精密機械加工は、公差の狭い仕上げを保持しているときにワークピースから材料を除去するプロセスです。精密機械には、フライス盤、旋削、放電加工など、さまざまなタイプがあります。今日の精密機械は、一般的にコンピューター数値制御（CNC）を使用して制御されます。
プラスチックや木材などの他の多くの材料と同様に、ほとんどすべての金属製品は精密機械加工を使用しています。これらの機械は、専門的で訓練を受けた機械工によって操作されます。切削工具がその仕事をするために、それは正しい切削をするために指定された方向に動かされなければなりません。この主要な動きは「切削速度」と呼ばれます。「送り」の二次動作として知られる、ワークピースを移動することもできます。これらの動きと切削工具の鋭さにより、精密機械が作動します。
高品質の精密機械加工には、AutoCADやTurboCADなどのCAD（コンピューター支援設計）またはCAM（コンピューター支援製造）プログラムによって作成された非常に特殊な青写真に従う能力が必要です。このソフトウェアは、工具、機械、またはオブジェクトを製造するために必要な複雑な3次元の図または輪郭を作成するのに役立ちます。これらの青写真は、製品がその完全性を維持することを保証するために、非常に詳細に順守する必要があります。ほとんどの精密機械加工会社は、何らかの形式のCAD / CAMプログラムを使用していますが、設計の初期段階では、手描きのスケッチを使用することがよくあります。
精密機械加工は、いくつか例を挙げると、鋼、青銅、グラファイト、ガラス、プラスチックなどの多くの材料に使用されています。プロジェクトの規模や使用する材料に応じて、さまざまな精密工作機械が使用されます。旋盤、フライス盤、ドリルプレス、のこぎり、グラインダー、さらには高速ロボット工学の任意の組み合わせを使用できます。航空宇宙産業は高速機械加工を使用する可能性がありますが、木工工具製造産業は光化学エッチングおよびフライス盤プロセスを使用する可能性があります。ランの解約、または特定のアイテムの特定の数量は、数千、またはほんの数に達する可能性があります。精密機械加工では、CNCデバイスのプログラミングが必要になることがよくあります。つまり、コンピューターで数値制御されます。CNCデバイスを使用すると、製品の実行中に正確な寸法を追跡できます。
フライス盤は、ロータリーカッターを使用して、カッターを特定の方向でワークピースに前進（または送り）することにより、ワークピースから材料を除去する機械加工プロセスです。カッターは、工具の軸に対してある角度で保持することもできます。フライス盤は、小さな個々の部品から大規模で頑丈なギャングフライス盤まで、さまざまな操作と機械をカバーしています。これは、カスタムパーツを正確な公差で機械加工するために最も一般的に使用されるプロセスの1つです。
フライス盤は、さまざまな工作機械で行うことができます。フライス盤用の工作機械の元々のクラスは、フライス盤（しばしばミルと呼ばれる）でした。コンピューター数値制御（CNC）の出現後、フライス盤はマシニングセンターに進化しました。自動工具交換装置、工具マガジンまたはカルーセル、CNC機能、冷却システム、およびエンクロージャーによって強化されたフライス盤です。ミリングセンターは、一般的に縦型マシニングセンター（VMC）または横型マシニングセンター（HMC）に分類されます。
フライス盤の旋盤環境への統合、およびその逆の統合は、旋盤用のライブツーリングと旋盤加工用のミルの時折の使用から始まりました。これにより、新しいクラスの工作機械であるマルチタスクマシン（MTM）が生まれました。これらは、同じ作業範囲内でのフライス盤と旋削を容易にするために設計されています。
部品の調達に依存する設計エンジニア、R＆Dチーム、および製造業者にとって、精密CNC機械加工により、追加の処理なしで複雑な部品を作成できます。実際、精密なCNC機械加工により、完成した部品を1台の機械で製造できることがよくあります。
