精密加工の世界では、標準的なコンポーネントが特定の要件を満たせない場合、カスタム部品を作成するための強力なソリューションとして、コンピュータ数値制御（CNC）機械加工が登場します。この技術により、デジタル設計に基づいて、さまざまな材料からコンポーネントを正確に製造できます。CNCプロジェクトを独自に実施するエンジニアやメーカーにとって、機械加工サイクル時間を理解し、正確に計算することは、生産効率、コスト管理、プロジェクトのタイムラインに直接影響するため、非常に重要になります。
このシナリオを考えてみましょう。自動車メーカーが、独自の寸法と材料仕様を持つ特殊なエンジンコンポーネントを必要としています。正確なCNCサイクル時間の予測がなければ、生産スケジュールが遅延し、組み立てライン全体が中断される可能性があります。これは、スムーズな生産ワークフローを維持するために、CNCサイクル時間の計算を習得することの非常に重要な重要性を強調しています。
CNC機械加工は、事前にプログラムされたコンピュータソフトウェアが生産設備の動きを制御する製造プロセスを表しています。この技術は、仮想設計（通常はCADプログラムから）を、特定の材料で作られた物理的なコンポーネントに変換します。CNC機械加工は、以下を含むさまざまな材料に対応しています。
- 硬質フォーム
- 彫刻フォーム
- フェノール樹脂
- エンジニアリングプラスチック
手動操作と比較して、CNC機械加工は、自動車や航空宇宙からエレクトロニクス、軍事、医療、セキュリティアプリケーションまで、さまざまな業界にサービスを提供し、ユニークなコンポーネントの製造において優れた精度と効率性を提供します。特殊部品の大量生産には、CNC機械加工が信頼性の高い精密なソリューションを提供します。
CNC機械加工サイクル時間は、1回の機械加工操作を完了するために必要な合計時間を指します。エンジニアは、生産のボトルネックを特定するためにサイクル時間データを利用し、生産マネージャーは、正確なスケジューリングのためにこれらの計算に依存しています。正確なサイクル時間の知識には、次のような多くの利点があります。
- より正確な見積もり： 見積もり担当者は、実際の機械加工時間を考慮して正確な見積もりを作成し、見積もり時間の過小評価による損失を防ぐことができます。
- リードタイムの短縮： メーカーは、サイクル時間の効率を最適化することで製品の納期サイクルを短縮し、顧客満足度を高めることができます。
- より優れた予算管理： プロジェクトマネージャーは、サイクル時間データを使用して生産を財務計画に合わせ、プロジェクトが予算内に収まるようにすることができます。
- より信頼性の高いタイムライン： チームは、効果的なサイクル時間管理を通じてプロジェクトの締め切りを守り、遅延を回避できます。
サイクル時間の公式は、切削距離、送り速度、主軸速度を結びつけます。CNCオペレーターは、これらの変数を調整して、効率性と品質のバランスを取ります。多くの専門家は、これらの計算を日常的に使用する専門の計算機にプログラムしています。さまざまな機械加工操作には、特定のサイクル時間計算方法が必要です。
旋削加工は、ワークの寸法と材料の種類に依存します。フライス加工は、切削戦略と材料除去率の影響を受けます。ねじ切り加工には、独自のサイクル時間の考慮事項があります。ただし、すべての操作は、基本的な公式に従います。機械加工時間=切削長÷送り速度。
メーカーは、各生産フェーズを最適化することで、サイクル時間を短縮できます。
- セットアップ時間の最小化： 不要なダウンタイムをなくして、設備の利用率を向上させます。
- 最適なツールの選択： 高効率の切削工具は、処理速度を加速します。
- 切削パラメータの最適化： 速度と工具寿命の理想的なバランスを見つけます。
- 工具経路の合理化： 合計切削距離を短縮し、非切削移動を最小限に抑えます。
体系的なサイクル時間分析と改善を通じて、メーカーはコスト管理を維持しながら生産性を向上させることができます。サイクル時間の公式は、機械加工効率を測定および改善するための整合性のある方法論を提供します。
基本的なCNC計算は、長さ（または距離）を速度（または速度）で割ります。このコア公式により、機械加工時間の計算が可能になり、次の追加の式が導き出されます。
