コンピュータ数値制御マシンとは何かを説明します。コンピュータ数値制御マシンは、人間の介入なしに CNC 加工タスクを実行できるプログラム可能なマシンです。CNC 加工、またはコンピュータ数値制御 (CNC) 加工は、CNC 制御と工作機械を使用して、ストック ピース (ブランクまたはワークピースとも呼ばれます) から材料を 1 層ずつ取り除き、独自のコンポーネントを作成する減算製造技術です。この記事では、CNC マシンの定義とその機能について説明します。
コンピュータ数値制御 (CNC) マシンとは何ですか?
コンピュータ数値制御機械は、コンピュータによって制御される加工システムです。これにより、工場では人手を削減し、自動化されたプロセスを導入できます。
したがって、コンピュータ数値制御（CNC）で駆動する機械は、生産性を向上させ、無駄を減らし、人為的なミスを排除します。さらに、アクチュエータ、モーター、ソフトウェアを使用して、CNC マシンはさまざまな製品を生産できます。その結果、CNC マシンは多種多様な形になります。
いくつかの定義、最も重要なもの
CNC は「COMPUTER NUMERIC CONTROL」の略です。
機械の動作は、コンピューターと CAM ソフトウェアを使用してデジタル的に自動化、制御、監視できます。レーザー カッターやウォータージェット カッター、ロボット、旋盤、レーザー カッターやウォータージェット カッター、溶接機、板金スタンピング マシンなど、さまざまな機械が対象となります。コンピューターは、大型の産業機器のオンボード コントローラーであることがよくあります。ただし、趣味や特別な改造に適したコンピューターの場合、PC は外部コントローラーになることがあります。CNC コントローラーはモーターと連動してコンポーネントを駆動し、機械の軸を動かして制御し、プログラムされた動作を実行します。産業機械で一般的な高度なフィードバック システムにより、切断速度と位置を継続的に最適化できます。
デスクトップ用CNCマシン
ミニチュア デスクトップ CNC マシンは、模型製作者や愛好家向けに広く販売されています。これらは、工業用マシンよりもプラスチック、フォーム、ワックスなどの柔らかい材料のフライス加工に適しています。ただし、それでも安価で、精度が低く、速度が遅く、軽量で、剛性が低く、剛性が低いという欠点があります。一部のデスクトップ PC は、機能的にプリンターに類似している場合があります。中には、クローズド コマンド システムと特殊な CAM ソフトウェアを備えているものもあります。標準の G コードを入力として受け入れるものもあります。デスクトップ工業標準機器の特定のコントローラーは、精密で細かい作業用に設計されています。
コンピュータ支援製造（略してCAM）
ツールパスと NC コード生成は、3D コンピュータ モデル (CAD) からデータを取得し、それを使用して CNC マシンを制御します。CAD/CAM は、コンピュータ支援設計/コンピュータ支援製造の一般的な頭字語です。
CAM は CNC マシンの指示しか作成できないことを覚えておくことが重要です。また、CAD モデルはインポートされず、必要な NC コードは機械的に生成されます。3D モデリングと同様に、CAM プログラミングには、プログラムの実行、加工戦略の設計、各状況に最適なツールと操作の選択に関する知識と専門知識が必要です。コンピューター初心者でも簡単に習得して使用できる単純なプログラムもありますが、より複雑なモデルを習得するには時間と費用がかかります。
NCコード
これは、CNC マシンが理解して使用できる特殊な低レベルのコンピュータ言語です。これらの言語はもともと、マシンのキーボードで直接パーツをプログラミングするために CAM アプリケーションが必要ないように開発されたものです。代わりに、スピンドルや送り速度、クーラントなどの処理に加えて、マシンに 1 つずつ実行すべきことを指示します。G コード (ISO コードとも呼ばれる) は、1970 年代に最初の CNC マシン用のシンプルな英数字プログラミング言語として開発され、それ以来業界標準となっています。
ポストプロセッサ
