1 研究方法 

1.1 設計アプローチ

この研究では、特定の幾何学的および公差に関する決定がCNC機械加工コストにどのように影響するかを評価しました。3つの代表的な部品カテゴリが選択されました:

1. 薄肉エンクロージャ、

2. 精密シャフト、

3. アルミニウム6061-T6、ステンレス鋼304、およびPOM製の機能ブラケット。

各カテゴリは、ポケット深さ、フィレット半径、穴数、面取り形状、および公差帯幅を含む可変フィーチャでモデル化されました。すべてのフィーチャのバリエーションは、一般的に遭遇する産業上の制約とサプライヤーの能力範囲に一致するように設計されました。

1.2 データソース

データは以下から取得されました:

• ルーチン生産で使用される3軸および4軸立形マシニングセンタから得られたサイクルタイムログ、
• プリセッターを介して収集された工具摩耗測定値、
• Mastercam 2024に基づくCAM生成のツールパスシミュレーション、
• 生産計画部門から提供されたコスト内訳シート。

一貫性を確保するため、すべての機械加工パラメータは、同じ切削工具グレード、主軸速度範囲、およびクーラント条件を使用して正規化されました。

1.3 ツールと再現性

実験では以下を使用しました:

• ツールパス生成用のMastercam 2024、
• 寸法検証用のMitutoyoデジタルマイクロメーター、
• 標準化されたコストモデル（人件費、1時間あたりの機械コスト、材料費、工具費）。

ワークフローは、同一のCAD形状、CAM設定、および材料ストックを適用することで完全に再現可能です。

2 結果と分析

2.1 サイクルタイム比較

表1は、非機能フィーチャを簡素化した場合のサイクルタイムの変化をまとめたものです。
（最終的なドキュメントでは、適切な配置と単位を持つ3行の表を使用してください。）

表1 フィーチャ削減 vs. サイクルタイムの変化

結果は、簡素化されたポケットと標準化された半径が機械加工パスを大幅に削減することを示しています。より深いポケットと小さなカスタム半径は、工具摩耗の増加と粗加工/仕上げサイクルの延長との間で最も高い相関を示しました。

2.2 公差の影響

公差帯を±0.01 mmから±0.05 mmに拡大すると、仕上げ時間が14〜19％減少しました。工具のたわみ補正ステップもそれに応じて減少し、検査の反復回数も少なくなりました。

2.3 既存の調査結果との比較

CNCコストモデリングに関する既存の研究では、公差帯と仕上げ時間の関係について同様の傾向が報告されています。この実験は、これらの観察結果を確認し、マルチマテリアル生産のメリットを定量化しています。

3 考察

3.1 結果の解釈

ほとんどのコスト削減は、ツールパスの簡素化と最適化されたカッターエンゲージメントから生じています。より大きな半径は、高送り戦略を可能にし、工具摩耗を削減します。公差の拡大は、特に切削抵抗の高いステンレス鋼部品の場合、仕上げパスを直接的に減少させます。

3.2 制限事項

• 3つの材料のみが評価されました。耐熱合金とチタンは含まれていませんでした。
• 5軸機械加工は除外されており、複雑な航空宇宙形状への適用が制限されています。
• コストモデリングは、安定した人件費と電気料金を前提としており、地域によって異なる場合があります。

3.3 実用的な意味合い

迅速な生産のためにCNC部品を設計するメーカーは、これらのDFMのヒントを組み込むことで、構造的性能を変更することなく、ユニットあたりのコストを削減できます。半径の標準化と非クリティカルな公差の調整は、月間500個以下のバッチサイズで特に効果的です。

4 結論

この評価は、DFMガイドライン（幾何学的簡素化、最適化された半径、および適切な公差帯）の一貫した使用が、主にサイクルタイムと工具使用量の減少を通じて機械加工コストを削減することを示しています。これらの洞察は、部品の再設計とサプライヤーのベンチマーキングにおける将来のアプリケーションをサポートします。さらなる研究では、多軸機械加工と複雑な合金に拡大する可能性があります。