概念
NC（数値制御）
NC とは、デジタル信号を使用して対象物（工作機械の動きや作業工程など）を自動的に制御する技術で、数値制御と呼ばれます。
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（コンピュータ数値制御）システムとは、コンピュータを中核とした数値制御システムのことを指します。
CNC マシンとは、コンピュータ数値制御技術を使用して加工プロセスを制御する工作機械、またはコンピュータ数値制御システムを備えた工作機械を指します。
NC の定義
数値制御は、工作機械の NC の完全な形式です。数値制御 (NC) により、オペレーターは数字と記号を使用して工作機械と通信できます。
CNCの定義
CNC は Computer Numerical Control (コンピュータ数値制御) の略称で、現代の製造工程で CAD/CAM ソフトウェアを使用して自動加工を完了するために工作機械を制御する自動技術です。CNC を搭載した新しい工作機械により、業界では数年前には考えられ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準備され、コンピュータが適切にプログラムされていれば、同じ部品を同じ精度で何度でも再現できます。工作機械を制御する操作 G コード コマンドは、高速、正確、効率的、かつ再現性高く自動的に実行されます。
CNC加工はコンピュータ化された製造プロセスです。機械はコンピュータに接続され、コンピュータが移動先を指示します。まず、オペレーターはツールパスを作成します。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、機械が追従するツールパスを作成します。
産業界での使用がますます増えるにつれ、工作機械が部品を必要な形状と精度で製造できるように導くプログラムについて知識があり、それを作成できる人材の必要性が高まっています。これを念頭に置き、著者は CNC の謎を解き明かすために、論理的な順序にまとめ、誰もが理解できる簡単な言葉で表現するためにこの教科書を作成しました。プログラムの作成は、ユーザーを導くための実用的な例とともに、論理的なステップバイステップの手順で説明されています。
成分
CNC テクノロジーは、ベッド フレーム、システム、周辺テクノロジーの 3 つの部分で構成されています。
フレームキットは、ベッド、コラム、ガイドレール、作業テーブルなどの基本部品と、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部品から主に構成されています。
数値制御システムは、入出力装置、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ラ（PLC）、主軸サーボ駆動装置、送りサーボ駆動装置、測定装置などから構成されており、その中でも装置が数値制御システムの中核をなしています。
周辺技術には、主にツール技術（ツールシステム）、プログラミング技術、管理技術が含まれます。
用語解説
CNC: コンピュータ数値制御。
Gコード: 機械が移動する軸の点を指定する汎用数値制御 (NC) 工作機械言語。
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: スピンドルの最小移動量、つまり送り量。連続モードまたはステップ モードでボタンを切り替えると、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カットし、「プロファイル」または「輪郭」ツールパスはワークピースの形状を完全に切り離します。
ステップダウン: 切削工具が材料に突き刺さる Z 軸の距離。
ステップオーバー: 切削工具が未切削材料と係合する X 軸または Y 軸の最大距離。
ステッパ·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反対に回転します。チャタリングは最小限に抑えられますが、特定の木材では引き裂きが発生する可能性があります。
減算法: ビットは材料を除去して形状を作成します。(付加的な方法の反対。)
送り速度: 切削工具がワークピース内を移動する速度。
ホームポジション（マシンゼロ）: 物理的なリミットスイッチによって決定される機械指定のゼロ点。(ワークピースを加工する際に実際の作業原点を特定するものではありません。)
クライムカット: カッターは送り方向に合わせて回転します。 クライムカットは引き裂きを防止しますが、ストレートフルートビットではチャタリングマークが発生する可能性があります。スパイラルフルートビットではチャタリングが減少します。
作品原点（作品ゼロ）: ユーザーが指定したワークピースのゼロ ポイント。ヘッドはここから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外部データ ストレージ デバイス。
オプション
