CNCマシンの精度と再現性を理解する

CNC工作機械の精度は、負荷がかかっているときに、その軸がコマンドされたエンドポイントへの意図されたパスをどれだけ正確にたどることができるかとして定義します。私はその再現性を、1日を通して複数のサイクルでコマンドされたモーションを（再び負荷がかかった状態で）どれだけ正確に複製できるかと定義します。

これらは、動的精度と再現性の定義です。それらは、マシンビルダーの仕様とは異なる可能性があります。ビルダーの仕様は通常、静的な精度と再現性を示しています。つまり、関連する測定が行われるときに、マシンは機械加工操作を実行するサイクルではありません。

機械製造業者に公平を期すために、動的精度と再現性は、機械部品にかかる応力の量によって異なります。ストレスが大きいほど、精度と再現性を維持するのが難しくなります。これにより、機械メーカーが動的精度と再現性の仕様を提供することは不可能になります。変数が多すぎるだけです。

とは言うものの、マシンビルダーは、自分のマシンが特定のアプリケーションの精度/再現性の要件を達成できるかどうかを確認できる必要があります。新しい工作機械を購入する前にそうするように頼めば、彼らは喜んで保証するはずです。

機械が設置されると、特定の精度関連の要因は、CNCユーザーの制御を超えます。これらには以下が含まれます：

機械の構造

• サポートコンポーネントを過度にたわませることなく、アプリケーションで最も強力な機械加工操作を実行できる必要があります。

フィードバックシステム

• 線形目盛は、軸の可動コンポーネントの位置を直接監視します。ロータリーエンコーダとは異なり、軸システムコンポーネント（ウェイシステム、ボールスクリュー、カプラー）の完全性に大きく依存することはありません。

その他の精度関連の要因は、マシンユーザーの責任です。これらには以下が含まれます：

工作機械のキャリブレーション

• 機械メーカーは最初にピッチエラーとバックラッシュ補正を調整しますが、精度を維持する場合、エンドユーザーは機械の寿命の間定期的にこれらの調整を繰り返す必要があります。

環境

• 工作機械は、周囲の温度と湿度の変動を最小限に抑える安定した作業環境に配置する必要があります。

マシンのインストールがアプリケーションに適切な動的精度を提供できることを保証し、それを適切に維持することは、一貫性のある許容可能なコンポーネントを作成することの問題の半分にすぎません。また、アイドル期間後にマシンコンポーネントがウォームアップした場合でも、マシンが最初のワークピースから最後のワークピースまで、何時間も、毎日、正確に繰り返すことができることを確認する必要があります。

機械設計に関連する重要な再現性関連の問題は、可動部品の熱変動です。主な懸念事項は、機械加工された表面に最大の影響を与えるため、機械のスピンドルとウェイシステムです。これらのコンポーネントが温まると、成長します。冷えると縮みます。これにより、マシンのウォームアップ期間中に、重要で公差の厳しい表面にサイズを保持することが困難になります（おそらく不可能です）。

機械製造業者は、機械部品の熱変化を最小限に抑えるために多大な努力を払っています（たとえば、スピンドルやウェイシステムの冷却）。さらに、熱変動による再現性への影響を最小限に抑える設計手法が組み込まれています。たとえば、CNCターニングセンターでは、主軸台がベッドに対して垂直になる場合があります。温まると、切削工具のエッジの高さだけが変化します。これにより、機械がウォームアップする際の部品ごとの加工直径の変動を最小限に抑えることができます。

新しいCNCマシンを購入するときは、ビルダーが熱変動にどのように対処するかを理解する必要があります。さらに重要なことは、ウォームアップ中の熱膨張によって引き起こされる加工面の変動が許容範囲を超えないことを確認する必要があります。そうしないと、新しいマシンを本番環境で使用する前にウォームアップ期間実行する必要があることに気付いたときに、生産性を浪費する驚きに陥る可能性があります。

最も深刻な再現性の問題のいくつかは、機械の設計とは何の関係もありません。代わりに、それらはマシンのアプリケーションの影響を受けます。本番稼働中またはジョブの実行から次の実行までのあらゆる種類のバリエーションは、再現性に影響を与える可能性があります。サイクルごとに変化するものは、時間のかかる調整の必要性を引き起こします。変動が十分に大きい場合、スクラップになる可能性があります。

バリエーションの例は何ですか？

本番稼働中のバリエーションの例は次のとおりです。

•ツールの摩耗。 刃先が摩耗すると、加工面が変化します。外面は成長し、内面は収縮します。

•鈍い工具の交換。 鈍い切削工具を交換する場合は、刃先が所定の位置から変化しないように細心の注意が必要です。

ある時点から次のジョブが実行されるまで、次の内容が含まれます。

•ワークホールディングの設定。 多くの要因がワークピースの安定性に影響します（たとえば、ワーク保持デバイスの配置/位置合わせ、クランプの位置と適用される力、プログラムゼロの割り当てなど）。

•切削工具の組み立て、測定、オフセット入力。 コンポーネントとアセンブリのばらつきにより、剛性がばらつきし、機械加工の問題が発生する可能性があります。

•機械の状態。 事故や予防保守の怠慢によって引き起こされる変動は、過去に正常に実行されたジョブのサイズ設定の問題を引き起こす可能性があります。