切削加工で製作できる部品

切削加工で作れる部品とはどのような形状でしょうか。ここでは、まずはイメージを持っていただくために、代表的な部品例をご紹介します。

1、1～2軸加工品

一つの方向から穴をあけたり、切込みを入れたりしてできる形状が最も簡易に製作できる部品となります。穴加工のように1軸方向のみの加工や、同じ高さで輪郭を加工したり、窪みを入れたりする平面的な加工も比較的簡易な加工です。下の例のように、フラットな板にネジ穴やキリ穴などをあけただけのベースプレートや、一部切り欠きや面取りを施したブロックなどが典型的です。穴や切り欠きに加え、輪郭、ポケット(窪み)の加工も可能です。

一体型ステッピングモータ

2、多面加工品

1～2軸加工品を1方向だけではなく複数の方向から施したような加工品です。左図のブラケットのように、1方向からの輪郭形状、穴加工、ポケット加工、切り欠き加工のほか、横方向から穴加工を施しています。右図のハウジングは横方向から溝加工、別の方向から穴加工を施しています。このような加工は、素材をひっくり返して向きを変えて、それぞれの向きで形状加工をします。1方向から加工を施した後、素材をひっくり返して再度固定するわけですが、このような作業を段取り替えとも呼びます。

3、多軸加工品

ブロック状ではなく、全体的に複雑な形状をした部品も加工できます。素材を色々な向きに固定しなおしたり、5軸加工機と呼ばれる最新の機械を使ったりすることで、多面的な複雑形状の製作が可能です。

航空機部品などで多用される加工方法です。下の図は、典型的な航空機部品の形状(イメージ)です。

自由曲面と穴加工などが組み合わさっており、ボスが立っていたり、全体的に肉抜き形状になっているなど複雑で薄肉構造が多いのが特徴です。

4、3軸加工

1方向からの加工でも、滑らかな局面(自由曲面など)を削る方法を同時3軸加工と言います。曲面に沿ってボールエンドミルという先端が丸い刃物を動かして、仕上げていきます。左図のように自由曲面を持つ部品はもちろんですが、右図のように人や動物をスキャンしたような曲面も加工することができます。曲面に沿って3次元的に同時に主軸を動かさなければいけませんので、3次元加工に対応したCAM(Computer Aided Manufacturing)と呼ばれる専用のアプリケーションでNCプログラムを作成します。射出成型部品などの金型の切削加工などでもよく使われる加工方法です。

バイポーラステッピングモーター

5、同時多軸加工

最新の5軸加工機や複合加工機の中でも、工具の動きと同期して素材もぐるぐる回転させながら加工する同時加工によってしか加工できない形状もあります。

左図のようなローターブレードと呼ばれる形状(同時4軸)や、右図インペラのような形状(同時5軸)が典型的です。このように一定の素材方向からだけでは加工できないような入り組んだ形状加工にも、切削加工は強みを発揮します。

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軸流ファンモーターの特徴

軸流ファンモーターの主な特徴は以下の2つです。

取り付け簡単

ステッピングモーター 平行軸ギアボックス

軸流ファンモーターは遠心式のファンなどに比べて構造がシンプルなため、取り付けがしやすいのが特徴です。サイズや特性のバリエーションが多く、選択肢が豊富です。

バイポーラステッピングモータ

風量が多い

軸流式のプロペラファンは、静圧が低い代わりに風量が大きいという特徴があります。風量の大きさは冷却効果に直結しやすいため、機器内部の温度を素早く下げたい場合に最適です。コンパクトで風量が大きいことから、省スペース性と機能性を両立させることができます。

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3Dプリンタの方式(種類)と各方式の特徴・用途

3Dプリンタの歴史は今から40年ほど前に国内で考案されました。

当初は産業用途でプロトタイプの部品などを製作するために利用され、当時は大変高価なものでした。

しかし、時間の経過とともに低価格化が進み、民生用の製品を見かけるようになり、ずっと身近な存在となりました。

現在では、使用する材料や加工法により、主に以下のような方式があります。

① 光造形方式 (SLA: Stereo Lithography Apparatus)

「光造形方式」は、光硬化性の液体樹脂の材料を使用して、紫外線レーザー光の照射により一層ずつ積層して形成します。

比較的に大型の部品の製造も可能で、微細性に優れています。

 
防水クローズドループステッピングモーター

② 熱溶解積層方式 (FDM: Fused Deposition Modeling)