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。位置決め精度と繰り返し位置決め精度が高く、伝達システムと構造は高い剛性と安定性を備えており、誤差を低減します。そのため、コンピュータ数値制御マシンは加工精度が高く、特に同じバッチで製造される部品の一貫性が高く、製品品質が安定し、合格率が高く、通常の工作機械とは比較になりません。
高効率
CNC工作機械は切削量が多く、加工時間を効果的に節約できます。また、自動速度変更、自動工具交換などの自動操作機能も備えているため、補助時間が大幅に短縮され、安定した加工プロセスが形成されると、工程間の検査や測定を行う必要がありません。そのため、コンピュータ数値制御加工の生産性は、通常の工作機械の3～4倍、あるいはそれ以上です。
高い適応性
CNCマシンは加工部品のプログラムに従って自動加工を行います。加工対象が変わっても、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や製品の入れ替え促進に役立ちます。
高い加工性
複雑な曲線や曲面で形成された機械部品の中には、従来の技術や手作業では加工が困難であったり、完成が不可能であったりするものがありますが、多座標軸リンクを使用した CNC マシンでは簡単に実現できます。
高い経済価値
CNC加工センターは主に工程集中を採用しており、1台の機械で多目的に使用できます。1台のクランプの場合、ほとんどの部品を加工できます。通常の工作機械を数台置き換えることができます。これにより、クランプ誤差が低減し、工程間の輸送、測定、クランプの補助時間が節約されるだけでなく、工作機械の種類が減り、スペースが節約され、より高い経済的利益がもたらされます。
長所と短所
メリット
安全性
CNC マシンのオペレーターは、特別な保護構造によってすべての鋭利な部品から安全に隔離されています。オペレーターはガラス越しにマシンで何が起こっているかを見ることができますが、ミルやスピンドルに近づく必要はありません。オペレーターは冷却剤に触れる必要もありません。材料によっては、一部の液体が人間の皮膚に有害な場合があります。
人件費を節約
今日、従来の工作機械は、常に注意を払う必要があります。つまり、各作業員は 30 台の機械でしか作業できません。CNC 時代が到来すると、状況は劇的に変化しました。ほとんどの部品は、取り付けるたびに少なくとも 分はかかります。しかし、コンピュータ数値制御の機械は、部品を自分で切断することでこれを行います。何も触る必要はありません。ツールは自動的に移動し、オペレーターはプログラムや設定のエラーを確認するだけです。そうは言っても、CNC オペレーターは多くの自由時間があることに気づきます。この時間を他の機械に使用できます。つまり、人のオペレーターで多くの工作機械を操作できます。つまり、人員を節約できるのです。
最小設定誤差
従来の工作機械は、オペレーターの測定ツールの熟練度に依存しており、優れた作業員は部品を高精度に組み立てることができます。多くの CNC システムでは、専用の座標測定プローブを使用します。通常、ツールとしてスピンドルに取り付けられ、固定された部品にプローブを接触させて位置を決定します。次に、座標系のゼロ点を決定して、セットアップ エラーを最小限に抑えます。
優れた機械状態監視
オペレーターは加工の欠陥や切削工具を識別する必要があり、その判断が最適ではない場合があります。最新の CNC 加工センターにはさまざまなセンサーが搭載されています。ワークピースの加工中に、トルク、温度、工具寿命などの要因を監視できます。この情報に基づいて、プロセスをリアルタイムで改善できます。たとえば、温度が高すぎることがわかります。温度が高いということは、工具の摩耗、金属特性の低下などを意味します。これを修正するには、送りを減らすか、冷却圧力を上げることができます。多くの人が言うにもかかわらず、機械加工は現在最も普及している製造方法です。すべての業界で、ある程度は機械加工が使用されています。
安定した精度
実績のあるコンピュータ プログラムよりも安定したものは何でしょうか? 機器の動きは常に同じです。その精度はステッピング モーターの精度にのみ依存します。
テスト実行回数の減少
従来の機械加工では、テスト部品が必ず必要になります。作業者は技術に慣れる必要があり、最初の部品を加工して新しい技術をテストするときには、必ず何かを見逃してしまいます。CNC システムには、テスト実行を回避する方法があります。すべてのツールが通過した後、オペレーターが在庫を実際に確認できる視覚化システムを採用しています。
複雑な表面加工も簡単
従来の機械加工では、複雑な表面を高精度で製造することはほぼ不可能です。多くの肉体労働が必要です。CAM システムは、あらゆる表面のツールパスを自動的に形成できます。まったく労力を費やす必要はありません。これが、現代の CNC 加工技術の最大の利点です。
材料の無駄が少ない
