CNC マシンは、全体的に精度を向上させる能力があるため、特に注目を集めています。これらの機械は効果的であるだけでなく、複数の部品を同じレベルの精度で作成したい場合にも最適です。
ただし、すべての CNC マシンが機能するには、目的の部品を実現するために連携する必要があるいくつかの部品で構築する必要があります。
この記事では、さまざまな CNC 機械部品と、機械全体が正常に動作することを保証する上でのそれらの役割について説明します。
CNC加工とは何ですか?
コンピュータ数値制御（CNC）加工は、主に工作機械とコンピュータプログラムに基づく制御装置という2つの要素を用いて加工を行う製造プロセスの一種です。CNC加工のメリットは、極めて高精度な部品を製造できることです。コンピュータの使用と動作により、機械に適切な指示が与えられ、あらゆる面で非常に高精度で精密な部品が製造されます。
すべての CNC マシンが動作するには、通常、特定の動作原理に依存する必要があります。そのうちのいくつかは次のとおりです。
コンピュータ支援設計：CNC加工では、通常、製作したい部品の仮想設計を作成することから始めます。これは通常、コンピュータ支援設計ソフトウェアを使用して行われ、製作する必要のある部品の寸法や特徴が表示されます。
プログラミング手順：次に、コンピュータ支援製造ソフトウェアを使用して、設計を機械が理解できる命令に変換します。
機械のセットアップ：プログラムが完成したら、それをCNCマシンに転送します。ほとんどの場合、加工対象物をセットアップし、必要な工具を取り付ける必要があります。
機械の実行が開始されます。CAMプログラムが実行されると、軸（ほとんどの場合はX、Y、Z軸）の動きを制御して、工具をワークピース上に正確に配置できるようになります。その後、プログラムされた経路に従ってワークピースから材料を除去します。
材料が除去される様子をご覧ください：作成した指示と作業中の操作に基づいて、切削工具がワークピースに接触し、材料を除去する様子をご覧ください。
工程を管理し、品質を維持する：CNCマシンはコンピューターを使用して動作しますが、同時に状況を常に監視する必要があります。そうすることで、適切な品質保証を確保し、発見されたあらゆる問題をトラブルシューティングすることができます。
CNC マシンのコンポーネントの検査:
CNC 加工とは何か、そしてそれがどのように動作するかを理解したところで、CNC 機械の主要な部品とそれらがどのように動作するかを見てみましょう。
制御システム
まず、制御システムがあります。ここでは、名前に基づいて何を扱っているかがほぼわかります。これらは、他のすべてのコンポーネントが正常に動作し、マシン全体が最適に動作していることを確認するのに役立つシステムです。
一般的に、CNC工作機械制御システムは、対象とするCNC精密加工の種類に応じて、さまざまな形態で存在します。
オープンループ制御システム：このシステムでは、コントローラーが機械のモーターに直接コマンドを送信します。コントローラーはツールの位置や動きに関するフィードバックを受け取らないため、はるかにシンプルなシステムです。
クローズドループシステム：クローズドループ制御システムは、オープンループ制御システムと同様の動作をしますが、機械の軸が常に監視されるようにフィードバック機構が組み込まれています。リニアスケールとエンコーダのおかげで、フィードバックと加工において適切な精度が得られます。
ポイントツーポイント制御システム：ポイントツーポイント制御システムは、主に工具を特定の座標に基づいて移動させる必要がある場合に有効です。構造は非常にシンプルなので、CNCマシンの基本的な部品があれば機能します。
輪郭制御システム：輪郭制御システムを使用すると、より複雑な経路に沿って工具の動きを補間し、複雑な形状を作成できます。アルゴリズムを使用して工具がスムーズに動作する経路を生成するため、精度も向上します。
平行軸制御システム：機械が複数の軸に沿って移動する必要がある場合、平行軸制御システムを使用してその動きを協調させます。このシステムにより、同期した動きを容易に実現できるため、3D形状の作成が可能になります。
通常、CNC 制御システムには、動作を改善するために次のコンポーネントが付属しています。
主制御コンソール：制御コンソールには、機械と直接通信するためのインターフェースが備わっています。すべてのコンソールには、コマンドを入力したり、グラフィカルな制御インターフェースを表示したりするためのモニターまたはタッチスクリーンがあります。
中央制御装置：制御装置は、CNCシステム全体を制御する中央処理装置です。コマンドを実行し、プログラムを解釈し、すべての軸の動きを調整します。
軸駆動装置：一般的に、軸駆動装置はサーボモーターまたはステッピングモーターコントローラーであり、指示に基づいて機械の軸の動きを制御するのに役立ちます。これらは機械部品を直線または円運動させ、電気信号を機械的な動きに変換します。