G コードは標準として広く受け入れられていますが、補助機能などのコンポーネントの違いにより、あるマシン用に作成された G コードが別のマシンでは機能しない可能性も考えられます。さらに、Heidenhain や Mazak などの多くの機械メーカーが独自のプログラミング言語を開発しています。そのため、CAM ソフトウェアの計算されたパスを CNC マシンに必要な正確な NC コードに変換するポストプロセッサが開発されました。設定が正しければ、ポストプロセッサは選択したマシンに適したコードを生成するため、理論上はどの CAM システムでもどのマシンでもコードを生成できます。CAM システムには、追加コストなしでポストプロセッサが含まれている場合と含まれていない場合があります。
さまざまなCNCマシン
コンピュータ数値制御旋盤
旋盤 CNC マシンは、稼働中は材料を回転させる能力が特徴です。CNC フライス盤よりも軸の数が少ないため、より短くコンパクトです。
CNC旋盤は、コンピュータで制御される中央旋盤を備えており、材料の取り扱いや搬送に使用されます。その高速かつ正確な機能のため、現在では旋盤として広く使用されています。
一度設定してしまえば、半熟練者でも問題なく使用できます。キャプスタンやタレットなどの生産旋盤がこのカテゴリの例です。ただし、これは事前にプログラムされたフィードではありません。
コンピュータ数値制御フライス盤
これは、ドリルや鋸があらかじめ取り付けられた、コンピューター制御の一般的な機械です。材料は、フライス加工 CNC マシン内でコンピューターからのドリルまたは切断のコマンドを待ちます。
CNC フライス盤には通常、3 軸から 6 軸が搭載されています。システムに部品プログラムを入力することで、この機械を使用して平歯車などの歯車を製造したり、ワークピースの穴をあけたり、溝を切ったりすることができます。
中程度の熟練度を持つ作業者でも効果的に使用できます。産業環境では、キャプスタンまたはタレットとして機能します。ただし、これは事前にプログラムされたフィードではありません。マシンの出力には厳しい寸法公差があります。
コンピュータ数値制御掘削機
ほとんどの場合、大量生産には CNC ドリル マシンが使用されます。ただし、多くのドリル マシンには、さまざまな目的に使用できるマシニング センターが備わっており、明確化やねじれが必要になる場合もあります。CNC ドリルのダウンタイムの大部分はツールの交換にかかっているため、穴の直径を均一に保つことが効率化には不可欠です。
穴あけ加工を最も速く行う機械には、複数のスピンドルと、さまざまな直径のドリルがすでに取り付けられているタレットが含まれます。この CNC 機械では、座ぐり、タッピング、リーマ加工などの穴あけ加工がすべて可能です。
コンピュータ数値制御研削盤
これは、回転ホイールで金属を正確に切断する高性能ツールです。カムシャフト、トランスミッション シャフト、ボール ベアリング、その他の動作要素では、必要な精度と精密さを実現するために、コンピューター数値制御 (CNC) 研削盤がよく使用されます。
CNC 研削部品の多くは円筒形が一般的です。研削盤を使用すると、他の形状のオブジェクトも作成できます。頭字語「CNC」は、研削盤で使用されるコンピューター化された数値制御を指します。
コンピュータ数値制御レーザー切断機
レーザー切断機は、ガス、液体、固体の 3 つのカテゴリに分類できます。タイプは、アクティブなレーザー媒体の性質 (CO2、Nd:YAG など) と媒体の物理的状態 (気体、液体、固体) によって区別されます。CO2 レーザーと固体レーザーは、最も一般的に使用されるレーザー タイプです。
活性レーザー媒体として二酸化炭素ガス混合物を使用する CO2 レーザーは、最も広く使用されているガス状態レーザーの 1 つです。初期の機械モデルには制限があったため、CO2 レーザーは主に非金属材料の切断に使用されています。レーザー技術の進歩により、CO2 レーザーは複雑な金属切断にも使用できます。一方、CO2 レーザーは、有機材料や非金属材料を切り刻むことや、金属やその他の硬質材料を単純に彫刻することに優れています。ガスベースのレーザーで人気のあるもう 1 つのタイプは、窒素のみのレーザーです。これらのレーザーの使用は、切断する材料の酸化が許されない状況に限られます。
