コンピュータ数値制御 (CNC) は、工作機械に取り付けられたマイクロコンピュータに組み込まれたソフトウェアを使用して工作機械を自動制御するものです。 G コードは、CNC で最も広く使用されているプログラミング言語です。
目次
定義と概念
コンポーネント
特徴
アプリケーション
トレンド
用語解説
定義と概念
NC（数値制御）
NC は、デジタル信号を使用してオブジェクト (工作機械の位置や動作など) を自動的に制御するプログラム可能な技術の一種です。
NC技術
NC技術とは、数字、文字、記号を使用して特定の作業プロセスをプログラムする自動制御技術を指します。
NCシステム
NCシステムとは、NC技術の機能を実現するソフトウェアモジュールとハードウェアモジュールが有機的に統合されたシステムを指します。 NC技術の担い手です。
CNCシステム（コンピュータ数値制御システム）
CNC（Computer Numerical Control）システムとは、コンピュータを中心とした数値制御システムのことです。
CNCマシン
CNC 機械とは、旋盤などの機械加工プロセスを制御するためにコンピューター数値制御技術を使用する機械を指します。 ルータ、グラインダーなど、またはCNCシステムを備えた工作機械。
NC
数値制御 (NC) を使用すると、オペレータは数字と記号を通じて工作機械と通信できます。
CNC
CNC は Computer Numerical Control の略で、製造業界に大きな変化をもたらしました。 CNC を備えた新しい工作機械により、業界はこれまで夢見ることしかできなかった精度で部品を一貫して生産できるようになりました。 プログラムが適切に記述され、コンピュータが正しくプログラムされていれば、部品は何度でも同じ精度で同じように再現できます。 工作機械を制御する操作コマンドは、驚くべき速度、精度、効率、再現性で自動的に実行されます。
CNC 加工はコンピューター化された製造プロセスです。 機械はコンピューターに接続されており、コンピューターはどこにどのくらいの速度で移動するかを指示します。 まず、オペレーターはソフトウェア プログラムを使用して形状を描画し、機械が従うツール パスを作成する必要があります。
産業界での使用が増え続けているため、必要な形状と精度の部品を製造するために工作機械を誘導するプログラムを作成する訓練を受けた人材の必要性が生じています。 著者は、論理的な順序と誰もが理解できる簡単な言語を使用して CNC の謎を解明するために、このことを念頭に置いてこのガイドを作成しました。 プログラムの準備方法を、ユーザーをガイドする実践的な例とともに段階的に説明します。
コンポーネント
CNC技術は、機械のベッドフレーム、システム、周辺技術のXNUMXつの主要な要素で構成されています。
マシンフレームキットには、ベッド、コラム、ガイドレール、作業テーブル、およびツールホルダーやツールマガジンなどのその他のサポートパーツが含まれています。
数値制御システムは、入出力機器、コンピュータ数値制御装置、プログラマブルロジックコントロール（PLC）、主軸サーボ駆動装置、送りサーボ駆動装置、計測装置などから構成されます。 その中でも数値制御システムの中核となるのがマシンコントロールユニット（MCU）です。
周辺技術には、ツール（ツールシステム）、プログラミング、管理技術が含まれます。
特徴
高精度
CNC マシンは、精密機械と自動制御システムで構成される、高度に統合されたメカトロニクス製品です。 高い位置決め精度と繰り返し位置決め精度を備えています。 伝達システムと構造は非常に剛性が高く安定しており、誤差を軽減します。 その結果、CNC マシンは、特に同じバッチで製造される部品の一貫性において、より高い加工精度を実現します。 その結果、製品の品質が安定し、合格率も高く、通常の工作機械に比べて大幅に向上します。
高効率
CNCマシン 大量の材料を一貫して切断できるため、処理時間を効果的に節約できます。 自動速度変更や工具交換などの自動運転機能も備えており、補助時間を大幅に短縮します。 安定した加工プロセスが形成されれば、プロセス間の検査や測定は必要ありません。 したがって、CNC 加工の生産性は通常の工作機械の 3 ～ 4 倍、場合によってはそれ以上になります。