フィードバックコンポーネント：CNCマシンの動作に関するフィードバックが必要な場合、これらのCNCフライス盤コンポーネントが使用されます。これらは工具またはワークピースの位置を測定し、その情報をコントローラに送信して、エラーがないかどうかを確認します。
周辺機器：最後に、アクチュエータ、センサー、安全インターロックなど、システムに組み込むことで、システムの動作を改善し、機械全体の状態を監視することができる機器があります。
機械的な構造
次回は、CNC マシンの構造そのものを見ていきます。 CNC 操作にはさまざまなタイプがあることを考慮すると、これらの機械にはそれぞれ特定の構造タイプがあり、これらのタイプが機械全体の効率を簡単に決定することが想像できます。
CNC 機械の構造にはさまざまなタイプがありますが、最も代表的なものは次のとおりです。
ベッド型構造：最も一般的な構造形式であるベッド型構造は、作業台が剛性の高いベッドに直接取り付けられるのが特徴です。この構造により、加工対象物と切削力に対して十分な支持力が得られます。
ガントリー構造：ここでは、作業エリアの四方に配置された柱によって支えられたガントリー（架台）またはオーバーヘッドブリッジがあります。機械の軸がブリッジに沿って移動すると、ワークピースはテーブル上に保持され、機械はワークピースの加工を開始します。
C型フレーム構造：C型フレームと呼ぶ人もいれば、C型構造と呼ぶ人もいます。この構造は、機械の可動部品を支える1本の垂直柱で構成されています。そのため、どの方向からでも作業エリアに簡単にアクセスできます。
タレット構造：この構造では、回転軸に取り付けられた工具交換装置または工具タレットを備えています。これにより、工具の交換が容易になり、複数の工具を使用した加工も可能です。多くの場合、この構造はCNC旋盤の部品に見られます。
スイス型構造：これらの機械は、スライド式主軸台とガイドブッシング機構を備えていることが多く、長くて細いワークピースを可能な限り高い精度で加工することができます。
横型マシニングセンタ（HMC）の構造：HMCの構造は、主軸が直線状に配置され、作業台はX軸とY軸に沿ってのみ移動します。これにより、切削屑を迅速に排出でき、切削中のワークピースの安定性を確保できます。
立形マシニングセンタ（VMC）の構造：横型マシニングセンタ（HMC）とはほぼ正反対の構造で、垂直スピンドルと、Z軸方向にも移動可能なワークテーブルを備えています。この構造の利点は、機械全体の設置面積が小さく、アクセスも容易であることです。
そういえば、CNC 構造の一般的な部分と、加工操作全体をできるだけスムーズにするためのそれらの役割についても理解しておく必要があります。
すべてはベッドの上に載る：ベースとも呼ばれるベッドは、機械全体を支える土台となる。
ストレートコラム：垂直方向の部品であるコラムは、主軸だけでなく、タレットや工具交換装置などの他の部品も保持します。
作業台：ここに加工対象物を置き、加工工程中に固定またはクランプで締め付けます。加工対象物が適切な位置に配置されるよう、作業台は複数の軸方向に移動できる必要があります。
スピンドル：この回転軸は切削工具を保持し、高速回転させてワークピースから余分な材料を直接除去します。
移動軸：一般的に、工具が移動できる軸は3つあります。X軸は水平方向、Y軸は垂直方向です。そして、Z軸は垂直方向ですが、スピンドルが上から下へ切削できるようにします。
駆動機構：これらの機構は、機械のモーターからすべての可動部品に動力を伝達するのに役立ちます。これにより、加工中に軸の動きを制御することができます。
ツールチェンジャー：CNCフライス盤の一部の加工工程では、加工中に切削工具を交換する必要がある場合があります。これらのツールチェンジャーの中には、複数の工具を収納できるものもあり、利用可能なオプションから簡単に選択できます。
冷却システム：冷却液がなければ、CNCマシンは動作しません。冷却システムの役割は、余分な熱を適切に処理し、装置が可能な限り長く機能し続けるようにすることです。
スピンドルとツーリングシステム
通常の CNC スピンドルの機能についてはすでに説明しました。これらのツールは、切削工具を保持して回転させるのに役立ち、さまざまな機械加工作業を可能にします。
一般に、さまざまな CNC スピンドルがあり、それぞれに独自の CNC 自動車部品が付属しており、さまざまな要件に対応できます。利用可能な最も有名なオプションには次のようなものがあります。
ベルト駆動スピンドル:
すべてのベルト駆動スピンドルは、スピンドルに動力を供給するモーターと、回転動力をさまざまなベルトでスピンドル シャフトに伝達するベルト ドライブ システムで動作します。次に、切削工具を回転させて保持するスピンドル シャフトと、シャフトを安定に保つベアリングがあります。
最後に、ツール ホルダーは切削工具を所定の位置に固定し、工具の交換を可能にします。
ダイレクトドライブスピンドル
このタイプのスピンドルでは、主モーターがスピンドルシャフトに直接組み込まれています。この構造により、独立したベルト駆動システムは不要になります。スピンドルシャフト自体がモーターシャフトに接続されているため、十分なトルクが得られ、振動も低減されます。