CNCプログラムはアルゴリズムを用いて部品構造を最適化します。自動レイアウトソフトウェアと組み合わせることで、余分な材料を取り除き、軽量設計を実現し、材料の無駄を最小限に抑えます。
より高い柔軟性
従来の方法では、溝や平面にはフライス盤、円筒やテーパーには旋盤、穴にはドリル盤が使われていました。CNC 加工では、これらすべてを 1 つの工作機械に組み合わせることができます。工具の軌跡をプログラムできるため、どの機械でもあらゆる動きを再現できます。そのため、円筒形の部品を作れるフライス加工センターや、溝をフライス加工できる旋盤があります。これらすべてにより、部品のセットアップが軽減されます。
デメリット
• 機械オペレーターおよびメンテナンススタッフには高度な知識とスキルが必要です。
• CNC 加工ビジネスを始めるには高額な初期投資コストが必要です。
• 機械の故障によるダウンタイムは生産効率に大きな影響を与えます。
アプリケーション
世界のCNC技術と機器の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
機械製造業は、コンピュータ数値制御技術を最も早く応用した産業であり、国民経済の各産業に先進的な設備を提供する役割を担っています。主な応用分野は、現代軍事装備用の五軸垂直加工センター、五軸加工センター、大型五軸門型フライス加工、自動車産業のエンジン、ギアボックス、クランクシャフトなどのフレキシブル製造ライン、高速加工センターの開発と製造、さらに溶接、組立、塗装ロボット、プレートレーザー溶接機とレーザー切断機、航空、海洋、発電産業のプロペラ、エンジン、発電機、タービンブレード部品の加工用高速5座標加工センター、重荷重旋削とフライス加工の複合加工センターなどです。
情報産業
情報産業では、コンピュータからネットワーク、モバイル通信、テレメトリ、リモートコントロールなどの機器に至るまで、チップ製造用のワイヤボンディングマシン、ウェーハリソグラフィーマシンなど、超精密技術とナノテクノロジーに基づく製造設備を導入する必要があります。これらの設備の制御には、コンピュータ数値制御技術を使用する必要があります。
医療機器産業
医療業界では、CT診断機器、全身治療機、視覚誘導に基づく低侵襲手術ロボットなど、多くの現代の医療診断および治療機器に数値制御技術が採用されており、口腔科学における歯列矯正および歯の修復が求められています。
軍用機
現代の軍事装備の多くは、砲兵の自動照準制御、レーダーの追跡制御、ミサイルの自動追跡制御など、サーボモーション制御技術を使用しています。
その他の産業
軽工業では、多軸サーボ制御を採用した印刷機械、繊維機械、包装機械、木工機械があります。建材業界では、石材加工用のコンピュータ数値制御ウォータージェット切断機、ガラス加工用のコンピュータ数値制御ガラス彫刻機、シモンズ加工用のコンピュータ数値制御ミシン、衣類加工用のコンピュータ数値制御刺繍機があります。芸術業界では、高性能5軸CNCマシンを使用して、ますます多くの工芸品や芸術作品が生産されるでしょう。
数値制御技術の応用は、伝統的な製造業に革命的な変化をもたらし、製造業を工業化の象徴にしただけでなく、数値制御技術の継続的な発展と応用分野の拡大に伴い、国民経済と国民生活（ITや自動車など）、軽工業、医療においてますます重要な役割を果たしてきました。これらの産業に必要な設備のデジタル化は、現代の製造業における大きなトレンドとなっているためです。
トレンド
高速・高精度
高速化と高精度化は工作機械開発の永遠の目標です。科学技術の急速な発展に伴い、電気機械製品の交換速度が加速し、部品加工の精度と表面品質に対する要求もますます高くなっています。この複雑で変化に富んだ市場のニーズを満たすために、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発展しており、加工精度は絶えず向上しています。さらに、リニアモーター、電動スピンドル、セラミックボールベアリング、高速ボールねじとナット、リニアガイドレールなどの機能部品の応用も、高速で高精度な工作機械の開発の条件を作り出しました。コンピュータ数値制御工作機械は電動スピンドルを採用しており、ベルト、プーリ、ギアなどのリンクが不要になり、メインドライブの慣性モーメントが大幅に減少し、スピンドルの動的応答速度と作業精度が向上し、スピンドルが高速で回転するときの振動と騒音の問題が完全に解決されます。電動スピンドル構造を採用することで、スピンドル速度を10000r/min以上にすることができます。リニアモーターは駆動速度が高く、加減速特性が良好で、応答特性と追従精度に優れています。リニアモーターをサーボドライブとして使用すると、ボールねじの中間伝達リンクがなくなり、伝達ギャップ（バックラッシュを含む）がなくなり、運動慣性が小さく、システム剛性が良好で、高速で正確に位置決めできるため、サーボ精度が大幅に向上します。リニアローリングガイドペアは、全方向のクリアランスがゼロで、転がり摩擦が非常に小さいため、摩耗が少なく、発熱が無視でき、熱安定性が非常に優れているため、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ペアの適用により、機械の急速移動速度を元の10〜20m/分から 60-80m/分、または 120m/分。