高い適応性
CNC機械は加工部品プログラムに従って自動加工を行います。 加工対象物が変更になった場合でも、プログラムを変更するだけでマスターやテンプレートなどの特別な加工設備を使用する必要がありません。 生産準備サイクルの短縮と製品代替の促進に貢献します。
高い被削性
複雑な曲線や曲面を備えた一部の機械部品は、従来の手動技術では完成が困難または不可能でさえありますが、CNC マシンは複数の座標軸のリンクを使用してそのような作業を簡単に完了できます。
高い経済価値
CNC マシニング センターは、一般的に多目的機械を使用した大量生産に使用されます。 大部分の部品は XNUMX つのクランプ システムを使用して加工できるため、複数の通常の工作機械を置き換えることができます。 これにより、クランプエラーが減少し、プロセス間の輸送、測定、クランプの手間が省けると同時に、さまざまな工作機械の数と工作機械の面積も削減され、そのすべてが経済的メリットをもたらします。
アプリケーション
CNC 技術と装置の世界的な応用の観点から見ると、その主な応用分野は次のとおりです。
製造業
機械製造業界は CNC 技術を初めて採用し、さまざまな国内産業に高度な機器を提供する役割を担っています。 これは主に、現代の軍事機器用の XNUMX 軸立形マシニング センター、その他の XNUMX 軸マシニング センター、大型 XNUMX 軸ガントリー フライス加工、およびフレキシブルなエンジン、ギアボックス、およびクランクシャフト製造ライン用の CNC マシンの開発と製造に適用されます。自動車業界で。 CNC 技術は、高速マシニング センター、溶接、組立、塗装ロボット、プレート レーザー溶接機、レーザー切断機、プロペラ、エンジン、発電機、タービン ブレード部品を加工する高速 XNUMX 座標マシニング センターにも採用されています。航空、海洋、発電産業、重切削旋削、フライス加工複合マシニングセンターなど
情報産業
コンピュータからネットワーク、移動体通信、テレメトリー、リモコンなどの情報産業には、超精密技術やナノテクノロジーをベースとした製造装置の導入が必要です。 これらには、チップ製造用のワイヤ ボンディング マシンやウェハ リソグラフィ マシンなどが含まれます。これらのマシンはすべて、CNC テクノロジーによって制御されます。
医療機器産業
医療用品業界では、CT 診断機器、全身治療機械、低侵襲視覚誘導手術ロボットなど、いくつかの最新の医療診断および治療機器で NC 技術が使用されています。 歯列矯正や歯の修復にも使用されています。
軍事装備
現代の軍事装備のかなりの部分では、砲兵の自動照準、レーダー追跡、ミサイルの自動追跡など、サーボ モーション コントロール テクノロジーが使用されています。
その他の産業
照明業界では、印刷、繊維、包装、木工機械で多軸サーボ制御が使用されています。 建材業界では、石材加工には CNC ウォータージェット切断機が、ガラス加工には CNC ガラス彫刻機が使用されています。 シモンズのマットレスはCNCミシンで製造されており、衣類加工にはCNC刺繍機が使用されています。 アート業界では、高性能な素材を使った工芸品や芸術作品が増えています。 5軸CNC マシン。
NC 技術の応用は、伝統的な製造業に革命的な変化をもたらし、工業化の象徴となっただけでなく、その用途は拡大し続けており、いくつかの重要な国家産業に大きな影響を与えています。 これは経済と人々の生活（IT、自動車など）の両方に影響を与えます。 他の産業で必要とされる機器のデジタル化が現代の主要な開発トレンドになっているため、他の産業でもその役割がますます重要になっています。
トレンド
現在、CNC マシンは次のような開発傾向を示しています。
高速・高精度
高速と高精度は工作機械開発者の永遠の願望です。 最近の科学技術の急速な進歩により、電気機械製品の交換部品が急速に大量に必要になっています。 部品加工の精度や表面品質もますます高くなっています。 この複雑かつ変化しやすい市場のニーズに応えるため、現在の工作機械は高速切削、ドライ切削、準ドライ切削の方向に進化し、加工精度は向上の一途をたどっています。 その他、電動スピンドルやリニアモーターの採用、セラミックボールベアリング、高精度大リード中空内部冷却、ボールナット強力冷却、低温高速ボールねじペア、ボールリニアガイドペアなどを採用。工作機械コンポーネントの導入は非常に成功しています 工作機械の発売により、高速精密工作機械の開発も促進されました。
