単一のプロトタイプを作成しようとしている場合でも、大量生産の準備をしている場合でも、CNCの機械加工に関しては、製造コストの削減が最優先事項です。
幸いなことに、デザイナーとして、あなたの決定は最終的な価格設定に大きな影響を与える可能性があります。この記事では、機械加工性のための設計に従うことで、コストを最小限に抑えて設計要件を満たすために最適化された部品を製造できます。
CNC部品のコストに何が影響しますか？
CNC加工部品の価格は、次の要因に依存します。
●処理時間：部品の処理に時間がかかるほど、より高価になります。 CNCでは、多くの場合、機械加工時間が主なコストドライバーです。
●起動コスト：これらはCADファイルの準備とプロセス計画に関連しており、小規模なバッチ生産にとって非常に重要です。このコストは固定されており、「規模の経済」を活用することで単価を下げる機会があります。
●材料コスト：材料のコストと材料処理の難しさは、全体的なコストに大きな影響を与えます。特定の重要な要因を考慮しながら設計を最適化すると、価格を大幅に引き下げることができます。
●その他の製造コスト：特別な要件を備えた部品を設計する場合（たとえば、緊密な許容範囲を定義したり、薄い壁を設計したりする場合）、特別なツール、より緊密な品質制御、およびより多くの加工手順が必要になる場合があります（処理速度を低くするため）。もちろん、これは総製造時間（および価格）に影響を与えます。
CNCコストのソースが明確になったので、設計を最適化する方法を見てみましょう...
ヒント1：内側の垂直エッジに半径を追加します
すべてのCNCミリングツールには円筒形の形状があり、ポケットの端を切るときに半径を作成します。
より小さな直径ツールを使用して、コーナー半径を減らします。これは、より低い速度で複数のパスを意味することを意味します。スマラーツールは、1回のパスでは、より大きなパスと同じくらい迅速に材料を削除できないことを意味します。
コストを最小限に抑える：
●キャビティの深さを少なくとも1/3の半径を追加します（大きい方が良い）。
●すべての内側エッジで同じ半径を使用するのが最善です。
●空洞の底部に、小さな半径（0.5または1 mm）または半径なしを指定します。
理想的には、コーナー半径は、ポケットの機械加工に使用されるツールの半径よりもわずかに大きくする必要があります。これにより、ツールの負荷が削減され、製造コストがさらに削減されます。たとえば、設計に深さ12mmの空洞がある場合は、角に5mm（またはそれ以上）半径を追加します。これにより、Ø8mmカッター（半径4mm）がより速くカットできます。
ヒント2：空洞の深さを制限します
鋭い角を持つ内側のエッジが必要な場合（たとえば、長方形の部分が空洞に収まる必要がある場合）、このように内側のエッジの半径を減らすのではなく、アンダーカットで形状を使用します。
深い空洞を加工すると、大量の材料を除去する必要があるため、CNC部品のコストに大きな影響を与える可能性があります。これは時間がかかります。
CNCツールの切断長の長さは限られていることを覚えておくことが重要です。一般に、直径の2〜3倍の深さで最適に機能します。たとえば、Ø12カッターは、深さ25 mmまでポケットを安全にカットできます。
より深い空洞（ツールの直径の最大4倍以上）を切ることができますが、これにより、特殊なツールまたは多軸CNCシステムが必要なため、コストが追加されます。
さらに、キャビティを切断するときは、ツールを正しい深さまで傾ける必要があります。滑らかな入り口には十分なスペースが必要です。
コストを最小限に抑える：
●すべての空洞の深さを長さの4倍に制限します（つまり、XY平面の最大寸法）。
ヒント3：薄い壁の厚さを増やします
厚い固体セクションはより安定しており（機械よりも安価です）、重量が主な要因でない限り、好まれる必要があります。
薄い壁を機械加工するときに歪みや破損を避けるために、低い深さのカットで複数のパスが必要です。薄い特徴は振動も発生しやすく、正確に機械を整えるのに挑戦し、加工時間を大幅に増やすことができます。
コストを最小限に抑える：
●金属部品の場合、設計の壁の厚さは0.8 mmを超えています（厚いほど良いです）。
●プラスチック部品の場合は、最小の壁の厚さを1.5 mmに保ちます。
達成可能な最小の壁の厚さは、金属で0.5 mm、プラスチックで1.0 mmです。ただし、これらの機能の機械性は、ケースバイケースで評価する必要があります。
ヒント4：スレッドの長さを制限します
必要以上にスレッドを指定すると、特別なツールが必要な可能性があるため、CNCパーツのコストが増加する場合があります。
穴の直径の0.5倍より長いスレッドは、実際には接続の強度を増加させないことに留意してください。
コストを最小限に抑える：
●穴の直径の最大長3倍のスレッドを設計します。
●ブラインドホールのスレッドの場合、未読の長さの直径の少なくとも1/2を穴の底に追加することをお勧めします。
ヒント5：標準サイズの穴を設計します
穴は、標準ドリルを使用して、迅速かつ高精度でCNCを機械加工できます。標準以外のサイズの場合、穴はエンドミルで機械加工する必要があります。これにより、コストが増加する可能性があります。
