CNC加工プロセスとモーションコントロールとその種類

CNC 加工は、プログラムされた機械を使用して独自のコンポーネントを作成するもので、現代の生産プロセスの基礎となっています。

クーラント温度、主軸速度などのほとんどの機械加工活動は、コンピューター数値制御 (CNC) アルゴリズムとソフトウェアを使用して管理できます。この原材料は、ほとんどの場合、ブランクまたはワークピースと呼ばれます。金属、ポリマー、木材、ガラス、複合材料などは、層ごとの除去手順から恩恵を受ける可能性のある多くの材料の一部です。

さまざまな目的のコンポーネントを製造するほぼすべての業界で使用されています。 CNCマシン, これは、CNC 加工ジョブを自動的に実行できるプログラムされた機械です。 CNCマシン 手頃な価格で非常に正確な高精度コンポーネントを製造し、さまざまな用途の可能性を広げます。

CNC 加工の歴史の概要 

切断動作を制御するソフトウェアを実行するコンピュータに 3D データを入力します。 工作機械 は最新の CNC 加工技術です。ただし、CNC 加工で使用される加工技術は、もともと 20 世紀後半に遡ります。

現在 CNCマシン 1940 年代後半に金属分野で先駆けて開発された数値制御 (NC) システムに基づいたプロセスを実装します。 NC システムは、紙パンチ テープ アプリケーション (G コード) を使用して、製造プロセスの指示をエンコードしました。その後 15 年間にわたって、より複雑なプログラムが登場し、1960 年代後半までに、今日広く使用されている最新の CNC システムの先駆けが誕生しました。

精度、自動化、迅速な生産は、CNC 加工の多くの利点のほんの一部です。その結果、納期が短縮され、品質管理が改善され、作業を完了するために必要な機器が減り、全体的な能力が向上します。 NC 加工とその手法の開発がなければ、CNC 加工の基礎は構築されなかったでしょう。今日の競争市場では、メーカーが提供できる利点は次のとおりです。 CNC加工 は NC 加工の普及に直接比例します。

CNC 加工プロセス

CNC 加工は製造に革命をもたらし、大規模および小規模生産の基礎となりました。その影響は大きく、比類のない精度、速度、自動化を実現します。テクノロジーが進歩するにつれて、その機能は CNCマシン 進化し、毎年より洗練されたソリューションを提供しています。これらの原則はさまざまなタイプの CNC 装置に適用され、その適応性と機能が強化されるため、CNC 加工の基本を理解することが重要です。

CNCの基礎

CNC の主な特性には、その動作の基本となる速度、自動化、精度の向上が含まれます。の柔軟性 CNCマシン プログラムベースでの運用が注目される。これにより、オペレータは他のタスクに取り組みながら、異なるワークピースを同時に管理することができます。プログラムが特定のプロジェクトに対してテストおよび確認されると、将来の同様のタスクに簡単に再利用できます。 CNC マシンのセットアップと操作が簡単なため、プロジェクトの迅速な完了に貢献し、時間に制約のある状況では大きな利点となります。

運動制御

特徴的なのは、 CNCマシン 複数の方向または軸に移動する能力です。これらの軸は直線または回転であり、高精度で位置決めされ、自動的に制御できます。 CNC マシンのプログラムされた動作には、高速、直線、円形の動作が含まれており、これらの動作の範囲と速度はコンピュータで制御されます。

マシンの利用可能な動作方向 (軸) を理解する CNCプログラミング 重要です。直線運動の場合は X、Y、Z、U、V、W、回転運動の場合は A、B、C などのさまざまな文字アドレスがこれらの軸を指定します。これらの軸の特定の名前と機能は、 CNCマシン タイプ。

CNC加工におけるプログラムはさまざまなコマンドから構成されており、そのコマンドは「言葉」で構成されています。各単語は文字アドレスと数値のペアになっており、文字は実行されるコマンドまたはアクションのタイプを表します。ただし、CNC 制御メーカーによっては、これらの文字アドレスとそれに対応する動作について異なる規則が適用されている場合があることに注意することが重要です。したがって、新しい CNC プログラマーは、機械の製造元が提供するプログラミング マニュアルを参照して、機械固有の用語と機能を理解することをお勧めします。

ここでは、いくつかの一般的な単語の種類の概要を示します。 CNCプログラミング、通常の手紙のアドレス指定とともに:

