CNC vs NC：数値制御技術の主な違いを理解する

プロの機械エンジニアとして、CNC加工、CNCフライス加工、CNC旋削加工を聞いたことがあるかもしれません。では、NCとは何かと聞かれたことはありますか？CNC加工とNCの関係は？それらの違いは何でしょうか？この記事では、シンプルでわかりやすいテキストでCNCとNCの違いを答えます。

NCとは？

NC（数値制御）とは、離散的なデジタル情報を使用して機械やその他の装置の動作を制御することを指し、オペレーターによってのみプログラミングできます。

CNCとは？

発明以来、CNCは製品製造、モデル製造などの分野で広く使用されてきました。積層造形などの新技術が登場した現在でも、CNC加工は最も成熟した技術、最も効率的で製品品質が最も安定した加工方法として、加工製造業界の主流加工方法であり続けています。まず、CNC技術が何であるかを知る必要があります。

CNC技術の発展は近年非常に急速で、金型加工の生産性を大幅に向上させました。その中で、より高速な動作速度を持つCPUがCNC技術発展の核心です。CPUの改善は動作速度の向上だけでなく、速度自体がCNC技術の他の側面の改善も含んでいます。まさにCNC技術が近年このような大きな変化を遂げたため、金型製造におけるCNC技術の現在の応用を見直す価値があります。

ブロック処理時間、CNCの性能はCPUの処理速度向上とCNCメーカーによる高速CPUの高度に統合されたCNCシステムへの採用により大幅に向上しました。より応答性の高いシステムは、単にプログラム処理速度が高いだけでなく、実際には比較的高速で部品プログラムを処理できるシステムでも、潜在的な問題が処理速度のボトルネックになるため、低速システムとして動作する可能性があります。

今日、ほとんどの金型ショップは、高速加工にはプログラム処理時間の短縮以上のものが必要だと認識しています。多くの点で、状況はレーシングカーの運転に似ています。最速の車が常にレースに勝つでしょうか？たまにカーレースを観戦する人でも、速度以外の多くの要因がレースの結果に影響することは知っています。

まず、ドライバーのコース知識が重要です：鋭いカーブがどこにあるかを知り、コーナーを安全かつ効率的に通過するために適切に減速しなければなりません。 高送り速度で金型を加工するプロセスでは、CNCの加工予定追跡技術が鋭いカーブの出現に関する情報を事前に取得でき、この機能は同じ役割を果たします。

同様に、ドライバーが他のドライバーのアクションや不確実性に対する反応性は、CNCのサーボフィードバック量に似ています。CNCのサーボフィードバックには主に位置フィードバック、速度フィードバック、電流フィードバックが含まれます。

ドライバーがコースを周回するとき、動作の連続性とブレーキと加速の熟練度は、ドライバーのその場のパフォーマンスに非常に重要な影響を与えます。同様に、CNCシステムのベル型加減速と加工予定軌道監視機能は、急激なシフトではなく緩やかな加減速を使用して機械のスムーズな加速を確保します。

それ以外にも、レーシングカーとCNCシステムには他の類似点があります。レーシングエンジンのパワーはCNCドライブとモーターに似ており、レーシングカーの重量は工作機械の可動部品の重量と比較でき、レーシングカーの剛性と強度は工作機械の強度と剛性に似ています。CNCの特定のパス誤差を修正する能力は、ドライバーが車をレーン内に保つ能力に非常に似ています。

現在のCNCとのもう一つの類似点は、最速でない車ほどバランスの取れたドライバーを必要とする傾向があることです。過去には、高速切削で高い加工精度を保証できるのはハイエンドCNCだけでした。今日では、低・ミッドレンジCNCで利用可能な機能でも満足に仕事をこなせます。ハイエンドCNCは現在利用可能な最高のパフォーマンスを持っていますが、そのクラスの中堅・ハイエンドCNCと同じ加工特性を持つローエンドCNCを使用している可能性もあります。過去には金型加工の最大送り速度を制限していた要因はCNCでしたが、今日は工作機械の機械構造です。さらに良いことに、機械がすでに性能限界に達しているとき、CNCはパフォーマンスを向上させません。

