CNCルーターについて知っておくべきことは？

はじめに

CNCルーターは、コンピューター数値制御を介してツールパスを制御できるマシンキットです。これは、木材、複合材料、アルミニウム、鋼、プラスチック、発泡体などのさまざまな硬い材料を切断するためのコンピューター制御の機械です。これは、CNCのバリエーションを持つ多くの種類のツールの1つです。 CNCルーターのコンセプトはCNCフライス盤と非常によく似ています。

CNCルーターには、小さな家庭用の「デスクトップ」CNCルーターから、ボート製造施設で使用される大きな「ガントリー」CNCルーターまで、さまざまな構成があります。多くの構成がありますが、ほとんどのCNCルーターには、専用のCNCコントローラー、1つ以上のスピンドルモーター、ACインバーター、テーブルなど、いくつかの特定の部品があります。

CNCルーターは通常、3軸および5軸のCNCフォーマットで利用できます。

CNCルーターはコンピューターによって実行されます。座標は、別のプログラムからマシンコントローラにアップロードされます。 CNCルーターの所有者は、多くの場合、2つのソフトウェアアプリケーションを持っています。1つは設計を作成するプログラム（CAD）で、もう1つはそれらの設計をマシンの命令プログラム（CAM）に変換します。 CNCフライス盤と同様に、CNCルーターは手動プログラミングで直接制御できますが、CAD / CAMは輪郭を描く可能性を広げ、プログラミングプロセスをスピードアップし、場合によっては手動プログラミングが本当に不可能ではないにしても確実にプログラムを作成します。商業的に非現実的です。

CNCルーターは、同一の反復的なジョブを実行するときに非常に役立ちます。 CNCルーターは通常、一貫性のある高品質の作業を生成し、工場の生産性を向上させます。

CNCルーターは、無駄、エラーの頻度、および完成品が市場に出るまでにかかる時間を削減できます。

CNCルーターは、製造プロセスの柔軟性を高めます。ドアの彫刻、内外装の装飾、木製パネル、看板、木製フレーム、モールディング、楽器、家具など、さまざまなアイテムの製造に使用できます。さらに、CNCルーターは、トリミングプロセスを自動化することにより、プラスチックの熱成形を容易にします。 CNCルーターは、部品の再現性と十分な工場出力を確保するのに役立ちます。

数値制御

今日知られている数値制御技術は、20世紀半ばに登場しました。これは、1952年の米国空軍、および米国マサチューセッツ州ケンブリッジにあるジョンパーソンズとマサチューセッツ工科大学の名前をたどることができます。それは1960年代初頭まで生産製造に適用されませんでした。本当のブームは、1972年頃、そして10年後、手頃な価格のマイクロコンピューターの導入により、CNCの形で現れました。この魅力的なテクノロジーの歴史と発展は、多くの出版物に詳しく記載されています。

提出された製造業、特に金属加工の分野では、数値制御技術が革命を引き起こしました。コンピュータがすべての企業や多くの家庭で標準装備になる前の毎日でさえ、数値制御システムを備えた工作機械は機械工場で特別な場所を見つけました。マイクロエレクトロニクスの最近の進化と、数値制御への影響を含む絶え間ないコンピューター開発は、製造業全般、特に金属加工産業に大きな変化をもたらしました。

数値制御の定義

さまざまな出版物や記事で、数値制御とは何かを定義するために、何年にもわたって多くの説明が使用されてきました。これらの定義の多くは、同じ考え、同じ基本概念を共有し、異なる表現を使用しているだけです。

既知のすべての定義の大部分は、比較的単純なステートメントにまとめることができます。

数値制御は、機械制御システムへの特別にコード化された命令による工作機械の操作として定義できます。

指示は、アルファベットの文字、数字、および選択した記号（小数点、パーセント記号、括弧記号など）の組み合わせです。すべての命令は、論理的な順序と所定の形式で記述されています。部品の加工に必要なすべての命令の集まりは、NCプログラム、CNCプログラム、または部品プログラムと呼ばれます。このようなプログラムは、将来の使用のために保存し、繰り返し使用して、いつでも同じ加工結果を得ることができます。

NCおよびCNCテクノロジー

用語を厳密に遵守すると、NCとCNCの略語の意味に違いがあります。 NCは、注文と元の数値制御技術を表します。略語CNCは、古い親戚の現代的なスピンオフである新しいコンピューター数値制御技術を表します。ただし、実際には、CNCが推奨される略語です。各用語の適切な使用法を明確にするために、NCシステムとCNCシステムの主な違いを見てください。

どちらのシステムも同じタスクを実行します。つまり、部品を加工するためのデータの操作です。どちらの場合も、制御システムの内部設計には、データを処理する論理命令が含まれています。この時点で類似性は終了します。

NCシステム（CNCシステムとは対照的に）は、固定論理機能を使用します。これらの機能は、コントロールユニット内に組み込まれ、恒久的に配線されています。これらの機能は、プログラマーや機械のオペレーターが変更することはできません。制御ロジックの書き込みが固定されているため、NC制御システムはパートプログラムを解釈できますが、通常はオフィス環境で、制御から離れて変更を加える必要はありません。また、NCシステムでは、プログラム情報の入力に紙テープを強制的に使用する必要があります。

最新のCNCシステムは、古いNCシステムではなく、内部マイクロプロセッサ（つまり、コンピュータ）を使用しています。このコンピュータには、論理関数を操作できるさまざまなルーチンを格納するメモリレジスタが含まれています。つまり、パートプログラマーまたはマシンオペレーターは、（マシンでの）コントロール自体のプログラムを変更して、瞬時に結果を得ることができます。この柔軟性はCNCシステムの最大の利点であり、おそらく現代の製造業におけるこの技術の幅広い使用に貢献した重要な要素です。 CNCプログラムと論理機能は、ソフトウェア命令として特別なコンピュータチップに保存されます。論理機能を制御するワイヤなどのハードウェア接続で使用されるのではなく。 NCシステムとは対照的に、CNCシステムは「ソフトワイヤード」という用語の同義語です。

