設計は、CNC 加工において極めて重要な役割を果たし、製造プロセス全体の基礎を築きます。知られているように、CNC 加工ではコンピューター制御の機械を使用して、ワークピースから材料を正確に除去します。このプロセスは汎用性が高く、再現性があり、正確です。さらに、発泡体やプラスチックから木材や金属に至るまで、幅広い材料と互換性があります。
これらの機能を実現するには、CNC 加工の設計に大きく依存します。効果的な設計により、部品の品質が保証されるだけでなく、CNC 機械加工部品に関連する製造コストと時間が節約されます。
このガイドでは、設計上の制限について説明し、CNC 加工で発生する最も一般的な機能に対する実用的な設計ルールと推奨値を提供します。これらのガイドラインは、部品に対して最良の結果を達成するのに役立ちます。
CNC 加工用の部品を適切に設計するには、まずプロセスに固有のさまざまな設計上の制約を明確に理解する必要があります。これらの制限は、切断プロセスの仕組みから自然に発生し、主に次の側面に関係します。
ほとんどの CNC 加工切削工具は円筒形であり、切削長には制限があります。ワークピースから材料を除去する際、これらの切削工具はその形状を部品に転写します。これは、切削工具がどれほど小さくても、CNC 部品の内側のコーナーには常に半径があることを意味します。さらに、工具の長さにより、加工できる最大深さが制限されます。一般に工具が長いと剛性が低下し、振動や変形が発生する可能性があります。
材料を除去するには、切削工具がワークピースに直接近づく必要があります。切削工具が届かない表面や形状は CNC 加工できません。たとえば、複雑な内部構造、特に部品内に別のフィーチャーによってブロックされている複数の角度やフィーチャーがある場合、または深さ対幅の比率が大きい場合、ツールが特定の領域に到達することが困難になる場合があります。 5 軸 CNC マシンは、ワークピースを回転させたり傾けたりすることで、これらの工具アクセス制限の一部を緩和できますが、すべての制限、特に工具の振動などの問題を完全に排除することはできません。
ワークピースと同様に、切削工具も加工中に変形したり振動したりする可能性があります。その結果、製造プロセス中に公差が緩くなり、表面粗さが増大し、さらには工具が破損する可能性があります。この問題は、工具の直径に対する長さの比率が増加する場合、または高硬度の材料を切削する場合にさらに顕著になります。
機械加工プロセス中に大量の熱が発生し、強い切削力がかかるため、剛性の低い材料 (特定のプラスチックや軟質金属など) や薄肉構造は機械加工中に変形しやすくなります。
部品の形状によって、CNC マシン上での部品の保持方法と必要なセットアップの数が決まります。複雑なワークピースや不規則な形状のワークピースはクランプが難しく、特別な治具が必要になる場合があり、コストと加工時間が長くなる可能性があります。さらに、手動でワークホールドの位置を変更する場合、小さいながらも無視できない位置誤差が発生するリスクがあります。
次に、これらの制限を実用的な設計ルールに変換します。 CNC 加工の世界には、広く受け入れられている標準はありません。これは主に、業界と使用される機械が常に進化しているためです。しかし、長期にわたる処理の実践により、十分な経験とデータが蓄積されています。次のガイドラインは、CNC 機械加工部品の最も一般的な機能の推奨値と実現可能な値をまとめたものです。
一般に、鋭利な内側の角は避けることをお勧めします。ほとんどの CNC ツールは円筒形であるため、鋭い内角を実現することが困難です。推奨される内側コーナー半径を使用すると、工具が円形のパスをたどることができるため、応力集中点や加工痕が減少し、結果として表面仕上げが向上します。これにより、適切なサイズの工具が使用され、大きすぎたり小さすぎたりすることがなくなり、加工精度と効率が維持されます。鋭角な 90 度の角度の場合は、コーナー半径を小さくするのではなく、T スロット カッターまたはワイヤ切断を使用することをお勧めします。