● O：プログラムを識別するためのプログラム番号。

● N: プログラム内で行を識別するために適用されるシリアル番号。

● G: 準備機能。特定の操作のためにマシンを準備するコマンド。

● X、Y、Z: それぞれの X、Y、Z 軸の指定。

● R：半径を指定する半径指定。

● F: 送り速度。ツールまたはワークピースの移動速度を制御します。

● S: スピンドル速度。スピンドルの回転速度を制御します。

● H: 工具調整に使用する工具長オフセット長さ。

● D: 工具半径を調整するための工具半径オフセット。

● T: ツールの指定。特定のツールを識別します。

● M: その他の機能、さまざまな追加コマンドのカテゴリ。

回転軸の動きのエンドポイントは、インチやミリメートルのような線形測定ではなく、度で定義されます。これらの回転軸では、制御対象の特定の軸を指定するために文字アドレス (通常は A、B、または C) が引き続き使用されます。

3 つの主要な動作タイプ 

おそらく、より多くの種類のモーションが利用可能ですが、 CNCマシン ここで説明するよりも、これらはほぼすべての CNC マシンに存在します。 3 つの異なる種類のモーションについて簡単に説明した後、それぞれを含むプログラム例を示します。

ラピッドモーション

CNC 加工の分野では位置決めとも呼ばれる高速動作は、CNC プロセスの効率と精度を定義する極めて重要な要素です。急速な動きを理解することは、 CNCプログラミング そして操作。

基本的に、高速動作とは、工具または機械のコンポーネントがある点から別の点へ、機械が許容する最高速度で移動することを指します。この動きは実際の切断プロセスの一部ではありません。それでも、加工作業を開始したり、タスクの完了後に新しい場所に移動したりするには、工具やワークの位置を決めることが不可欠です。素早い動作は非生産時間を削減するために極めて重要であり、全体的な生産効率が向上します。

切断、穴あけ、またはフライス加工で使用される制御された正確な動きとは異なり、素早い動きはスピードがすべてです。ここでの主な目的は、部品の加工には直接寄与しない、点間の移動にかかる時間を最小限に抑えることです。この効率は、部品ごとのわずかな時間の節約でも全体のスループットを大幅に向上させることができる大量生産環境では非常に重要です。

プログラミングに関しては、一般に G コードと呼ばれる特定のコードを使用して、CNC プログラムで高速動作を指令することがよくあります。たとえば、ほとんどの CNC システムの G00 は、指定された位置まで最大速度で移動するように機械に指示します。この G コードの後に提供される座標は、マシンのワークスペース内の目的点を決定します。

素早い動作の精度は不可欠ですが、切断動作の精度とは異なります。工具が正しく配置されると切断操作が開始されるため、ここでは終点の正確さよりも、ターゲット位置の近くに迅速に到達することに重点が置かれています。工具またはワークピースが目的の位置に近づくと、機械は通常、切断プロセスのためにより低速でより制御された動きに切り替わります。

高速動作の速度は、CNC 機械の能力、加工される材料の種類、点間の距離などのいくつかの要因によって決まります。各マシンには最大高速速度があり、これは、システムを検討する際に重要な仕様です。 CNCマシンe購入用。先進的な機械は高速な速度を備えていることが多く、より速い生産サイクルが可能になります。

高速動作では安全性が最優先に考慮されます。高速であるため、プログラミングのエラーや位置決めの判断ミスが、損害を与える衝突につながる可能性があります。したがって、CNC オペレーターとプログラマーは、プログラムされたパスに障害物がなく、機械が危険なく指定された速度を処理できることを確認しながら、細心の注意を払って作業する必要があります。

モダンな CNCマシン 多くの場合、高度なソフトウェア アルゴリズムを通じて急速な動きを最適化します。これらのアルゴリズムは、機械の加速機能と減速機能を考慮して、ツールが点間を移動する最も効率的な経路と速度を計算します。この最適化により、速度と方向の急激な変化が軽減されるため、速度が向上し、機械の摩耗が軽減されます。

さらに、高速動作は CNC 加工のワークフロー全体において重要な役割を果たします。たとえば、マルチツール操作では、急速な動作の変化が発生します。 工作機械 時間を無駄にすることなく、あるツールステーションから別のツールステーションに素早く移動できます。この機能は、複数の工具交換が必要な複雑な機械加工作業において特に有益です。

直線運動

CNC 加工における直線運動は、数多くの加工操作の基盤を形成する基本的な概念です。これは、工具やワークの直線的な動きを指し、穴あけ、フライス加工、旋削に重要です。直線運動を理解することは、以下のことに関わる人にとって不可欠です。 CNCプログラミング 加工プロセスの品質と効率に直接影響を与えるためです。

CNC 加工では、直線運動により切削工具やワークピースの動きを正確に制御できます。この精度は、部品の望ましい形状と寸法を実現するための鍵となります。ワークピースに完全に真っ直ぐなエッジを作成する場合でも、一連の穴を開ける場合でも、直線運動はこれらの作業の中心です。

