CNC マシンのタイプとそのカテゴリを探索する:総合ガイド

CNC マシンは、今日の製造業界で最も重要なマシンの 1 つです。現在市場には多くの種類の CNC マシンがあり、動作モード、切削工具、材料、同時に切削できる軸の数が異なります。

この記事では、CNC マシンの定義、さまざまなタイプの CNC マシン、および最適な CNC マシンの選択方法について説明します。この素晴らしい情報を得るために読み続けてください。

CNC マシンとは何ですか?

CNC マシンは、部品や製品の製造を容易にするコンピュータ制御の装置です。 CNC という意味の頭字語は、Computer Numerical Control に由来しています。この機械を使用すると、金属、木材、プラスチック、その他の材料を使用した部品の作成や修正が簡単になります。さらに、これは 3 つの主要コンポーネントを備えた自動システムです。駆動/動作システム、フィードバック システム、コマンド機能です。

CNC マシンは、最適に機能するために CAD および CAM ソフトウェアによって作成されたデジタル命令に依存しています。 CAD ソフトウェアが設計を作成し、CAM が CNC 設計を CNC 機械が読み取れる G コードに変換します。

さらに、自動処理システムにより、手動機械よりも部品の製造がより速く、より正確になることがよくあります。

CNC 機械システムの基本要素

以下は、CNC 機械システムで一般的に見られる要素または部品です。

• 情報入出力デバイスには、ディスク ドライブ、特殊情報デバイス、キーボード、コンピュータが含まれます。
• インターネット接続（イーサネット、HSSB（高速データ送信ポート）、処理 LAN、RS 232C ポート、その他のネットワークを含む）
• 外部メカニカル シャフト コントロール ユニット（交換ベンチ、アンロードおよびローディング ロボット、ツール マガジンのドライブ シャフトなど）
• 送りサーボドライブとモーターユニット
• スピンドルモーターとドライブユニット
• CNCコントロールユニット（数値制御部）
• PMC コントローラー
• 機械のフィードバックおよび位置測定ユニット
• マシンの電源キャビネットの制御信号の入出力ユニット

さまざまなタイプの CNC マシン

フライス加工、研削、穴あけからプラズマ切断まで、さまざまな CNC マシン タイプがあります。このセクションでは、CNC マシンのタイプと用途、およびその用途と制限のリストを検討します。

1.ミルCNCマシン

CNC フライス盤タイプは、高速切削工具を使用してワークピースから材料を除去し、必要な仕様に合わせて正確に成形します。さらに、フライスカッターの種類も豊富で、さまざまな機能を発揮します。一般的な例としては、エンド ミル、リーマ、フェース ミル、タップ、ドリルなどがあります。

ただし、機械で加工できるサイズは、機械を収容する筐体のサイズと、切削工具が移動できる最大距離によって異なります。

2.旋盤 CNC マシン

CNC 旋盤の動作方法は、主軸を中心にワークピースの材料を回転させることです。旋盤の切削ツールは、ワークピースから材料を除去し、必要に応じて形状を整えます。

CNC 旋盤は、スイス加工、穴あけ、ローレット加工、旋削、サンディングなどのさまざまな作業に最適です。このカテゴリの CNC マシンは、自動車部品、カムシャフト、クランクシャフト、楽器、砲身、野球バット、家具の製造に応用されています。

ただし、この機械の製品の製造方法により、対称の部品を製造する方が適切です。

3. CNC ドリリングマシン

ボール盤は、ほとんどの CNC 機械ショップで見られる最も人気のある CNC 機械の 1 つです。さらに、ドリリング CNC マシンは、ドリルビットまたはドリルと呼ばれる特殊な切削工具を使用します。ネジを固定する材料、美的要件、または二次組み立ての目的で穴を開けるのに最適です。

CNC ドリリング マシンは、自動車製造、宇宙飛行、造船、金型製造、エンジニアリング機械、家具製造、その他の木工品に応用されています。

機械の主な制限の 1 つは、作成できる穴の寸法です。専用のドリルビットを使用しないと、十分な深さまたは大きな穴を開けるのは困難です。

4. CNC 研削盤

この機械は、砥石を使用してワークピースから材料を除去します。研削盤のタイプは主に研磨、研磨、または仕上げに機能します。砥石の製造に使用される材質は、セラミックブレンドまたはダイヤモンドです。ただし、ダイヤモンド砥石は多くの場合、高品質の二次仕上げを提供することを知っておく必要があります。