エンドミル工具は通常、下刃が平坦かわずかに丸みを帯びています。設計底部半径が推奨値と一致していれば、標準エンドミルでの加工が可能です。この設計は、広く入手可能で使いやすい工具を使用できるため、ほとんどの場合、加工コストと品質のバランスをとるのに役立つため、機械工に好まれています。ボールエンドミルはあらゆる底面半径に対応できますが、その形状により加工時間とコストが増加する可能性があります。
CNC 機械では非常に薄い壁を加工するには限界があります。これは、壁の厚さを薄くすると材料の剛性に影響し、達成可能な精度が低下し、加工中に振動が増加する可能性があるためです。材料の硬度と機械的特性は異なるため、上記の推奨値および実現可能な値は、ケースバイケースで慎重に評価する必要があります。壁が薄い場合は、板金製造などの代替プロセスが好ましい場合があります。
穴はドリルビットまたはエンドミル工具を使用して加工されます。ドリルビットは、メートル単位と帝国単位の両方で明確に定義された標準サイズで入手できます。通常、設計者はこれらの標準直径に基づいて穴のサイズを指定し、適切なツールをすぐに利用できるようにします。これにより、カスタム ツールの必要性がなくなり、特に標準直径の使用が強く推奨される直径 20 mm 未満の高精度穴の場合、大幅なコスト削減につながります。
穴の直径が標準のドリルビットのサイズと一致しない場合は、代わりにエンドミル工具が使用されます。ただし、エンドミルを使用して非標準の穴を加工する場合は、加工プロセスの安定性と品質を確保するために、推奨される最大キャビティ深さに従うことが重要です。穴の深さが推奨最大値を超える場合は、専用のドリルビットが必要になる場合があります。公称直径の 10 倍が一般的ですが、公称直径の 40 倍も実現可能です。
通常、ドリル ビットは円錐形の底部 (135 度の角度) を持つ止まり穴を作成しますが、エンド ミルで加工された穴は平らな底部を持ちます。 CNC 加工では、通常、貫通穴と止まり穴の間に優先順位はありません。つまり、設計者は特定の設計ニーズや機能に基づいて穴のタイプを選択します。
最適な加工を行うには、キャビティの深さが幅の 4 倍を超えてはなりません。工具直径の 6 倍より深いキャビティは深いとみなされ、加工プロセスが複雑になる可能性があります。これらの課題には、工具のたわみ、切りくず排出不良、さらには工具の破損が含まれる場合があります。さらに深い深さが必要な場合は、キャビティの深さが可変の部品を設計することをお勧めします。
めねじはタップで切り、おねじはダイスで切ります。タップとダイスを使用して、M2までのねじを切断できます。ただし、CNC ねじ切りツールは一般的であり、タップ破損のリスクを制限できるため、機械工に好まれています。 CNC ねじ切りツールを使用して、M6 までのねじを切ることができます。
ねじ山にかかる負荷の大部分は、最初の数個の歯 (公称直径の最大 1.5 倍) によって発生します。呼び径の 3 倍の長さのねじは通常は必要ありません。
ねじを切るタップ（M6以下など）の場合、通常、ねじの呼び径の1.5倍に相当するねじなし長さが残ります。これにより、工具を損傷する危険を冒すことなく、ねじ山の主要な耐荷重部分が完全に形成されることが保証されます。
CNC ねじ切りツールで加工された大きなねじの場合、CNC ツールの高精度と優れた制御により、ねじが穴の底近くまで加工される場合がありますが、通常は、ねじが切られていない部分が少量残って確実に加工されます。加工品質と工具の安全性。
適切なねじのかみ合い深さにより、過剰な加工や材料の無駄を避けながら、接続の強度と信頼性を確保できます。かみ合い深さが浅すぎると、ねじ山が予想される荷重に耐えられなくなる可能性があります。深すぎると、加工の難易度やコストが増加する可能性があります。一般に、特に一般的な機械用途では、十分な強度を提供できる 1.5D の深さが安全な選択であると考えられています。