数値制御技術に関連する特定の主題を説明するときは、NCまたはCNCという用語を使用するのが通例です。 NCは日常会話でCNCを意味することもありますが、CNCはここでNCの略語で説明されている注文技術を指すことはできません。文字「C」はコンピューター化されたものを表し、有線システムには適用されません。現在製造されているすべての制御システムはCNC設計です。 C＆CやC’n’Cなどの略語は正しくなく、それらを使用する人にはあまり反映されていません。

用語

絶対零度

これは、センサーが物理的に検出できるポイントにあるすべての軸の位置を指します。絶対零度は通常、ホームコマンドが実行された後に到達します。

軸

オブジェクトが移動または回転する固定基準線。

ボールねじ

ボールねじは、回転運動を線形運動に変換するための機械装置です。これは、精密なねじ山でレースする再循環ボールベアリングナットで構成されています。

CAD

コンピューター支援設計（CAD）は、エンジニア、建築家、その他の設計専門家の設計活動を支援する、さまざまなコンピューターベースのツールを使用することです。

CAM

コンピューター支援製造（CAM）は、製品コンポーネントの製造またはプロトタイピングにおいてエンジニアやCNC機械工を支援する、さまざまなコンピューターベースのソフトウェアツールの使用です。

CNC

略語CNCは、コンピューター数値制御の略で、特にgコード命令を読み取り、工作機械を駆動するコンピューター「コントローラー」を指します。

コントローラー

制御システムは、他のデバイスまたはシステムの動作を管理、コマンド、指示、または調整するデバイスまたはデバイスのセットです。

昼光

これは、工具の最下部と機械テーブルの表面との間の距離です。最大日光とは、テーブルからツールが到達できる最高点までの距離を指します。

ドリルバンク

マルチドリルとも呼ばれるこれらは、通常32mm刻みで配置されたドリルのセットです。

送り速度

または、切削速度は、切削工具とそれが動作している部品の表面との間の速度差です。

フィクスチャオフセット

これは、特定のフィクスチャの基準ゼロを表す値です。絶対零度とフィクスチャゼロの間のすべての軸の距離に対応します。

Gコード

Gコードは、NCおよびCNC工作機械を制御するプログラミング言語の一般名です。

ホーム

これは、絶対マシンゼロまたはフィクスチャオフセットゼロとして表される0,0,0としても知られるプログラムされた基準点です。

線形および円補間は、既知のデータポイントの離散セットから新しいデータポイントを構築する方法です。つまり、これは、プログラムが中心点と半径のみを認識しながら、完全な円の切断パスを計算する方法です。

マシンホーム

これは、マシン上のすべての軸のデフォルト位置です。ホーミングコマンドを実行すると、すべてのドライブは、停止するように指示するスイッチまたはセンサーに到達するまで、デフォルトの位置に向かって移動します。

ネスト

シートから部品を効率的に製造するプロセスを指します。複雑なアルゴリズムを使用して、ネスティングソフトウェアは、利用可能な在庫を最大限に活用できるようにパーツをレイアウトする方法を決定します。

オフセット

これは、CAMソフトウェアからの中心線測定からの距離を指します。

ピギーバックツール

これは、メインスピンドルの横に取り付けられている空気作動式ツールを指すために使用される用語です。

ポストプロセッサ

表示、印刷、機械加工用のフォーマットなど、データの最終処理を提供するソフトウェア。

プログラムゼロ

これは、プログラムで指定された基準点0,0です。ほとんどの場合、マシンゼロとは異なります。

ラックアンドピニオン

ラックアンドピニオンは、回転運動を線形運動に変換する歯車のペアです。

スピンドル

スピンドルは、工具保持装置を備えた高周波モーターです。

スポイルボード

犠牲板とも呼ばれ、切断される材料のベースとして使用される材料です。それは多くの異なる材料で作ることができ、その中でMDFとパーティクルボードが最も一般的です。

ツールの読み込み

これは、工具が材料を切断しているときに工具にかかる圧力を指します。

ツール速度

スピンドル速度とも呼ばれます。これは、機械のスピンドルの回転数であり、1分あたりの回転数（RPM）で測定されます。

ツーリング

驚くべきことに、ツーリングは、CNC機器の最も理解されていない側面であることがよくあります。切断の品質と切断速度に最も影響を与える要素が1つであることを考えると、オペレーターはこの主題の調査により多くの時間を費やす必要があります。

切削工具は通常、3つの異なる材料で提供されます。高速度鋼、超硬、ダイヤモンド。

高速度鋼（HSS）

HSSは、3つの材料の中で最も鋭く、最も安価ですが、摩耗が最も速く、非研磨性の材料にのみ使用する必要があります。頻繁な変更と研ぎ澄ましが必要なため、主にオペレーターが特別な仕事のために社内でカスタムプロファイルをカットする必要がある場合に使用されます。

超硬

超硬工具にはさまざまな形態があります。先端が超硬、超硬インサート、超硬工具です。これらの工具のメーカー間で結晶構造が大きく異なるため、すべての超硬が同じであるとは限らないことに注意してください。その結果、これらのツールは、熱、振動、衝撃、および切断荷重に対して異なる反応を示します。一般に、低コストの一般的な超硬工具は、高価格の有名ブランドよりも早く摩耗して欠けます。

