主要な機械の種類

CNC機械の種類

異なる仕事には異なる機械が必要です。以下は、ショップで遭遇する可能性のある主要な種類です。

CNCミル: 多くの工場の主力機種です。回転する切削工具が移動し、固定された工作物から材料を除去します。ミルは平面、ポケット、スロット、穴、そして複雑な3D断面をカットできます。多くの工場では、垂直ミルを使用しています。ここでは、スプーンが下向きに指しています。

CNCラザ (回転センター): 工作物が回転し、固定された切削工具が材料を除去します。ラザは、回転シンメトリーを持つ部分を作成します：シャフト、ブッシング、ピン、糸、そして回転する部分です。もし、部分が円柱状であれば、ラザから作られました。

CNCルーター: ミルと似ていますが、より柔らかい材料をカットし、大きな作業範囲で作業することができます。ルーターは木材、プラスチック、フォーム、アルミニウムシートをカットします。サインメーキング、カビネット、コンポジット製造などでよく使用されます。

EDM (電気放電加工): 切削工具が工作物に触れないのではなく、電気の放電で材料を除去します。EDMは硬化した鋼をカットできます。通常の切削では作成できない形状も作成できます：小さな穴、鋭い内部の角、複雑なダイキャビティ。

3軸 vs 5軸: 3軸ミルはX（左右）、Y（前後）、Z（上下）で工具を移動します。5軸ミルは、工具が工作物からほぼどの角度でも接近できるように、2つの回転軸を追加しています。5軸機はより高価で、プログラミングも難ですが、複雑な航空宇宙や医療部品を作成することができ、複数のセットアップとフィクスチャが必要なくなる単一のセットアップで作成できます。

適切な機械を選ぶ

ジョブに合ったマシンを選ぶ

機械工は、部分を見て、それを最も効率的に作るマシンを知る必要があります。

座標系と運動

Gコード：CNCの言語

すべてのCNCマシンは、移動場所、スプーンの回転、冷却水のオンオフ、工具の交換など、各行がマシンに何をするかを指示するプログラムを読みます。Gコード：シンプルな言語です。

Gコードはカートエジアン座標系を使用します。ミル上で:

- X = 左と右

- Y = 前と後

- Z = 上と下 (Zはワーカーピースからの距離で、常にZがポジティブである)

すべてのプログラムにはワークオフセットがあります。これは、機械がX0 Y0 Z0として扱うワークピース上のポイントです。これは通常、ワークピースの上の角または中心です。マシニストは、ツールをワークピースに触れて、制御器がどの位置にあるかを伝えることで、このポイントを設定します。

最も重要な動作命令:

- G00: 急速移動。機械は最速で位置に移動します。再配置のために使用され、切断のために使用されません。材料に急速に移動し、ツールがクラッシュすることです。

- G01: 直線進行移動。機械は直線上に制御された進行率で移動します。これは基本的な切断移動です。

- G02: 時計回りに円弧をカットします。

- G03: 逆時計回りに円弧をカットします。G02と同じですが、逆方向です。

Mコードは、動作以外の機械機能を制御します:

- M03: 反時計回りにスパインドン

- M05: スパインドストップ

- M08: クーラントオン

- M09: クーラントオフ

- M06: ツール変更

- M30: プログラム終了とリセット

Gコードのブロックを読む

Gコードの読み方

ここに短いGコードのスニペットがあります。各行はブロックと呼ばれます。

G00 X0 Y0 Z1.0
G00 Z0.1
G01 Z-0.25 F10.0
G01 X3.0 F15.0
G00 Z1.0

F値は進行率です：ツールが材料を通じてどのくらい速く移動するか、インチあたり分です。

ツールオフセット

Tool Length & Work Offsets

各切削工具の長さは異なります。6インチのエンドミルは、2インチのドリルよりもスパインからさらに外に突き出します。機械がこの差を考慮しない場合、切断が深すぎたり浅すぎたりします。

これは、ツール長オフセットで解決されます。マシニストは、各ツールの長さを測定し、コントローラーに登録します。プログラムがそのツールを呼び出すとき、機械はZの移動を調整して補償します。

ツールオフセットを誤ると、最も一般的なクラッシュの原因の一つです。オフセットが短すぎる場合、ツールは予想以上に深く突入します。オフセットが長すぎる場合、ツールはワークピースの上に空気を切断します。