ほとんどの CNC 機械の最小工具直径は 2.5 mm です。つまり、2.5 mm より小さいフィーチャーは加工が困難です。たとえば、0.5 mm の小さなフィーチャーを機械加工するには、通常、非常に小さなマイクロツール、またはマイクロミリングや放電加工 (EDM) などの特定の加工方法が必要です。これらの方法では非常に小さな形状を実現できますが、加工時間が大幅に増加し、設備や操作技術に対する要求が高くなり、その結果、加工コストが上昇します。
彫刻テキストは、除去する材料が少なくて済むため、加工時間と材料の無駄が削減されるため、エンボス加工のテキストよりも好まれます。 Arial や Helvetica など、深さ 5 mm のシンプルなサンセリフ フォントは、通常、優れた可読性と加工結果を提供します。さらに、多くの CNC マシンにはこれらの一般的なフォントが事前にプログラムされているため、追加のプログラミングや複雑なセットアップを必要とせずに加工プロセスが簡単になります。
アンダーカットは、表面の一部がブロックされているために、標準の垂直切削工具が直接到達できないワークピース上の特徴です。これらの領域の加工には特殊なツールが必要です。アンダーカットには、T スロットとダブテールの 2 つの主なタイプがあります。
T スロットは、文字「T」に似た一般的なアンダーカット形状です。 T スロットの加工に使用される工具は、水平方向の切れ刃と垂直方向のシャフトで構成されており、限られたスペースのアンダーカット部分を効果的に切削できます。アンダーカットの幅は通常 3 mm ～ 40 mm の範囲です。標準サイズ (整数ミリメートルや一般的な分数インチなど) を使用することをお勧めします。これは、これらのサイズがすぐに入手できるツールに適合する可能性が高く、カスタム ツールに関連する余分なコストと時間を避けることができるためです。
T スロットを設計する場合、経験則として、アンダーカットの深さの 4 倍に相当するクリアランスを確保し、ツールに十分な動作スペースを確保することです。切削直径とシャフト直径の一般的な比率は 2:1 であるため、標準アンダーカット工具の切削深さは工具設計によって制限されることが多いことに注意することが重要です。これは、アンダーカットの加工深さが制限されていることを意味し、設計プロセス中にこれを考慮する必要があります。
ダブテール スロットはツバメの尾のような形をしており、わずかな角度があり、通常は強力な機械的かみ合いが必要な用途に使用されます。さまざまな角度（5 度から 120 度まで）のツールが市販されていますが、45 度および 60 度のツールが標準でよく使用されます。
大径または標準直径の工具を使用する: 大径または標準直径の工具で加工できる部品を設計して、より高速な処理を確保し、特殊な工具の必要性を回避します。
機械加工できないフィーチャを避ける: 湾曲した穴などの特定のフィーチャは、標準的な CNC ミル、旋盤、ドリルでは作成できません。設計にそのような機能が必要な場合は、代わりに放電加工 (EDM) の使用を検討してください。
慎重に公差を指定する: 設計で公差を指定しない場合、メーカーは通常、標準の ISO 2768 グレードを使用します。最新の CNC 機械は ISO 2768 で指定されているものよりも厳しい公差を達成できますが、時間とコストの両方が増加するため、不必要に厳しい公差は避けてください。
美しさよりも機能を優先する: 美しさよりも重要な機能の精度に重点を置きます。審美性の向上は、加工後のプロセスを通じて最もよく実現されます。
平底の穴を避ける: 平底の穴には高度な機械加工が必要であり、リーマ加工などの後続の操作で問題が発生する可能性があります。
穴の垂直性を確保する: 穴あけするときは、入口面と出口面がドリル軸に対して垂直であることを確認してください。これにより、ドリル先端のふらつきが防止され、穴出口付近のバリ取りの困難さが軽減されます。