コンピュータ数値制御プラズマ切断機
プラズマ切断 CNC マシンはフライス盤と同じ機能を実行しますが、切断速度ははるかに高速です。さらに、この作業を実行するために使用するプラズマ トーチが、従来のフライス盤と異なる点です。
電気を通す材料をきれいに切断するために、プラズマ カッターは加熱されたプラズマの流れを加速します。金属を含むあらゆる種類の難しい材料は、これらの CNC マシンのトーチにはかないません。
コンピュータ数値制御放電加工機
これらは火花とも呼ばれます。たとえば、コンピュータ数値制御マシン (CNC) の 1 つのサブセットは、電気火花を使用して材料を目的の形状に導きます。
一時的な影響として、放電はそれが適用される材料を劣化させる可能性があります。放電を使用する CNC マシンは、適切に調整された火花を発生させて材料を変化させることでこれを利用します。
材料を電極の上部と下部の間に配置した後、コンピューターが電極の放電を判断します。
コンピュータ数値制御ルーターマシン
ルーターと呼ばれる装置 CNC マシンは、コンピューター制御の切削工具を使用して金属やその他の材料を加工するフライス盤です。コンピューター数値制御 (CNC) ルーターは、木材、鋼鉄、フォーム、複合材、アルミニウム、プラスチックなど、さまざまな材料を加工および設計します。
ステッピング モーター、機械ベース、ステッピング ドライバー、コントローラー、スピンドル、および電源は、コンピュータ数値制御ルーターの標準コンポーネントです。その結果、CNC ルーターは無駄を削減し、生産をスピードアップし、品質を向上させます。
自動工具交換機能付きコンピュータ数値制御工作機械
機械によるツールの切り替え コンピュータ数値制御マシンの助けにより、マシンのツール負荷と出力率が向上します。また、さまざまなツールをより効率的に使用できるようにするためにも活用されます。このタイプの CNC マシンのツールは、摩耗したり壊れたりしたときに交換されます。
ダウンタイムの排除は、この CNC マシンの主な利点です。さらに、自動工具交換システムを備えた CNC マシンは、完全な機械化への優れた足がかりとなります。
3Dプリンター
これは、部品を 1 つずつ印刷するコンピュータ数値制御マシンです。3D プリンターは、コンピュータ支援設計 (CAD) およびコンピュータ支援製造 (CAM) プロセスによって開発されたモデルを複製するために使用されます。コンピュータ数値制御マシンは、構造物の 3D 印刷に使用されます。
計算装置 数値制御5軸マシン
5 軸 CNC マシンには合計 5 つの軸があります。どのツールでも、従来は 3 つの軸 (X、Y、Z) に沿って切削が行われていましたが、さらに 2 つの軸 (A と B) が追加され、合計 5 つになります。このマシンでは彫刻を作成できます。
ピッキング＆プレース機
これは CNC 機械のもう 1 つのサブセットと考えることができます。ビジネスの世界ではこれが頼りにされています。ピックアンドプレース CNC マシンの多数のノズルは、電子部品を拾い上げて正確に配置します。これらは、携帯電話、コンピューター、タブレットなどの電子機器の製造によく使用されます。
コンピュータ数値制御機械を選択する際に考慮すべき要素
採用する予定の CNC 方法と使用する材料を知っておくと、最適な CNC マシンの種類を選択するのに役立ちます。マシンの消費電力、作業半径、速度、交換部品の入手可能性、重量はすべて、考慮すべき重要な要素です。
ポリマー複合材、アルミニウム、鋳鉄は、CNC マシンの構築に最もよく使用される材料です。作業を完了するために頑丈なツールが必要な場合は、鋳鉄に勝るものはありません。ただし、それほど集中的な作業では、他の材料が使用される場合があります。
完成品は、CNC マシンの最大容量よりも大きい必要があります。また、マシンの切断半径は、日常的に扱う最も厚い材料よりも大きくする必要があります。最も適切な種類の CNC マシンを決定するときは、送り速度を考慮すると便利です。送り速度は、生産中に原材料をどれだけ速くスライスできるかを制御します。