ワークオフセット（G54、G55、G56など）は、ワークピースがテーブル上でどの位置にあるかを機械に伝えます。マシニストは、異なるワークオフセットを複数設定し、それらを順番に実行することができます。

切断ツール

切断ツールとその役割

CNCマシンは、スパインに装着されているツールの品質だけが重要です。異なる操作には異なるツールが必要です。

エンドミル: 最も柔軟性の高い研削工具です。下面と側面を切断します。平面エンドミルは平面フロアを残し、ボールエンドミルは丸い表面を残します。3Dコンタウアリングに使用されます。エンドミルは2フレット、3フレット、4フレットのデザインがあります: 多くのフレットがあるほど滑らかな完成度ですが、適切なチップロードを維持するために高速なフィードレートが必要です。

ドリル: 材料に穴をあけるためのものです。スポットドリルは、正確な中心から穴を始めます。ツイストドリルは、穴を深さまで穿孔します。リアマーは、穴を正確な径にし、滑らかな完成度にするために穴を追跡します。

インサート: 工具ホルダーに取り付け可能な交換可能な切削尖端です。ラテンとフェイスミルではよく使用されます。インサートのエッジが磨れた場合は、インデックス（新しいエッジに回転）またはツール全体ではなく、インサートだけを置き換えることができます。これにより、生産中に大きな金額を節約できます。

工具材料: 切削工具の大半は、高速鋼（HSS）またはカルシウムです。カルシウムは硬く、高速で走らせることができますが、脆い性質があり、高価です。セラミックやダイヤモンドコーティングされた工具は、高速の専門的なアプリケーションに使用されます。

スピードとフィード

スピードとフィード：核心の計算

スピード（RPM）は、スパインが回転する速度です。フィード（IPM：インチあたり分）は、工具が材料を通過する速度です。これらの値を正確に設定することは、良い切断と工具が折れることの差です。

開始点は、切削材料と工具材料に依存する表面速度（SFM：表面フィートあたり分）です。カルシウム工具でアルミニウムを切ると800 SFMになります。カルシウム工具で軟鋼を切ると400 SFMになります。ステンレス鋼は250 SFMになります。

RPMは、SFMと工具径で計算されます：

RPM = (SFM x 3.82) / Tool Diameter

チップロードは、工具が1回転で削除する材料の厚さです。これは、切断の基本的な単位です。チップロードが低すぎると、工具が摩擦する代わりに切断され、熱が発生し、摩耗が加速します。チップロードが高すぎると、工具が過負荷になり、折れることがあります。

フィードレートは、チップロードから来ます：

Feed (IPM) = RPM x Number of Flutes x Chip Load

これは、開始点です。マシニストは、見た、聞いた、測定したものに基づいて調整します。良い切断は滑らかで、悪い切断は悲鳴を上げ、機械が揺れることを意味します。

許容範囲とGD&T

GD&T：許容範囲、位置、および幾何学的制御の図示[/static/diagrams/cnc_tolerances_gdt.svg]

許容範囲：どれくらいの精度が十分か？

どの部分も完全な寸法で作られません。図に記載されているすべての寸法には、許容範囲：変動の許容範囲があります。

寸法が2.500 ± 0.005インチと表示されている場合、この部分は2.495から2.505インチまで実際に作られても検査を通過します。この許容範囲は、プラスまたはマイナス5千分のインチ（五分）と呼ばれています。

より狭い許容範囲はコストが高まります。0.0005インチ（半分）の許容範囲を満たす部分には、より良い機械、鋭い工具、遅いフィード、温度制御された環境、およびより注意深い検査が必要です。マシニストの役割は、許容範囲に達することです、図に示されている以上の完全さを追求することではありません。

GD&T（幾何学的寸法化および許容範囲化）は、単純なプラス／マイナスを超えて、特徴の幾何学を制御します：

- 平坦度: 表面がどれくらい平らですか？平坦度が0.001インチである場合、表面全体が0.001インチ間の2本の平行平面に収まる必要があります。

- 共心性: 円柱状の特徴がどれくらい同じ中心軸を共有していますか？

- 真の位置: 描画で指定されている場所とどれくらいの近さで穴がありますか？

GD&Tは独自の言語と独自の記号があります。基本的なものだけを学ぶには時間がかかりますが、すべてのマシニストには必要です。

測定と検査

測定工具：カリパー、ミクロメーター、CMM、ゲージピン[/static/diagrams/cnc_measurement_tools.svg]