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ポリアミドは、アミド結合を含むすべてのポリマーの一般的な用語です。ナイロンはもともと、産業用および消費者用途向けに開発された合成ポリアミドPA6およびPA66のデュポンの商標でした。ナイロンはポリアミドのサブセットですが、2つの用語は完全に交換可能ではありません。この記事では、ポリアミドとナイロンの関係を調査し、それらの重要な特性とパフォーマンスの詳細な比較を提供します。 ポリアミドとは何ですか？ ポリアミド（PA）は、繰り返し単位がアミド（-CO-NH-）結合によってリンクされている高分子量ポリマーのクラスです。ポリアミドは自然または合成のいずれかです。天然のポリアミドには、羊毛、絹、コラーゲン、ケラチンが含まれます。合成ポリアミドは、3つのカテゴリに分類できます。 脂肪族ポリアミド（PA6、PA66、PA11、PA12）：一般工学にぴったりです。それらは、強度、靭性、耐摩耗性、および簡単な処理のバランスを妥当なコストでバランスさせます。 芳香族ポリアミド（Kevlar®やNomex®などのアラミド）：極端なパフォーマンスに最適です。 Kevlar®のようなパラアミッドは、例外的な引張強度と耐抵抗を提供しますが、Nomex®のようなメタアラミッドは、固有の火炎耐性と熱安定性に充てられています。それらは高価であり、溶融処理できないため、一部の形状と製造ルートはより制限されています。 半芳香族ポリアミド（PPA、PA6T、PA6/12T）：高温エンジニアリングを対象としています。それらは、高温の剛性と寸法を維持し、多くの自動車液をうまく処理します。それらは溶融処理（注入/押し出し）を処理することができますが、より高い溶融温度で動作し、慎重に乾燥する必要があります。脂肪族PAとアラミッドの間にはコストがかかります。 それらは、分子鎖間の水素結合による結晶性、良好な熱耐性と耐薬品性、および水分吸収の傾向を高めていますが、これらの特性の程度はタイプによって大きく異なります。それらの機械的特性（引張強度、弾性弾性率、破壊時の伸び）は、鎖の剛性と結晶性に密接に結び付けられています。これらは高いほど、材料が硬くて強くなりますが、より脆弱です。値が低いと、より柔らかく、より丈夫な素材が生じます。 ポリアミドの一般的なグレード 以下は、最も一般的な合成ポリアミドグレード、それらの重要な特性、および典型的なアプリケーションの概要です。 学年一般名モノマー炭素数重合引張強度（MPA）弾性率（GPA）融解温度（°C）HDT（°C、乾燥、1.8 MPa）水分吸収（％） @50％RH耐薬品性PA6ナイロン6（合成）Caprolactam（ε-Caprolactam）6リングオープン重合60–751.6–2.5220–22565–752.4–3.2（〜9–11％飽和） 優れたオイル/燃料抵抗;強酸/塩基に敏感PA66ナイロン6,6ヘキサメチレンジアミン +アディピン酸6+6凝縮重合70–852.5–3.0255–26575–852.5–3.5（〜8–9％飽和） PA6と同様に、わずかに優れた溶媒耐性PA11バイオベースのポリアミド11-アミナウンドカノ酸11自己凝縮50–65 1.2–1.8185–19055–651.5–2.0優れた耐薬品性、塩スプレー、耐性耐性PA12長鎖ポリアミドラウリル・ラクタム12リングオープン重合45–551.6–1.8178–18050–600.5–1.0PA11に似ています。優れた耐薬品性PA46高テンプポリアミドテトラメチレンジアミン +アディピン酸4+6凝縮重合80–1003.0–3.5〜295160–1702.0–3.0（飽和すると高く） 優れた高テンプル、オイル、耐摩耗性ケブラーパラアミッドP-フェニレンジアミン +テレフタロイル塩化物 - 凝縮重合3000-360070–130融解なし; 500°Cを超える分解 最大300°Cまでのプロパティを保持します。 500°Cを超える分解 3–7（水分回復 @65％RH） ほとんどの化学物質に耐性があります。 