複雑でありながら極めて正確で精密な CNC マシンは、製造業界に革命をもたらし、現在では現代の生産の基盤を形成しています。
これらの技術的驚異の魅惑的な世界を探求したいのであれば、その内部の仕組みを知ることが不可欠です。たとえば、CNC マシンは、強力なスピンドルから複雑な制御システムまで、正確さと自動化のシンフォニーです。
これらの素晴らしい機械に命を吹き込むメカニズムと重要な部品を私たちと一緒に探ってみましょう。CNC マシンの使い方を学べば、高度な生産の未来への扉が開かれます。
CNC マシンとは?
コンピュータ数値制御 (CNC) 加工と呼ばれるプロセスで、コンピュータ制御によりストック研削が行われ、正確な形状公差と寸法公差を備えた製品が完成します。
他の業界よりも許容誤差が厳しい航空宇宙 CNC 加工は、部品製造や通信業界向けの大規模な CNC 加工やプロトタイプと同様に、この技術の恩恵を受けています。
「CNC 加工」技術と、「CNC マシン」と呼ばれる実際の機械自体を区別することが重要です。CNC (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されたマシンです。
初期工程では、ストック材料を変形および移動させて目的の形状にします。対照的に、付加的なプロセスでは、材料の層を組み立てて目的の形状にします。
CNC 加工は完全に自動化されているため、低～中程度の生産量であっても、最も基本的な部品であっても、高精度かつ正確で、適正なコストで製造できます。CNC 加工は、競合製品に比べて多くの利点がありますが、それでも非常に複雑なアイテムを適正な価格で、または特に複雑な設計で製造することはできません。
CNC 加工とは、CNC マシンの切削能力を指します。CNC 加工プロセスは、CNC マシンに入力するプログラムを設計または準備することから始まります。次に、コードの定義に従って、CNC は工作機械が動作する速度と速度を制御します。
コンピュータ数値制御機械はどのように機能するのでしょうか?
CNC の MCU は、最初に部品プログラムでプログラムされます。次に、MCU はすべての受信データを処理し、プログラムされた命令を使用してすべての動作命令を生成して駆動システムに転送します。
MCUから動作コマンドが送信されると、駆動システムが動作を開始します。駆動システムは、機械の動作と速度を管理します。
フィードバック システムから MCU に信号が送信され、工作機械の位置と速度の測定値の詳細が示されます。MCU はフィードバック信号と基準信号を比較し、不一致がある場合は更新された信号を工作機械に送信して、正しいアクションが実行されるようにします。
すべての注文、プログラム、その他の重要な情報は、ディスプレイ デバイスに表示されます。これは、データ用のマシン モニターのようなものです。
コンピュータ数値制御機械の使用
この文脈では、CNC マシンは次のように使用できます。
- 今日、コンピュータ数値制御装置は製造業のいたるところで使用されています。製造業における CNC の普及は、消費者の需要とともに拡大しています。CNC 工作機械には、旋削、フライス加工、成形、溶接などが含まれます。
- CNC マシンは、製造業のほぼすべての分野で使用されています。競争の激化と期待の高まりにより、近年、CNC の使用需要が急増しています。CNC には、旋盤、ミル、シェーバー、溶接機など、さまざまな工作機械が含まれます。
- 自動車、金属除去、金属成形、放電加工、木工など、多くの産業がコンピュータ数値制御機械に依存しています。
CNCマシンの利点
- 他の手動機械よりも正確かつ精密に作業を行うことができます。
- 24時間稼働可能です。
- それによって生産される部品の精度は同じです。製造される部品は同じです。
誰でも使用でき、専門知識は必要ありません。熟練度の低いオペレーターでも精度と精密さを実現できます。
オペレーターには、作業をスピードアップするための調整や機能強化を行う余地が大いにあります。
- 最短時間で複雑なデザインを高精度に作成できます。
- デザイナーは、今日の CAD ツールを使用して仮想工場として作業できるようになりました。これにより、物理モデルやプロトタイプを作成するための労力と費用が削減されます。
- CNC を操作するために必要な人数が少なくなるため、人件費を削減できます。