作成したものを測定する

許容範囲を達成することはできません。

カリパー: 内径、外径、深さ、および段差を測定します。デジタルカリパーは0.0005インチまで読み取ることができます。± 0.005インチの許容範囲やそれ以下のものに適しています。

ミクロメーター: カリパーよりも精度が高くなります。外部ミクロメーターは0.0001インチまで読み取ることができます。± 0.001インチの許容範囲以下のものに使用されます。ミクロメーターは外部寸法、内部ボア、および深さの異なるタイプが必要なものを一筋縄で測定することができます。

CMM (座標測定機): コンピュータ制御のプローブで、部品のポイントに触れて3D測定マップを作成します。CMMは、手でチェックできない複雑なGD&T要件を検証できます。CMMは高価ですが、航空宇宙や医療製造では標準的なものです。

ゲージピンとゲージブロック: 正確なサイズに研磨されています。穴の径を確認するためのもの（go/no-goゲージピン）および他のインストゥメントのキャリブレーションに使用されます。高さの千分の一まで正確なゲージブロックセットは、数千ドルかかります。

CNC キャリアパス

CNC加工のキャリアパス

CNC加工は、手の操作と技術的な計画の組み合わせが異なる複数のキャリアトラックを提供します。

CNCオペレーター: マシンを操作し、材料をロードし、ツールを設定し、プログラムを開始し、カットを監視し、完成した部品を検査します。エントリーレベルなポジションですが、プロセスを理解する良いオペレーターはカーバイドの重さに値します。航空宇宙および医療分野を含む、平均賃金は$40,000-$50,000です。

CNCセットアップテクニシャン: 新しいジョブを設定する複雑な部分を担当します。セットアップテクニシャンはプロセスを実行するまで、ファクタリング、ツールオフセット、ファーストアーティクル検査、および新しいジョブを設定する Dial inします。セットアップテクニシャンは通常$50,000-$65,000を獲得します。

CNCプログラマー: 通常、CAM（コンピューターアシスタッドマニュファクチャリング）ソフトウェアを使用してGコードを記述します。このソフトウェアは3Dモデルのツールパスを生成します。プログラマーは、カットング戦略、ツールの選択、およびマシンシーケンスを決定する必要があります。彼らはソフトウェアと物理カットプロセス双方についての強力な理解が必要です。$55,000-$80,000の範囲です。

製造技術者: 設計全製造プロセス: どの機械、どの順番の操作、どの固定装置、どの品質チェック。彼らは生産問題を解決し、コストと品質を最適化します。通常、学位または広範な経験が必要です。65,000ドルから95,000ドル。

NIMS認定: メタルワーキングスキルズ国立研究所は、CNCミリング、CNCターニングなどの分野で業界認定を提供しています。NIMS認定は、雇用主にとって競争力のある証明となり、キャリアの進捗を促進します。

多くの機械操作者は、NIMS資格を得て、セットアップやプログラミングに進み、最終的に部門を指揮するか、自分のショップを開始します。この職業は、非常に一般的なキャリアパスです。

あなたの道のり

道のりについて考える

特定のエントリーポイントはありません。いくつかの人々はコミュニティカレッジプログラムを通じて始めます。いくつかの人は製造業会社でのアペンタシップを通じて始めます。いくつかの人は軍で機械加工を学びます。共通の要素は、機械の上で実践的な時間です。

何を覚えたのか

まとめ

以下が今日カバレーションした内容です:

- CNC機械は、千分の一厘の精度でパーツを切断するが、機械操作者が重要な決定を引き続き行います

- ミルは平面および複雑な形状を切断し、ラザールは丸いパーツを作り、ルーターは大きな柔らかい材料を扱い、EDMはハード化鋼を切断するために電気的スパークを使用します

- GコードはCNCの言語で、G00は急速移動、G01は切断、G02/G03は円弧、Mコードは機械機能です

- スピードとフィードは表面速度、ツール径、チップロード、フルートの数から計算されます

- 容差は許容変動を定義します。GD＆Tは幾何学を制御します。測定ツールは容差よりも精度が必要です

- キャリアパスはオペレーターから製造技術者まで広がり、NIMS認定が業界の資格として認められます

CNC加工は数学、問題解決能力、そして手の施す技術が重要です。機械は毎年能力が高まっているが、それでも金属を切断する物理学を理解する人々が必要です