炭化ケイ素結晶は、ツールを形成するためにコバルトバインダーに埋め込まれています。ツールが加熱されると、コバルトバインダーはカーバイド結晶を保持する能力を失い、鈍くなります。同時に、失われた炭化物によって残された中空の空間は、切断される材料からの汚染物質で満たされ、鈍化プロセスを増幅します。

ダイヤモンド工具

このカテゴリの工具は、ここ数年で価格が下がっています。その優れた耐摩耗性により、高圧ラミネートやMdfなどの切削材料に最適です。カーバイドよりも最大100倍長持ちすると主張する人もいます。ダイヤモンドチップツールは、埋め込まれた釘や固い結び目に当たると、欠けたり割れたりする傾向があります。一部のメーカーは、研磨材の荒削りにダイヤモンド工具を使用し、仕上げ作業に超硬またはインサート工具に切り替えています。

ツールの形状

シャンク

シャンクは、ツールホルダーによって保持されるツールの一部です。機械加工の形跡がないのは工具の一部です。シャンクは、汚染、酸化、引っかき傷がないように保つ必要があります。

カット径

これは、ツールが生成するカットの直径または幅です。

カットの長さ

これは、工具の有効な切削深さ、または工具が材料に切り込むことができる深さです。

フルート

これは、カットされた素材を補強するツールの一部です。カッターのフルートの数は、切りくずの負荷を決定する上で重要です。

ツールプロファイル

このカテゴリには多くのツールのプロファイルがあります。考慮すべき主なものは、アップカットとダウンカットのスパイラル、圧縮スパイラルです。

ラフ、フィニッシャー、ローヘリックス、ストレートカットツール。これらはすべて、1〜4本のフルートの組み合わせで提供されます。

アップカットスパイラルにより、チップがカットから上向きに飛び出します。これは、ブラインドカットを行う場合、または真っ直ぐにドリルダウンする場合に適しています。ただし、このツールの形状は持ち上げを促進し、切断される材料の上端を引き裂く傾向があります。

ダウンカットスパイラルツールは、チップをカットに押し下げます。これにより、パーツの保持が向上する傾向がありますが、特定の状況では目詰まりや過熱を引き起こす可能性があります。このツールはまた、切断される材料の下端を引き裂く傾向があります。

アップカットとダウンカットの両方のスパイラルツールには、荒削り、チップブレーカー、または仕上げエッジが付属しています。

圧縮スパイラルは、アップカットフルートとダウンカットフルートの組み合わせです。

圧縮ツールは、チップをエッジから材料の中心に向かって押し出し、両面ラミネートを切断するとき、またはエッジを引き裂くことが問題になるときに使用されます。

低らせんまたは高らせんスパイラルビットは、プラスチックやフォームなどの柔らかい材料を切断する場合、溶接や切りくずの排出が重要な場合に使用されます。

チップロード

工具寿命を延ばすための最も重要な要素は、工具によって吸収される熱を放散することです。これを行う最も速い方法は、遅くするのではなく、より多くの材料をカットすることです。チップは、ほこりよりも多くの熱をツールから抽出します。同様に、ツールを材料にこすりつけると摩擦が発生し、熱に変換されます。

ツールの寿命を延ばすために考慮すべきもう1つの要素は、ツール、コレット、およびツールホルダーを清潔に保ち、堆積物や腐食がないようにして、不均衡なツールによって引き起こされる振動を減らすことです。

ツールの各歯によって除去される材料の厚さは、チップ荷重と呼ばれます。

切りくず負荷の計算式は次のとおりです。

切りくず負荷=送り速度/ RPM /＃フルート

切りくず負荷が大きくなると、工具寿命が長くなり、サイクルタイムが短くなります。さらに、広範囲のチップ負荷が良好なエッジ仕上げを実現します。使用するのに最適な数値を見つけるには、工具メーカーのチップ負荷チャートを参照することをお勧めします。推奨される切りくず負荷は、通常0.003 "〜0.03"または0.07mm〜0.7mmの範囲です。

アクセサリー

ラベル印刷

これは、特にCNCマシンがビジネス方式全体に統合されるようになっているため、業界でますます人気が高まっているオプションです。コントローラは販売またはスケジューリングソフトウェアに接続でき、部品が機械加工されると部品ラベルが印刷されます。一部のベンダーは、ラベルを使用して残りの資料を識別し、将来簡単に取得できるようにしています。

光学式リーダー

バーコードワンドとも呼ばれ、コントローラーに統合して、作業スケジュールでバーコードをスキャンすることでプログラムを呼び出すことができます。このオプションは、プログラムの読み込みプロセスを自動化することで貴重な時間を節約します。

プローブ

これらの測定装置にはさまざまな形式があり、さまざまな機能を実行します。一部のプローブは、高さに敏感なアプリケーションで適切な位置合わせを確実にするために、表面の高さを測定するだけです。他のプローブは、後で再現するために3次元オブジェクトの表面を自動的にスキャンできます。

工具長センサー

ツール長さセンサーは、昼光またはカッターの端とワークスペースの表面との間の距離を測定し、この数値をコントロールのツールパラメーターに入力するプローブのように機能します。このわずかな追加により、オペレーターはツールを変更するたびに必要な長いプロセスから解放されます。

レーザープロジェクター

これらのデバイスは、CNCレザーカッターの家具業界で最初に見られました。 CNC作業台の上に取り付けられたレーザープロジェクターは、切断されようとしている部品の画像を投影します。これにより、テーブル上のブランクの配置が大幅に簡素化され、欠陥やその他の問題を回避できます。

ビニールカッター

ビニールナイフのアタッチメントは、看板業界でよく見られます。これは、主軸に取り付けるか、ノブで圧力を調整できるフリーターニングナイフで側面に取り付けることができるカッターです。このアタッチメントにより、ユーザーは自分のCNCルーターをプロッターに変えて、サンドブラスト用のビニールマスクや、トラックや看板用のビニールの文字やロゴを作成できます。