高信頼性
信頼性は、コンピュータ数値制御工作機械の品質の重要な指標です。機械が高性能、高精度、高効率を発揮し、良好な利益を得られるかどうかは、信頼性にかかっています。
CADによるCNC機械設計、モジュール化による構造設計
コンピュータアプリケーションの普及とソフトウェア技術の発展に伴い、CAD技術が広く発展してきました。CADは、手作業による面倒な製図作業を置き換えるだけでなく、さらに重要なことに、大規模な完成機械の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、最適化設計を実行でき、設備全体の各作業部分の動的シミュレーションを実行できます。モジュール性に基づいて、設計段階で製品の3次元幾何モデルとリアルな色を確認できます。CADを使用すると、作業効率が大幅に向上し、設計のワンタイム成功率が向上し、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。工作機械コンポーネントのモジュール設計は、反復的な労働を減らすだけでなく、市場に迅速に対応し、製品の開発と設計サイクルを短縮することもできます。
機能複合
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拡大し、効率が向上し、1台の機械の多目的多機能を実現できます。つまり、CNCマシンは旋削機能とフライス加工の両方を実現できます。工作機械では研削も可能です。コンピュータ数値制御旋削フライス加工複合センターは、X、Z軸、C、Y軸を同時に操作します。C軸とY軸により、平面フライス加工とオフセット穴と溝の加工を実現できます。この機械には、強力なツールレストとサブスピンドルも装備されています。サブスピンドルは内蔵電動スピンドル構造を採用し、数値制御システムを介してメインスピンドルとサブスピンドルの速度同期を直接実現できます。工作機械のワークピースは、1回のクランプですべての処理を完了できるため、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、柔軟性、統合
21世紀のCNC設備は、一定の知能を備えたシステムになります。知能の内容には、数値制御システムのあらゆる側面が含まれます。加工効率と加工品質の知能化を追求するために、加工プロセスの適応制御、プロセスパラメータの自動生成など。駆動性能を向上させ、接続時に知能を使用するために、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操作、負荷の自動識別、モデルの自動選択、セルフチューニングなど。プログラミングの簡素化、操作の簡素化、インテリジェントな自動プログラミング、インテリジェントなインターフェース、インテリジェントな診断、インテリジェントな監視など、システムの診断とメンテナンスを容易にするさまざまな側面。ネットワーク化された数値制御装置は、近年の工作機械の発展におけるホットスポットです。CNC装置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大幅に満たすだけでなく、アジャイル製造、仮想企業、グローバル製造などの新しい製造モデルを実現するための基本単位でもあります。コンピュータ数値制御機械からフレキシブル自動化システムへの発展傾向は、点（スタンドアロン、マシニングセンター、複合マシニングセンター）、ライン（FMC、FMS、FTL、FML）から面（工場内の独立した製造アイランド、FA）、ボディ（CIMS、分散ネットワーク統合製造システム）へと進み、一方では応用と経済性の方向に焦点を当てています。フレキシブル自動化技術は、製造業がダイナミックな市場需要に適応し、製品を迅速に更新するための主な手段です。その焦点は、システムの信頼性と実用性を向上させることを前提とし、容易なネットワーク化と統合を目標とし、ユニット技術の開発と改善の強化に注意を払います。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マシンとそれを構成するフレキシブル製造システムは、CAD、CAM、CAPP、MTSと簡単に接続でき、情報統合に向けて発展しています。ネットワークシステムは、オープン性、統合性、インテリジェント性の方向に発展しています。
製品概要
つまり、CNC技術は、小規模な工房から大規模な製造工場まで、私たちの仕事や日常生活のあらゆる場所に浸透しています。CNCマシンは、個性的な木工品の彫刻や切削から、精密金属部品の旋削やフライス加工まで、あらゆる用途に対応します。DIY愛好家から工業メーカーまで、あらゆる人々から需要があります。CNCマシンは生産性を向上させながら、人件費と材料費を削減するため、新規事業の立ち上げや老朽化した生産ラインのアップグレードに最適なパートナーとなります。