UV敏感 ポリアミドを識別する方法 簡単なハンズオンテストでポリアミドをすばやくスクリーニングします - 火傷テストで始まります（溶けてから黄色で傾けた青色の炎で燃やし、セロリのような臭いを放ち、硬い黒いビーズを残します）またはホットニードルテスト（同じ匂いできれいに柔らかくなります）。 PA6/PA66（密度≈1.13–1.15 g/cm³）は水に沈み、PA11/PA12（≈1.01–1.03 g/cm³）のような長鎖グレードは水または希釈アルコールに浮かぶ可能性があることに注意してください。決定的なラボIDの場合、FTIR分光法を使用して、特徴的なN – Hストレッチ（〜3300cm⁻¹）およびC = Oストレッチ（〜1630cm⁻¹）を検出し、DSCを使用して融点（PA12≈178°C、PA6≈215°C、PA66≈260°C）を確認します。 ナイロンとは何ですか？ ナイロンは合成ポリアミドの最も有名なサブセットです。実際には、人々がプラスチックやテキスタイルで「ポリアミド」と言うとき、彼らはほとんど常にナイロン型材料を指しています。 最も広く使用されているコマーシャルナイロン - ナイロン6、ナイロン6/6、ナイロン11、およびナイロン12などは、脂肪族ポリアミドです。それらの半結晶性微細構造と強力な水素結合により、一般工学の強度、靭性、耐摩耗性、良好な熱と耐薬品性の優れた組み合わせが得られます。多目的で信頼できる、それらは広範囲の従来の製造および添加剤技術を通じて処理することができ、それらをの家族の長年の主食にすることができますエンジニアリングプラスチック。 ナイロンを識別する方法 全体として、ナイロンとポリアミドを識別するために使用される方法は、フィールドとラボでの両方で、本質的に同じです。主な違いは、ナイロングレードが正確な区別のためにより正確な基準を必要とすることです。実験室の設定では、融点を測定し、特定のグレードを特定するために、微分スキャン熱量測定（DSC）が一般的に使用されます。密度テストは、ショートチェーンナイロン（PA6/PA66）から長鎖ナイロン（PA11/PA12）を分離するための簡単な方法を提供します。さらなる確認が必要な場合、X線回折（XRD）や溶融流量（MFR）分析などの手法を適用して、6シリーズと11/12シリーズの材料をより正確に区別できます。 ポリアミドとナイロンの一般的な特性 「ポリアミド」と「ナイロン」は、しばしば同じ意味で使用されますが、ナイロンはポリアミドの1つのタイプにすぎません。このセクションでは、それらの共通のプロパティについて詳しく説明します。 構成と構造 ポリアミドは、バックボーンでアミド（-CO-NH-）結合を繰り返すことで特徴付けられますが、多くのモノマーから合成できます。脂肪族ポリアミドは、ε-カプロラクタム、ヘキサメチレンジアミンを加えたヘキサメチレンジアミン、または11-アミナウンドカノ酸などの直線鎖ユニットから構築されていますが、芳香族アラミッドは硬いベンゼンリングを連鎖に取り入れています。モノマーと重合法の選択により、鎖の柔軟性、結晶化度、水素結合密度が決定されます。これは、機械的強度、熱安定性、油、燃料、および多くの化学物質に対する耐性に影響を与える要因です。 ナイロンは、狭いモノマーセットから作られた脂肪族ポリアミドのサブセットです。一般的なナイロングレードには、ヘキサメチレンジアミンにアディピン酸を凝縮することにより生成されるPA6とPA6,6が含まれます。それらの均一なチェーンセグメントと強力な水素結合は、引張強度、靭性、耐摩耗性、および中程度の耐熱性のバランスの取れた混合をもたらす半結晶ネットワークを作成します。 融点 ポリアミド（ナイロンを含む）の融点は、モノマーの化学構造、結晶性の程度、水素結合密度、鎖の柔軟性の4つの主な要因によって決定されます。一般に、より多くの定期的に間隔を置いた水素結合とより高い結晶性が融解温度を上昇させます。逆に、結晶の形成を破壊する柔軟なチェーンセグメントが融点を低下させます。