CNCマシンは、正確な部品のさまざまな可能性を提供する素晴らしいテクノロジーですが、最終製品は、設定した設計と同じくらい優れています。完全な形状を考慮して、機械加工部品を開発する際に考慮しなければならないいくつかの主要な考慮事項があります。
今のところ、そのようなガイドラインは、石に設定された実際のプロトコルよりも経験則です。業界全体の標準はまれであり、テクノロジーは常に流動的であり、何が可能で何が不可能かという点で限界を押し広げる、新しくエキサイティングなイノベーションを生み出しています。しかし、試行錯誤され、生きるための真のルールとなった多くの慣行があります。 CNC機械加工用の部品の設計に伴う制限と考慮事項の一部を次に示します。
基本的なルール
一般に、可能な限り最大の直径の工具が部品を加工できるように部品を設計するのが最善です。これにより、特殊なツールが不要になり、処理が高速になります。また、幅の4倍以上の深さのキャビティを設計しないことをお勧めします。デザインの機能が、マシンで許可されている主な方向と一致していることを確認することが重要です。これには、加工する軸の数を覚えておく必要があります。
テキストや文字を加工する場合は、エンボス加工ではなく、刻印されたテキストを使用することをお勧めします。エンボス加工されたテキストは、プロセス全体で削除する必要のある大量の素材を使用してしまう可能性があります。刻印されたテキスト内の小さな不要な機能を避けるために、最小サイズが20ポイントのサンセリフフォントを使用することもお勧めします。
機械工と協力する場合は、製図を提出することをお勧めします。これらは非常に特殊なフォーマットである必要がありますが、パーツの設計を進め、その最高の品質を引き出すのに大いに役立ちます。
マシンタイプ
部品の詳細を検討する前に、使用しているCNCマシンのタイプの制限と長所に注意することが重要です。これは基本的なことのように思われるかもしれませんが、さまざまなタイプのCNCマシンを使用すると、特定の形状や形状をより適切に制御できます。最も一般的なタイプのいくつかを、その長所とともに以下に示します。
旋盤は一般的に複雑な円筒形に使用されます。その機能により、旋盤は厳しい公差と費用効果の高いレベルの操作を提供するため、これらの円形カットに最もよく使用されます。旋盤では、切削工具が静止したままで材料が回転するため、形状は、材料の回転速度制御に加えて、静止工具の移動速度と送り速度に依存します。旋盤は旋盤用に作られているので、成形は最大の強みではありません。旋盤は、使用する材料が厚くなるにつれて精度も低下します。
フライス盤にはさまざまな種類があります。それらを旋盤と比較する際の主な違いは、切削工具が材料とは対照的に動くことです。垂直フライス盤には、スピンドル軸と、機械のベッドに対して垂直に配置された切削工具があります。水平フライス盤カッターは、テーブル全体の水平スピンドルに取り付けられています。一般に、カッターで多くの材料を除去する必要がある場合、または精度の必要性が少ない場合に使用されます。より多くの軸を備えた機械は、旋盤とミルの両方の利点を1つのセットアップで活用および組み合わせることができます。
ルーターは、切削工具が機械のベッドに対して垂直に配置されるという点で、垂直フライス盤に似ています。さらに、ルーターは、パーツが所定の位置に固定されたままであるため、マテリアルの処理についても移動します。主な違いは、ワークエリアとマシンの比率です。これは、ルーターの場合はほぼ1：1ですが、ミルの場合は1：3に近くなります。大きな木のシートに特に適しています。設計では、これらの面積の違いと、コーナーの内側を少しトリッキーに見つける方法を考慮に入れる必要があります。同様に、細かいディテールを含む詳細なカットでは、小さなツールを使用する必要がありますが、ツールが無効になる前に取得できるのは非常に小さいものだけです。
ツールの制限