クーラントディスペンサー

クールエアガンまたは切削液ミスターは、アルミニウムまたはその他の非鉄金属を切断するためにウッドルーターとともに使用されます。これらのアタッチメントは、切削工具の近くで冷気の噴流または切削液のミストを吹き付けて、作業中の冷却を維持します。

彫刻家

彫刻機は主軸に取り付けられており、20,000〜40,000RPMで回転する小径の彫刻ナイフを保持するフローティングヘッドで構成されています。フローティングヘッドにより、材料の厚さが変化しても彫刻の深さが一定になります。このオプションは、トロフィーメーカー、弦楽器製作者、木工製品店がマーケトリーに使用していますが、看板製造業界で最も頻繁に見られる場合です。

回転軸

x軸またはy軸に沿って回転軸を設定すると、ルーターをCNC旋盤に変えることができます。これらの回転軸の一部は単なる回転スピンドルですが、他の回転軸はインデックス可能であるため、複雑な部品の彫刻に使用できます。

フローティングカッターヘッド

フローティングカッターヘッドは、切断される材料の上面から特定の高さにカッターを保持します。これは、平坦な表面を示さない可能性のあるパーツの上面にフィーチャーをカットする場合に重要です。この例は、ダイニングルームのテーブルの上部にあるV溝を切ることです。

プラズマ切断機

プラズマカッターは一部の機械のアドオンであり、ユーザーはさまざまな厚さの板金部品を切断できます。

集約ツール

骨材工具は、ストレートカッターでは実行できない多くの操作に使用できます。

従来型およびCNC機械加工

CNC加工が従来の方法より優れている理由は何ですか？まったく優れていますか？主なメリットはどこにありますか？ CNCと従来の機械加工プロセスを比較すると、部品を機械加工するための一般的な一般的なアプローチが明らかになります。

1.図面を入手して調査する

2.最適な加工方法を選択してください

3.セットアップ方法（ワークホールド）を決定します

4.切削工具を選択します

5.速度と送りを確立する

6.部品を加工します

基本的なアプローチは、両方のタイプの加工で同じです。主な違いは、さまざまなデータの入力方法にあります。毎分10インチ（10インチ/分）の送り速度は、手動でも同じです

またはCNCアプリケーションですが、それを適用する方法はそうではありません。クーラントについても同じことが言えます。ノブを回したり、スイッチを押したり、特別なコードをプログラミングしたりすることで作動させることができます。これらすべてのアクションにより、クーラントがノズルから噴出します。どちらの加工においても、ユーザー側のある程度の知識が必要です。結局のところ、金属加工、特に金属切削は主にスキルですが、それはまた、かなりの程度、多くの人々の芸術であり職業でもあります。コンピュータ数値制御のアプリケーションもそうです。他のスキルや芸術や職業と同様に、成功するには細部まで習得する必要があります。 CNC機械工またはCNCプログラマーになるには、技術的な知識以上のものが必要です。仕事の経験、直感、そして「ガットフィール」と呼ばれることもあるものは、あらゆるスキルを補うために非常に必要です。

従来の機械加工では、機械のオペレーターが機械をセットアップし、片手または両手で各切削工具を動かして、必要な部品を製造します。手動工作機械の設計は、ほんの数例を挙げると、部品の機械加工プロセスに役立つ多くの機能を提供します。レバー、ハンドル、ギア、ダイヤルなどです。同じ体の動きが、バッチ内のすべての部分に対してオペレーターによって繰り返されます。ただし、この文脈での「同じ」という言葉は、実際には「同一」ではなく「類似」を意味します。人間は常にすべてのプロセスをまったく同じように繰り返すことはできません。それが機械の仕事です。人々は休むことなく、常に同じパフォーマンスレベルで働くことはできません。私たち全員には、良い瞬間と悪い瞬間があります。これらのモーメントの結果を部品の機械加工に適用すると、予測が困難になります。パーツの各バッチ内には、いくつかの違いと不整合があります。パーツは必ずしも完全に同じではありません。寸法公差と表面仕上げ品質の維持は、従来の機械加工で最も一般的な問題です。個々の機械工には、同僚がいる場合があります。これらの要因と他の要因の組み合わせにより、大きな矛盾が生じます。

数値制御下での機械加工により、ほとんどの不整合が解消されます。機械加工と同じ物理的関与は必要ありません。数値的に

制御された機械加工は、少なくとも従来の機械加工と同じ意味ではなく、レバー、ダイヤル、またはハンドルを必要としません。パートプログラムが証明されると、何度でも使用でき、常に一貫した結果が返されます。これは、制限要因がないことを意味するものではありません。切削工具は摩耗し、あるバッチの材料ブランクは別のバッチの材料ブランクと同一ではなく、設定が異なる場合があります。これらの要因は、必要に応じて考慮され、補正されます。

数値制御技術の出現は、すべての手動機械の瞬間的、あるいは長期的な終焉を意味するものではありません。コンピュータ化された方法よりも、従来の機械加工方法の方が望ましい場合があります。たとえば、単純な1回限りの作業は、CNCマシンよりも手動マシンでより効率的に実行できます。特定のタイプの機械加工ジョブは、数値制御された機械加工ではなく、手動または半自動の機械加工の恩恵を受けます。 CNC工作機械は、すべての手動機械を置き換えることを意図したものではなく、それらを補足するためだけのものです。

多くの場合、特定の機械加工がCNCマシンで行われるかどうかの決定は、必要な部品の数だけに基づいて行われます。バッチとして機械加工される部品の量は常に重要な基準ですが、それが唯一の要因であってはなりません。