機械加工プロセスでは、材料を除去し、さまざまな切削工具を使用して、最終的な、多くの場合非常に複雑な部品の設計を作成します。工作機械の制御を自動化するために使用されるコンピューター数値制御（CNC）を使用することにより、精度のレベルが向上します。
精密加工における「CNC」の役割
コード化されたプログラミング命令を使用して、精密CNC機械加工により、機械のオペレーターが手動で介入することなく、ワークピースを仕様に合わせて切断および成形できます。
専門の機械工は、顧客から提供されたコンピューター支援設計（CAD）モデルを使用して、コンピューター支援製造ソフトウェア（CAM）を使用して部品の機械加工手順を作成します。CADモデルに基づいて、ソフトウェアは必要なツールパスを決定し、マシンに指示するプログラミングコードを生成します。
■正しいRPMと送り速度は何ですか
■工具やワークピースをいつどこに移動するか
■切り込みの深さ
■クーラントをいつ塗布するか
■速度、送り速度、調整に関連するその他の要素
次に、CNCコントローラーはプログラミングコードを使用して、機械の動きを制御、自動化、および監視します。
現在、CNCは、旋盤、ミル、ルーターからワイヤーEDM（放電加工）、レーザー、プラズマ切断機まで、さまざまな機器に組み込まれています。CNCは、機械加工プロセスの自動化と精度の向上に加えて、手作業を排除し、機械工が同時に稼働する複数の機械を監視できるようにします。
さらに、ツールパスが設計され、マシンがプログラムされると、パーツを何度でも実行できます。これにより、高レベルの精度と再現性が提供され、プロセスの費用対効果と拡張性が向上します。
機械加工された材料
一般的に機械加工される金属には、アルミニウム、真ちゅう、青銅、銅、鋼、チタン、亜鉛などがあります。さらに、木材、発泡体、グラスファイバー、およびポリプロピレンなどのプラスチックも機械加工できます。
実際、アプリケーションとその要件に応じて、ほぼすべての材料を精密CNC機械加工で使用できます。
精密CNC加工のいくつかの利点
幅広い製品で使用される多くの小さな部品やコンポーネントでは、精密CNC機械加工が選択される製造方法であることがよくあります。
事実上すべての切断および機械加工方法に当てはまるように、異なる材料は異なる動作をし、コンポーネントのサイズと形状もプロセスに大きな影響を与えます。ただし、一般に、精密CNC機械加工のプロセスには、他の機械加工方法よりも優れた利点があります。
これは、CNC機械加工が以下を実現できるためです。
■高度な部品の複雑さ
■厳しい公差。通常、±0.0002 "（±0.00508mm）から±0.0005"（±0.0127mm）の範囲です。
■カスタム仕上げを含む、非常に滑らかな表面仕上げ
■大量でも再現性
熟練した機械工は手動旋盤を使用して10個または100個の高品質の部品を作成できますが、1,000個の部品が必要な場合はどうなりますか？10,000パーツ？10万または100万の部品？
精密CNC機械加工により、このタイプの大量生産に必要な拡張性と速度を得ることができます。さらに、精密CNC機械加工の高い再現性により、製造する部品の数に関係なく、最初から最後まですべて同じ部品が得られます。
ワイヤーEDM（放電加工）、加法加工、3Dレーザー印刷など、CNC加工には非常に特殊な方法がいくつかあります。たとえば、ワイヤ放電加工では、導電性材料（通常は金属）と放電を使用して、ワークピースを複雑な形状に侵食します。
ただし、ここでは、フライス盤と旋盤のプロセスに焦点を当てます。これは、広く利用可能で、精密CNC機械加工に頻繁に使用される2つのサブトラクティブ法です。
フライス盤と旋盤
フライス盤は、回転する円筒形の切削工具を使用して材料を取り除き、形状を作成する機械加工プロセスです。ミルまたはマシニングセンターとして知られるフライス盤は、金属加工された最大の物体のいくつかで複雑な部品形状の宇宙を実現します。
