加工のワークピースから材料を制御的に除去することと定義されます。このプロセスでは、チップや廃棄物が生成され、高い精度と望ましい表面仕上げを実現するには慎重な計画が必要です。機械加工は、減算的な製造方法であると考えられており、 添加剤の製造自動車、航空宇宙、医療機器製造など精密部品を必要とする業界で広く使用されています。

機械加工の種類

機械加工プロセスは、従来の機械加工プロセスと非従来の機械加工プロセスの 2 つのカテゴリに分けられます。

従来の機械加工プロセス

従来の機械加工プロセスは、製造業で使用される従来の方法です。これらの方法では、工具がワークピースに直接接触し、物理的な力を使用して材料を除去します。このグループの技術には、旋削、穴あけ、フライス加工、研削、平削り、鋸引き、ブローチ加工などがあります。各プロセスでは、特定の機械と技術を使用して目標を達成します。

ターニング

旋削加工は、回転するワークピースを固定された工具で成形する工程です。 切削工具旋削加工では、工作機械 (通常は旋盤) がワークピースを回転させ、切削工具が外面から材料を除去します。エンジニアが旋削を使用する理由は次のとおりです。

• 形状製作： 旋削加工により、円筒形、テーパー、ねじ、溝などが作成されます。
• 幅広いアプリケーション： 製造業者は、自動車、航空宇宙、木工などの業界で旋削を使用しています。
• 現代のテクニック: 現代の旋削加工では、プログラムされた精度でプロセスを自律的に実行できる CNC マシンが使用されることがよくあります。

主な装備:

• 旋盤（例：タレット、エンジン、 CNC旋盤)

アプリケーション例:

• カムシャフトや看板の作成。
• 楽器やスポーツ用具の加工。

訓練

ドリリングとは、ドリルビットでワークピースを切り込み、穴を開けるプロセスです。エンジニアがドリリングを選択するのは、このプロセスによってさまざまな材料にきれいな垂直方向の穴を開けることができるためです。

• ドリルビットの多様性: チップの除去を制御するのに役立つパイロットドリルやペックドリルなどの特殊な用途向けに、さまざまなドリルビットが用意されています。
• 産業用： 掘削は医療機器の製造、建設、電子機器の分野でよく行われます。

主な装備:

• ドリルプレスとCNCドリルマシン

アプリケーション例:

• 組み立て目的または美観設計のために穴を開けます。
• リーマーやボーリング工具を使用して下穴を作成し、穴を拡大します。

フライス加工

フライス加工では、回転するマルチポイント カッターを使用して、固定されたワークピースから材料を除去します。このプロセスには手動と CNC の両方の形式があり、複雑な形状を切断する汎用性があります。

• 多様なタイプの工場: エンジニアは エンドミル、ヘリカルミル、面取りミルなどがあり、さまざまな方向に配置できます。
• 複雑な形状の生成: フライス加工により、厳しい公差仕様を満たすギア、スロット、溝、複雑な輪郭が作成されます。

主な装備:

• フライス盤 (手動とCNC、垂直と水平の両方)

アプリケーション例:

• 自動車産業および航空宇宙産業における部品の機械加工。
• 製造工場で詳細なコンポーネント形状を生成します。

研削

研削 研磨ホイールを使用して少量の材料を除去し、表面仕上げを改善し、必要な寸法精度を実現する仕上げプロセスです。メーカーは、最終組み立てやさらなる処理の前に非常に滑らかな表面が必要な場合に、研削に依存しています。

• さまざまな粉砕方法: この工程には円筒研削と センターレス研削.
• 精度に重点を置く: 研削は工具製作や精密機械加工に不可欠です。

主な装備:

• 研削盤 （円筒形または中心なしのデザイン）

アプリケーション例:

• 精密部品の滑らかな表面を実現します。
• ラッピング、ホーニング、またはさらなる仕上げのために表面を準備します。

プレーニング

プレーニングは、直線的な切削動作によって材料上に広くて平らな表面を作成するために使用されます。このプロセスは直線に沿って材料を除去し、多くの場合、大型パネルや重いワ​​ークピースの製造の最初のステップになります。

• 大型ワークピースの効率性: プレーニングにより、広い平坦面上の材料の体積が削減されます。
• 後続のプロセス: 技術者は、削り取りなどの仕上げ工程の前に、かんな掛けを使用します。