CNC マシンは電動スピンドルを使用するため、ベルト、プーリー、ギアなどの従来の手動コンポーネントが不要になるため、メインドライブの回転慣性が大幅に低減され、スピンドルの動的応答速度と動作精度が向上します。 したがって、スピンドルが高速で動作するときの振動や騒音の問題など、従来のベルトとプーリの問題が解消されます。 電動スピンドルは 10000r/min 以上の速度に達することができます。 リニアモータは駆動速度が速く、加減速特性が良く、応答性や追従精度に優れています。
リニアモータサーボドライブの採用により、ボールネジ中間伝達リンクや伝達ギャップ（バックラッシ含む）がなくなり、動作慣性が小さく、システム剛性が良く、高速での高精度位置決めが可能となるなど、大きなメリットをもたらします。サーボの精度を向上させます。 全方向のクリアランスがゼロで、転がり摩擦が非常に低いため、リニア転がりガイド ペアの発熱はごくわずかです。 また、非常に優れた熱安定性も備えているため、プロセス全体の位置決め精度と再現性が向上します。 リニアモーターとリニアローリングガイドのペアを適用することにより、機械の高速移動速度を当初の 10 ～ 20 m/min から 60 ～ 80 m/min、場合によっては 120 m/min まで高めることができます。
高信頼性
信頼性は CNC マシンの重要な品質指標です。 機械が高い性能、精度、効率などを維持できるかどうかは、その信頼性にかかっています。
CAD とモジュール構造設計を使用した CNC 機械設計
コンピュータアプリケーションとソフトウェア技術の普及と発展に伴い、CAD 技術も広く発展してきました。 CAD は、面倒な手動の製図作業を置き換えます。そして最も重要なのは、設計スキームの選択、静的および動的特性の分析、計算、予測を実行できることです。 また、大型機械全体の設計を最適化し、各動作部分の動的シミュレーションを行うこともできます。 モジュール性に基づいて、3D 幾何学モデルと製品の実際の色を設計段階全体で確認できます。 また、CAD の使用により、作業効率と XNUMX 回限りの設計成功率が大幅に向上し、試作サイクルが短縮され、設計コストが削減され、市場競争力が向上します。 さらに、工作機械コンポーネントのモジュール設計により、繰り返しの作業が軽減され、市場に迅速に対応して製品開発および設計サイクルを短縮することもできます。
機能性配合
機能複合化の目的は、工作機械の生産効率をさらに向上させ、非加工補助時間を最小限に抑えることです。 機能の複合化により、工作機械の使用範囲が広がり、効率が向上し、多目的・多機能な機械を実現できます。 CNC マシンは、旋削、研削、フライス加工の機能を実行できます。 宝鶏工作機械工場は、X 軸、Z 軸、C 軸、Y 軸を同時に備えた CX25Y CNC 旋削およびフライス複合センターの開発に成功しました。 平面フライス加工やオフセット穴や溝の加工は、C 軸と Y 軸を使用して実行できます。
強力な刃物台やサブスピンドルも装備しています。 サブスピンドルは内蔵電動スピンドル構造を採用しており、数値制御システムによりメインスピンドルとサブスピンドルの速度の同期を直接実現できます。 また、工作機械のワークはXNUMX回のクランプで全ての加工が完了するため、効率が大幅に向上します。
インテリジェント、ネットワーク化、柔軟、統合
CNC 装置には一定のインテリジェンスが備わっています。 このインテリジェンスには、数値制御システムのあらゆる側面が含まれます。 加工パラメータを自動生成し、加工プロセスの適応制御など、加工効率と品質のインテリジェンスを追求します。 フィードフォワード制御、モーターパラメータの自己適応動作、自動負荷識別、自動モデル選択、セルフチューニングなどの駆動性能と接続も改善できます。 インテリジェントな自動プログラミングやインテリジェントなマンマシンインターフェイスなど、簡素化されたプログラミングと操作インテリジェンスを実現できます。 インテリジェントな診断、監視、その他の側面により、システムの診断とメンテナンスが容易になります。
