CNCマシンショップ必携ガイド｜株式会社日立ソリューションズ

製造業のペースが速い中で、CNC機械工場は精密工学、効率的な機械工場、技術進歩のバックボーンとなっている。先進的な設備では、コンピュータ数値制御（CNC）技術を使用して、航空宇宙、自動車医療、その他の産業向けの高精度部品を生産している。手作業とオペレーターの知識を使った従来の機械加工では、一定の品質が要求され、生産速度も遅く、費用対効果も低い。対照的に、CNCマシニングは全工程を自動化し、信頼できる一貫性、迅速な生産、コスト効率を実現する。CNC機械加工工場は、CNCミル、旋盤、ルーター、プラズマカッター、EDMマシンなど、様々な超クールなハイテク機械によって支えられており、正確な自動ガイド機能を備えたコンピューター上で稼働する。工程は、コンピューター支援設計（CAD）ソフトウェアを使用し、エンジニアがシステムに必要な特定のコンポーネントの詳細な3Dモデルを作成することから始まります。

これらの設計をもとに、機械が読み取り可能なGコードに変換し、切削工具の正確な動きを指定することで、原材料の製品を作り、成形する。それぞれの材料は、特定のCNC機械加工に適した特定の機械的・物理的特性を持っている。CNC機械加工がなければ、このような多様な材料を扱うことは困難であり、人々は耐久性があり、軽量で、耐熱性があり、さらには耐腐食性のある部品を必要とする。CNC機械加工は、高精度で高効率な加工が可能であり、さらに、拡張性、再現性、柔軟性を備えているため、試作品から大量生産まで、人手をほとんどかけずに行うことができる。CNCマシニングは、より高度で複雑なデザインを積極的に構築しようとしている産業にとって最前線にある。

この記事では、CNCマシンショップがどのように運営されているのか、どのようなタイプのマシンを使用しているのか、どのような材料で作業しているのか、どのような産業でサービスを提供しているのかについて詳しく説明する。彼らの役割、能力、利点を知ることで、企業はCNC機械加工サービスが誰にとって最適かを知ることができる。

CNCマシンショップとは？

CNC（Computer Numerical Control）機械工場は、コンピュータ・プログラムによって制御される最新の工作機械を備えた場所である。航空宇宙、自動車、医療、電子機器、工業製造業向けの高精度で複雑な部品を製造することを唯一の目的としている。手作業で行われる従来の機械加工とは異なり、CNC機械加工は工程を自動化し、より高い精度、効率、一貫性のある生産を可能にする。

CNC工作機械の仕組み

CNC機械工場では、コンピューター支援設計（CAD）ソフトウェアが部品のデジタルモデルを作成する。次に、この設計からGコードが生成され、CNCマシンがこれを読み取り、操作や動作に使用します。CNCマシンは、プログラムされた指示に従って材料を正確に切断、穴あけ、成形、フライス加工するため、オートメーションは再現性が高く、エラーが発生しません。

CNCショップにおけるCNCマシンの種類

通常、CNC機械工場には、次のような多種多様なCNC自動加工ツールがある：

CNCフライス盤 は回転式切削工具機械で、これを使用してワークから材料を除去し、形状、穴、表面仕上げを作成する。

CNC旋盤 これらの機械は、切削工具が高精度で事前に定義された成形を行う間にワークを回転させることによって、円筒形状の部品を製造するためのものである。

CNCルーター CNCルーターは、複雑なデザインやパターンを彫ることによって、木材、プラスチック、複合材を切断するために長い間使用されてきた。

CNCプラズマカッター： 高温のプラズマ・トーチを使って金属板を切断するのだが、サイズにもよるが、大量にある最も使いやすい金属は、板金加工などに最適だ。

放電加工機（EDM）： 放電加工は、放電（火花）を利用して材料を削り取るため、切削工具を使用せず、焼き入れの細部や微細な切断に最適です。金属だ。

CNC工作機械で使用される材料

航空宇宙、自動車、医療、製造業などの高精度部品を製造するCNC機械加工工場では、多種多様な材料が使用されている。しかし、最終製品の耐久性、機能性、一般的な性能の程度を決定するため、適切な材料を選択することが重要です。最も一般的に使用されるCNC機械加工材料のいくつかを以下に挙げる。

金属

アルミニウムだ： アルミニウム は、その軽量性と耐食性で有名で、航空宇宙、自動車、家電製品に使用されている。また、熱伝導性、電気伝導性にも優れているため、熱交換器や電子部品にも使用されている。