主な装備:

• プレーニングマシン

アプリケーション例:

• 建築に使われる大型パネルの製造。
• さらなる機械加工プロセスのために平らな表面を準備します。

ソーイング

鋸引きは、ワークピースを小さなセグメントに分割する切断プロセスです。エンジニアは鋸引きを使用して、無駄を極力減らして材料を短くする正確な切断を行います。

• のこぎりの種類の範囲: 製造業者は、バンドソー、弓鋸、丸鋸を利用できます。
• スピードの多様性: このプロセスは、材料の硬度に応じてさまざまな速度で実行できます。

主な装備:

• 各種鋸盤

アプリケーション例:

• カスタム製作用の材料を切断します。
• 金属または木材の部品をその後の機械加工のために準備します。

ブローチ

ブローチ加工は、ブローチと呼ばれる歯付き工具を使用して、1 回のパスで材料を除去するプロセスです。ブローチには、サイズが大きくなる歯があり、このプロセスは、多くの場合、油圧プレスを使用して実行されます。

• 2つの主な方法: 製造業者は、ワークピースの形状に基づいて、プルブローチングとプッシュブローチングの両方を使用します。
• 主な機能の制作: ブローチングは、角穴、キー溝、スプラインの作成に適しています。

主な装備:

• ブローチ盤（油圧プレス式機械）

アプリケーション例:

• ギアスプラインなどの自動車部品の加工。
• 重機部品にキー溝とスロットを作成します。

追加の従来のプロセス

従来の機械加工には、次のような二次操作も含まれます。

• タッピング： タップがあらかじめ開けられた穴に内ねじを切るプロセス。
• リーマ加工: 穴の直径精度を向上させるために使用される方法。
• ラッピング： 研磨剤で表面をこすり、滑らかにする仕上げ技法。
• 成形とローレット加工: 追加の表面テクスチャを提供したり、基本的なジオメトリを変更したりするプロセス。

エンジニアは、ワークピースの特定の許容誤差と表面仕上げの要件に基づいてこれらの操作を選択します。

従来とは異なる機械加工プロセス

非従来型の機械加工プロセスでは、従来の物理的な切削工具は使用されません。代わりに、これらの方法では、熱、電気、化学物質、高圧流などのさまざまな形態のエネルギーを使用して材料を除去します。これらの最新のプロセスは、その精度と、硬い材料や脆い材料を加工できる能力で知られています。

放電加工（EDM）

EDM は、電気火花を使用してワークピースから材料を削り取る加工プロセスです。エンジニアが EDM を選択するのは、機械工具の摩耗がほとんどなく、高精度で複雑な形状を生成できるためです。

• 放電加工法: EDM は急速な放電を利用して、材料を除去するマイクロキャビティを作成します。
• 材料の制限: このプロセスでは、ワークピースが導電性である必要があります。

主な装備:

• EDM マシン (ダイシンキングおよびワイヤ EDM のバリエーション)

アプリケーション例:

• 複雑なものを作る 射出成形金型 そして死ぬ。
• 航空宇宙および工具製造における高精度部品の加工。

化学機械加工

化学加工では、ワークピースを化学溶液に浸して、選択した領域を溶解します。機械的な変形を起こさずに滑らかな表面仕上げが必要な場合、メーカーはこのプロセスを選択します。

• 制御されたエッチング: 化学加工では、強酸またはエッチング剤を使用して材料を均一に除去します。
• 安全性と精度: オペレーターは反応を制御して、希望する切断の深さと幅を実現します。

主な装備:

• 化学薬品タンク、加熱コイル、撹拌機、備品

アプリケーション例:

• 繊細なスクリーンと微細部品を生産します。
• 金属表面に細かい彫刻を施します。

電解加工 (ECM)

ECM は、電気エネルギーと化学作用を組み合わせてワークピースから材料を除去するプロセスです。エンジニアは、優れた表面仕上げで非常に硬い金属を加工する必要がある場合に ECM を好みます。

• 逆電気めっきの原理: ECM は、火花で燃やすのではなく、電解プロセスを使用して溶解することで物質を除去します。
• 量産用途: ECM は、初期設定が完了すると、多くの部品を効率的に生産するのに適しています。

