6軸CNC加工プロトタイプモデル: 高精度の製造のためのガイド

精度と複雑さが最も重要なハイエンドの製造分野では、航空宇宙のように, 医療機器, と自動車 - 6軸CNC加工プロトタイプモデル ゲームチェンジャーとして立っています. 従来の3軸や5軸CNCマシンとは異なります, このプロセスでは、6度の自由度を持つツールを使用しています (x, y, z, さらに、3つの軸の周りの回転), 他の方法ではできない複雑な部品を作成させる. 軽量の航空宇宙コンポーネントを作るか、正確な医療機器部品を作るか, このガイドは、すべてのステップを分解します, 主な利点, 実世界のケース, このテクノロジーを効果的に活用するのに役立つヒント.

1. 6軸CNC加工プロトタイプモデルとは何ですか?

プロセスに飛び込む前に, この方法をユニークにするものを明確にしましょう. a 6軸CNC加工プロトタイプモデル コンピューター制御を使用する製造技術です (CNC) 高精度のプロトタイプパーツまたは低容量生産コンポーネントを作成する6つの可動軸を持つマシン.

重要な違い: 6軸対. 他のCNCタイプ

その利点を理解するために, 一般的なCNCオプションと比較しましょう:

この余分な回転により、マシンが部品を「ラップ」することができます, 素材の中間処理を再配置する必要性を排除します (他のCNCタイプにエラーを導入するステップ). 例えば, 6軸機は、一度にねじれた航空宇宙タービンブレードを機械加工できます, 5軸機には2つのセットアップが必要になりますが、リスクの不整合が必要です.

2. 6軸CNC加工プロトタイプモデルの段階的なプロセス

このプロセスは、正確さと一貫性を確保するために構造化されたワークフローに従います. ステップをスキップすると、欠陥のある部品につながる可能性があります, したがって、細部への注意が重要です.

ステップ 1: デザイン & プログラミング - デジタルファンデーションを築きます

すべてのプロトタイプは、デジタルモデルから始まります. それを正しくする方法は次のとおりです:

• 3Dモデリング: SolidWorksなどのソフトウェアを使用します, カティア, または融合 360 パーツの詳細な3Dモデルを作成します. 医療用インプラント用 (例えば。, 股関節交換コンポーネント), モデルには、骨の成長を促進する小さな表面テクスチャを含める必要があります。.
• CNCプログラミング: 3Dモデルを機械可読プログラムに変換します (MasterCamのようなCAMソフトウェアを使用します). プログラムはツールパスを定義します, 切断速度, および供給率. 複雑な自動車用品部品の場合, プログラムには含まれる場合があります 500+ すべての歯が正確であることを確認するためのツールの動き.
• 重要なヒント: 最初にデジタルシミュレーションでプログラムをテストします. 航空宇宙会社がこれをスキップして破損しました $5,000 チタン部品 - シミュレーションは、ツールの衝突を早期に捕まえたでしょう.

ステップ 2: 機器の選択 & 準備 - 適切なツールを選択します

すべての6軸マシンが同じではありません。:

• マシンタイプ: 垂直6軸マシンは、小さな部品に適しています (例えば。, 医療センサー), 一方、水平マシンはより大きなコンポーネントを処理します (例えば。, 自動車エンジンブロック).
• ツール選択: ハードマテリアルには炭化物ツールを使用してください (ステンレス鋼のように) および高速スチール (HSS) より柔らかいもののためのツール (アルミニウムのように). チタン航空宇宙部の場合, コーティング付きの炭化物エンドミル (例えば。, Tialn) 摩耗を減らし、ツールの寿命を延長します 50%.
• マシンキャリブレーション: 機械加工前, マシンを調整して、軸が整列されていることを確認します. 0.001mmの不整合でさえ、高精度の部分を台無しにする可能性があります. ほとんどの最新のマシンには、自動キャリブレーション機能があります!

ステップ 3: 材料の準備 & 固定 - 原材料を固定します

適切な材料と適切な固定により、機械加工中のシフトが妨げられます:

• 物質的な選択: 一般的なオプションには、アルミニウム合金が含まれます (軽量, 航空宇宙に最適です), ステンレス鋼 (耐久性, 医療機器で使用されます), とプラスチック (低コスト, 自動車用インテリアパーツ用). 例えば, ドローンプロトタイプのフレームは、アルミニウム合金を使用する場合があります 6061 (の強度と重量の比率 205 MPA / 2.7 g/cm³).
• 固定方法: 小さな部品にはビスまたはクランプを使用します, または不規則な形状のカスタムフィクスチャー. 湾曲したインプラントを製造する医療機器メーカーは、部品の輪郭に一致する3Dプリントされたフィクスチャを使用します。これは、機械加工中に安定させます.
• チェックリスト: 素材がきれいであることを確認してください (オイルや破片はありません) そして、フィクスチャがきつくなっています。ゆるい素材は不均一なカットにつながります.