ただし、この CNC 研削盤は非常に遅い速度でワークピースから材料を除去します。このため、主に仕上げ機または平滑化機として使用されます。

5.レーザー切断 CNC マシン

この CNC 機械は、高度に集束したレーザー ビームを使用して製品や部品を成形します。レーザー ビームは、導電率に関係なく材料を切断して、目的の製品や形状を作成します。さらに、レーザー切断 CNC マシンは、航空宇宙、自動車、医療という 3 つの主要産業にも応用されています。

ただし、レーザー切断 CNC マシンの制限の 1 つは、切断できる材料の最大厚さが 2.75 インチであることです。

6.プラズマ切断 CNC マシン

CNC プラズマ切断装置は非常に正確な切断を行います。放電アーク (プラズマ トーチと同様) を使用して、空気をイオン化し、その経路内の材料を溶かします。この手順には電気アークが含まれるため、導電性材料でのみ機能します。

プラズマ切断は、大規模産業やホビーショップで使用される人気の機械です。産業建設、自動車の修理と修復、解体作業に役立ちます。

しかし、これらの機械は材料を溶かして切断するため、膨大な熱を発生します。この熱は、多くの場合、切断された材料の表面仕上げに影響を及ぼし、その結果、熱影響部が生じます。

もう 1 つの制限は、この機械は金属とその他の導電性合金のみを切断するため、切断できる材料の範囲が制限されていることです。

7.ウォータージェット切断 CNC マシン

この機械は、細い水を噴射して材料を切断します。 CNC ウォーター ジェット切断は、あらゆる材料を切断できるため、最も適応性のあるプロセスの 1 つです。

ウォータージェット切断機は、ゴム、皮革、グラスファイバー、おむつ、回路基板、フォーム、紙、セラミック、ガラス、石材、板金などを成形できるため、非常に多用途です。

最大の欠点の 1 つは、ウォータージェット切断速度が他の切断方法よりも遅いことです。この速度の低下は、カーブしたカットやコーナー付近で特に顕著です。

8. EDM (放電加工機)

EDM は電気アークを使用してワークピースから材料を除去します。プラズマカッターと同様に機能します。また、この機械は非接触プロセスで部品を生産し、硬さに関係なく部品を加工します。

それにもかかわらず、この機械はプラズマ切断のような導電性材料にのみ機能します。言い換えれば、この機械を使用してセラミック、木材、プラスチック、その他の電気を通さない材料を製造することはできません。

9. CNCルーターマシン

CNC ルーターは、あらゆる素材の平面上でさまざまな形状やパターンを切断できます。 CNC ルーター マシンは、楽器、看板、ドアの彫刻、モールディング、内装および外装の装飾品の製造に使用されます。

ただし、CNC ルーター マシンの全体的な動作は、コンポーネントが異なるため、かなりのノイズが発生する可能性があります。

10.多軸 CNC マシン

この CNC マシンは 4 つ以上の方向または軸に移動できます。 2 軸または 3 軸の機械と比較して、多軸加工はより複雑で、より正確な部品を製造します。また、機械加工業者に優れた加工柔軟性を提供します。さらに、このカテゴリの機械は 4 軸機械から 12 軸機械まで多岐にわたります。

このカテゴリの機械は 2 軸や 3 軸の機械とは大きく異なり、最適に機能するには専門家の専門知識が必要となることがよくあります。

11. 3D プリンター

3D プリンターは、デジタル ファイルを使用して 3D ソリッド オブジェクトを作成します。この記事で説明する他のプロセスとは異なり、3D プリントは積層造形プロセスです。材料を組み合わせて製品を次々と生み出していくプロセスです。

ただし、この CNC 装置の調達とこのプロセスを使用したコンポーネントの製造コストは非常に高くなります。また、3D プリント速度は、特に大量生産プロセスで使用される場合に遅くなります。

12. CNC 自動工具交換装置

ATC とも呼ばれるのは、さまざまなタイプの CNC マシンのバリエーションです。ただし、この機械が行うことは、機械の切削工具を自動的に交換することです。これにより、生産速度が向上し、リードタイムが短縮されます。

ATC は、2 つの主な理由でこの切り替えを実行します。1 つは壊れた、または使い古されたツールを交換すること、もう 1 つは間違ったツールを正しいツールと交換することです。