ネットワーク化された数値制御装置は、現在、工作機械開発において注目を集めています。 CNC 機器のネットワーク化は、生産ライン、製造システム、製造企業の情報統合のニーズを満たすことができ、また、アジャイル製造、仮想エンタープライズ、グローバル製造などの新しい製造モデルを開発するための基礎にもなります。
開発中の柔軟な自動化システムを備えた現在の CNC マシンには、ポイント (スタンドアロン、マシニング センター、および複合マシニング マシン)、ライン (FMC、FMS、FTL、FML) サーフェス (ワークショップの独立した製造アイランド、FA)、およびボディ ( CIMS、分散ネットワーク統合生産システム）。
もう XNUMX つの主な焦点は、アプリケーションと経済性です。 柔軟な自動化テクノロジーは、製造業が市場の動的な需要に適応し、製品を迅速に更新するための主な手段です。 その焦点は、ユニット技術の開発と改善の強化に加えて、ネットワーク化と統合を容易にすることを主な目標として、システムの信頼性と実用性を向上させることです。 CNC スタンドアロンマシンは、高精度、高速、高柔軟性の方向に発展しています。 CNC マシンとその構成要素である柔軟な製造システムは、CAD、CAM、CAPP、MTS と簡単に接続して、情報統合を実現できます。 ネットワーク システム自体は、オープン性、統合性、インテリジェンスの観点から開発が進められています。
用語解説
CNC：コンピュータによる数値制御。
Gコード: 機械が移動する軸点を指定する、最も広く使用されているコンピューター数値制御 (NC) プログラミング言語。
CAD: コンピュータ支援設計。
CAM： コンピュータ支援製造。
グリッド: 主軸の最小移動量、または送り量。 ボタンを連続モードまたはステップ モードで切り替えると、スピンドルは自動的に次のグリッド位置に移動します。
PLT (HPGL): ベクトルベースの線画を印刷するための標準言語であり、CAD ファイルでサポートされています。
ツールパス: カッターがワークピースを加工するためにたどる、ユーザー定義のコード化されたルート。 「ポケット」ツールパスはワークピースの表面を切削します。 「プロファイル」または「輪郭」ツールパスは、ワークピースを切断して、異なる形状のピースを分離します。
降りる：切削工具が素材に突き当たるZ方向の距離。
ステップオーバー: 切削工具が未切削材料と係合する X または Y 方向の最大距離。
ステッピングモータ: 信号、つまり特定のシーケンスの「パルス」を受信することによって個別のステップで動作する DC モーター。その結果、非常に正確な位置決めと速度制御が可能になります。
主軸速度: 切削工具の回転速度 (RPM)。
従来のカット: カッターは送り方向と逆に回転するため、びびりは最小限に抑えられますが、木材によっては裂けが生じる可能性があります。
減算法: ビットは原材料の固形物を除去して形状を作成します (加算法とは逆)。
供給速度: 切削工具がワークを通過する速度。
ホームポジション（マシンゼロ）: CNC 上のデフォルトの原点。機械の起動時に設定され、物理的なリミット スイッチによって決定されます。 ワーク加工時に実際のワーク原点を特定するものではありません。
クライムカット：切削回転と同方向に材料を送ります。 クライムカットは引き裂きを防止しますが、ストレート溝付きビットではビビリマークが発生する可能性があります。 スパイラル溝付きビットによりびびりを低減します。
ワークオリジン（ワークゼロ）: ユーザーがワークピースに対して指定したゼロ点。そこからヘッドがすべての切削を実行します。 X、Y、Z 軸はゼロに設定されます。
LCD：液晶ディスプレイ（コントローラーに使用）。
Uディスク: USB インターフェイスに挿入される USB 形式の外部データ保存ハード ドライブ。
ソースから スタイルcnc.
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