機械加工に関する最も一般的な経験則の1つは、工具の直径とキャビティの深さの比率です。エンドミル工具には切削長さに制限があるため、設計のキャビティの推奨深さはその幅の4倍です。これは通常、ツールの直径の3〜4倍です。深さと幅の比率が低いと、振動、工具のたわみ、切りくずの排出が増加します。
覚えておく必要のあるもう1つの一般的な制限は、ツールの形状です。膨大な数のCNC切削工具は円筒形であり、切削長さを制限することができます。この形状は、行われる最終的なカットに関係があります。たとえば、ピースの内側の角には常に半径があります。これは、非常に小さな切削工具で加工した場合でも当てはまります。
専用ツールはこれらの問題のいくつかを回避するのに役立ちますが、独自のトレードオフがあります。工具の長さがワークピースのキャビティのより深い部分に到達するのに問題がある場合は、より長いシャフトを備えた専用工具を使用できますが、欠点に留意する必要があります。ツールが長くなると、振動が増加し、達成できる精度が低下する可能性があります。部品の設計は、通常、ユーザーにとって最も実現可能なように、より長い直径とより短い長さのツールを使用することを目的とすべきです。
設計ガイドライン
インナーエッジ
内縁の設計で最も一般的に推奨される垂直コーナー半径は、キャビティ深さの3分の1以上です。推奨されるコーナー半径を使用する場合は、推奨されるキャビティ深さのガイドラインに従う直径ツールを使用する必要があります。より高品質の表面仕上げを得るには、コーナー半径を推奨量よりわずかに大きくするのが最善です。これにより、ツールは90度の角度ではなく、円形のパスに沿ってカットできます。ただし、代わりに90度の角度が必要な場合は、コーナー半径を小さくするのではなく、Tボーンアンダーカット（以下で説明）を使用することをお勧めします。
薄壁
壁の厚さを薄くすると材料の剛性が低下し、機械加工中の振動が増加し、達成可能な精度が低下するため、薄い壁は扱いにくい場合があります。さらに、プラスチックやその他の温度が発生しやすい材料に関しては、軟化と残留応力を監視するのが最善です。最小肉厚を大きくすると、これらの要因を軽減できます。推奨される最小値は、材料とツールによって異なりますが、機械工が使用する一般的なガイドラインは、金属の場合は0.8 mm、プラスチックの場合は1.5mmです。
穴
穴がある場合は、穴あけの深さを低く保ち、完全に必要な場合を除いて平底の穴にかみ込まないようにするのが最善です。これらは非常に扱いにくいか、特殊な工具が必要になる可能性があるためです。穴はドリルビットまたはエンドミル工具のいずれかを使用して機械加工され、公差が厳しいものはリーマとボーリング工具を使用して仕上げる必要があります。 20 mm未満の高精度の穴の場合、標準の直径を使用することを強くお勧めします。標準外の直径の穴は、エンドミル工具で機械加工する必要があります。この場合、最大キャビティ深さ制限が適用されます。ツールの一般的な推奨値よりも深い穴は、専用のドリルビット（最小直径3 mm）を使用して加工されます。
延長穴の場合、パーツは両側からドリルで穴を開けることができますが、2つの穴が出会う場所で不一致が発生することを認識することが非常に重要です。このような不一致に対処するために、ユーザーはジギングを適用できます。
エッジドリルの場合、ドリルの直径全体がパーツ内に含まれていることを確認する必要があります。そうでない場合、ドリルが破損し、表面仕上げが悪くなり、コーナーに作成された鋭いエッジが折りたたまれる可能性があります。完全に必要な場合は、最初に部品にドリルで穴を開けてから、材料を削り取り、部分的な穴を残します。
ねじ山、タッピング、ねじ切り
雌ねじは通常、タップで切断され、雄ねじはダイで切断されます。タップとダイを使用してねじ山を切り落とすことができます。 CNCねじ切り工具は一般的であり、機械工は蛇口の破損のリスクを制限できるため、それらを好みます。タップにはさまざまな種類があり、それぞれに独自の性質があります。カットタップは、穴から材料を取り除くことにより、嵌合ペアのメス部分を作成します。フォームタップを使用すると、ユーザーは穴内の材料の変位によってスレッドを作成します。切削工具と成形工具はどちらも基本的に同じねじ山を生成し、同じ方法でゲージングされますが、それらの使用要件と達成される結果は、多くの点で異なります。