座標軸の数による CNC 機械の種類

以下に、マシンが移動する軸の数に応じたさまざまなタイプの CNC マシンを示します。

2 軸 CNC マシン

利用可能な最も基本的な CNC システムは 2 軸 CNC マシンです。このカテゴリのマシンは、X 軸 (水平) と Y 軸 (垂直) で移動します。

通常、これらの機械は正確な直線切断を行ったり、基板に穴を開けたり、ワークピースの 1 つの表面だけを移動させずに加工したりします。

3 軸 CNC マシン

最も普及している種類の CNC マシンは 3 軸マシンです。 2 軸機械と同様に、このカテゴリの機械も固定ワークピースで動作します。これらのマシンは 2.5 次元の基本的な部分を処理できます。 3 軸 CNC マシンは、従来の X 軸と Y 軸で動作し、深さのために追加の Z 軸が追加されます。

4 軸 CNC マシン

このマシンには、回転軸として知られる A 軸と、X、Y、Z 軸があります。この軸により、X 軸に沿った切削工具の回転が可能になります。切り抜きや円弧切断も、これらの機械の優れた用途です。

5 軸 CNC マシン

5 軸 CNC は、C 軸と呼ばれる軸に沿って切削工具に旋回運動を提供します。 C 軸は、回転と旋回が発生する軸です。

これらの機械は、作業面を静止させたまま材料の 5 つの面を同時に加工できるため、複雑で正確な部品を製造できます。これらの機械は精度が優れているため、医療業界で使用される機器の製造に非常に役立ちます。

7 軸 CNC マシン

このカテゴリの CNC マシンには 7 つの軸があります。ワークピースの回転用の 3 つの従来の軸、切削工具の移動用の 3 つの軸、および E 軸として知られるアームの回転用の 1 つの軸です。

製造できる部品が複雑であるため、これらの機械は航空、医療、軍事機器を頻繁に製造します。

9 軸 CNC マシン

5 軸フライス盤と 4 軸旋盤を組み合わせた CNC システムが 9 軸 CNC マシンです。旋盤はワークピースの内部特徴を完成させ、フライス盤は表面を加工して必要な表面仕上げを実現します。

このため、9 軸加工機を使用すると、内外装部品の形状を作成しやすくなります。歯科インプラント、医療器具、高度な航空機機器はすべて、これらのデバイスを使用して製造できます。

12 軸 CNC マシン

12 軸マシンには、X、Y、Z、A、B、C 軸に移動できる 2 つのカッティング ヘッドがあります。これらの機械は生産速度を向上させると同時に、精度を桁違いに向上させます。

移動軌跡に応じた CNC マシンの種類

以下は、移動軌跡に応じた CNC 機械システムの種類です。

ポイントコントロール

点制御システムでは、CNC 機械の可動コンポーネントは、プロセス中に加工されることなく、ある点から別の点まで正確に制御されるだけです。同時に位置決めを行う必要がない場合、この位置決めは、反転、タップ立て、スポット溶接、穴あけに使用できる最もコスト効率の高いシステムです。

リニア制御

CNC 機械の可動コンポーネントをある場所から別の場所に正確に配置するとともに、線形制御システムは、接続された 2 つのサイト間の移動のペースと軌道も制御します。

平行な座標軸を使用するこの制御により、直線的な切断動作が保証されます。このため、単純な CNC フライス盤や研削盤に応用されることが多いのです。

輪郭制御

ワークピースは、輪郭制御システムの制御下で、プログラムされた軌道とカッターに対する速度に従って移動します。また、複数の送りシャフトの動きも同時に調整されます。これにより、動作中に連続的なカットを行うことができます。

輪郭制御により、平面曲線や空間サーフェス輪郭の処理が容易になります。 CNC グラインダー、フライス盤、旋盤などに応用されています。

サーボシステムごとに分けた CNC 機械の種類

サーボ別の CNC 機械システムの種類は次のとおりです。

オープンループ制御システム

開ループ制御システムには検出およびフィードバック デバイスが存在しません。駆動回路は、一方向に送信される CNC 装置の指令信号が機械テーブルを移動するステッピング モーターを駆動する前に電力を増幅します。

オープンループ制御システムの利点の 1 つは、価格が低く、手頃な価格であることです。欠点としては、精度と安定性が低く、作業品質が低下することです。

セミクローズドループ制御システム

ワークテーブルの実際の変位は、サーボ モーター シャフトまたはボールネジの端に直接取り付けられたセミクローズド ループ制御システムの角変位検出デバイスを使用して計算されます。

演算値とワークテーブル本来の指令変位値を比較し、その差を利用して制御する装置です。このシステムの価格は手頃ですが、精度と安定性は高いです。

閉ループ制御システム

閉ループ制御システムでは、工作機械の可動部品またはテーブルトップに取り付けられた線形変位検出デバイスが使用されます。 CNC デバイスのコンパレータは、検出された実際の変位を受け取り、それをプログラム命令の値と比較します。

閉ループ制御 CNC マシンの安定性を制御することは非常に困難です。ただし、この機械は高い精度を保証します。

最適な CNC マシン タイプを選択するにはどうすればよいですか?

