製品開発の世界, 正確で信頼性の高いプロトタイプを作成することは、メイクまたはブレイクステップです. 新しいデザインを確認するかどうか, 製品機能のテスト, または市場プレゼンテーションの準備, the CNC高精度機械加工プロセスプロセス エンジニアリングチームの最大の選択肢として際立っています. この方法は、複雑な3Dモデルを物理的な部分に変えることに優れています。これは、アルミニウム合金やチタンなどの丈夫なエンジニアリンググレードの材料でさえ、. 下に, プロセスのすべての重要な段階を分類します, 実世界の例を共有します, データを追加して、次のプロジェクトに情報に基づいた決定を下すのに役立ちます.
1. 基礎: デザイン & CNCプロトタイプの機械加工のプログラミング
金属がマシンに会う前に, the 設計とプログラミングフェーズ 成功の舞台を設定します. このステップは、3Dモデルを描画することだけではありません。モデルがCNC加工に最適化され、プログラムがエラーがゼロでマシンをガイドすることを保証することです。.
初め, エンジニアはSolidWorksやAutoCADなどのソフトウェアを使用して、プロトタイプの詳細な3Dモデルを作成します. 例えば, 医療機器のプロトタイプを開発するチーム (手術器具ハンドルなど) モデルには、グリップテクスチャからネジ穴までのすべての小さな機能が含まれます. 次, 彼らはこのモデルをaに変換します CNC加工プログラム CAMを使用します (コンピューター支援の製造) MasterCamのようなソフトウェア. このプログラムは、3Dデザインをコードに変換します (通常、gコード) これにより、CNCマシンはどこにカットするかを正確に示します, 移動する速さ, どのツールを使用するか.
なぜこのステップが重要なのか? 書かれていないプログラムは、無駄な材料につながり、締め切りを逃した可能性があります. 例えば, コンシューマーエレクトロニクス企業は、プログラムがアルミニウムシートの厚さを考慮していなかったため、かつてプロトタイプ実行を再開する必要がありました。. 正確な設計とプログラミングに時間を投資することにより, チームはそのような費用のかかる間違いを避けます.
2. マシンのセットアップ & 材料の準備: 機械の準備をする
プログラムの準備ができたら, 機械と材料を準備する時が来ました. The マシンのセットアップ段階 プロトタイプの品質とプロセスの効率の両方に直接影響を与える. 実際に機能する方法は次のとおりです:
マシンのセットアップの重要なステップ:
- ツール選択: 材料と機械加工段階に基づいてツールを選択します. 例えば, ステンレス鋼を使用している場合 (硬い素材), ラフに炭化物エンドミルを使用します. プラスチックのような柔らかい材料用, 高速スチール (HSS) ツールはよりうまく機能します.
- 材料の修正: 原材料を固定します (例えば。, 金属ブロックまたはプラスチックシート) クランプまたはバイスを使用したCNCマシンのワークテーブルへ. これは、切断中の動きを防ぎます, それは精度を台無しにする可能性があります.
- 較正: ダイヤルインジケーターやレーザープローブなどのツールを使用して、マシンの軸を較正する. これにより、マシンの動きがプログラムの指示を0.001mmに一致させることが保証されます.
実世界の例: 自動車部品サプライヤーが自動車エンジンブラケットのプロトタイプを機械加工していました (使用 6061 アルミニウム). 彼らは最初に標準のHSSツールを使用しましたが、すぐに摩耗したことがわかりました, 生産量の減速. チタンコーティングを備えた炭化物ツールに切り替えた後, 彼らはツールの交換時間を短縮しました 40% からの合計セットアップ時間を削減します 90 数分 65 分.
3. コアステージ: 荒れ, セミフィニッシング, & 仕上げ
実際の機械加工は、3つの順次段階で行われます。それぞれの目標があります. ステージをスキップしたり急いだりすると、プロトタイプの精度や表面の品質が損なわれる可能性があります. それらを分解しましょう, それらの影響を示すデータを使用してください:
機械加工段階の比較
| ステージ | 使用されるツール | ゴール | 典型的な寛容 | 表面の粗さ (ra) | ユースケースの例 |
| 荒れ | 大口径炭化物エンドミル | 余分な材料をすばやく削除します | ±0.1mm | 12.5–25μm | 生のアルミニウムブロックをラップトップシャーシアウトラインに形作る |
| セミフィニッシング | 高速, ハイフィードパネルツール | 形状を改良します, 仕上げの準備 | ±0.02mm | 3.2–6.3μm | ラップトップシャーシに基本的な穴とエッジを追加します |
| 仕上げ | 高精度の丸いミラーインサート + カーバイドツールホルダー | 最終的な寸法を達成します & 滑らかな表面 | ±0.005mm | 0.8–1.6μm | ラップトップシャーシの外面を洗練するために磨く |
ケーススタディ: 航空宇宙会社は衛星コンポーネントのプロトタイプを必要としていました (チタンで作られています). 彼らは3つの段階すべてに従いました:
- 荒れ: 10mmの炭化物エンドミルを使用して除去しました 80% 過剰なチタンの 2 時間.