フライス盤の重要な特徴は、切削工具が回転している間、ワークピースが静止したままであることです。言い換えれば、ミルでは、回転する切削工具がワークピースの周りを移動し、ワークピースはベッドの所定の位置に固定されたままになります。
旋盤は、旋盤と呼ばれる装置でワークピースを切断または成形するプロセスです。通常、旋盤はワークピースを垂直軸または水平軸で回転させ、固定切削工具（回転している場合と回転していない場合があります）がプログラムされた軸に沿って移動します。
ツールは物理的にパーツを一周することはできません。材料が回転し、ツールがプログラムされた操作を実行できるようにします。（工具がスプール供給ワイヤの周りを回転する旋盤のサブセットがありますが、それはここではカバーされていません。）
旋削では、フライス盤とは異なり、ワークピースが回転します。パーツストックが旋盤のスピンドルをオンにし、切削工具がワークピースに接触します。
手動対CNC機械加工
ミルと旋盤の両方が手動モデルで利用可能ですが、CNCマシンは、小さな部品の製造に適しています。厳しい公差の部品の大量生産を必要とするアプリケーションにスケーラビリティと再現性を提供します。
精密CNC装置には、工具がX軸とZ軸で移動する単純な2軸マシンのほか、ワークピースも移動できる多軸モデルが含まれています。これは、ワークピースが回転に制限され、ツールが移動して目的の形状を作成する旋盤とは対照的です。
これらの多軸構成により、機械のオペレーターによる追加の作業を必要とせずに、1回の操作でより複雑な形状を作成できます。これにより、複雑な部品の製造が容易になるだけでなく、オペレーターのミスの可能性が減少または排除されます。
また、精密CNC加工の高圧クーラントを使用しているため、主軸が垂直になっている機械を使用している場合でも、切りくずがワークに侵入することはありません。
CNCミル
フライス盤によって、サイズ、軸構成、送り速度、切削速度、フライス盤の送り方向、その他の特性が異なります。
ただし、一般的に、CNCミルはすべて回転スピンドルを使用して不要な材料を切り取ります。鋼やチタンなどの硬質金属の切断に使用されますが、プラスチックやアルミニウムなどの材料にも使用できます。
CNCミルは再現性を重視して設計されており、プロトタイピングから大量生産まであらゆる用途に使用できます。ハイエンドの精密CNCミルは、細かい金型や金型のフライス盤などの厳しい公差の作業によく使用されます。
CNCフライス盤は迅速なターンアラウンドを実現できますが、フライス盤仕上げは目に見えるツールマークのある部品を作成します。また、鋭いエッジやバリのある部品が生成される可能性があるため、エッジやバリがこれらの機能に受け入れられない場合は、追加のプロセスが必要になることがあります。
もちろん、シーケンスにプログラムされたバリ取りツールはバリ取りを行いますが、通常は完成した要件の最大90％を達成し、最終的な手仕上げのためのいくつかの機能を残します。
表面仕上げに関しては、許容できる表面仕上げだけでなく、作業成果物の一部に鏡のような仕上げをもたらすツールがあります。
CNCミルの種類
フライス盤の2つの基本的なタイプは、垂直マシニングセンターと水平マシニングセンターとして知られており、主な違いは機械のスピンドルの向きにあります。
立形マシニングセンタは、主軸軸をZ軸方向に揃えたミルです。これらの縦型機械はさらに2つのタイプに分けることができます：
■ベッドミル。スピンドルが自身の軸に平行に移動し、テーブルがスピンドルの軸に垂直に移動します。
■主軸が静止し、テーブルが移動して、切断作業中に常に主軸の軸に垂直および平行になるようにするタレットミル
横形マシニングセンタでは、ミルのスピンドル軸がY軸方向に整列します。水平構造は、これらの工場が機械製造現場でより多くのスペースを占める傾向があることを意味します。また、一般的に、縦型の機械よりも重量が重く、強力です。
より良い表面仕上げが必要な場合は、水平ミルがよく使用されます。これは、スピンドルの向きが、切削チップが自然に落下し、簡単に除去されることを意味するためです。（追加の利点として、効率的な切りくず除去は工具寿命の延長に役立ちます。）