CNC マシンは、他のマシンや機器と同様に故障したり、摩耗したりすることがあります。専門家が簡単に修理でき、スペアパーツがすぐに入手できるブランドを購入することが重要です。マシンのダウンタイムは最小限に抑えられます。
選択したマシンを稼働させるには、作業場の電気容量をアップグレードする必要がある場合があります。マシンの電力消費に関して、作業場が適切に設定されていることを確認してください。
結論
CNC 加工、またはコンピュータ数値制御 (CNC) 加工は、CNC 制御と工作機械を使用してストック ピースから材料を 1 層ずつ取り除き、独自のコンポーネントを作成する減算製造技術です。CNC マシンには、レーザー カッターやウォータージェット カッター、ロボット、旋盤、溶接機、板金スタンピング マシンなど、さまざまな形式があります。CNC コントローラはモーターと連動してコンポーネントを駆動し、マシンの軸を動かして制御し、プログラムされた動作を実行します。デスクトップ用の CNC マシンは安価ですが、精度が低く、速度が遅く、軽量で、剛性が低く、固さも剛性も低いです。コンピュータ支援製造 (CAM) は、3D コンピュータ モデル (CAD) からデータを取得し、それを使用して CNC マシンを制御します。
CAD/CAM は、コンピュータ支援設計/コンピュータ支援製造の一般的な頭字語です。プログラムの実行、加工戦略の設計、各状況に最適なツールと操作の選択には、知識と専門技術が必要です。NC コードは、CNC マシンが理解して使用できる特殊な低レベルのコンピュータ言語です。ISO コードとも呼ばれる G コードは、1970 年代に最初の CNC マシン用のシンプルな英数字プログラミング言語として開発されました。CAM ソフトウェアの計算されたパスを、CNC マシンに必要な正確な NC コードに変換するためのポストプロセッサが開発されました。
さまざまな CNC マシンには、コンピュータ数値制御旋盤、コンピュータ数値制御フライス盤、コンピュータ数値制御旋盤などがあります。CNC フライス盤は、ドリルと鋸があらかじめ取り付けられたコンピュータ制御のマシンで、ギアを製造したり、ワークピースの穴を開けたり、溝を切ったりするのに使用できます。CNC ドリル マシンには、多くの目的に使用され、場合によっては研磨やねじり加工が必要な加工センターが備わっています。CNC 研削盤は、回転ホイールで金属を正確に切断するための高性能ツールです。レーザー切断機は、ガス、液体、固体の 3 つのカテゴリに分類できます。
CO2 レーザーは最も広く使用されている気体レーザーですが、固体レーザーは最も一般的なタイプです。コンピュータ数値制御プラズマ切断機、コンピュータ数値制御放電加工機、コンピュータ数値制御ルーター機、自動工具交換機能付きコンピュータ数値制御機、コンピュータ数値制御 3D プリンターはすべてコンピュータ数値制御機械のタイプです。プラズマ切断機はプラズマ トーチを使用して電気を通す材料をきれいに切断し、電気放電加工機は電気火花を使用して材料を変更します。CNC ルーター機は、コンピュータ制御の切断ツールを使用して金属やその他の材料を成形するフライス盤です。自動工具交換機能付きコンピュータ数値制御機械は、完全な機械化への優れた足がかりです。
5 軸 CNC マシンには 5 つの軸があり、彫刻を作ったり、電子部品をピックアップして配置したりするために使用できます。CNC マシンを選択する際に考慮すべき要素には、消費電力、作業半径、速度、交換部品の入手可能性、重量などがあります。ポリマー複合材、アルミニウム、鋳鉄は、CNC マシンの構築に最も一般的に使用される材料です。最も適切な種類の CNC マシンを決定する際には、送り速度を考慮する必要があります。ダウンタイムを最小限に抑えるために、修理が簡単で、すぐに交換部品が入手できるブランドを購入することが重要です。
ツーリングとCNCの絞り加工能力を最大化する
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BE-CUの設計およびエンジニアリングサポートプロセスの一例：
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