CNC工作機械とは？歴史的変遷と現代の能力

かつてCNC工作機械なしで動いていたあらゆる機械が、今やサーボモーターとプログラマブル・コントローラーまたはコンピューターを搭載しています。では、CNC登場以前、部品はどのように製造されていたのでしょうか。

トランジスタ時代の幕開けとコンピューターの小型化

半世紀前、トランジスタはまだ一般的ではありませんでした。1960年代初頭のトランジスタ・ラジオの普及が電子機器の小型化を加速し、パーソナル・コンピューターへの道を開きました。このより小型で安価なコンピューターがやがて産業機械と結合し、精密なプログラム制御を可能にしました。

CNC以前：機械式制御の時代

CNC以前、工作機械は根本的に機械式でした。リレー、コンデンサ、時には流体デバイスがタイミングを司りましたが、動きのパターンの大半はカム、リンク、ギアなどの機械要素で生成されていました。典型例が標準的なクラッチ・シフト・トランスミッションです。シフト・ノブと手動クラッチで制御されるギア列は、その簡素さにもかかわらず車両を動かすのに十分でした。

自動旋盤とカム技術

1880年代から1970年代までの自動旋盤はカム技術に大きく依存していました。不規則にカットされたプレートや巻き道を持つドラムが、カム運動を工具や軸の動きに変換していました。工具職人は各部品ごとに専用工具を製作し、多くの量産旋盤は単一または少数の特定部品向けにすでに調整されて販売されていました。例えば、ブラウン・アンド・シャープの機械はドライバーのハンドルを量産していました。

これらの古い機械は、しばしば1/1000インチ（約25ミクロン）の精度を達成し、今日の高価なCNC機械よりも高速でした。エイグリッドリーのような大型自動旋盤は今でも使われており、時には最新のCNCスライドを搭載してリビルドされています。現代のエイグリッドリーは多軸機で、材料を一連の回転ステーションに送り、各ステーションで異なる加工を行った後、最終的な切断工具で仕上げます。

数値制御（NC）からCNCへ

電気機械式システムは、最初の数値制御（NC）機械へと進化しました。パンチテープと真空管を用いていましたが、真空管は長さ24インチ（約60cm）にもなる巨大で扱いにくいものでした。トランジスタと集積回路の登場、アレン・ブラッドリーのような初期コントローラーの登場により、業界はアナログからデジタルへと移行しました。この移行により、フライス盤の作業範囲内に収まるあらゆる部品を、大がかりな治具なしで完全加工できるようになりました。また、高性能サーボモーター、ステッピングモーター、エンコーダー、ボールねじ、精密ベアリングの開発を促し、現代のCNCフライス盤は加工中常に1〜2/10,000インチ（約2.5〜5ミクロン）の精度を維持できるようになりました。