CNC加工とは？ 種類・メリット・手順について解説します

CNC加工とは？

CNC加工（Computer Numerical Control Machining）は、コンピュータ数値制御技術を使用して部品や製品を加工する製造方法です。デジタルデバイスと情報を使用して部品とカッターの変位を制御し、CNC機械で部品を処理します。

具体的には、CAD（Computer-Aided Design）などのソフトウェアで作成した設計図を専用の装置に読み込ませ、数値制御によって工具や機械の移動を制御します。コンピュータソフトウェアが事前に組み込んだコマンドに基づいて、工具や機械が自動的に動作し、必要な形状や部品を生成することができるのです。

CNC加工は、自動化された製造プロセスであり、高精度な部品や製品を効率的に生産するために欠かせない技術となっています。

CNC加工の用途

工作機械の数値制御は、自動車や医療機器、航空機の部品製作や金型加工など、多岐にわたる分野で活躍しています。特に自由曲面加工や三次元形状の加工など、一般的な手動工作機械では難しい精密な加工において、数値制御は非常に有用です。

さらに、金属以外の素材であるプラスチックや木材などの加工も、適切な工作機械によって可能となります。

CNC加工のメリット

CNC加工を施すことで、以下のメリット・効果を得ることができます。

品質の安定

CNC加工の主な利点は、安定した製品品質を確保できることです。一般的な汎用工作機械では、加工は手作業で行われるため、高精度の製品を作るには高い技能が求められます。しかしながら、100分の1ミリの高精度を保つには、熟練した技術が必要であり、手作業による操作ミスや作業員ごとの仕上がりの差異が問題となります。

対照的に、CNC加工は数値制御によって自動的に加工されるため、作業員による加工精度の差異はなく、均一な品質を維持しつつ機械加工が実現可能です。

量産に対応できる

CNC加工では数値制御を通じて自動的に加工を行うため、不要な動作が最小限に抑えられ、通常は職人の手作業よりも迅速に加工が完了します。1個あたりの加工時間が短縮され、同じ製品を効率的に大量生産する利点があります。

さらに、CNC工作機械の運転中は監視が主に必要であり、1人の職人が複数台の機械を管理できます。また、監視がほとんど不要な場合もあり、完全に無人で運転することも可能です。これにより、限られた人数で多くの製品を生産でき、生産性の向上や人件費の節約が実現します。

高い安全性

CNC加工は手動の機械に比べて大幅に安全性が向上しています。通常、オペレーターは別の場所から機械を制御するため、破片や熱、その他の危険から守られるための安全性が確保されます。

CNC加工の注意点
CNC旋盤を使用して加工を行う際には、プログラミングの作成やテストの実行などの工程が必要です。これにより、セットアップにかかる時間と労力が増え、特に「多品種少量生産」の場合にはセットアップ切替が頻繁に発生するため適していないことがあります。さらに、大きな被削材や重切削には向いていないこともあります。

CNC加工の種類

CNC加工の種類には以下のようなものが挙げられます。

穴あけ加工

穴あけ加工とは、固定したワークピースに回転する工具を適用して穴を作成する加工方法です。この方法では、ドリルやリーマなどの工具を用いて、ボルトの穴や軸受の穴、位置決め用の穴など、さまざまな種類の穴を加工することができます。また、ねじ穴を作成するためには、ドリルの代わりにタップを使用することもできます。

穴あけ加工には、NCボール盤など、多様な工作機械が利用されています。

フライス加工

フライス加工とは、回転するフライスやエンドミルなどの切削工具を使用して、固定された工作物を切削する加工プロセスです。工作物をテーブルに固定し、切削工具を回転させながらX・Y軸方向に動かし、同時にZ軸方向に移動させることで、3軸で切削量を制御します。エンドミルや正面フライスなどさまざまな種類の工具が使用されます。

工具を断続的に工作物に接触させることで、平滑な表面を作成したり、穴をあけたり、溝を削ったりすることが可能です。一般的なフライス盤では、ハンドル操作によって移動量を制御し、高度な技術が必要ですが、高品質な製品を生産できるという特徴があります。

旋盤加工

旋盤加工とは、回転する工作物に対して切削工具をあてて加工する方法を指します。

旋盤加工をプログラムするには、穴あけ加工と同様にCADデータの作成、CAMソフトの使用、NCプログラムの生成が必要です。NCプログラムには、加工する工作物の形状、加工条件、工具の種類などの情報が含まれます。

CNC加工の手順

CNC加工は以下のようなプロセスを経て実現されます。

CADデータの作成	加工対象の3DモデルをCADソフトを使用して作成します。
CAMソフトの使用	CADデータを元に、CAMソフトを使用して加工プログラムを作成します。CAMソフトは、加工条件や工具の選択、加工経路の設定などを行います。
NCプログラムの生成	CAMソフトによって作成された加工プログラムは、NCプログラムとして出力されます。NCプログラムは、CNCマシンに読み込まれ、加工を行うための指示を与えます。
CNCマシンでの加工	CNCマシンにNCプログラムを読み込ませ、加工を行います。CNCマシンは、工具を自動的に交換し、加工を行うための動作を自動的に行います。
仕上げ	加工が終了したら、仕上げ作業を行います。仕上げ作業には、切削された部分のバリ取りや、表面の研磨などが含まれます。

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さいごに

「CNC（コンピュータ数値制御）」は、工作機械の動作をコンピュータによって自動化する技術です。工作機械の移動方向や速度、加工量などを事前にプログラミングし、高い精度で制御します。CNC機能を備えた工作機械は一般に「CNC工作機械」と呼ばれ、自動車や医療機器を含む製造業のさまざまな分野で重要な役割を果たしています。

CNC工作機械の利点は、高品質な製品を一貫して大量に生産できることです。また、職人が直接操作する必要がないため、労働者のけがや事故のリスクが低減されるという点も魅力的だと言えるでしょう。

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