部品の複雑さ、公差、必要な表面仕上げの品質なども考慮する必要があります。多くの場合、単一の複雑な部品はCNC機械加工の恩恵を受けますが、50の比較的単純な部品は恩恵を受けません。

数値制御がそれ自体で単一の部品を加工したことは一度もないことを覚えておいてください。数値制御は、工作機械を生産的で正確かつ一貫した方法で使用できるようにするプロセスまたは方法にすぎません。

数値制御の利点

数値制御の主な利点は何ですか？

機械加工のどの領域がそれから利益を得るのか、そしてどの領域が従来の方法でよりよく行われるのかを知ることは重要です。 2馬力のCNCミルが、現在20倍強力な手動ミルで行われている仕事に勝つと考えるのはばかげています。同様に不合理なのは、従来の機械に比べて切削速度と送り速度が大幅に向上することへの期待です。加工条件と工具条件が同じであれば、どちらの場合も切削時間は非常に近くなります。

CNCユーザーが改善を期待できる主な分野のいくつか：

1.セットアップ時間の短縮

2.リードタイムの​​短縮

3.精度と再現性

4.複雑な形状の輪郭

5.簡素化された工具と作業保持

6.一貫した切削時間

7.一般的な生産性の向上

各領域は、潜在的な改善のみを提供します。個々のユーザーは、現場で製造された製品、使用されたCNCマシン、セットアップ方法、固定具の複雑さ、切削工具の品質、管理哲学とエンジニアリング設計、労働力の経験レベル、個人に応じて、さまざまなレベルの実際の改善を経験します。態度など

セットアップ時間の短縮

多くの場合、CNCマシンのセットアップ時間は、時には非常に劇的に短縮できます。セットアップは手動操作であり、CNCオペレーターのパフォーマンス、固定具のタイプ、および機械工場の一般的な慣行に大きく依存することを理解することが重要です。セットアップ時間は非生産的ですが、必要です–それはビジネスを行うためのオーバーヘッドコストの一部です。セットアップ時間を最小限に抑えることは、機械工場の監督者、プログラマー、およびオペレーターの主要な考慮事項の1つである必要があります。

CNCマシンの設計により、セットアップ時間は大きな問題にはなりません。モジュール式の固定具、標準の工具、固定ロケーター、自動工具交換、パレット、およびその他の高度な機能により、従来の機械の同等のセットアップよりもセットアップ時間が効率的になります。現代の製造業に関する十分な知識があれば、生産性を大幅に向上させることができます。

セットアップ時間のコストを評価するには、1つのセットアップで加工される部品の数も重要です。 1回のセットアップで多数の部品を加工する場合、部品あたりのセットアップコストはごくわずかです。いくつかの異なる操作を単一のセットアップにグループ化することで、非常に類似した削減を実現できます。セットアップ時間が長くても、従来の複数のマシンをセットアップするのに必要な時間と比較すると、正当化される可能性があります。

リードタイムの​​短縮

パートプログラムが作成され、証明されると、急な通知があっても、将来再び使用できるようになります。通常、最初の実行のリードタイムは長くなりますが、それ以降の実行では実質的にゼロになります。部品設計のエンジニアリング変更でプログラムの変更が必要な場合でも、通常は迅速に実行できるため、リードタイムが短縮されます。

従来の機械用のいくつかの特殊な固定具を設計および製造するために必要な長いリードタイムは、多くの場合、部品プログラムを準備し、簡略化された固定具を使用することで短縮できます。

精度と再現性

最新のCNCマシンの高度な精度と再現性は、多くのユーザーにとって唯一の大きなメリットです。パートプログラムがディスクに保存されていても、コンピュータのメモリに保存されていても、テープに保存されていても（元の方法）、常に同じです。どのプログラムも自由に変更できますが、一度証明されると、通常は変更は不要になります。特定のプログラムは、含まれているデータを1ビット失うことなく、必要な回数だけ再利用できます。確かに、プログラムは工具の摩耗や動作温度などの変化する要因に従わなければならず、安全に保管する必要がありますが、一般的にCNCプログラマーやオペレーターからの干渉はほとんど必要なく、CNCマシンの高精度とその再現性により、高い高品質の部品を何度も一貫して製造する必要があります。

複雑な形状の輪郭

CNC旋盤とマシニングセンターは、さまざまな形状の輪郭を描くことができます。多くのCNCユーザーは、複雑な部品を処理できるようにするためだけにマシンを購入しました。良い例は、航空機および自動車産業でのCNCアプリケーションです。何らかの形式のコンピューター化されたプログラミングの使用は、3次元ツールパスの生成には事実上必須です。

金型などの複雑な形状は、トレース用のモデルを作成する追加費用なしで製造できます。ミラーリングされたパーツは、ボタン、テンプレート、木製モデル、およびその他のパタ​​ーン作成ツールを切り替えるだけで文字通り実現できます。

簡素化された工具と作業保持

数値制御アプリケーション用に特別に設計された標準の工具を使用しても、従来の機械の周りのベンチや引き出しを乱雑にする標準的な自家製の工具を排除することはできません。パイロットドリル、ステップドリル、コンビネーションツール、カウンターボーラーなどのマルチステップツールは、いくつかの個別の標準ツールに置き換えられています。これらのツールは、多くの場合、特別な非標準ツールよりも安価で簡単に交換できます。コスト削減策により、多くの工具サプライヤーは低い、あるいは存在しない状態を維持することを余儀なくされています。標準の既製の工具は、通常、非標準の工具よりも早く入手できます。

CNCマシンの固定と作業の保持には、1つの主要な目的があります。それは、バッチ内のすべての部品に対して部品をしっかりと同じ位置に保持することです。 CNC作業用に設計されたフィクスチャは、通常、ジグ、下穴、およびその他の穴位置特定補助装置を必要としません。