- セミフィニッシング: 溝とスロットを追加するために高充填ツールに切り替えました, 部品を最終サイズの0.02mm以内に持ち込みます.
- 仕上げ: 丸い先端のミラーインサートを使用して、の表面粗さを取得します 1.2 μm-コンポーネントの空力性能に批判的です.
結果? 最初の試みですべてのNASAの厳格な基準を満たしたプロトタイプ.
4. 後処理 & 品質検査: プロトタイプの完璧さを確保します
機械加工後でも, プロトタイプはまだ準備ができていません. 後処理 そして 品質検査 デザインの仕様を満たし、テストの準備ができていることを確認してください.
後処理ステップ:
- クリーニング: 圧縮空気または超音波クリーナーを使用して、クーラントを除去します, 金属の削りくず, 部分からの破片.
- サンディング/研磨: 滑らかまたは装飾的な仕上げが必要な部品の場合 (例えば。, 消費者製品プロトタイプ), サンドペーパーを使用します (200グリットから1000グリットまで) または研磨化合物.
- コーティング: 陽極酸化のようなオプションの手順 (アルミニウム用) またはパウダーコーティング (スチール用) 耐久性や外観を改善するため.
品質検査方法:
- 次元チェック: キャリパーを使用します, マイクロメートル, または測定機を調整します (CMMS) 部品の寸法が3Dモデルと一致することを確認するには. CMMは最大0.0001mmの精度を測定できます.
- 表面テスト: プロファイルメーターを使用して、表面の粗さを確認します (RA値) そして、彼らが要件を満たしていることを確認します.
- 機能テスト: ギアやヒンジなどの部品用, 意図した機能をどれだけうまく実行しているかをテストします (例えば。, ヒンジがどれほどスムーズに回転するか).
例: 家具デザイナーは、CNC加工を使用して金属製の椅子フレームのプロトタイプを作成しました. 後処理後 (サンディングとパウダーコーティング), 彼らはCMMを使用してフレームの角度をチェックしました。1つのジョイントが0.03mmでオフになったことを説明します. 彼らはフィニッシュプログラムをわずかに調整しました, ジョイントを再マシングしました, そして最終的なプロトタイプはすべての強度と適合テストに合格しました.
CNCの高精度機械加工プロトタイプに関するYiguテクノロジーの視点
Yiguテクノロジーで, スタートアップからフォーチュンまで、何百ものクライアントをサポートしてきました 500 企業 - プロトタイプ開発. 私たちは信じています CNC高精度機械加工プロセスプロセス 単なる製造ステップではありません; デザインのアイデアと現実世界の製品の間の橋です. 私たちのチームは2つのことを優先します: 各素材に適切なツールを選択します (例えば。, 超ハードセラミック用のダイヤモンドコーティングツールを使用します) 厳格な品質チェックと速いターンアラウンド時間を組み合わせます. 例えば, かつて、複雑な自動車センサープロトタイプを提供しました (±0.005mm許容範囲) ただ 3 日 - クライアントを担当するのは、重要なテストの締め切りに間に合っています. このプロセスは、開発リスクを減らし、最終製品が機能的で費用対効果の高いことを保証するために不可欠であると考えています.
よくある質問
1. CNC高精度機械加工プロトタイプに最適な材料?
ほとんどのエンジニアリンググレードの材料が適しています, アルミニウム合金を含む (6061, 7075), ステンレス鋼 (304, 316), チタン, プラスチック (腹筋, ピーク), 陶器でさえ. 選択は、プロトタイプのユースケースに依存します。, 高強度の航空宇宙部品のチタン, または、低コストの消費者製品テストのABS.
2. 典型的なCNC高精度のプロトタイプがどのくらい時間がかかりますか?
パーツの複雑さとサイズに依存します. 単純なプロトタイプ (例えば。, 小さなプラスチックブラケット) 1〜2日かかる場合があります. 複雑な部分 (例えば。, チタン航空宇宙コンポーネント) 3〜7日かかる場合があります. これにはデザインが含まれます, 設定, 機械加工, 後処理, および検査.
3. CNCプロトタイプの機械加工と3D印刷の違いは何ですか?
CNC加工は減算です (ブロックから材料を削除します), 高精度部品の方が改善されます (±0.005mmまでの許容値) そして厳しい素材. 3d印刷は添加物です (レイヤーごとに部品層を構築します), これは非常に複雑な形状の方が速いですが、精度が低い場合があります (±0.1mm前後の公差) 限られた材料オプション. 最終的な生産部品を模倣する必要があるエンジニアリングプロトタイプの場合, 多くの場合、CNC加工がより良い選択です.