スチール＆ステンレススチール 非常に耐久性のある金属で、錆びず、磨耗せず、熱による損傷もないため、医療器具、食品加工機械、構造部品などに使用されている。耐久性だけでなく強度も高い。

チタン： は高い強度と優れた耐食性を持つ強靭な材料であり、航空宇宙、医療用インプラント、自動車などに最適です。また、非常に高温で過酷な条件下でも問題なく使用できます。

真鍮と銅： 加工性、耐食性、導電性に優れ、珍重される金属。電気器具、配管器具、装飾金物などによく使用される。

プラスチック

アセタール（ブランド名デルリン）： 強靭で剛性が高く、耐湿性に優れたアセタールは、低摩擦性と高耐摩耗性を必要とするギア、ブッシュ、および同様の機械部品に使用される。

ポリエチレン： は軽量で耐薬品性に優れ、配管、容器、断熱部品に適している。食品加工や医療用途にも使用されている。

ナイロンだ： 靭性と耐摩耗性で知られ、ギア、ベアリング、自動車部品によく使用される。また、より多くの産業機械部品にも使用されている。

アクリル： これは耐候性と共に非常に優れた光学特性を持っている。看板やディスプレイケース、光学レンズなどによく使われています。

複合材料

炭素繊維強化プラスチック（CFRP）： 非常に丈夫で軽量な素材で、航空宇宙産業、スポーツ用品、自動車産業などで広く使用されている。高い剛性と耐久性を備えています。

グラスファイバー： 強度、軽量性、耐食性でよく知られる複合材料のひとつ。自動車ボディ、船体、工業用途に広く採用されている。

セラミックス

ジルコニア 優れた硬度と耐摩耗性により、切削工具、ベアリング、歯科インプラントなどに使用されている。また、耐高温性にも優れている。

アルミナと呼ばれるセラミック材料： は、優れた電気絶縁性と耐久性で知られているため、使用することができます。電気部品、耐摩耗部品、機械産業などで幅広く使用されている。

実際、CNC機械加工工場は、プロジェクトの要件を参照して、非常に思慮深く材料を選択します。強度、重量、耐食性、熱的特性はすべて、機械加工された部品が十分な強度を持ち、用途に適していることを保証するために考慮しなければならない要素です。

CNCマシンショップの仕組み：ステップバイステップガイド

CNC加工工場は、コンピュータプログラムによって制御された自動機械を使用して高精度の部品を製造する施設である。厳しい公差、一貫性、効率性を要求される金属、プラスチック、複合部品の製造に必要な設備です。

この記事の目的は、最初の設計からCNCプログラムを開発し、最終的な品質チェックを行い、納品するまでの各段階を維持しながら、CNCマシンショップがどのように機能するかを説明することである。

ステップ1：デザインとプログラミング

プロセスの最初の段階は、設計とプログラミングの段階で、機械加工はまだ行われない。

1.CAD（コンピュータ支援設計）モデリング

SolidWorks、AutoCAD、Fusion 360などのCADソフトウェアは、エンジニアやデザイナーが部品の3Dモデルを作成するために使用します。

このモデルには、詳細な寸法、特徴、製造に必要な仕様が含まれています。

2.CAM（コンピュータ支援製造）プログラミング

MastercamやFusion 360などのCAMソフトウェアを使用して、CAD設計をCNC互換プログラムに変換します。

また、CNCマシンが特定の部品に使用するツールパス、切削速度、動作指示も表示される。

完成したプログラムは、CNCマシンのコンピューターに読み込まれる。

ステップ2：材料の選択と準備

1.正しい素材の選択

CNC機械工場では、さまざまな種類の材料を扱う。

金属（アルミニウム、スチール、チタン、真鍮）
プラスチック（ABS、ナイロン、ポリカーボネート）
複合材料（炭素繊維、ガラス繊維）

2.材料セットアップ

原材料は部品に必要なサイズに切断される。
その後、加工中の動きを防ぐためにクランプ、バイス、または固定具があるように設計されたクランプ、バイス、または固定具を使ってCNCマシンに入れる。

ステップ3：CNC加工プロセス

1.機械のキャリブレーションとセットアップ

工具とワークピースが完璧にアライメントされるよう、CNCマシンキャリブレーションが装備されている。

オペレーターは、工具のオフセット、機械のゼロ点、主軸回転数をプロジェクトに合った仕様にチェックする。

2.CNCプログラムの実行

セットアップが完了した次の段階として、CNCマシンはGコード（動きを指示する機械語）でプログラムされた経路を進む。

自動切断、穴あけ、フライス加工、旋盤加工、成形加工が機械によって行われる。

3.この点に関して、本論文ではCNCショップで使用される加工プロセスについて論じる。

工具を回転させ、被削材を削り取る。
旋盤 - 材料を回転させながら、そこから工具を切り出す。
ドリル - ドリルには、正確な穴を開けるためにかなり高速のものもある。
研削と研磨 - 使用する表面の仕上げを向上させるために使用される。