切断時間と生産性の向上

CNCマシンでの切削時間は、一般にサイクルタイムと呼ばれ、常に一定です。オペレーターのスキル、経験、個人的な疲労が変化する可能性がある従来の機械加工とは異なり、CNC機械加工はコンピューターの制御下にあります。少量の手作業は、部品のセットアップとロードおよびアンロードに制限されます。大規模なバッチ実行の場合、非生産的な時間の高コストが多くの部分に分散され、重要性が低くなります。一貫した切削時間の主な利点は、生産スケジュールと個々の工作機械への作業割り当てを非常に正確に実行できる反復作業の場合です。

企業がCNCマシンを購入することが多い主な理由は、厳密に経済的であり、深刻な投資です。また、競争力を持つことは常にすべてのプラントマネージャーの心にあります。数値制御技術は、製造生産性を大幅に向上させ、製造部品の全体的な品質を向上させる優れた手段を提供します。他の手段と同様に、それは賢明かつ知識豊富に使用されなければなりません。ますます多くの企業がCNCテクノロジーを使用するようになると、CNCマシンを持っているだけでは、もはや余分なエッジは提供されません。前進する企業は、テクノロジーを効率的に使用し、世界経済で競争力を発揮するために実践することを知っている企業です。

生産性の大幅な向上という目標を達成するには、ユーザーがCNCテクノロジーの基礎となる基本原理を理解することが不可欠です。これらの原則は、たとえば、電子回路、複雑なラダー図、コンピューターロジック、計測学、機械設計、機械の原則と実践など、さまざまな形を取ります。それぞれが担当者によって研究され、習得されなければなりません。このハンドブックでは、CNCプログラミングに直接関連するトピックと、最も一般的なCNC工作機械、マシニングセンター、旋盤（ターニングセンターとも呼ばれる）の理解に重点を置いています。部品の品質に関する考慮事項は、すべてのプログラマーと工作機械のオペレーターにとって非常に重要であるはずです。この目標は、ハンドブックのアプローチや多数の例にも反映されています。

CNC工作機械の種類

さまざまな種類のCNCマシンが、非常に多くの種類をカバーしています。技術開発が進むにつれ、その数は急速に増加しています。すべてのアプリケーションを識別することは不可能です。彼らは長いリストを作るでしょう。 CNCマシンが参加できるグループのいくつかの簡単なリストを次に示します。

1.ミルとマシニングセンター

2.旋盤とターニングセンター

3.掘削機

4.ボーリングミルとプロファイラー

5.EDMマシン

6.パンチプレスと鋏

7.火炎切断機

8.ルーター

9.ウォータージェットおよびレーザープロファイラ

10.円筒グラインダー

11.溶接機

12.ベンダー、巻取機、紡績機など

CNCマシニングセンターと旋盤は、業界の設備の数を支配しています。これらの2つのグループは、ほぼ同等に市場を共有しています。一部の業界では、ニーズに応じて、1つのグループのマシンに対するニーズが高くなる場合があります。旋盤にはさまざまな種類があり、同様に多くの種類の機械加工センターがあることを覚えておく必要があります。ただし、縦型マシンのプログラミングプロセスは、横型マシンまたは単純なCNCミルのプログラミングプロセスと似ています。異なる機械グループ間でも、多くの一般的なアプリケーションがあり、プログラミングプロセスは一般的に同じです。たとえば、エンドミルでフライス加工された輪郭は、ワイヤーでカットされた輪郭と多くの共通点があります。

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ミルおよびマシニングセンター

フライス盤の標準軸数は、X、Y、Z軸の3つです。フライス盤にセットされた部品は、切削工具が回転し、上下（または内外）に移動できますが、物理的に工具経路をたどりません。

CNCフライス盤と呼ばれることもあるCNCミルは、通常、ツールチェンジャーやその他の自動機能を備えていない小型の単純な機械です。彼らの電力定格はしばしばかなり低いです。業界では、工具室作業、メンテナンス目的、または小物部品の製造に使用されます。 CNCドリルとは異なり、通常は輪郭を描くように設計されています。

CNCマシニングセンターは、主に柔軟性のために、ドリルやミルよりも人気があり効率的です。ユーザーがCNCマシニングセンターから得られる主な利点は、グループ化できることです

1つのセットアップにいくつかの多様な操作。たとえば、穴あけ、中ぐり、中ぐり、タッピング、スポットフェーシング、輪郭フライス盤を単一のCNCプログラムに組み込むことができます。さらに、アイドル時間を最小限に抑えるためのパレットを使用した自動工具交換、部品の別の側へのインデックス作成、追加軸の回転運動の使用、およびその他の多くの機能により、柔軟性が向上します。CNCマシニングセンターには特別な機能を装備できます。速度と送り、切削工具の寿命、自動インプロセスゲージとオフセット調整、その他の生産強化および時間節約デバイスを制御するソフトウェア。

典型的なCNCマシニングセンターには2つの基本的な設計があります。縦型と横型のマシニングセンターがあります。 2つのタイプの主な違いは、それらに対して効率的に実行できる作業の性質です。縦型CNCマシニングセンターの場合、最も適切なタイプの作業は、テーブルの固定具に取り付けられているか、万力またはチャックの助けとなる平らな部品です。 1回のセットアップで2つ以上の面を加工する必要がある作業は、CNC横形マシニングセンターで行う方が望ましいです。良い例は、ポンプハウジングやその他の立方体のような形状です。小さな部品の一部の多面加工は、回転台を備えたCNC立形マシニングセンターでも実行できます。

プログラミングプロセスは両方の設計で同じですが、水平設計に追加の軸（通常はB軸）が追加されます。この軸は、テーブルの単純な位置決め軸（インデックス軸）、または同時輪郭の完全回転軸のいずれかです。