CNCマシンの欠点
すべての利点があるにもかかわらず、いくつかの欠点があります。
- これらのデバイスは、手動のデバイスに比べて非常に高価です。
- CNC マシンのアクセサリもかなり高価になる傾向があります。
- CNC マシンは維持コストが高くなります。
- この機械は高価な付属品とのみ使用できます。
CNCマシンで使用されるコンポーネント
コンピュータ数値制御機械を使用することで、金属、プラスチック、木材からの機械部品の製造が可能になりました。
さまざまな CNC マシンが利用可能ですが、最も普及しているのは CNC ミルと旋盤です。円筒形の部品は CNC 旋盤で最もよく機能しますが、ミルは平面、曲線、または角張った形状になることがあります。
入力デバイス
CNC マシンの「入力デバイス」は、CNC プログラムを受信するメカニズムです。この入力デバイスには、キーボード (直接 G コード入力用)、USB ポート付きフラッシュ ドライブ (別のマシンから完成したプログラムを運ぶため)、またはワイヤレス接続 (プログラムをローカル ネットワーク経由で別のマシンから取得する場合) が含まれます。
MCU（マシンコントロールユニット）
MCU は、入力ソースから G コードを取得し、それをツール ドライバーが実行して目的の加工結果を生成するコマンドに変換する電子機器とプログラミングの集合体です。
これは、あらゆる CNC マシンにとって重要な部分です。まず、MCU は G コードから座標を読み取り、次にサーボ モーターに命令してマシンを軸に沿って移動させます。
また、出力センサーからのデータも処理し、ツールが所定の場所に到達したかどうかを再確認します。MCU は、G コード命令に基づいて、クーラントとツールチェンジャーも起動します。
工作機械
工作物に対して処理を実行できるあらゆる器具、通常は切削工具は、「工作機械」という用語に該当します。さまざまな CNC マシンには、さまざまな工作機械構成があります。たとえば、CNC 旋盤では、固定された工具を使用して、加工する原材料を工具に送り込むことで切削が行われます。
CNC ミルは、スピンドルを一定の速度で材料内に移動します。一方、より複雑な 5 軸マシンでは、ツールとワークピースの動きが可能になり、最終製品にさらに複雑なディテールを作成できます。
機械は「ツール ライブラリ」に格納されます。これは基本的に、特定の部品の製造に必要な機械を格納するラックです。自動ツール交換では、1 つのツールがスピンドルから取り外され、ライブラリに格納され、次のツールが取り付けられます。
運転または輸送システム
駆動システムは、機械の軸に沿ってツールを動かすモーターで構成されています。一般的な CNC ミルでは、水平方向の動きは x 軸と y 軸に沿って発生し、垂直方向の動きは切削ツールがある z 軸に沿って発生します。
一般的な CNC 旋盤の駆動システムは、ワークピースの回転軸に対して切削工具を直線的に回転させます。非円形に切削する場合のように、切削工具をワークピースの回転軸に対して垂直に動かすのではなく、工具をワークピースの回転軸に沿って回転させます。
リニアガイド、ボールねじ、サーボモーターは、CNC マシンのモーション制御システムの一般的なコンポーネントです。
機械のベッドとスピンドルの位置を制御するボールねじナットは、サーボによって正確に動かすことができます。ベッドとスピンドルの動きの精度と剛性は、リニアガイドによって保証されます。
フィードバックシステム
駆動システムの精度にもかかわらず、機械が機械部品を特定の位置に移動した後に検証し、必要に応じて調整できるように、閉ループ制御システムが必要になる場合があります。位置は、サーボ モーターに取り付けられたリニア エンコーダまたはロータリー エンコーダを使用して測定できます。
特殊なプローブ ツールは、機械をゼロに設定し、加工中に実際の部品を測定して、寸法要件を満たすように加工パラメータを調整するためにも使用されます。
フィードバックシステム
駆動システムが非常に正確であっても、機械が機械部品を移動した後にその位置を確認し、必要に応じて変更するには、閉ループ制御フレームワークが必要になる場合があります。サーボ モーターに結合されたリニア エンコーダまたはロータリー エンコーダは、位置を正確に特定できます。
