CNC加工とは？始めるための完全基礎

疑問に思う CNC加工と、それが製造業界でなぜ重要なのか？そう思っているのはあなただけではありません。コンピュータ数値制御（CNC）加工は、高度な技術を用いて部品を精密に切断、成形、製造する、現代の製造業における重要な役割を担っています。

この記事では、CNC工作機械の基本的な仕組みと、自動車部品からハイテク機器まであらゆるものの製造におけるその役割について詳しく解説します。また、この技術が活用されている多くの業界と、それがなぜそれほど重要なのかについて考察します。

CNC加工の概要

CNC加工はコンピュータ制御で、高精度の部品やコンポーネントを製造します。この工程では、コンピュータプログラムが切削工具の動きを制御し、CNCプログラミングによって加工対象物から材料を削り取り、完成品を製造します。

CNC技術は、金属、プラスチック、その他の材料から作られた部品やコンポーネントを含む、多種多様な部品を製造します。複雑な形状と高精度の部品も製造できるため、航空宇宙、自動車、医療機器、消費財など、多くの業界で広く採用されています。

従来の加工方法に比べて、精度、一貫性、速度の向上、複雑な形状や精緻なディテールの加工など、様々な利点があります。また、多軸マシニングセンターや高速加工といった高度な切削工具や技術を活用できるため、工程の効率と品質をさらに向上させることができます。

CNC加工の歴史

その歴史は、最初の数値制御（NC）工作機械が開発された1940年代にまで遡ります。時が経つにつれ、これらの工作機械はより広く普及し、高度化しました。これにより、航空宇宙、自動車、防衛など、様々な産業の要件を満たす能力を獲得しました。

しかし、古い CNC マシンでは依然として手動入力が必要であり、機能も限られていました。

製造業の変革は1970年代にコンピュータの導入とともに始まり、画期的な進歩、すなわち最初のCNC工作機械の登場につながりました。コンピュータ制御を備えたこれらの高度な工作機械は、かつてない速度と精度でデータを処理できるようになりました。この革新により、CNCオペレーターは機械に直接コマンドを入力することができ、必要な操作は機械が自動的に実行され、製造プロセスが大幅に効率化されました。

CNCマシンは、長年にわたり技術の進歩を続けてきたものの、これはほんの始まりに過ぎませんでした。より高度なソフトウェアとハ​​ードウェアの開発、そして新しい材料や工具の選択肢の導入により、製造ユニットの可能性はますます広がりました。

今日、CNC 機械はさまざまな業界で一般的に使用されており、高い精度と精密さでさまざまな製品を生産することができます。

CNC 加工の仕組み

現代のCNCシステムは、人間の介入を可能な限り最小限に抑えることに重点を置いています。これにより、一貫性と継続性を確保し、スマートな製造を促進し、優れた結果をもたらします。

しかし、CNC製造では、初期設計から最終製造に至るまで、綿密な検討が必要です。プロセス全体は3つの異なるステップで進行します。

1 – デザイン

CNC加工における最初の重要なステップは、CAD、CAM、CAEなどのソフトウェアアプリケーションを活用することです。エンジニアや設計者はこれらのツールを用いて部品や製品を設計し、製造可能性を評価します。この評価は製造性を考慮した設計（DFM）と呼ばれ、極めて重要です。これにより、既存の技術の制約の中で、設計を最適化し、効率を最大化し、コストを削減することが可能になります。

ほとんどの場合、市場で入手可能な CAD ツールには、前処理とプログラミングを容易にする内部 CAM ツールが付属しています。

CAD 設計が完成したら、設計者はそれを CNC 互換のファイル形式 (通常は STEP または IGES) に変換します。

2 – 前処理とプログラミング

CNC工作機械のプログラミングでは、主にGコードとMコードを用いて工作機械と通信します。CAMパッケージによって生成されるこれらのコードは、CNC操作における切削工具のパスのガイドとして機能します。

通常、設計がDFM（製造性を考慮した設計）基準に準拠している場合、CNC加工士は前処理や操作段階に介入する必要はありません。しかし、設計がこれらの基準を満たしていない場合は、最適なパフォーマンスを保証するために、ある程度の手動介入が必要になる場合があります。

前処理はCNC加工における標準的なステップであり、その所要時間は設計の品質によって異なります。GコードやMコードのプログラミングは通常数分で完了します。しかし、CNCプログラミングの成功は、設計がDFM規則に準拠しているかどうかにかかっています。正確な設計は正しいコードと満足のいく結果を生み出しますが、設計上の欠陥は誤ったコードと不良な結果につながります。

3 – 機械加工

最後の段階は機械加工プロセスで、前のステップで提供されたコードを使用して、ブロックから余分な材料を除去します。

工作機械の精度は非常に重要ですが、CADモデルの正確な寸法を再現することはしばしば困難です。そのため、機械工は通常、業界の要件に応じて異なるISO 2768規格の公差を適用します。公差が狭くなると製造コストが増加するという原則は広く受け入れられています。