ステップ4：品質管理と検査

機械加工された部品は、設計仕様との精度と一貫性を保証するため、厳しい品質管理が行われる。

1.寸法検査

寸法をチェックするものとしては、マイクロメーター、ノギス、ハイトゲージなどの精密測定器がある。

2.CMM（三次元測定機）検査

レーザーまたはプローブ技術は、複雑なパーツを極めて高い精度で検査するために三次元測定機で使用されます。

3.目視および表面仕上げ検査

キズや荒いエッジ、表面の欠陥がないことが検査された後、承認される。

ステップ5：組み立てと配達

1.仕上げ工程

さらに加工が必要な部分もある：

または、耐食性のためにアルマイト処理またはメッキを施す。
熱処理（強度向上のため）
導体には塗料か粉体塗装（外観と保護のため）を施すことが想定されている。

2.組立・梱包

さらに部品がある場合は、最終製品として組み立てられる。
組み立てられた部品は、目的地に到着したときに放出されるよう慎重に梱包される。

3.顧客への納品

その後、製品はクライアントに出荷され、クライアントは製造、航空宇宙、自動車、医療用途の製品を返品する。

CNCマシンショップと従来のマシンショップの違い

CNC（Computer Numerical Control）機械工場と伝統的な機械工場は、どちらも部品を精密に製造する役割を担っているが、技術、効率、精度はまったく異なる。

1.オートメーションと制御

CNCマシンショップ： このタイプの機械工場は、コンピューター制御の機械で操業しており、オペレーターの介入を最小限に抑えながら、高い精度と再現性を実現している。

伝統的な機械工場： オペレーターが手動で工具を制御するため、より時間がかかり、労働集約的な方法である。

2.精度と一貫性

CNCマシンショップ： この機械で作られた部品はミクロン単位の精度があり、大きなロットでも一貫している。

伝統的な機械工場:人為的な誤差が生じやすく、最終製品が微妙に異なる。

3.効率とスピード

CNCだ： 24時間365日の連続稼動とダウンタイムの削減により、より迅速な生産を実現。

伝統的なものだ： 時間がかかり、熟練した機械工が機械ごとに操作する必要がある。

4.コストと労力

CNCだ： 初期投資は高くなるが、将来的には人件費が安くなる。

伝統的なものだ： 熟練した労働力は依然として必要であり、機械コストも下がるが、その分生産コストは上がる。

伝統的な工作機械工場は、カスタムメイドの小規模な仕事にはまだ使えるが、CNC工作機械工場が論理的に選択されるケースは、高精度の大量生産と産業の効率化である。

CNCマシンショップに頼る産業

CNCマシンショップは、組み立て手順における最も極端な精度と生産性に辟易している各ビジネスの幅広い品揃えに不可欠である。CNC機械加工を使用するトップ産業には、次のようなものがある：

1.航空宇宙産業

航空機や宇宙船の部品は公差が厳しく、高い耐久性が要求されるため、これらは製品の堅牢性を高める上で非常に重要な役割を果たします。航空宇宙産業の厳しい要求を満たすタービンブレード、エンジン部品、構造部品は、CNC機械加工プロセスで製造されます。

2.自動車産業

自動車部品では、CNC加工はエンジン部品からサスペンション部品まで、これらの部品を高精度で軽量かつ高性能にするために提供される。

3.医療・ヘルスケア

CNCマシニングは医療分野で広く使用されており、手術器具、整形外科用インプラント、人工装具の製造に使用されている。これらの部品には高い精度が要求され、またFDAの規制を厳守しなければなりません。

4.エレクトロニクス＆テクノロジー

CNCマシニングは、コンピューター、スマートフォン、その他の電子機器のヒートシンク、コネクター、筐体などの部品を製造する電子機器製造に使用されている。

5.防衛・軍事

銃の製造、軍用車両、防衛設備は、過酷な使用条件下での信頼性と耐久性を保証するCNC機械加工によってもたらされる。

CNC工作機械の利点

CNC加工には、他の伝統的な製造方法にはない多くの利点がある。ここではその主な利点をいくつか紹介しよう：

1.高精度

CNCマシンはミクロン単位の精度で動作するため、部品を製造するたびに正確な仕様を満たすことができる。これは、航空宇宙や医療など、わずかなミスが故障の原因となる分野では非常に重要です。