特殊なプローブツールを使用して機械をゼロに設定し、加工中の実際のアイテムを測定して、寸法要件を満たすために必要に応じて加工パラメータを微調整できるようにします。
ディスプレイユニット
ディスプレイ ユニットは、オペレーターに関連データを表示するモニターです。ディスプレイによっては、大量のデータを表示する巨大な高解像度画面を備えているものもあれば、最小限のデータのみを表示する低解像度の画像画面を備えているものもあります。
ディスプレイユニットには、G コードの入力から設定の調整まで、オペレーターが CNC マシンを制御する方法が示されます。現在のマシンの状態も画面に表示されます。
ベッド
原材料は CNC フライス盤のベッド上に配置されます。加工する部品は、数種類のワーク保持治具のいずれかを使用して所定の位置に保持されます。
ジグは、多くの場合、T スロットまたは穴を介してベッドに固定されます。今日の CNC マシンの X 軸と Y 軸は回転でき、従来の CNC マシン ベッドで使用される X 軸と Y 軸は水平方向に移動できます。
ヘッドストック
旋盤の主軸台には、必要な加工操作を実行するのに十分な速度でチャックを回転させるモーター、ベアリング、ギアが収納されています。
コンピュータ数値制御旋盤では、主軸台は左側にあります。ほとんどの場合、チェックのために主軸台に到達するには、いくつかのパネルを取り外す必要があります。
テールストック
コンピュータ数値制御旋盤のテールストックは、チャックによる軸方向のサポートと回転を補完し、長い円筒形のワークピースを軸方向にサポートします。テールストックがないと、切削中に発生する力によって材料がカッターから逸れてしまいます。
テールストックのクイルは、原材料をその中心に置いたまま自由に回転します。パワースクリュー、シャフト、その他の類似部品の切断に優れています。旋盤のテールストックは、さまざまな原材料の長さに対応するために、Z 軸に沿ってのみ調整できます。
テールストック用クイル
テールストックにはクイルがあり、その円錐状の先端はスピンドルとチャックの軸と一直線に並んでいる必要があります。長いシャフトを加工する場合、クイルが置かれる場所を確保するために、ワークピースの端から中心まで止まり穴をドリルで開けるのが一般的です。
クイルの汎用性は制限されています。まず、テールストックを部品の近くに移動して原材料を所定の位置に固定し、次に空気圧または油圧を使用してクイルを操作します。
ペダルまたはフットスイッチ
フットペダルは、CNC 旋盤のテールストック クイルとチャックを操作します。オペレーターはフットペダルを使用して、ブランクを機械に挿入したり、完成品を機械から取り出したりすることができます。
CNC ミルのワークピースはベッドによって固定されるため、オペレーターはペダルに足を乗せて原材料を投入したり取り出したりする必要がありません。
チャック
旋盤特有の部品であるチャックが原材料をしっかりと固定し、その後スピンドルが原材料を素早く回転させます。
通常、チャックには、空気圧または油圧によって作動する 3 つまたは 4 つのグリップがあります。3 つのジョーを備えたチャック グリップは自動センタリングします。グリップはすべて同時に円運動で回転します。
独立して調整可能な、セルフセンタリングのないグリップを備えた 4 爪チャック。その結果、4 爪チャックの精度は 3 爪チャックよりも優れています。さらに、原材料の変動に合わせて配置を微調整できるため、偏心切断が可能になります。
コマンドセンター
オペレータは、キーボード、ディスプレイ ユニット、入力デバイス、およびさまざまなコントロール ボタンが収納されたコントロール パネルを介して CNC マシンを操作できます。さらに、コントロール パネルを CNC マシンに取り付けられた伸縮式アームに取り付けることで、画面をより見やすい角度に移動できます。
結論
CNC マシンは複雑ですが、極めて正確で精密なマシンであり、製造業界に革命をもたらしました。これらは、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されたマシンです。プロセスは、プログラムの設計または準備から始まり、次に工作機械が動作する速度とレートを調整します。MCU は部品プログラムでプログラムされ、すべての受信データを処理し、動作命令を生成して駆動システムに転送します。駆動システムは、マシンの動作と速度を管理します。