- RPM = 1,000 × 切削速度（mm/分）/（π × バー直径（mm））
- 機械加工時間=切削長（mm）/（1回転あたりの送り（mm/rev）× RPM）
プロジェクトの仕様によっては、ミリメートルとインチ間の単位変換が必要になる場合があります。
次のパラメータを使用して、このインチ単位の例を考えてみましょう。
- 穴径= 1インチ
- 穴の深さ= 0.75インチ
- アプローチ距離= 0.1インチ
- 送り速度= 7インチ/分
穴あけ時間の計算（秒に変換）：
- 穴あけ時間=移動距離（0.85インチ）/送り速度（7インチ/分）= 0.12143分
- 秒= 0.12143分× 60 = 7.2858秒
穴あけ時間を決定した後、1分あたりのインチ（IPM）での送り速度を計算するには、主軸速度（RPM）の導出が必要です。ほとんどのマニュアルでは、1回転あたりのインチ（IPR）での送り速度と、1分あたりの表面フィート（SFM）での速度の推奨事項が提供されているため、これらの式で計算が完了します。
- RPM = 3.82 × SFM / 合計直径
- IPM = RPM × IPR
工具が歯ごとの送り速度を指定している場合、公式は次のように適応します。
- IPR = IPT × 切削エッジの数
これらの公式は、直径が機械加工中に変化する場合を除き、ほとんどの操作に直接適用されます。複数のパスを必要とするプロジェクトの場合、一定の表面速度により、RPMが直径の変化とともに変化し、各旋削パスに対して個別のRPMとIPMの計算が必要になります。
フライス加工は、垂直、傾斜、または水平面でスロット、ヘリカル溝、または平面を作成します。フライス加工の場合、時間の見積もりには、歯ごとの送り速度の測定が必要になる場合があります。つまり、特定の工具のフルート数、歯数、または切削エッジを知っている必要があります。
元の公式（機械加工時間=切削長（mm）/（1回転あたりの送り（mm/rev）× RPM））を使用して、CNCフライス加工時間は次のように計算されます。
計算仕様には以下が含まれます。
- 切削長（mm）=必要な距離+ワーク長+工具のオーバーラン+工具のアプローチ
- 1回転あたりの送り（mm/rev）=歯数×歯ごとの送り
- RPM = 1,000 × 切削速度/（π × バー直径（mm））
これらの測定の精度により、最適な機械加工時間の見積もりが保証されます。
旋削サイクル時間の公式も、基本的な方程式から導き出されます。機械加工時間=切削長（mm）/（1回転あたりの送り（mm/rev）× RPM）。計算仕様には以下が含まれます。
- 長さ=工具のアプローチ+ワーク長+工具のオーバーラン×パス数
- 平均RPM = 1,000 × 切削速度/（π × バー平均直径（mm））
旋削は、旋盤で単一点工具を使用して回転（多くの場合複雑な）形状を作成します。このプロセスには、2つの異なる動きが含まれます。
- 一次運動： ワークの回転
- 二次運動： 送り
サイクル時間の計算を理解することで、プロセス最適化を通じて運用を改善できます。すべてのCNC機械加工ステップは、合計サイクル時間に影響を与えます。各コンポーネントを最適化すると、全体的な時間が最小限に抑えられます。これらのコンポーネントには以下が含まれます。
- セットアップ時間： 作業を開始する前に、ワークを固定し、切削工具を構成するための合計時間。
- 工具交換： 複数の工具を切り替えるために必要な時間。自動工具交換装置は、手動交換の非効率性を排除します。
- 機械加工： すべての工具の動きと主軸の回転がサイクル時間に追加されます。処理速度は、ワーク材料、切削パラメータ、および工具経路の複雑さによって異なります。
- 高速移動と位置決め： 操作間の工具の再配置にかかる時間。
- 停止時間： 正確な工具経路の追従を保証し、工具の過熱を防ぎ、切りくずの除去を通じて切断品質を向上させるための意図的な一時停止。
- ワークの取り外し： 機械から完成したコンポーネントを取り外すための時間。
遅延、CADファイルの読み込み、機械のウォームアップなど、非生産的な時間も合計サイクル時間に貢献します。これらの非効率性を特定して対処することで、より優れたサイクル時間パフォーマンスが得られます。