このハンドブックは、CNC立形マシニングセンターのアプリケーションに焦点を当てており、横型のセットアップと加工を扱う特別なセクションがあります。プログラミング方法は、小型のCNCミル、穴あけ機、タッピングマシンにも適用できますが、プログラマーはそれらの制限を考慮する必要があります。

旋盤および旋削センター

CNC旋盤は通常、垂直X軸と水平Z軸の2つの軸を持つ工作機械です。旋盤とミルを区別する主な未来は、部品が機械の中心線を中心に回転していることです。さらに、切削工具は通常静止しており、スライド式タレットに取り付けられています。切削工具は、プログラムされた工具経路の輪郭に従います。フライス盤と呼ばれるフライス盤付きのCNC旋盤の場合、フライス盤には独自のモーターがあり、スピンドルが静止しているときに回転します。

現代の旋盤のデザインは、水平または垂直にすることができます。横型は縦型よりもはるかに一般的ですが、どちらのグループにも両方のデザインが存在します。たとえば、水平グループの一般的なCNC旋盤は、バータイプ、チャッカータイプ、またはユニバーサルタイプとして、フラットベッドまたはスラントベッドを使用して設計できます。これらの組み合わせやCNC旋盤を構成する多くのアクセサリに加えて、非常に柔軟な工作機械があります。通常、心押し台、安定したレストまたはフォローアップレスト、パーツキャッチャー、プルアウトフィンガー、さらには3軸フライス盤アタッチメントなどのアクセサリがCNC旋盤の一般的なコンポーネントです。 CNC旋盤は非常に用途が広く、実際には非常に用途が広いため、CNCターニングセンターと呼ばれることがよくあります。このハンドブックのすべてのテキストとプログラムの例では、より伝統的な用語であるCNC旋盤を使用していますが、それでもその最新の機能をすべて認識しています。

CNCの担当者

コンピューターや工作機械には知性がありません。彼らは考えることができず、合理的な方法で駅を評価することはできません。特定のスキルと知識を持っている人だけがそれを行うことができます。数値制御の分野では、スキルは通常、プログラミングを行う2人の主要人物と、機械加工を行う2人の主要人物の手に委ねられています。それぞれの数と義務は、通常、会社の好み、その規模、およびそこで製造される製品によって異なります。ただし、多くの企業が2つの機能を1つにまとめており、CNCプログラマー/オペレーターと呼ばれることもありますが、それぞれの立場はまったく異なります。

CNCプログラマー

CNCプログラマーは通常、CNC機械工場で最も責任のある人です。この人は、プラントでの数値制御技術の成功に責任を持つことがよくあります。同様に、この人物はCNC操作に関連する問題の責任を負います。

職務は異なる場合がありますが、プログラマーは、CNCマシンの効果的な使用に関連するさまざまなタスクにも責任を負います。実際、この人物は多くの場合、すべてのCNC操作の生産と品質に責任があります。

多くのCNCプログラマーは経験豊富な機械工であり、工作機械の操作として実践的な経験を積んでおり、技術的な図面の読み方を知っており、設計の背後にあるエンジニアリングの意図を理解できます。この実践的な経験は、オフィス環境で部品を「機械加工」する能力の基盤です。優れたCNCプログラマーは、すべてのツールの動きを視覚化し、関係する可能性のあるすべての制限工場を認識できる必要があります。プログラマーは、プロセスを収集、分析し、収集されたすべてのデータを信号のまとまりのあるプログラムに論理的に統合できる必要があります。簡単に言えば、CNCプログラマーは、あらゆる点で最良の製造方法を決定できなければなりません。

機械加工のスキルに加えて、CNCプログラマーは、主に方程式の適用、円弧と角度の解法など、数学の原理を理解している必要があります。同様に重要なのは三角法の知識です。コンピュータープログラミングを使用する場合でも、コンピューター出力とこの出力の制御を完全に理解するには、手動プログラミング方法の知識が絶対に必要です。

真にプロのCNCプログラマーの最後の重要な資質は、エンジニア、CNCオペレーター、マネージャーなど、他の人々の話を聞く能力です。優れたリスティングスキルは、柔軟になるための最初の前提条件です。優れたCNCプログラマーは、高いプログラミング品質を提供するために柔軟でなければなりません。

CNCマシンオペレーター

CNC工作機械のオペレーターは、CNCプログラマーを補完する立場にあります。多くの小さな店の場合のように、プログラマーとオペレーターは一人で存在するかもしれません。従来の機械オペレーターが行っていた職務の大部分はCNCプログラムに移管されましたが、CNCオペレーターには多くの独自の責任があります。通常、オペレーターは、工具と機械のセットアップ、部品の交換、多くの場合、工程内検査の責任を負います。多くの企業は、機械の品質管理を期待しています。手動またはコンピューター化された工作機械のオペレーターも、その機械で行われる作業の品質に責任を負っています。 CNCマシンオペレーターの非常に重要な責任の1つは、各プログラムに関する調査結果をプログラマーに報告することです。最高の知識、スキル、態度、意図があっても、「最終的な」プログラムは常に改善することができます。実際の機械加工に最も近いCNCオペレーターは、そのような改善がどの程度可能かを正確に知っています。

CNCのコストを正当化する

CNCマシンのコストはほとんどのメーカーを緊張させるかもしれませんが、CNCルーターを所有することの利点は、ほとんどの場合、ごくわずかな時間でコストを正当化するでしょう。

考慮すべき最初のコストは、機械のコストです。一部のベンダーは、インストール、ソフトウェアトレーニング、および配送料を含むバンドル取引を提供しています。ただし、ほとんどの場合、CNCルーターをカスタマイズできるように、すべてが個別に販売されています。

