機械加工とCNC加工：現代の製造業のためのコア技術と応用 (CNC加工の核となる利点：なぜCNC加工が現代の製造業の第一選択肢なのか)

Arbeiten (von Maschinen)およびCNC機械加工：現代製造業のコア技術とアプリケーション

航空宇宙から自動車製造、精密医療機器から身近な電子機器に至るまで、機械加工技術は現代の産業発展を支える礎石である。

競争が激化する今日のグローバルな製造環境において、機械加工技術、特にCNC機械加工の進歩は、製品の生産形態と品質精度を大きく変えつつある。大量生産であれ、カスタマイズされた小ロット加工であれ、高度な機械加工技術を習得することは、製造企業の競争優位性を維持するための鍵となっている。

機械加工の基礎：伝統から現代への進化

機械加工とは、加工機械を用いてワークピースの外形寸法や性質を変化させる工程である。加工するワークピースの温度状態によって、冷間加工と熱間加工に分けられる。

冷間加工とは常温での加工を指し、被加工物に化学的または物理的な変化を起こさず、切削加工と加圧加工に分けられる。熱間加工とは、一般的な熱処理、鍛造、鋳造、溶接のことで、通常は室温以上または室温以下の状態で加工を行うため、被加工物に化学的または物理的な相変化が生じる。

広義の機械加工とは、機械的手段によって製品を製造するために使用できるあらゆるプロセスを指す。狭義の機械加工とは、旋盤、フライス盤、ボール盤、研削盤、スタンピングプレス、ダイカストマシンなどの特殊な機械や設備を使って部品を製造するプロセスを指す。

コンピュータ技術の発展に伴い、CNC加工技術は、自動化された加工方法のコンピュータプログラム制御を介して、大幅に処理精度と効率を向上させ、近代的な機械加工の中核となっている。

CNC加工の主な利点：現代の製造業がCNC加工を第一選択とする理由
1.加工精度を確保する精密制御

CNC加工の核心は、コンピュータープログラムによって工作機械の軌道を正確に制御することにある。オペレーターは、部品の加工パラメータや工具経路などを制御システムに入力するだけで、機械はあらかじめ設定された指示に従って、切削、穴あけ、フライス加工などの工程を自動的に完了させることができる。

このデジタル制御は、従来の機械加工が手動操作の経験に頼りすぎていたのを完全に解消し、人為的要因による寸法の狂いを回避します。極小のシャフト部品であろうと、複雑なボックス部品であろうと、CNC機械加工は、すべての寸法が設計要件に厳密に準拠していることを保証します。

2.複雑な構造で機械加工が容易

ハードウェアや機械の精密部品は、曲面、ねじ山、形状の穴など、複雑な形状を持つことが多い。このような構造に直面する場合、従来の加工方法では何度もクランプや工具交換を行う必要があり、効率が悪いだけでなく、複数の位置決めによる累積誤差が発生しやすい。

一方、CNCマシニングは、多軸リンク技術により、1回のクランプで多面加工を完了することができる。例えば、5軸のCNCマシンは、同時に5方向の工具の動きを制御することができ、従来の方法では困難だった複雑な面の加工が容易にできる。

3.効率的な生産、バッチ製造品質の保証

製造業では、部品の大量生産が当たり前である。 CNC加工では、プログラムコピー機能により、同じ部品に対して複数の加工指示を素早く生成し、標準化された大量生産を実現することができる。

従来の機械加工に比べ、CNC機械加工は部品ごとに工作機械を個別に調整する必要がないため、生産リードタイムを大幅に短縮できる。同時に、加工工程がコンピューターによって自動制御されるため、同一バッチの部品は寸法の一貫性が極めて高く、手作業の違いによる製品品質の変動を効果的に回避することができる。

機械加工の主な工程と技術
1.切削加工の基本分類

Arbeiten (von Maschinen)代表的な機械加工工程のひとつで、主に刃物を使って金属を切ったり削ったりする。鉛筆削りや木材を鉋（かんな）で削ることを思い浮かべてほしい。切削加工は、旋盤加工（ターニング）、フライス加工、穴あけ加工の3つに大別される。

旋盤加工（ターニング）：ワークピースを高速で回転させ、工具に接触させて材料を切削する。ワークが回転するため、円筒形部品の加工に適している。

フライス加工: フライス加工では、固定されたワークピースに高速回転する工具を接触させて加工する。フェースミル、エンドミル、スロットミル、フラットミルなどの工具を使用することで、表面のフライス加工や溝のスコアリングなど、さまざまな加工が可能になる。

穴あけ（ボール盤）：ボール盤は「穴あけだけ」と思われがちだが、実は使用する工具によって、穴の精度を高めるリーマ加工、穴の内径を広げるボーリング加工、ネジ切り加工など、さまざまな加工ができる。

2.機械的切断の主なモード

機械切削は機械加工の重要な一部であり、物理的な力を使って切削工具とワークピースを直接接触させ、材料を分離または成形する材料除去プロセスである。主な方法は以下の通り：

