CNC マシンとは何ですか?
A CNCマシン は、オンボード コンピュータの機能を追加した数値制御工作機械です。このコンピュータは、マシン コントロール ユニット (MCU) と呼ばれます。部品の製造に必要な数値データは、プログラムの形式でマシンに提供されます。プログラムは、マシンを駆動するモーターに入力するための適切な電気信号に変換されます。
機械フレームベッドはCNCマシンの機械構造であり、主駆動システム、送り駆動システム、ベッド、作業台および補助運動装置、油圧および空気圧システム、潤滑システム、冷却装置、切りくず除去、保護システムなどの部品で構成されています。しかし、数値制御の要件を満たし、工作機械の性能を十分に発揮するために、全体的なレイアウト、外観、伝達システムの構造、ツールシステム、および操作性能に大きな変化がありました。CNCマシンの機械部品には、ベッド、ボックス、コラム、ガイドレール、作業台、スピンドル、送り機構、ツール交換機構などがあります。
CNC マシンはどのように動作するのでしょうか?
CNCマシンは、コンピュータを使用してデジタルプログラム制御の技術を実現します。 この技術は、コンピュータを使用して、事前に保存された制御プログラムに従って、デバイスの移動トラックと周辺機器の操作のシーケンシャルロジック制御機能を実行します。 ハードウェアロジック回路で構成された元の数値制御装置をコンピュータに置き換えると、入力された操作命令の保存、処理、計算、論理判断などの制御機能がコンピュータソフトウェアによって実現され、処理によって生成されたマイクロ命令が伝送されます。 モーターまたは油圧アクチュエータをサーボ駆動装置に駆動して、CNCマシンを駆動して稼働させます。
CNC マシンを実行するには、次の手順を実行します。
ステップ 1. 加工部品の図面と工程計画に従って、指定されたコードとプログラム形式を使用して、工具の移動経路、加工プロセス、プロセスパラメータ、切削量を CNC システムが認識できる指示形式にプログラムします。つまり、加工プログラムを記述します。
ステップ 2. プログラムされた処理プログラムを CNC 装置に入力します。
ステップ3. CNC装置は入力されたプログラム（コード）をデコードして処理し、各座標軸のサーボ駆動装置と補助機能制御装置に対応する制御信号を送信して、工作機械の各部の動きを制御します。
ステップ 4. 移動プロセスでは、CNC システムは、CNC マシンの座標軸の位置、移動スイッチの状態などを随時検出し、それをプログラムの要件と比較して、適格な部品が処理されるまで次のアクションを決定する必要があります。
ステップ 5. オペレータは、CNC マシンの加工条件と動作状態をいつでも観察および確認できます。必要に応じて、CNC マシンの動作と加工プログラムを調整して、工作機械の安全で信頼性の高い操作を確保する必要があります。
デカルト座標系
従来の工作機械で製造できるものはほとんどすべて、コンピュータ数値制御工作機械で製造でき、多くの利点があります。製品の製造に使用される工作機械の動きには、ポイントツーポイント (直線の動き) と連続パス (輪郭の動き) の 2 つの基本的なタイプがあります。
デカルト座標系、つまり直交座標系は、フランスの数学者で哲学者のルネ・デカルトによって考案されました。このシステムでは、任意の特定の点を、3 つの垂直軸に沿った任意の他の点から数学的に記述できます。この概念は、工作機械に完全に適合します。工作機械の構造は、通常、3 つの運動軸 (X、Y、Z) と回転軸に基づいているためです。通常の垂直フライス盤では、X 軸はテーブルの水平方向の移動 (右または左)、Y 軸はテーブルの横方向の移動 (コラムに近づくまたはコラムから離れる)、Z 軸はニーまたはスピンドルの垂直方向の移動です。CNC システムでは、プログラマーがジョブ上のすべての点を正確に配置できるため、直交座標の使用に大きく依存しています。ワークピース上に点を配置する場合、2 本の直線の交差線 (1 本は垂直、本は水平) が使用されます。これらの線は互いに直角でなければならず、交差する点は原点、またはゼロ点と呼ばれます (図)。
図 1 交差する線は直角を形成し、ゼロ点を確立します。
図2 CNCで使用される3次元座標平面（軸）。
3 次元座標面を図 2 に示します。X 面と Y 面 (軸) は水平で、機械テーブルの水平方向の動きを表します。Z 面または軸は、ツールの垂直方向の動きを表します。プラス (+) とマイナス (-) の符号は、移動軸に沿ったゼロ点 (原点) からの方向を示します。XY 軸が交差するときに形成される 4 つの象限は、反時計回りに番号が付けられます (図 3)。象限 1 にあるすべての位置は、正 (X+) と正 (Y+) になります。第 2 象限では、すべての位置は負の X (X-) と正 (Y+) になります。第 3 象限では、すべての位置は負の X (X-) と負 (Y-) になります。第 4 象限では、すべての位置は正の X (X+) と負の Y (Y-) になります。
図 3 X 軸と Y 軸が交差するときに形成される象限は、X/Y ゼロ、つまり原点からの点を正確に特定するために使用されます。
図 3 では、点 A は Y 軸の右に 2 単位、X 軸の上に 2 単位あります。各単位は 1.000 に等しいと仮定します。点 A の位置は X + 2.000、Y + 2.000 になります。点 B の位置は X + 1.000、Y - 2.000 になります。CNC プログラミングでは、プラス (+) の値は想定されているため、指定する必要はありません。ただし、マイナス (-) の値は指定する必要があります。たとえば、点 A と点 B の位置は次のように示されます。
A X2.000 Y2.000
B X1.000 Y-2.000
センサーと電気駆動装置で構成されるコンピュータ システムがマシンに接続され、プログラムによってマシンの軸の動きが制御されます。
最も一般的な CNC マシンの種類は何ですか?
初期の工作機械は、オペレーターが機械の前に立ってコントロールを操作するように設計されていました。CNC ではオペレーターが工作機械の動きを制御しなくなったため、この設計は不要になりました。従来の工作機械では、材料の除去に費やされる時間はわずか 20 パーセント程度でした。電子制御の追加により、金属の除去に実際に費やす時間は 80 パーセント以上に増加しました。また、切削工具を各加工位置に運ぶのに必要な時間も短縮されました。
さまざまな業界で使用される最も一般的な CNC マシンの種類は 10 種類あります。
1. CNCフライス盤（CNCミル)
2. CNCルーターマシン（CNCルーター)
3. CNC レーザー加工機 (レーザーカッター、レーザー彫刻機、レーザー溶接機)
4. CNC旋盤（CNC旋盤)
5. CNC 掘削機（CNC ドリル）
6. CNCボーリングマシン
7. CNC研削盤（CNCグラインダー）
8. 放電加工機（EDM）
9. CNCプラズマ切断機（CNCプラズマ切断機)
10. 3D プリンター