軽量

ローエンドのマシンのコストは2,000ドルから10,000ドルです。それらは通常ボルトです-それは曲がった板金で作られたキットであり、ステッピングモーターを使用します。トレーニングビデオと取扱説明書が付属しています。これらのマシンは、サイネージ業界やその他の非常に軽量な操作のために、日曜大工で使用することを目的としています。通常、従来のプランジルーター用のアダプターが付属しています。スピンドルやバキュームワークホールディングなどのアクセサリはオプションです。これらのマシンは、専用プロセスとして、または製造セルの一部として、高生産環境に非常にうまく統合できます。たとえば、これらのCNCの1つは、組み立て前に引き出しの前面にハードウェアの穴を開けるようにプログラムできます。

中程度の義務

ミッドレンジCNCマシンの価格は10,000ドルから100,000ドルの間です。これらの機械は、より重いゲージの鋼またはアルミニウムで作られています。彼らはステッピングモーターと時々サーボを使うかもしれません。ラックアンドピニオンドライブまたはベルトドライブを使用します。それらは独立したコントローラーを持ち、自動ツールチェンジャーや真空プレナムテーブルなどの幅広いオプションを提供します。これらのマシンは、サイネージ業界でのより強力な使用と、ライトパネル処理アプリケーションを対象としています。

これらは、限られたリソースや人員でスタートアップに適したオプションです。彼らは、同じ程度の洗練度や同じ効率ではありませんが、キャビネット製造に必要なほとんどの操作を実行できます。

産業力

ハイエンドルーターの価格は100,000ドル以上です。これには、幅広いアプリケーションに適した3〜5軸のマシンの全範囲が含まれます。これらの機械は、ヘビーゲージの溶接鋼で作られ、用途に応じて自動工具交換装置、真空テーブル、その他の付属品が満載されています。これらのマシンは通常、メーカーによってインストールされ、トレーニングが含まれていることがよくあります。

配送

CNCルーターの輸送にはかなりの費用がかかります。ルーターの重量が数百ポンドから数トンの場合、場所によっては、輸送費が200ドルから5,000ドル以上になる可能性があります。機械が近くに建てられていない限り、ヨーロッパやアジアからディーラーのショールームに移動するための隠れたコストが含まれている可能性があることを忘れないでください。この種の操作にはプロのリガーを使用することをお勧めします。

インストールとトレーニング

CNCベンダーは通常、設置費用として1日あたり300ドルから1,000ドルを請求します。ルータのインストールとテストには、半日から1週間かかる場合があります。この費用は、機械の購入価格に含まれる可能性があります。一部のベンダーは、通常はオンサイトでハードウェアとソフトウェアの使用方法に関する無料のトレーニングを提供しますが、他のベンダーは、このサービスに1日あたり300ドルから1,000ドルを請求します。

CNC作業に関連する安全性

多くの企業の壁の1つは、シンプルでありながら強力なメッセージが記載された安全ポスターです。

安全の最初のルールは、すべての安全ルールに従うことです。

このセクションの見出しは、安全性がプログラミングレベルと機械加工レベルのどちらに向けられているかを示していません。季節は安全が完全に独立しているということです。それはそれ自体で成り立っており、機械工場内外のすべての人の行動を支配します。一見すると、安全性は機械加工と機械操作、おそらくセットアップにも関係しているように見えるかもしれません。それは間違いなく真実ですが、全体像を示すことはほとんどありません。

安全性は、プログラミング、セットアップ、機械加工、工具、固定、検査、チッピングにおいて最も重要な要素であり、一般的な機械工場の日常業務での操作に名前を付けます。安全性は決して強調しすぎることはありません。企業は安全について話し、安全会議を実施し、ポスターを掲示し、スピーチを行い、専門家に電話をかけます。この大量の情報と指示は、いくつかの非常に正当な理由で私たち全員に提示されます。過去の悲劇的な出来事についてはかなりの数が受け継がれています。多くの法律、規則、規制は、死因審問と重大な事故の調査の結果として作成されました。

一見すると、CNC作業では、安全性が二次的な問題であるように見えるかもしれません。多くの自動化があります。何度も実行されるパートプログラム、過去に使用されたツール、簡単なセットアップなど。これらすべてが、安全が守られているという自己満足と誤った仮定につながる可能性があります。これは深刻な結果をもたらす可能性のある見解です。

安全性は大きな課題ですが、CNC作業に関連するいくつかのポイントが重要です。すべての機械工は、機械的および電気的装置の危険性を知っている必要があります。安全な作業場所に向けた最初のステップは、床にチップ、油流出、その他の破片が蓄積しないように、清潔な作業エリアを用意することです。個人の安全に気を配ることも同様に重要です。ゆったりとした衣服、宝飾品、ネクタイ、スカーフ、保護されていない長い髪、手袋の不適切な使用、および同様の違反は、機械加工環境では危険です。目、耳、手、足を保護することを強くお勧めします。

機械の運転中は、保護装置を設置し、可動部品を露出させないでください。回転スピンドルと自動ツールチェンジャーの周りには特別な注意を払う必要があります。危険をもたらす可能性のある他のデバイスは、パレットチェンジャー、チップコンベヤー、高電圧エリア、ホイストなどです。インターロックやその他の安全機能を切断することは危険であり、適切なスキルと許可なしに違法でもあります。

プログラミングでは、安全規則の遵守も重要です。ツールの動きは、さまざまな方法でプログラムできます。速度と送りは、数学的に「正しい」だけでなく、現実的でなければなりません。切り込みの深さ、切り込みの幅、工具の特性はすべて、全体的な安全性に大きな影響を及ぼします。

これらのアイデアはすべて、夏の非常に短いものであり、安全を常に真剣に受け止めなければならないことを思い出させてくれます。