最良のCNC加工方法 — 5軸CNC

5軸CNC加工は複雑な金型の製造でますます広く使用されるようになっています。5軸加工を使用すると、部品を加工するために必要な工具または/および工作機械の数を減らし、加工プロセスに必要な装置の量を最小限に抑え、全体的な加工時間を短縮できます。CNCの能力が常に向上しているため、CNCメーカーはより多くの5軸機能を提供できるようになりました。

かつてハイエンドCNCでのみ利用可能だった機能が、今ではミッドレンジ製品でも使用されています。5軸CNC加工技術を一度も使用したことがないメーカーにとって、これらの機能の適用により5軸加工がより容易になります。現在のCNC技術を5軸加工に使用することで、5軸加工は以下の利点を得られます：

• 特殊工具の必要性を減らす；
• 部品プログラム完了後に工具オフセットを設定可能；
• 共通プログラムの設計をサポートし、ポスト処理されたプログラムを異なる工作機械間で相互に使用可能；
• 仕上げ品質を向上させる；
• 異なる構造の工作機械で使用可能なので、プログラムで主軸またはワークピースが中心点を中心に回転するかどうかを指定する必要がなく、CNCのパラメータがこれを解決する。

球面フライスカッターの補正の例を用いて、なぜ5軸が金型加工に特に適しているかを説明できます。部品と工具が中心軸を中心に回転するとき、球面フライスカッターのオフセットを正確に補正するには、CNCがX、Y、Zの3方向で工具の補正量を動的に調整できる必要があります。工具の切削接触の連続性を確保することは、仕上げ品質の向上に役立ちます。

さらに、5軸CNCは主軸を中心とした工具回転に関連する機能、主軸を中心とした部品回転に関連する機能、オペレーターが手動で工具ベクトルを変更できる機能に使用されます。

Z軸方向の元の工具長オフセットは、回転軸が工具の中心軸であるとき、X、Y、Z方向の3成分に分割されます。また、元のX軸とY軸方向の工具径オフセットもX、Y、Z軸方向の3成分に分割されます。切削工学では、工具を回転軸方向に送ることができるため、これらすべてのオフセットは工具の変化する向きに対応するために動的に更新される必要があります。

CNCのもう一つの機能である「工具中心点プログラミング」により、プログラマーは工具のパスと中心点速度を定義できます。CNCは回転軸方向と直線軸方向のコマンドを通じて工具がプログラム通りに動くことを保証します。この機能により、工具の中心点が工具の変更に伴って変わらなくなり、これは5軸加工では3軸加工と同様に工具オフセットを直接入力でき、工具長の変更をポストプログラミングで再び説明できることを意味します。主軸を回転させるこの軸の運動学的振る舞いは、工具プログラミングのポスト処理を簡素化します。

同じ機能を使用して、ワークピースを中心軸を中心に回転させ、工作機械も回転運動を得ることができます。新しく開発されたCNCは、固定オフセットと回転軸を動的に調整することで部品の動きに合わせることができます。オペレーターが手動方式で工作機械の低速送りを実現する際にもCNCシステムは重要な役割を果たします。新しく開発されたCNCシステムは、工具ベクトル方向に軸をジョグ操作でき、工具先端の位置を変えずに工具先端ベクトルの方向を変更できます（上図参照）。

これらの機能により、オペレーターは5軸工作機械を使用する際、金型業界で現在広く使用されている3+2プログラミング方法を簡単に使用できます。しかし、新しい5軸加工機能の段階的な開発と受け入れにより、真の5軸工具工作機械がより一般的になる可能性があります。

NCとCNCは同じ意味か？

以上から、NCはエンジニアリングプログラミングを通じて離散的なデジタル情報を使用して機械やその他の装置の動作を制御することを知りました。CNCは、CNC工作機械を通じて部品を生産するエンジニアリングプログラミングのプロセス全体を指します。

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