CNC マシンは、消費者の需要により、製造業のほぼすべての分野で使用されています。他の手動マシンよりも正確かつ精密に作業を行うことができ、1 日 24 時間稼働でき、可能な限り最短時間で複雑なデザインを高精度に作成できます。ただし、高価で維持費も高くなります。CNC マシンで使用されるコンポーネントには、金属、プラスチック、木材から機械部品を製造できる CNC ミルと旋盤があります。CNC マシンの入力デバイスは、キーボード、フラッシュ ドライブ、USB ポート、またはワイヤレス接続です。
マシン コントロール ユニット (MCU) は、入力ソースから G コードを取得し、ツール ドライバーが実行するコマンドに変換する電子機器とプログラミングの集合体です。工作機械は、ワークピース (通常は切削工具) に対して手順を実行できる機器です。駆動システムは、機械の軸に沿ってツールを移動させるモーターで構成されています。リニア ガイド、ボール スクリュー、サーボ モーターは、CNC マシンのモーション コントロール システムの一般的なコンポーネントです。CNC フライス盤のボール スクリュー ナットは、サーボとリニア ガイドによって正確に移動されます。
機械が機械部品を移動した後、その位置を確認して調整するには、閉ループ制御システムが必要になる場合があります。ディスプレイ ユニットは、オペレーターに関連データと現在の機械の状態を表示するモニターです。原材料はベッドに置かれ、ワーク保持ジグを使用して所定の位置に保持されます。主軸台には、必要な加工操作を実行するのに十分な速度でチャックを回転させるモーター、ベアリング、およびギアが収納されています。テール ストックは、長い円筒形のワークピースを軸方向に支えます。
CNC 旋盤のテールストックは、クイルが配置されている場所で、さまざまな長さの原材料に対応するために Z 軸に沿って調整できます。長いシャフトを加工する場合、クイルが置かれる場所を確保するために、ワークピースの端から中心に向かって止まり穴をドリルで開けるのが一般的です。フットペダルは、CNC 旋盤のテールストック クイルとチャックを操作します。チャックは原材料を所定の位置にしっかりと保持し、スピンドルは原材料を素早く回転させます。オペレーターは、キーボード、ディスプレイ ユニット、入力デバイス、およびさまざまなコントロール ボタンを備えたコントロール パネルを介して CNC マシンを操作できます。
ツーリングとCNCの絞り加工能力を最大化する
BE-CU 中華のへら 絞り 会社では、過度の摩耗やストレスの兆候を監視しながら、設備を最大限に活用しています。さらに、より新しい最新の設備を検討し、製造能力をサポートまたは向上できる設備に投資しています。当社のチームは機械やツールに細心の注意を払っているため、部品の品質と生産性に悪影響を与えないように定期的にメンテナンスも行っています。
BE-CUの設計とエンジニアリングサポート
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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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BE-CUが提供する広範な社内サービス
この金属加工プロセスは、軸対称の高性能部品を製造します。スピン成形とも呼ばれ、材料を望ましい形状に切削するのではなく、金属ディスクまたはチューブを円錐形やその他の円形に変形させます。
へら絞りは、手動の手作業によるスピニングプロセスまたは自動CNCスピニングを使用します。BE-CUのへら絞り機能の利点には以下が含まれます：
- コスト削減
- 短いリードタイム
- 最大の設計柔軟性
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対応可能な金属には、ステンレス鋼、炭素鋼、アルミニウム、銅、インコネル、ハステロイ、チタン、ブロンズ、真鍮が含まれます。BE-CUは、センター間60インチから直径100インチまでのカスタム金属絞り部品を製造でき、材料の厚さは0.018インチから2.00インチまで対応可能です。
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