また、すべての穴の深さを直径の4倍に制限します。より深い穴（直径の最大10倍）を作ることができますが、機械が困難であるため費用を追加できます。
コストを最小限に抑える：
●直径が10 mm以下、0.5 mmを超える穴の場合、設計穴の直径増分は0.1 mmです。
●インチで設計するときは、従来の分数インチを使用するか、この分数インチドリルサイズチャートを参照してください。
●直径の4倍の長さの穴を設計します。
ヒント6：必要な場合にのみ、タイトトレランスを定義します
緊密な許容範囲を定義すると、CNCのコストが増加し、機械加工時間が増加し、手動検査が必要になります。許容範囲は、必要な場合にのみ慎重に定義する必要があります。
技術図面に特定の許容値が定義されていない場合、部品は標準の公差（±0.125mm以上）を使用して機械加工されます。これは、ほとんどの非クリティカルな機能に十分です。
内部機能の緊密な許容範囲を達成するのは特に困難です。たとえば、交差する穴や空洞を加工する場合、材料の変形のためにエッジに小さな欠陥（バリと呼ばれる）が発生する可能性があります。このような機能を備えた部品を検査して討論する必要があります。どちらもコストを追加する手動（および時間がかかる）プロセスです。
コストを最小限に抑える：
●必要な場合にのみ、よりタイトな許容範囲を指定します。
●すべての許容寸法の参照として、単一のデータム（2つのエッジの断面など）を定義します。
平坦性、まっすぐ、丸み、真の位置などの技術的な図面における幾何学的寸法と寛容（GD＆T）の使用は、通常緩やかな公差を定義するが、高度な設計知識を効果的に適用する必要があるため、CNC加工のコストを削減できます。
ヒント7：マシン設定の数を最小限に抑える
部品を回転または再配置すると、通常は手動で行う必要があるため、製造コストが増加します。さらに、複雑なジオメトリの場合、カスタムフィクスチャが必要になる場合があり、コストがさらに増加します。特に複雑なジオメトリには、多軸CNCシステムが必要になる場合があり、価格がさらに上昇します。
1つのセットアップでCNCを機械加工できるジオメトリに部品を分割し、ボルトでボルトで溶接することを検討してください。これは、非常に深い空洞を持つ部品にも適用されます。
コストを最小限に抑える：
●1つのセットアップでのみ機械加工できる部品を設計します。
●これが不可能な場合は、後でアセンブリのジオメトリをパーツに分割します。
ヒント8：アスペクト比が高い小さな機能を避けてください
アスペクト比が高い小さな機能は振動が発生しやすく、特に正確に機械加工することは困難です。
剛性を高めるには、より厚い壁に取り付けたり、支持的なrib骨で補強したりする必要があります（できれば4つ：両側に1つ）。
コストを最小限に抑える：
●アスペクト比が4未満の設計機能。
●ブレースを追加するか、壁に小さな機能を取り付けて、剛性を高めます。
ヒント9：すべてのテキストとレタリングを削除します
CNC機械加工部品の表面にテキストを追加すると、必要な追加の時間のかかる加工手順があるため、かなりのコストを追加できます。
シルクスクリーン印刷や塗装などの表面仕上げ方法は、CNC機械加工部品の表面にテキストを追加するためのより費用対効果の高い方法です。
コストを最小限に抑える：
●CNC機械加工部品のすべての文字と文字を削除します。
●テキストが必要な場合は、エンボス加工よりも彫刻を好みます。後者はより多くの材料を削除する必要があるためです。
ヒント10：材料の加工性を考慮してください
加工性とは、材料を簡単に切断できることを指します。加工性が高いほど、CNCは材料を処理し、コストを削減できます。
各材料の加工性は、その物理的特性に依存します。一般的に、金属合金が柔らかく（そして延性が高い）、機械が容易になります。
コストを最小限に抑える：
材料を選択できる場合は、より優れた機械性のあるものを選択してください（特に大量の注文の場合）。
ヒント11：バルク材料のコストを検討してください
材料のコストは、CNC機械加工部品の価格に大きく影響する可能性のあるもう1つの要因です。
アルミニウム6061は、低コストと非常に優れた機械加工性を組み合わせているため、金属のプロトタイプを作成するための最も費用対効果の高い材料です。
コストを最小限に抑える：
●バルクコストが低い材料を選択します（特に小さなバッチ注文の場合）。
ヒント12：（複数の）表面処理を避けます
表面処理は、CNC機械加工部品の外観と抵抗を過酷な環境に改善しますが、コストも増加させます。
同じ部分で複数の異なる仕上げを必要とすると、追加の手順が必要なため、価格がさらに上がります。
コストを最小限に抑える：
●処理後に表面仕上げを選択します。
●絶対に必要な場合にのみ複数の仕上げをリクエストします。
ヒント13：空白のサイズを検討してください
空白のサイズは、全体的なコストに影響を与える可能性があり、良好な精度を確保するには、一部の材料をパーツのすべてのエッジから削除する必要があります。これは、材料コストに大きな影響を与える可能性があります（特に大量の注文の場合）。経験則として、空白は端より少なくとも3mm大きくなければなりません。
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