2.効率とスピード

CNCマシンは自動化されているため、24時間365日、疲労することなく働き、生産はより迅速かつ効率的になる。

3.一貫性と再現性

手作業による機械加工とは異なり、CNCは生産されるすべての部品が同一であることを保証するため、大量生産と品質保証に最適です。

4.費用対効果

CNC加工は、当初は割高かもしれないが、長期的には人件費、材料の無駄、最終製品のミスを削減する方法のひとつである。

5.素材とデザインの多様性

CNCマシンは、従来の方法では複雑すぎたり難しかったりする形状を、さまざまな材料で製造することができる。

最高のCNC機械工場を選択するためのヒント

製造ニーズに対応するCNC機械工場を選ぶ際には、以下の要素を考慮する必要がある：

1.経験と専門知識

精密機械加工業界の長年の経験でよく知られているあなたの最寄りのショップをチェックしてください。熟練したチームは、生産の品質を保証します。

2.先端設備と技術

複雑なプロジェクトでは、一流のCNCショップは最先端の機械とソフトウェアを持っていなければならない。

3.品質保証と認証

高い生産基準のために、施設がISO9001、AS9100（航空宇宙）、ITARコンプライアンス（防衛）などの業界認証を持っていることを確認してください。

4.カスタマイズと柔軟性

すべてのプロジェクトには独自の要件があります。カスタムメイドの機械加工を行う店を選ぶと、特別なニーズにも対応できます。

5.競争力のある価格とリードタイム

コストは考慮しなければならないが、ショップは品質や納期を犠牲にすることなく、競争力のあるコストを提供しなければならない。

結論

今日、CNC工作機械工場は、旧態依然とした生産方式では太刀打ちできなかった精度、効率、自動化によって、製造業に完全に革命をもたらした。これらの施設では、複雑な部品を高い精度と再現性で製造するために最先端の技術が使用され、すべての製造工程で同じ精度が得られます。CNC機械加工工場は、さまざまな材料や複雑な設計を扱うことができるため、航空宇宙や医療、自動車、電子機器など、さまざまな産業へのサービス提供で活躍している。従来の機械加工からCNC制御への移行は、生産時間の増加やコスト削減だけでなく、人為的ミスの減少や部品の品質向上にもつながっている。さらに、多軸CNCマシンは、非常に精密で複雑な形状や、手作業でなければ達成できないような忠実度の高い部分を作成する能力を備えています。CNC工作機械は、技術が発展し続けるにつれて、製造業にさらに大きな影響を与えるだろう。常に競争の激しい、要求の厳しい市場において、精密に設計された部品や、生産時間の短縮、拡張可能なソリューションを求める企業は、CNC機械加工サービスへの投資を検討すべきである。企業は、適切なCNC機械加工工場を選択することで、自信を持って優れた製造成果を上げることができる。その工場は、経験、高度な設備、品質へのこだわりを持ち、業界標準やプロジェクトの要件を満たすことができる。CNCマシニングは、プロトタイピング、小ロット生産、コンポーネントの大量生産のいずれに使用されるかにかかわらず、現代産業の礎石である。

CNC工作機械に関するFAQ

1.伝統的な機械加工とCNC機械加工、どちらがより重要か？

これらのCNCマシンショップの精度、自動化、効率は、マニュアル加工よりも高い。人為的なミスを減らし、複雑なデザインでも高品質で大量生産できる。

2.どのような産業でCNC加工が使われていますか？

しかし、CNC加工は、航空宇宙、自動車、医療、エレクトロニクス、防衛産業において重要である。また、ロボット工学、製造業、消費者製品にも使用されている。

3.私によると、CNCマシンはどのような材料を使うのですか？

プロジェクトのニーズに応じて、金属（アルミニウム、スチール、チタンなど）、プラスチック（アセタール、ナイロンなど）、複合材料（カーボンファイバー、グラスファイバーなど）、セラミック（ジルコニア、アルミナなど）を扱う。

4.CNC加工に必要な時間は？

部品や状況がどれほど複雑か、素材が複雑か、注文が大きいか小さいかによって、製作にかかる時間は異なります。単純な部品なら数時間、複雑なデザインや試作品なら数日かかることもある。

5.適切なCNC機械工場を選ぶには？

経験、認証（ISO 9001 AS9100）、高度な設備、材料の専門知識、品質管理、適正価格、その他高品質の結果を得るために類似したものを見つける。