直線運動のプログラミングには、移動経路と送り速度 – 工具またはワークピースが直線経路に沿って移動する速度。送り速度は、切削の品質と加工プロセスの効率の両方に影響を与えるため、重要なパラメータです。送り速度が速すぎると、表面仕上げが悪くなったり、工具が損傷したりする可能性があり、送り速度が遅すぎると、効率が低下し、生産コストが増加する可能性があります。

直線運動は通常、制御に使用されるプログラミング言語である G コードを使用して CNC プログラムで命令されます。 CNCマシン。 たとえば、G01 は、特定の送り速度で指定された点まで直線的に移動するように機械に指示する、一般的に使用されるコードです。プログラムで提供される座標は直線移動の終点を定義し、付随する F コードが送り速度を設定します。

直線運動の応用の 1 つは、穴あけ作業です。穴あけの際、ツールは材料内を直線的に移動して穴を作成します。直線運動の精度により、正しい位置と深さに穴が開けられることが保証されます。旋削加工では、直線運動により直径、面、テーパなどのフィーチャーが作成されます。ツールは回転するワークピースに沿って直線を移動し、材料を除去して部品を成形します。

フライス加工では、直線運動を利用して直線の表面を作成します。フライス工具はワークピース上を真っすぐに移動し、材料を切り取って目的の形状と平坦度を実現します。送り速度を制御する機能は、フライス加工の際、フライス加工された部品の表面仕上げと寸法精度に影響を与えるため、特に重要です。

直線運動は、単一の軸上を移動するだけよりも複雑になる場合があります。多くの CNC 操作では、直線運動には複数の軸に沿った同時移動が含まれます。たとえば、ツールがワークピース上で斜めに移動する場合は、X 軸と Y 軸の両方で調整された動きが必要になります。この多軸の直線運動は、複雑な形状を作成するために不可欠です。

円運動

CNC 加工における円運動は、CNC 加工の多用途性と能力を向上させる重要な要素です。 CNCマシン、 複雑な形状や設計を実行できるようになります。これはその名の通り、 モーションタイプ さまざまな半径や曲面を加工するために不可欠な機能である円形パスの作成が可能になります。

円運動を理解することは、直線運動を超えて多くの可能性を開くため、CNC プログラマーや機械工にとって重要です。円運動は、円形輪郭のフライス加工、旋盤での複雑なプロファイルの旋削、滑らかな曲線の軌道を必要とする複雑なパターンの作成などの用途で一般的に使用されます。

で CNCプログラミング、円運動は、多くの場合、機械に円軌道で移動するように指示する特定の G コードを通じて実行されます。 G02 や G03 などのこれらのコードは、時計回りまたは反時計回りの円運動を指示します。これらのコードに加えて、プログラマは円の半径やモーションの終点などのパラメータを指定する必要があります。この精度により、多くの機械加工プロジェクトで基本となる正確な円形と円弧の作成が可能になります。

直線運動と同様に、送り速度制御は円運動でも同様に重要です。送り速度は、工具が円形パスに沿って移動する速度を決定します。この速度を正しく行うことは、切断の品質と最終的な表面仕上げにとって非常に重要です。速すぎると、工具が効果的に切削できず、仕上がりが悪くなったり、工具が破損したりする可能性があります。遅すぎるとプロセスが非効率になり、熱の蓄積などワークピースに望ましくない影響を引き起こす可能性があります。

CNC における円運動の難しい側面の 1 つは、特に工具がさまざまな角度でワークピースと係合する場合に、一貫した送り速度と切削速度を維持することです。これには、慎重なプログラミングが必要であり、場合によっては、ツールの位置と加工ジオメトリに基づいてこれらの速度を動的に調整できる高度な CNC 機能を使用する必要があります。

円運動は単純な円や円弧に限定されません。複数の円運動と直線運動を組み合わせることで複雑なパスを作成でき、精巧なデザインや形状の加工が可能になります。この柔軟性が、高レベルの精度と複雑さを必要とする部品に CNC 加工が好まれる理由の 1 つです。

アプリケーションの観点から見ると、円運動は、ギア、カム、その他の曲線プロファイルのコンポーネントなど、円形の特徴を持つ部品の作成に広く使用されています。航空宇宙産業や自動車産業では、さまざまな部品を高い精度で製造するために円運動が不可欠です。金型製作の分野では、円運動を利用して複雑な曲面を持った金型を作ることができます。

結論

結論として、CNC 加工の精度、速度、柔軟性は製造業を変革します。数値制御 (NC) システムから CNC 機械に至るまで、この技術はあらゆる分野に拡大しています。 CNC は多次元で動作を制御できるため、複雑で精密な製品に適しています。機械加工では、高速、直線、円運動の制御により、メーカーは厳しい基準を達成し、これまで実現できなかった精緻なデザイン。 CNC 加工は金属、ポリマー、その他の材料を加工できるため、多くの分野で役立ちます。