主な装備:

• 導電性液体回路を備えたECMマシン

アプリケーション例:

• タービンブレードや複雑な航空宇宙部品の加工。
• 微細な特徴と鏡のような仕上がりを持つ部品を製造します。

アブレイシブジェット加工

研磨ジェット加工では、研磨粒子と組み合わせた高速ガス流を使用して、ワークピースから材料を侵食します。この方法は、ワークピースが熱や圧力に敏感な場合にオペレーターが選択します。

• 非熱処理プロセス: 研磨ジェット加工では発生する熱が最小限に抑えられるため、高温に耐えられない材料に最適です。
• 汎用性： このプロセスにより、従来の機械では通常アクセスできない表面に到達できます。

主な装備:

• 研磨ジェット機、ガスコンプレッサー、フィルター

アプリケーション例:

• 成形プラスチックからパーティングラインを除去します。
• 繊細な電子部品の彫刻やバリ取り。

超音波加工

超音波加工 高周波振動と研磨粒子のスラリーを適用して、ワークピースから材料を優しく除去します。エンジニアは、脆くて敏感な材料を処理できるという理由で超音波加工を選択します。

• 低振幅振動: このプロセスでは、小さな振動を利用して、ワークピースを損傷することなく高精度の切断を実現します。
• 細かい仕上げ: 超音波加工により、硬い素材や繊細な素材でも滑らかな仕上がりを実現できます。

主な装備:

• 超音波発生装置および研磨スラリーシステム

アプリケーション例:

• 光学部品、精密ガラス部品の加工。
• 厳しい許容誤差を備えた医療機器部品を製造します。

レーザービーム加工 (LBM)

LBM は、集中したレーザー ビームを使用してワークピースから材料を溶かして除去します。このプロセスは非常に柔軟性が高く、切断と穴あけの両方の用途に使用できます。

• 熱による切断: レーザービームはワークピースの材料を急速に加熱し、気化させます。
• 複雑な形状: LBM はビームを非常に細かく焦点を合わせることができるため、複雑な形状や細かい部分に最適です。

主な装備:

• レーザー切断および穴あけシステム

アプリケーション例:

• 鉄鋼部品のマーキング、彫刻、トリミング。
• 電子機器や医療機器の複雑なデザインを制作します。

追加の非従来的方法

メーカーが使用するその他の非従来的な方法は次のとおりです。

• ウォータージェット加工: この方法では、多くの場合研磨剤を混ぜた高圧水流を使用して、熱を発生させずに材料を切断します。
• イオンビーム加工（IBM）： IBM は加速イオンを使用して分子レベルでワークピースの表面を変更します。この方法は、エレクトロニクスおよび光学業界で使用されています。
• プラズマアーク加工（PAM）： PAM はイオン化ガスを使用して硬い金属を切断します。ステンレス鋼や類似の材料をきれいかつ正確に切断できることで好まれています。
• 電子ビーム加工（EBM）： EBM は電子を集中させて、非常に小さく繊細な領域から材料を除去します。通常はマイクロ仕上げ作業に使用されます。
• 微細加工： この特殊なプロセスには、マイクロ旋削、マイクロフライス加工、マイクロ研削が含まれ、極めて高い精度でミクロンレベルの部品を製造するために使用されます。

従来型加工と非従来型加工

製造業者は、従来の加工方法と非従来の加工方法の選択に直面することがよくあります。当社では、さまざまな重要な要素に基づいて 2 つのタイプを比較します。

属性	従来の機械加工	非従来型加工
接点機構	ツールとワークピースの直接接触	直接的な物理的接触はなく、材料は熱、浸食、または化学反応によって除去されます。
材料の適合性	柔らかく延性のある材料に最適	硬い、脆い、または特殊な材料に最適
工具の摩耗	摩擦による工具の摩耗は大きい	機械的な接触がないため、工具の摩耗が最小限に抑えられます。
精度	多くの場合、除去率の高い部品を生産しますが、精度は低くなる可能性があります。	材料除去を細かく制御して高精度の部品を生産します
セットアップ費用	標準的な機械を使用しているため、一般的には低くなります	特殊な機器のため通常は高価
速度	直接材料を除去するため切断速度が速い	材料が顕微鏡レベルで除去されるため、プロセスが遅くなります