ステップ 4: 荒れ & 仕上げ - 部品を正確に形作ります

これらの2つの段階は原料を完成したプロトタイプに変えます:

• 荒れ: 大きなツールを使用します (例えば。, 10MMエンドミルズ) 余分な材料をすばやく除去します. 目標は、表面の質を心配することなく最終的な形に近づくことです. 100mm x 50mmアルミニウム部品の場合, 粗いは除去される可能性があります 80% 材料の10〜15分.
• 仕上げ: 小さく切り替えます, より鋭いツール (例えば。, 2MMボールエンドミルズ) 細かいカット用. このステップにより、正確な寸法と滑らかな表面が保証されます. 医療インプラントの仕上げステップには、RA0.8μmの表面粗さを作成するツールパスが含まれる場合があります。.
• 例: プロトタイプギアを作る自動車会社は、ギアの外径を形作るために荒削りを使用しました, その後、歯を切るために仕上げます. 完成したギアの耐性は±0.008mmでした, 厳格な業界基準を満たしています.

ステップ 5: 後処理 & 品質検査 - 完璧を確保します

最高の機械加工でさえ、最終的なチェックとタッチが必要です:

• 後処理: 超音波クリーニングで部品をきれいにします (切断液と破片を削除する) とdeburrのエッジ (鋭いスポットを排除するため). ステンレス鋼の医療部品の場合, 危険性 (化学処理) 錆に対して保護層を追加します.
• 品質検査: 座標測定機などのツールを使用します (CMMS) 寸法を確認します, 表面の品質を検証する光学スキャナー. 航空宇宙コンポーネントが受ける可能性があります 10+ 検査ポイント - 穴の深さのチェックを含む, 表面の平坦性, および軸アライメント.
• 障害の例: チームがプロトタイプタービンブレードの検査をスキップし、後に1つのエッジに0.01mmの偏差が見つかりました. これにより、最終エンジンの気流の問題が発生しました。 $20,000 リワークで.

ステップ 6: 表面処理 & 最適化 - パフォーマンスを向上させます

表面処理により耐久性が向上します, 美学, および機能:

• 一般的な治療:
• 陽極酸化: アルミニウム部品用 (例えば。, ドローンフレーム) - 色と腐食抵抗を追加します.
• サンドブラスト: マット仕上げを作成します (グリップのために自動車の内部部品で使用されます).
• 絵画: 消費者向け部品用 (例えば。, プロトタイプエレクトロニクスエンクロージャー) - 外観を改善します.
• 最適化のヒント: 部品が重すぎる場合 (例えば。, 航空宇宙ブラケット), 6軸の機械加工を使用して軽量のポケットを追加します。 30% 力を失うことなく.

3. 実世界のアプリケーション & ケーススタディ

6軸CNC加工プロトタイプモデルは、精度と複雑さが交渉不可能な業界で輝いています. ここに、実際の例がある3つの重要なユースケースがあります:

場合 1: 航空宇宙 - タービンブレードのプロトタイプ

ジェットエンジンの新しいタービンブレード設計をテストするために必要な大手航空宇宙会社. ブレードには、内部冷却チャネルを備えたねじれた形状がありました。5軸ツールを備えた機械には不可能でした.

• 解決: 彼らは6軸CNCマシンを使用して、チタン合金の単一ブロックからブレードを機械加工しました. マシンの余分な回転により、再配置せずに内部チャネルに到達できます.
• 結果: プロトタイプの耐性は±0.007mmでした, テストでは、エンジン効率が改善されたことが示されました 8%. 6軸の機械加工を使用して、プロトタイプ開発時間をカットします 4 5軸方式と比較した週.

場合 2: 医療機器 - 股関節交換インプラント

医療機器メーカーがカスタムヒップインプラントを開発していました. インプラントは、骨が成長するのを助けるために多孔質表面を必要としていました, さらに、正確なボールアンドソケットジョイント.

• 解決: 6軸CNC加工を使用して多孔質表面を作成しました (Tiny経由, 均一な間隔の穴) ジョイントを±0.005mmの許容範囲に機械加工します.
• 結果: プロトタイプは生体適合性テストに合格しました, そして、外科医は、それが以前のデザインよりも適していると報告しました. メーカーは臨床試験を開始することができました 2 計画より数ヶ月早い.