「熱溶解積層方式」は、熱可塑性の樹脂のフィラメント材料を高温で溶かし、ノズルから一層ずつ積層させることで形成します。

高い耐久性や耐熱性に優れていますが、表面の滑らかさなどに欠けます。

 

③ インクジェット方式

「インクジェット方式」には、光硬化性の樹脂をインク状にして吹き付けて、紫外線を照射して固形化させる「MJ方式 (Material Jetting)」と、粉末状の素材に「バインダー」と言われる結合剤を吹き付けて加熱により固める「BJ方式 (Binder Jetting)」があります。BJ方式は「粉末固着積層方式」とも言われます。

いずれも表面が滑らかな仕上がりで、微細性に優れています。

 

④ 粉末焼結積層方式 (SLS: Selective Laser Sintering)

「粉末焼結積層方式」では、粉末状の樹脂や金属に、高出力のレーザー光を照射することで焼結させて形成します。

微細性や耐久性に優れており、鋳型などの製造にも用いられます。

集積式ステッピングモータ用ドライバ

⑤ シート積層方式

シート積層方式には主に2つの方式があります。

「積層製造方式 (Laminated Object Manufacturing)」は、熱可塑性樹脂の薄いシート間に特殊な接着剤を用いて積層していく手法です。

もう一つは「超音波結合方式(Ultrasonic Consolidation)」で薄い金属シートを超音波により積層結合する方式です。最終工程でカット作業などが生じるため後加工する用途にメリットがあります。

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組立ロボットの利点

組み立てロボットには、作業速度の向上 やヒューマンエラーの防止、技術の熟練が不要になるなどの利点があります。これらの利点を活かして作業を行うことで、安定した品質の確保や業務効率化につながるでしょう。

ここでは、組み立てロボットの3つの利点について詳しく解説します。

Nema 23 ステッピングモーター 平行軸ギアボックス

作業速度が向上する

人間の手で作業を行うよりも、組み立てロボットに任せた方が、作業速度が向上します。

組み立てロボットは同じ手順を淡々と繰り返すことに向いており、適切な監視のもとであれば24時間働き続けることも可能です。

常に一定速度で作業を行えるため、安定した成果をもたらすというメリットもあります。

ヒューマンエラーを防ぐことができる

組み立てロボットを導入することで現場の作業を自動化し、ヒューマンエラーの防止につなげることができます。

従来のように人間が作業を行うと、手順の勘違いや疲労による手違いから発生するヒューマンエラーを完全に防ぐことはできません。

しかし、組み立てロボットなら、あらかじめ記憶した通りに作業をこなすことができ、正確な長時間作業が可能です。

PM型リニアステッピングモータ 

技術の熟練が不要になる

組み立てロボットを導入することで、作業を行うための手順を記録・蓄積できるため、現場で働く技術者が技術を熟練させる必要がなくなります。

後継者不足で新たな技術者を育成できない現場は、熟練者の技術が失われてしまうリスクを抱えています。

しかし、組み立てロボットを導入すれば、ロボットが熟練者の代わりに作業を行えるため、将来に渡って自社の技術力を維持できます。

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砂型の種類

砂型鋳造は、複数の製造法がありますが、ここでは代表的な種類である「生型」と「シェルモールド」の2つについてご紹介します。

生型

生型は、「砂型鋳造の工程・手順」にて解説したような手順で鋳造する手法を指します。鋳物砂を乾燥させず、生のまま鋳造する手法から「生型」と呼ばれています。
ブレーキ付きステッピングモータ

生型で用いる鋳物砂は、骨材としてのケイ砂、粘結剤のベントナイト、その他の添加物などから構成されています。

ケイ砂は、天然産出で優れた耐熱性を有しており、入手が比較的簡単なことから、鋳物作りにおいて古くから利用されています。ベントナイトは粘度岩の一種で、水を加えることで粘結力が得られます。

模型は木型が採用されていることが多いですが、成型することの多い製品では、模型の耐久性が求められるため、金属製の型を用いる場合もあります。

ステッピングモーター 高精度遊星ギアボックス

シェルモールド

シェルモールドは、加熱した金型の上にレジンサンド（細かいケイ砂に熱硬化性のフェノール樹脂の粉末を5%程度混ぜた砂）を粘結剤とした鋳物砂を吹き込み、硬化させる手法を指します。シェルモールドで作られた鋳型は、薄くて貝殻状であることから、「シェルモールド」と呼ばれています。

シェルモールドは、生型に比べて寸法精度が高く、小型や薄肉の製品を作るのに適しています。また、中子を使った複雑な形状の成型にもぴったりです。

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