CNC 加工とは何ですか? どのように機能しますか?

製造業者や機械工場は、さまざまな工作機械を制御するためにコンピュータ数値制御 (CNC) マシンを使用することがよくあります。 CNC 機械加工の概念は、1940 年代と 1950 年代に登場しました。当時は、パンチテープ技術などのアナログ データ ストレージが使用されていました。今日、CNC 生産は、高度なコンピュータ支援製造 (CAM) またはコンピュータ支援設計 (CAD) ソフトウェアに依存して、部品や製品のプロトタイプを製造する機械に設計指示を提供しています。

切削加工による製造プロセスである CNC 機械加工により、より高度な複雑性が可能になります。高い精度と正確性を必要とする少量、中量、および大量の生産に対応できるようになりました。

メーカーが使用する CNC マシンは、フライス加工、研削、穴あけ、およびその他のさまざまな操作を実行できます。一部のシステムは仕上げも可能です。 CNC 機械加工で使用される電気機械装置は、洗練度や操作できるツールが異なります。それらは 3 軸から 5 軸のどこでも機能し、各軸はツールが移動できる特定の次元です。

• 横方向の動き (上下左右) は、x 軸と y 軸によって有効になります。
• 通常、縦方向の動きは z 軸で制御されます。
• 回転と追加のモーションは、追加の軸で有効になります。

機械の軸が多ければ多いほど、切断と精度のための動きの自由度が高まります。

CNC 加工材料

ほとんどの CNC マシンは非常に用途が広いです。生産機械は鋼、アルミニウム、銅、真鍮、チタンを切断できるため、金属のフライス加工に一般的に使用されます。その他の機械加工可能な材料には、ポリプロピレンを含むさまざまな種類のプラスチックや、さまざまな形態の木材、グラスファイバー、フォームなどがあります。

CNC 加工は他のコンピュータ システムとどう違うのですか?

CNC マシンの制御に使用されるコンピューターは、一般的な家庭やビジネスのコンピューターとは異なります。コードは経験豊富なプログラマーによって書かれ、高度な計算能力が必要です。このコードは、既存のプログラムを変更および更新できるように、時間の経過とともに改訂することもできます。そのため、CNC マシンのプログラミングは常に進化する自動化されたプロセスになります。それでも、人間のオペレーターの介入なしに速度、位置、繰り返しと予測可能性を制御するソフトウェアに依存する事実上すべての製造部門で使用されています。

CNC 生産のしくみ

このプロセスは通常、未処理のストック材料から始まります。たとえば、プラスチックのブロックは、材料除去プロセスが始まる前にマシンに配置される場合があります。ソフトウェア プログラムからのデジタル指示がマシンに送信されますが、これは 3D プリントとは異なります。これらのデジタル指示 (G コードとも呼ばれる) からの指示は、部品の切り方の指示に変換されます。

かつては非常に技術的で労働集約的だったプロセスが、今ではより迅速かつ正確になりました。プロトタイプパーツは

高い生産性で作られています。機械加工の過程で、複数のツールが使用される場合があります。たとえば、マシンはドリル ビット サイズの在庫から引き出すことができます。 x 軸または y 軸の横方向の動き、z 軸の縦方向の動き、さらには回転運動も可能です。

多軸加工機を使用すると、人が介在することなく、部品を自動的に裏返して配置できます。部品を手動で移動するためにプロセスを停止する必要はありません。パーツが自動的に配置されると、追加のカットが行われます。

CNCマシンは非常に正確です。測定値は 1000 インチ単位で計算されます。これは、微細加工プロセスの公差が約 ±0.001 インチになる可能性があることを意味します。研磨に機械を使用する場合、この数値は±0.00005 インチと厳しい場合があります。比較のために、人間の髪の毛の太さは約 0.00069 です ¹ 。 プロセスが複雑で再現性があることを考えると、これは非常に正確です。

CNC 生産の典型的な段階は次のとおりです。

• CAD モデルの設計 :設計者は、該当するすべての寸法、形状、およびその他の技術仕様を組み込みながら、2D ベクトルまたは 3D ソリッド パーツの CAD 設計を作成できます。パーツのプロパティは、マシンの機能によって制限されます。ほとんどの CNC ツールはカーブしたコーナーしか作成できないため、パーツの形状が制限されますが、各マシンのミニ
• 部品の最大厚さ、最大部品サイズ、複雑な内部形状を作成する能力も考慮する必要があります。
• ファイル変換 :CAD ファイルを CAM ソフトウェアで実行すると、パーツのジオメトリが抽出されます。次に、デジタル プログラミング コードが生成され、機械とその工具を制御するために使用されます。幾何学的コード (G コード) は、いつ、どこで、どのように移動するかをマシンに伝え、その他の機能コード (M コード) は、マシン カバーの取り外し/交換やその他の補助機能を制御します。
• 機械のセットアップ :CNC マシン プログラミングの後、システムを準備する必要があります。作業者は、ワークピースを機械に配置したり、スピンドルやバイスに取り付けたりするなどの最初の手順を実行する必要があります。ツールを作動させる前に、ワーク保持装置を固定する必要があります。場合によっては、マシンがプログラムの実行を開始する前に、ドリル ビットとエンド ミルを適切なコンポーネントに取り付ける必要があります。
• 処刑 :オペレーターがプログラムを開始して、機械にプロセスを開始するよう促します。その後、CNC プログラムによってコマンドが発行され、マシン内のコンピューターにツールの操作と操作を続行するように指示します。プログラムが残りの処理を行い、
  特注設計の部品または製品が完成するまで、
  各操作の実行をシステムに指示します。

CNC マシンとプロセスの種類

最新の CNC システムは、従来の機械加工技術と新しい機械加工技術を組み合わせており、幅広い用途で非常に用途が広いものになっています。より一般的なタイプの機器には次のものがあります:

• ミルズ :フライス盤は、回転切削工具を備えた柔軟なシステムであり、G コードまたはメーカーが開発した独自の言語でプログラムできます。最も基本的なユニットには 3 つの軸がありますが、新しいユニットにはさらに 3 つまで追加できます。
• ドリル :ドリル ツールが特定の操作に応じたサイズのビットを回転させ、切削を行います
• 静止した物体との接触。ドリルは非常に効率的に切削を行い、オペレーションの生産性を向上させます。
• 旋盤 :旋盤は、材料のブロックをドリル ビットに対して回転させることによって動作します。逆ではありません。複雑なデザインを作成できる旋盤は、通常、x 軸と z 軸で動作し、材料を横方向に動かしてプログレッシブ カットを行います。

現在使用されているより新しい技術には、放電加工 (EDM) が含まれます。放電加工では、電気火花を使用して加工物の一部を除去し、デジタル設計に従って成形します。放電は、電界を強める電極間のスペースを減らすことによって引き起こされます。 2 つの一般的な形式には、ワイヤを使用して本質的に部品を焼き払う (または浸食する) ワイヤ EDM と、ワークピースと電極を誘電性流体に浸すシンカー EDM があります。

プラズマ切断では、トーチを使用して金属を切断します。圧縮空気ガスと電気アークを組み合わせてプラズマを生成します。ただし、CNC 加工では、よりなじみのある媒体である水を使用することもできます。ウォーター ジェット カッターは、高圧の濃縮水流を使用して、金属、花崗岩、およびその他の硬質材料を切断します。場合によっては、効果を高めるために砂などの研磨性の強い物質を混入することがあります。ウォータージェット切断は、耐熱性の低い材料でよく使用されます。

Laszeray テクノロジーによる CNC 生産機械加工

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