一般に、縦型マシニングセンターは、横型マシニングセンターと同じくらい強力で、非常に小さな部品を処理できるため、より一般的です。さらに、垂直方向のセンターは、水平方向のマシニングセンターよりもフットプリントが小さくなります。
多軸CNCミル
精密CNCミルセンターは複数軸で利用できます。3軸ミルは、X、Y、Z軸をさまざまな作業に利用します。4軸ミルを使用すると、機械は垂直軸と水平軸を中心に回転し、ワークピースを移動して、より連続的な加工を可能にします。
5軸ミルには、3つの従来の軸と2つの追加の回転軸があり、スピンドルヘッドがその周りを移動するときにワークピースを回転させることができます。これにより、ワークを取り外して機械をリセットすることなく、ワークの5つの側面を加工できます。
CNC旋盤
旋盤（ターニングセンターとも呼ばれます）には、1つ以上のスピンドルと、X軸とZ軸があります。この機械は、ワークピースをその軸を中心に回転させてさまざまな切断および成形操作を実行し、ワークピースにさまざまなツールを適用するために使用されます。
実写工具旋盤とも呼ばれるCNC旋盤は、対称的な円筒形または球形の部品を作成するのに理想的です。CNCミルと同様に、CNC旋盤はプロトタイピングなどの小規模な操作を処理できますが、高い再現性を実現するように設定して、大量生産をサポートすることもできます。
CNC旋盤は、比較的ハンズフリーで製造するためにセットアップすることもできるため、自動車、電子機器、航空宇宙、ロボット工学、および医療機器業界で広く使用されています。
CNC旋盤のしくみ
CNC旋盤では、ストック材料のブランクバーが旋盤のスピンドルのチャックにロードされます。このチャックは、スピンドルが回転している間、ワークピースを所定の位置に保持します。スピンドルが必要な速度に達すると、固定切削工具がワークピースに接触して材料を除去し、正しい形状を実現します。
CNC旋盤は、穴あけ、ねじ切り、ボーリング、リーマ加工、フェーシング、テーパー旋削などの多くの操作を実行できます。操作が異なればツールの変更が必要になり、コストとセットアップ時間が増える可能性があります。
必要なすべての機械加工操作が完了すると、必要に応じて、パーツがストックから切り取られ、さらに処理されます。これで、CNC旋盤は操作を繰り返す準備が整いました。通常、その間に追加のセットアップ時間はほとんどまたはまったく必要ありません。
CNC旋盤は、さまざまな自動バーフィーダーにも対応できます。これにより、手動のマテリアルハンドリングの量が減り、次のような利点が得られます。
■機械オペレーターに必要な時間と労力を削減します
■精度に悪影響を与える可能性のある振動を減らすために、バーストックをサポートします
■工作機械が最適なスピンドル速度で動作できるようにします
■切り替え時間を最小限に抑える
■材料の無駄を減らす
CNC旋盤の種類
旋盤にはさまざまな種類がありますが、最も一般的なのは2軸CNC旋盤と中国式自動旋盤です。
ほとんどのCNCチャイナ旋盤は、1つまたは2つのメインスピンドルと1つまたは2つのバック（またはセカンダリ）スピンドルを使用し、前者は回転式トランスファーを使用します。主軸は、ガイドブッシングの助けを借りて、一次加工操作を実行します。
さらに、一部のチャイナスタイルの旋盤には、CNCミルとして動作する2番目のツールヘッドが装備されています。
CNCチャイナスタイルの自動旋盤では、素材はスライディングヘッドスピンドルを介してガイドブッシングに供給されます。これにより、ツールは材料が支持されるポイントの近くで材料を切断することができ、中国の機械は長くて細い旋削部品やマイクロマシニングに特に有益です。
多軸CNCターニングセンターと中国式旋盤は、1台の機械で複数の加工操作を実行できます。これにより、従来のCNCミルなどの機器を使用して、複数の機械や工具の交換が必要になる複雑な形状の費用対効果の高いオプションになります。