場合 3: 自動車 - 高性能ギアボックス部品

高級車ブランドは、電気自動車のギアボックス部分をプロトタイプしたいと考えていました. 部品には歯が湾曲していて、中空の中心がありました。3軸機が処理できなかったフィーチャー.

• 解決: 6軸機がステンレス鋼から部品を機械加工しました, 歯と中空の中心を右にするために、ラフ化と仕上げツールの組み合わせを使用する.
• 結果: プロトタイプギアボックスが処理されました 20% 古いデザインよりも多くのトルク, そして、車の加速は改善されました 0.5 秒 (0–60 mph). ブランドは節約されました $15,000 5軸のリワークを回避することにより.

4. 6軸CNC加工プロトタイプモデルの重要な利点

他のプロトタイプ製造技術よりもこの方法を選択する理由? これが最高の利点です, データに裏付けられています:

1. 比類のない精度

6軸機械は許容度を達成します ±0.005–0.01mm - 3軸よりも優れています (±0.05mm) または5軸でさえ (±0.02mm) 機械. これは、医療インプラントのような部品にとって重要です, 小さな逸脱が患者の害を引き起こす可能性がある場合.

2. 複雑な部品のより速い生産

プロセスの中間で部品を再配置する必要性を排除することにより, 6軸の機械加工は、5軸と比較してプロトタイプの時間を20〜30％削減します. 例えば, 取る複雑な航空宇宙部分 10 5軸で作る時間のみが必要です 7 6軸付きの時間.

3. 材料廃棄物の減少

6軸機が正確なツールパスに従うためです, 彼らは、他のCNCタイプよりも15〜20％少ない材料を無駄にします. チタンなどの高価な材料用 (1 kgあたり50〜150ドルの費用がかかります), これによりかなりのお金が節約されます. チタンのプロトタイプを作るチームが保存されました $800 6軸の機械加工を使用して材料コストを帯びます.

4. 材料間の汎用性

6軸マシンは、ほぼすべての材料であるアルミニウムで動作します, ステンレス鋼, チタン, プラスチック, そして、複合材も. これは、異なるプロトタイププロジェクトに同じマシンを使用できることを意味します, 機器のコストの削減.

5. 6軸CNC加工プロトタイプモデルに関するYiguテクノロジーの視点

Yiguテクノロジーで, 我々は信じている 6軸CNC加工プロトタイプモデル ハイエンドの製造イノベーションの基礎です. 複雑な部品の5軸の機械加工に落ち着くチームが多すぎる, やり直しと遅延に直面するだけです. 航空宇宙にお勧めします, 医学, 妥協のない精度を必要とする自動車クライアント. 私たちのチームは6軸マシンを使用して、クライアントがプロトタイプの開発時間を25〜30％削減し、材料の無駄を減らすのを支援します 18%. 例えば, 医療機器のスタートアップが股関節インプラントのプロトタイプを提供するのを手伝いました 2 数ヶ月早い, それらを臨床試験にもっと速くします. シックス軸は単なるツールではありません。それは大胆なデザインのアイデアを信頼できるプロトタイプに変える方法です.

よくある質問

1. 6軸CNC加工プロトタイプのコストはいくらですか?

コストは部品サイズに依存します, 材料, と複雑さ. 小さなアルミニウムプロトタイプ (例えば。, 50mm x 30mm) 費用は200〜500ドルです. 大型チタン航空宇宙部品は、2,000〜5,000ドルの費用がかかります. 3軸よりも高価です, リワークを避けて開発時間を短縮することでお金を節約します.

2. 6軸CNC加工プロトタイプを作成するのにどれくらい時間がかかりますか?

単純な部品 (例えば。, 小さな医療センサー) 1〜3日かかります. 複雑な部品 (例えば。, 航空宇宙タービンブレード) 5〜10日かかります. これにはデザインが含まれます, プログラミング, 機械加工, 検査 - 複雑なプロジェクトの5軸よりも高速.

3. 低容量生産には、6軸CNCの機械加工を使用できますか (プロトタイプだけではありません)?

はい! 少量の生産に最適です (10–100部品) 精度が重要です. 例えば, 医療機器会社は、6軸の機械加工を使用して作成しました 50 臨床試験用のカスタムヒップインプラント. ボリュームの場合 100, 射出成形または3軸の機械加工が安くなる場合があります, しかし、6軸は、精密に焦点を当てた低容量の実行の最大の選択肢のままです.