August 12, 2025
部品の設計は、戦いの半分に過ぎません。もう半分、同じように重要なのは、その設計を効率的かつ費用対効果の高い方法で製造できることを確認することです。これが設計製造（DFM）の本質です。CNC機械加工にとって、DFMは単なる推奨事項ではなく、必要不可欠なものです。これは、予算とスケジュールを維持できるプロジェクトと、コストのかかる再設計や生産遅延で制御不能になるプロジェクトとの違いです。この実践的なガイドでは、CNC DFMの主要な原則を説明し、機能的であるだけでなく、機械工場向けに最適化された部品を作成するのに役立ちます。
本質的に、CNC DFMとは、CNC機械が最小限の手間で製造できる部品を設計することです。これには、一般的なCNC機械（主にフライス盤と旋盤）の機能と制限事項を深く理解することが含まれます。たとえば、CNCフライス盤は、回転するカッターを使用してワークピースから材料を除去します。一方、旋盤は、静止した切削工具に対してワークピースを回転させます。これらの基本的なプロセスを知ることで、設計がどのように実現されるかを視覚化できます。
DFMの主な目標は、機械加工時間を短縮し、材料の無駄を最小限に抑え、複雑で高価なセットアップの必要性をなくすことです。製造プロセスを簡素化することで、コストを大幅に削減し、部品の品質を向上させ、生産スケジュールを加速できます。自分自身を単なる設計者ではなく、機械工のパートナーと考えてください。設計の選択は彼らの仕事に直接影響し、よく設計された部品はすべての人の仕事を容易にします。
部品が複雑になるほど、機械加工にかかる時間と費用が増えます。複雑な特徴には、特別な工具、複数のセットアップ、および長いサイクル時間が必要です。
深いポケットとキャビティを避ける: 非常に深いポケット、特に小さな半径を持つものは、機械加工が困難です。長くて細いエンドミルは、振動やたわみが発生しやすく、表面仕上げが悪くなったり、寸法精度が低下したりする可能性があります。一般的なルールは、ポケットの深さを幅の4倍未満にすることです。深いポケットが避けられない場合は、設計を個別に機械加工して組み立てることができる複数の部品に分割することを検討してください。
十分なフィレットとコーナー半径を使用する: 内側のコーナーは、切削工具が丸いため、フライス加工された部品では完全にシャープにすることはできません。小さな内半径を指定すると、より小さく、より壊れやすい工具が必要になり、実行に時間がかかり、破損する可能性が高くなります。時間と費用を節約するには、可能な限り最大の内部半径を使用してください。半径は、頑丈な工具が全深さに到達できるように、ポケットの深さの少なくとも1/3にする必要があります。
複雑な3D輪郭を制限する: 自由形式の有機的な形状には、多軸機械加工と長いサイクル時間が必要です。可能な限り、平面と直線を使用してください。これにより、工具パスが簡素化され、プログラミングの複雑さが軽減されます。
設計に不必要なバリエーションがあると、コストが大幅に増加する可能性があります。標準化は、DFMの強力なツールです。
穴のサイズを標準化する: 可能な限り、標準のドリルとタップのサイズを使用してください。これにより、カスタムツーリングの必要がなくなり、機械工が工具を調達しやすくなります。また、プログラミングが簡素化され、工具交換が削減されます。
広い公差を指定する: すべての製造プロセスには、固有の変動性があります。より厳しい公差は、より正確で、したがってより高価な部品を意味します。機械工は、より遅い速度と送りを使用し、より高価な工具を使用し、追加の品質チェックを実行する必要があります。部品の機能に絶対的に不可欠な場合にのみ、厳しい公差を指定してください。重要でない寸法の場合、標準の公差範囲で十分であり、はるかに経済的です。一般的な標準公差は+/-0.005インチですが、厳しい公差は+/-0.001インチ以下です。
一貫した壁の厚さを維持する: 薄い壁は、機械加工中の振動と熱変形を起こしやすくなります。これにより、チャタリング、表面仕上げの悪さ、部品の反りが発生する可能性があります。均一な材料除去と構造的安定性を確保するために、部品全体で一貫した壁の厚さを目指してください。壁が薄くなければならない場合は、できるだけ短くしてください。
選択する材料と、機械加工中に部品を保持する方法は、DFMに大きな影響を与えます。
機械加工可能な材料を選択する: 一部の材料は、他の材料よりも機械加工が容易です。アルミニウム6061は、非常に機械加工可能で費用対効果の高い材料の好例です。チタンやステンレス鋼などのより硬い材料には、より低い切削速度、より耐久性のある工具、および特殊なクーラントが必要であり、これらはすべてコストを増加させます。高強度または耐食性材料が不可欠でない場合は、より機械加工可能な代替材料を選択してください。
簡単な固定のために設計する: 機械工は、部品を機械テーブルにしっかりと固定する必要があります。このプロセスは、固定と呼ばれます。部品の底面にある平面など、これを簡素化する機能は、多くの時間を節約できます。複雑な形状や丸みを帯びた形状には、カスタムジグまたは固定具が必要になる場合があり、これによりコストとセットアップ時間が大幅に増加します。部品がどのように保持され、さまざまな角度から機械加工されるかを検討してください。部品を反転または再配置する必要がある回数を最小限に抑えます。1つまたは2つのセットアップで機械加工できる設計が理想的です。
十分なリードインとリードアウトスペースを提供する: 切削工具が材料に出入りすると、バリや表面仕上げが悪くなる可能性があります。工具が「ランプ」してカットに出入りするための余分な材料を少量提供すると、きれいなエッジを作成するのに役立ちます。これは、部品の品質を向上させ、後処理時間を短縮できる小さな詳細です。
これらのガイドラインは強力な基盤を提供しますが、DFMを成功させる上で最も重要な側面はコミュニケーションです。設計ファイルをCNC機械加工パートナーと早い段階で共有してください。熟練した機械工またはCAMプログラマーは、潜在的な問題を特定し、時間と費用を節約する簡単な変更を提案できることがよくあります。彼らは、次の点について貴重なフィードバックを提供できます。
最適な工具の選択
効率的な機械加工戦略
コスト削減のための材料の代替
固定とセットアップの改善
最終的に、DFMは共同プロセスです。これらの原則を設計ワークフローに組み込み、製造パートナーとのオープンな対話を維持することにより、より高品質の部品を製造し、コストを削減し、製品をより速く市場に投入できます。ショップフロアの現実を考慮した思慮深い設計は、製造に良いだけでなく、優れたエンジニアの証です。