スレッドミルは別のオプションです。これらは、ねじれを作成するためにらせん補間を使用してスピンドルの軸に沿って挿入されます。通常、タップとスレッドミルはめねじ用で、ねじ切りダイとねじミルはおねじ用です。速度に関しては、リジッドタップを備えた高速タッピングセンターは、同じ穴をねじ切りするのにかかる時間の何分の1かで穴をねじ込むことができます。ただし、タッピングセンターの主な制限の1つは、異なるサイズの穴ごとに異なるサイズのタップが必要になることです。
ねじ山に当たる荷重の矢面は、最初のいくつかの歯（公称直径の最大1.5倍）に当たります。したがって、呼び径の3倍より長いねじは不要です。タップで切断された止まり穴のねじ山（つまり、M6より小さいすべてのねじ山）の場合、穴の底に公称直径の1.5倍に等しいねじ山のない長さを追加します。 CNCねじ山工具（M6より大きいねじ山）を使用できる場合、穴はその長さ全体にねじ込むことができます。
小さな機能
小さな機能は、特定の最小スケールとサイズの後で難しい場合があります。直径2.5mm（0.1インチ）未満のキャビティと穴の加工は、マイクロ加工と見なされ、特殊なツールと専門知識が必要です。このような機能を加工するにはマイクロドリルが必要であり、このような加工作業の物理的特性は大きく異なる可能性があります。どうしても必要な場合を除いて、このような機能は避けるのが最善です。
アンダーカット
標準の切削工具は真上から部品にアクセスする必要があるため、アンダーカットの加工には専用工具を使用する必要があります。アンダーカットの種類ごとに異なる設計手法があります。最も一般的な2つは、Tスロットアンダーカットとダブテールアンダーカットです。
Tスロット切断用の工具は、垂直シャフトに水平切断刃を備えています。アンダーカットの幅は、3ミリメートルから40ミリメートルの範囲です。アンダーカット幅を定義するときは、全体の増分または一般的に使用される分数を使用することをお勧めします。
ダブテール切削工具は、角度によって異なります。使用される標準角度は45度と60度です。ただし、5度と10度のツールを最大120度で10度刻みで見つけることもできます。内壁にアンダーカットのある部品を設計する場合は、工具用に十分なクリアランススペースを確保してください。
通常、機械加工された壁と他の内壁の間には、アンダーカットの深さの少なくとも4倍が必要です。切削径と軸径の標準的な比率は2対1で、切削深さを制限します。標準外の深さが必要な場合は、機械工場でカスタムツールを作成できます。どうしても必要な場合は、アンダーカット量をできるだけ少なくしてください。ただし、アンダーカットを完全に回避することをお勧めします。それらは機械加工が難しい場合があり、複雑なものは専門の工具または複数のセットアップを必要とします。
面取りとフィレット
面取りは、2つのサーフェスが鋭いエッジで交わるスロープカットです。これにより、ボルトを穴に挿入するための組み立てが容易になり、鋭利な物体を取り扱う際の怪我のリスクが軽減されます。バリ取りは同様の目標を達成しますが、パーツのエッジを壊すことによって達成されます。これにより、多くの場合サイズが小さくなるため、特定のサイズでは材料を面取りする方が適しています。さらに、別の角度を使用することが不可欠でない限り、面取りのエッジは45°に保つ必要があります。
フィレットでは、パーツの内側または外側のコーナーを丸める必要があります。より簡単な機械加工プロセスにつながるように、カッターの半径よりも大きいパーツの半径を維持することをお勧めします。一方、内部フィレットは、大径工具を使用できるようにできるだけ大きくして、加工時間を短縮する必要があります。一般に、内部フィレットの半径は、工具の破損を防ぐために、キャビティの深さの1/3より大きくする必要があります。