鋸引き：最も一般的な機械的切断方法のひとつで、歯のついた刃を使って材料を切断する。

剪断(せん断)：所定の線に沿って破断させる反対力を加えて材料を切断すること。

フライス加工：回転する多点切削工具を使用してワークピースから材料を除去すること。

旋盤加工：1点切削工具を使用して材料を除去しながら加工物を回転させ、円筒形状を作り出す。

ドリル：ドリルと呼ばれる回転切削工具を使って丸穴を開ける。

高速加工技術：効率と精度の革命

高速切削加工技術とは、高速回転する工具を用いてワークを切削し、加工効率や加工品質を向上させる技術である。工具材料や工作機械技術の発展に伴い、高速切削技術の応用範囲はますます広がっている。

高速切断の優位性は、生産性の向上にとどまらず、一連の大きな利点がある：

切削力が大幅に削減されます：高速切削切削力は約30%削減することができ、このため、これらの薄肉部品を処理するために、この技術の使用は、切断プロセスの部品の変形を低減するために非常に有利である。

ワークの温度上昇が小さい：切削中に発生する熱のほとんどが持ち去られるため、ワークの温度上昇が非常に小さく、温度に非常に敏感な部品の加工に特に適している。

高い加工面品質：機械構造の改善と加振周波数の高速切削により、加振周波数が工作機械の固有周波数から離れ、しばしば「無振動」切削状態が現れ、加工面品質の向上に寄与する。

工具耐久性の向上：高速切削において工具耐久性が約70%向上。

高速加工の鍵は、小さな切削体積（横方向の段差/切り込みは従来の約1/3）と高速回転（主軸回転数/送り速度）である。切削量が少ないため、高品位な加工面が得られ、高速であるため、切削量の減少による総加工時間の増加が少ない。

機械加工の応用分野
1.航空宇宙

航空宇宙分野では、機械加工技術に対する要求が非常に高く、高精度、高安定性、高能率を特徴とする必要がある。航空宇宙分野における機械加工技術は、主にエンジン、翼、胴体などの主要部品の製造と加工に適用される。

航空産業は、高速加工産業の主なアプリケーションであり、信頼性を向上させ、コストを削減するために、航空機上のいくつかの部品は、全体的な製造方法の使用は、元の複数のリベットまたは溶接部品全体の固体材料製造に。これらの部品の多くは、剛性が低いため、薄肉、微細なリブ構造のために、工具を大量に食べることができないので、高速加工は、このような部品の加工プロセスのための唯一の選択肢となる。

2.自動車製造分野

自動車製造は、機械加工技術の最も広く使われている分野の一つである。自動車製造における機械加工技術は、主にエンジン、トランスミッション、シャーシなどの主要部品の製造と加工に応用されている。

現在の自動車製品の多様化、自動車製品は、元の単一のワークの大量生産から、大量生産に重ね合わされ、それぞれの小さなバッチのワークの様々な、より迅速に製品の多様性、変化している。したがって、自動車製造業界では長年にわたって工作機械（特殊機械）の生産ラインの組み合わせを支配し、実際のニーズの自動車産業の急速な更新を満たすことができませんでした。

3.金型産業

金型業界では、高速加工は典型的な高速、多速度送り、低切削量の加工方法を採用し、従来の研削加工、放電加工、仕上げ加工を置き換えることができるため、加工準備時間の短縮、工程の短縮、切削時間の短縮による生産性の向上などの面で大きなメリットがある。

4.精密製造

精密機械や光学機器の製造では、寸法精度、加工安定性などの要求が高いことが多く、高速加工の加振周波数が高く、滑らかな加工で高い寸法精度が得られやすい。

加工技術の動向
1.CNC加工技術の継続的進歩

CNC加工技術は、コンピュータ制御とデジタルプログラミングによる自動化とインテリジェントな処理を指します。CNC加工技術は加工効率と加工品質を大幅に向上させることができ、現代の加工技術の重要な発展方向である。

AI-CNC全工程無人CNC加工大型モデル技術の出現は、産業用マザーマシンの知能化の最先端の進歩を示している。

2.複合加工技術が進む道

複合加工技術とは、様々な加工方法を統合し、複数の加工工程を一度に完了させる加工技術を指す。複合加工技術は、加工効率と加工品質を大幅に向上させることができ、現代の加工技術のもう一つの重要な発展方向である。

3.グリーン製造技術の重要性の高まり

グリーン製造技術とは、製品の品質や性能を確保することを前提に、環境への影響や資源の消費を最小限に抑えることを指す。環境保護に対する意識の高まりとともに、グリーン製造技術は今後の加工技術の重要な発展方向となるだろう。

4.高速加工コストは徐々に低下している

CNC高速加工この技術の普及と応用は、経済的な制約によって制限されている。 高速切削工作機械は高価であり、切削性能、精度、工具の動的バランスに対する要求が高く、固定資産への投資額が大きく、工具コストも高い。しかし、高速切削加工技術の普及と成熟に伴い、高速切削加工のコストは低下しており、高速切削加工の普及を強力に促進する。

新素材、新工程、新技術の絶え間ない出現により、加工技術はより高速、より精密、よりインテリジェント、より環境に優しい方向に向かっている。企業の規模に関係なく、加工技術の発展傾向を把握し、インテリジェントなアップグレードの早いレイアウトは、産業革命の新しいラウンドの最初の機会を占めることになります。

機械加工サービスを必要とする企業にとって、先進的なCNC機械加工設備、豊富な経験、技術チームを持つパートナーを選ぶことは、製品の品質を確保し、市場競争力を高めるための重要な決断となる。