あなたの会社にとって理想的な CNC マシンを選択する際には、考慮すべき点が数多くあります。お客様のニーズに適した CNC マシンは、経営するビジネスの種類、作成するアイテム、生産量によって異なります。以下は、CNC マシンを選択する際に考慮すべき要素です。

ビジネスタイプ

あなたのビジネスの種類によっては、利用できる選択肢が少なくなります。たとえば、小規模な CNC 機械工場を所有している場合、必要な CNC ルーティング マシンは数台だけです。一方、大規模な製造会社を経営している場合は、おそらくより大型で多機能な機械が必要になるでしょう。

スペアパーツの入手可能性

CNC マシンは、他のマシンと同様に摩耗したり故障したりする可能性があります。したがって、購入するブランドやモデルが専門家によってすぐに修理可能であること、および交換用のスペアパーツが入手可能であることを購入前に確認してください。その理由は、すぐに入手できる部品によって、生産を再開するまでにどれくらいの時間がかかるかが決まるからです。

製品要件

必要な CNC マシンは、主に行われる作業によって異なります。単純なアイテムの場合は、CNC 旋盤または 3 軸フライス盤で十分な場合があります。しかし、複雑さが増すと、ほとんどの部品を 1 回のセットアップで製造できる機械の方が安価になります。この種の作業に最適な機械は、5 軸 CNC 機械です。

また、一部の製品カテゴリには専門の CNC 機器が必要です。たとえば、専用のスイス旋盤は、何千もの小さくて複雑な円筒形の部品を製造するのに最適です。

電力要件を理解する

これらの機械は大量の電力を必要とし、最適に機能するために三相電力を頻繁に使用します。したがって、新しい機器を稼働させるのに十分な電力を建物に確実に供給することが重要です。現在の電力使用量を確認することも価値があります。現在のマシンがすべて稼働している場合、施設には十分な電力が供給されている可能性がありますが、新しい CNC を追加すると、供給量を超える使用量が増加する可能性があります。

機械加工される材料

CNC マシンを選択する場合、加工される材料の種類は重要な考慮事項です。機械は、硬質合金から精密な部品をフライス加工するのに十分な堅牢性を備えていなければなりません。軟鋼のような柔らかい素材の場合は、必要な公差を維持できる精密機械を検討できます。

WayKen:あらゆる CNC プロジェクト向けの CNC 加工サービス

CNC マシンはほとんどの場合簡単なプロセスですが、ニーズに最適なマシンを選択するのは困難な作業になります。また、CNC マシンは非常に高価なので、たとえ導入を検討していても、高額な初期投資を支払うのは難しいかもしれません。

しかし、代替手段があります。 CNC 加工サービスを WayKen などの業界メーカーにアウトソーシングすることができます。 Wayken では、シンプルな 3 軸加工機から多軸加工機まで、あらゆるニーズに対応できるさまざまな CNC 加工機を取り揃えています。弊社の専門エンジニア チームは、製品の複雑さに関係なく、いつでもお客様の製品ニーズに対応いたします。

では、なぜ待つのでしょうか？今すぐお問い合わせください。CNC プロジェクトの作業を開始いたします。

よくある質問

CNC マシンは高価ですか?

CNC マシンは高価な投資です。ただし、この機械はその高い精度と許容レベルでコストを正当化します。

CNC マシンの主なコンポーネントは何ですか?

コンピュータ数値制御 (CNC) システムは、工作機械とも呼ばれる処理装置、機械制御ユニット、命令の集合体である CNC ソフトウェアという 3 つの基本コンポーネントで構成されます。

最も一般的な CNC マシンのタイプは何ですか?

CNC フライス盤は、タッピングから旋削加工までさまざまな用途に使用できる、最も一般的な CNC 機械タイプの 1 つです。