各メーカーは、材料特性、設計の複雑さ、コストの考慮、必要な表面仕上げなどの要素に基づいて適切なプロセスを選択します。各プロセスには長所とトレードオフがあり、プロジェクトのニーズに応じてバランスを取る必要があります。

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加工プロセスの選択に影響を与える要因

適切な加工プロセスを選択することは簡単なことではありません。従来の方法と非従来の方法のどちらにも、利点と欠点があります。以下は、エンジニアとメーカーが適切な方法を選択する際に考慮する重要な要素のリストです。

• 資料の種類： 材料の硬度、脆さ、導電性は、従来のプロセスと非従来のプロセスのどちらが最適かに影響します。
• 必要な表面仕上げ: 高精度または滑らかな仕上げには、研削、EDM、ECM などのプロセスが必要になる場合があります。
• 幾何学的複雑さ: 細かい形状や複雑な形状の場合は、レーザー加工や超音波加工などの非接触方式の方が適している場合があります。
• 生産量: 大量生産では ECM または従来の高速加工プロセスが適している可能性がありますが、カスタム部品や少量生産部品ではより特殊な方法が必要になる場合があります。
• ツールの寿命とコスト: 初期投資と運用コストは方法によって異なります。従来の切削工具は摩耗が早い傾向があり、最新の非従来型の機器にはより多くの資本が必要になる場合があります。
• 安全性と環境への懸念: 一部のプロセスでは、熱や火花が発生したり、化学薬品の使用が必要になります。安全対策と環境規制は、加工操作の選択に影響します。

各メーカーは、これらの要素をプロジェクトの要件と比較検討して決定を下し、最終製品が正確でコスト効率に優れていることを確認します。

加工材料とその適合性

材料によって加工に対する反応は異なります。

材料	適切なプロセス	Notes
アルミ	フライス加工、旋削加工、レーザー加工	機械加工が簡単
ステンレス鋼	EDM、旋削、ウォータージェット	厳密なセットアップと冷却が必要
プラスチック	フライス加工、穴あけ、鋸引き	工具の摩耗が少なく、溶解の危険性が低い
チタン	EDM、超音波、ウォータージェット	従来の機械加工では困難
コンポジット	ウォータージェット、超音波	剥離を防ぐために熱を避けてください

業界を超えたアプリケーション

機械加工はほぼすべての業界に関係しています。

• 航空宇宙： 精密部品、タービンブレード、ファスナー。
• 医療： 手術器具、インプラント、補綴物。
• オートモーティブ・ソリューション : エンジン部品、ギア、ブレーキ。
• エレクトロニクス： ケース、冷却システム、コネクタ。
• 防衛： 武装部品、制御システム。

機械加工プロセスの利点と限界

すべての機械加工プロセスには、独自の長所と短所があります。

Advantages

• EDM や ECM などの多くのプロセスでは、非常に正確な材料除去が可能です。
• NC ベースのプロセスは、一貫性があり再現性のある結果をもたらします。
• フライス加工や旋削加工などの従来のプロセスでは、さまざまな形状や寸法のものを生産できます。
• 非従来的な方法を使用すると、従来の方法では加工が難しい硬くて特殊な材料を加工できます。
• 研削、化学加工、レーザー加工などの仕上げ工程により、優れた表面品質が得られます。

製品制限

• 従来の方法では、ツールの摩耗が著しくなることが多く、メンテナンスコストが増加します。
• 一部のプロセスでは、ワークピースが特定の導電性または延性の要件を満たす必要があります。
• 従来とは異なる方法では、高価な機械や専門の人員が必要になる場合があります。
• EDM や超音波加工などの一部の高精度技術は、従来の方法よりも動作が遅くなります。
• 化学加工や危険な化学物質を使用するその他のプロセスでは、強力な安全管理が必要です。

まとめ

プロジェクトの特定の要件に基づいて適切な加工方法を選択することは、最高の効率と品質を確保するために重要です。どの加工方法を選択するかに関係なく、迅速かつ正確な製造が不可欠です。プロジェクトのニーズがある場合、BOYI TECHNOLOGYは無料のDFM分析、迅速な納品、見積もりを含む包括的なCNC製造サービスを提供します。今すぐお問い合わせください。 [メール保護].