たとえば、PA11やPA12などの長鎖、低結晶性ポリアミドは178〜180°C前後に溶け、PA6やPA6/6のような一般的なナイロンは、約215°Cと265°Cの間で溶融し、ケブラーなどの硬質アロマティックポリアミドは500°Cを超えて溶けません。 引張強度と靭性 一般に、ナイロンは強度と靭性のバランスの取れた組み合わせを提供し、他のポリアミドはより広範なパフォーマンスチューニングを提供します。高強度の端で、Kevlar®などの芳香族アラミッドは、最大3.6 GPa（〜3600 MPa）までの繊維引張強度を達成し、弾道衝撃下でのエネルギー吸収に優れています。反対側では、PA11やPA12のような長鎖脂肪族ポリアミドは、優れた延性と高い衝撃耐性のために引張強度（〜45〜60 MPa）を交換します。一般的なナイロン（PA6およびPA6,6）は真ん中に真っ直ぐに横たわっており、約60〜85 MPaの乾燥した引張強度とバランスの取れた耐衝撃性を提供し、耐荷重く衝撃耐性成形部品に人気のある選択肢となっています。 耐摩耗性 ポリアミドファミリー全体は、良好な耐摩耗性を提供します。 […]
ステンレス鋼のキッチン用品とカトラリーを選択すると、18/8、18/10、18/0というラベルが付いたグレードがよく表示されます。これらの数値は、合金の特性を定義する2つの重要な要素であるクロムとニッケルのおおよその割合を示しています。クロムは、鋼の表面に酸化クロム（cr₂o₃）の保護層を形成し、錆や酸化を防ぎます。ニッケルは、顔中心の立方体（FCC）構造を安定化し、鋼の延性、靭性、および非磁性特性を与えます。また、耐食性を高め、より明るく滑らかな仕上げを提供します。
3D プリントはデジタル モデルを実際の物理的なオブジェクトに変換します。そのプロセスは通常、STL ファイルから始まります。このガイドでは、STL ファイルとは何か、STL ファイルを独自に作成する方法、またはオンラインで既製のファイルを見つける方法、Cura や PrusaSlicer などのスライサー ソフトウェアを使用して印刷用に準備する方法、および適切な結果を達成するための実践的なヒントについて学びます。 STLファイルとは何ですか? STL は、Standard Tessellation Language (Standard Triangle Language とも呼ばれます) の略です。最初は初期のステレオリソグラフィ ソフトウェアで使用されましたが、現在ではほぼすべての 3D プリンタの標準形式になっています。 STL ファイルは、3D プリンタやスライシング プログラムが読み取ることができるデジタル ファイル形式です。オブジェクトの外形のみを定義し、色、テクスチャ、マテリアルなどの追加情報は保存しません。 これを行うために、STL ファイルは、オブジェクトを小さなタイルで覆うのと同じように、3D モデルの表面を小さな接続された三角形に分割します。三角形の数が多いほどファイルの解像度が高くなり、曲面がより滑らかでリアルに見えます。三角形の数が少ないと、ファイルが小さくなり、処理が速くなりますが、曲線が多面的または「ブロック状」に見える場合があります。印刷する前に、STL は G コード (プリンターが実際に従うステップバイステップの指示) に変換されます。 3D プリントに STL を使用する理由 ほぼすべてのプリンタとスライシング プログラムは、追加の手順を行わずに STL ファイルを読み取ることができます。この形式の三角形ベースのジオメトリにより、スライサー ソフトウェアは 3D モデルを印刷可能なレイヤーに簡単に変換できます。同時に、STL ファイルは広くサポートされています。ほとんどの CAD プログラムは独自のネイティブ形式を使用していますが、ほぼ常に STL にエクスポートできるため、STL が設計ツールとプリンタの間の共通言語になります。もう 1 つの実用的な利点はサイズです。STL […]
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