このシステムにはベアリングと、切削工具を所定の位置に完全に保持するツール ホルダーも必要です。
空冷スピンドル
空冷スピンドルを使用すると、適切な空冷用に設計された主モーターが得られます。また、強制空気循環を使用して余分な熱を取り除き、スピンドル温度を適切に維持するスタンドアロン冷却システムもあります。
また、他の Doodle タイプと同様に、スピンドル シャフトとツール ホルダーも付属しています。
水冷スピンドル
液冷スピンドルは空冷スピンドルとよく似た働きをします。ご想像のとおり、大きな違いは材料を冷却する方法にあります。これは液体冷却剤を使用して設計されており、複数の方法で全体的により効率的な放熱を実現します。
高速スピンドル
信じられないほどの高速で動作するように設計されたこれらのスピンドルには、振れや振動を軽減する CNC 機械コンポーネントが組み込まれています。スピンドル シャフトも素早い回転を実現するように設計されており、振動を抑えるために精密にバランスがとれたコンポーネントが搭載されています。
最後に、ベアリングとツール ホルダーがあり、方向指定と場所の確保という従来のタスクを処理します。
切削工具
ここからは、さらに興味深い部分をいくつか紹介していきます。 CNC 切断コンポーネントにはいくつかのタイプがあり、それぞれが特定の操作や使用する特定の種類の材料向けに設計されています。一般的に、主なものは次のとおりです。
エンドミル
エンドミルは、両端と外周に切れ刃を備えた柔軟な工具です。主に、さまざまな材料にわたるスロットや輪郭をフライス加工するために使用されます。
エンドミルを選択するときは、適切な刃数 (2 枚、4 枚、またはそれ以上) を備えたものを選択する必要があります。また、耐摩耗性に対処する必要がないように、適切なコーティングが施されていることを確認する必要もあります。
従来の訓練
ご想像のとおり、ドリルはワークピースに穴を開けるのに役立ちます。ツイスト ドリル、スポット ドリル、センター ドリルなど多数あるため、選択する前に、作成しようとしている穴に適切な直径があることを確認してください。
また、穴あけする材質を考慮し、切りくず排出性を高めるために適切な寸法のドリルを選択する必要があります。
ねじ穴用タップ
穴に正確にねじを通す必要があるときは、いつでもタップを頼りにできます。さまざまなサイズとピッチがあるため、ねじの仕様に適したものを選択する必要があります。同時に、ねじを切る材質を考慮し、それに適した形状とコーティングを備えたタップを選択してください。
フライスカッター
フライスカッターは回転し、フライス加工用の最も有名な CNC コンポーネントの 1 つです。予想通り、加工操作とワークのサイズに基づいて、適切なフライス タイプを使用していることを確認してください。
カッターの直径、インサートの数などの要素も決定に役立ちます。
ツールインサート
これらは、 CNC旋盤工具やフライス盤などのインデックス式切削工具に対応する、交換可能な切削チップです。適切な形状で、切削材料に適したカッターさえあれば、特に問題は発生しないはずです。
リーマ
既存の穴があり、それを拡張したり仕上げたりしたい場合は、リーマーが役に立ちます。これにより、既存の穴を特定の表面仕上げと寸法に合わせて作成できるようになり、この拡張プロセスでかなりの精度が得られます。
リーマーのサイズと形状は、必要な穴のサイズ、必要な表面仕上げと公差に基づいて選択する必要があります。フルートのコーティングやデザインなどの要素も、どのオプションを選択するかをよりよく理解するのに役立ちます。
冷却剤および熱管理システム
熱は、すべての CNC マシンが対処しなければならない問題です。熱が蓄積すると、マシンが損傷する危険性が直ちに高まり、最終的にマシンの価値が十分に得られなくなる可能性があります。これが、冷却剤が非常に重要である理由です。冷却剤によりマシンの熱が放散され、可能な限り長く動作できるようになります。
クーラントについては、次のタイプのいくつかと、それらの特徴を考慮する必要があります。
洪水冷却システム
最も一般的なクーラント システム タイプであるこのメカニズムには、リザーバからクーラントをポンプで汲み上げ、パイプまたはノズルを通して切削領域に送り込むことが含まれます。このシステムは冷却に加えて、潤滑などの機能も改善し、切りくずを洗い流すのに役立ちます。
ミストクーラント機構
このシステムでは、クーラントを小さな液滴に霧化し、ミストとして切断領域に向けます。必ずしも高圧冷却液が必要ない場合、このシステムは非常にうまく機能します。
スルースピンドルクーラントシステム:
TSC クーラント システムは、スピンドルとツール ホルダーを介して切削工具の刃先に直接クーラントを供給します。特に穴あけに使用する必要がある場合、発熱を削減し、工具の全体的な機能寿命を延ばすのに役立ちます。
外部冷却システム
外部冷却システムは、冷却ノズルとパイプを保持し、これらのコンポーネントを工作機械の外側に配置します。そのため、クーラントが切削領域に送られるため、ミストまたはフラッドクーラント システムと組み合わせてシステムを使用して、切りくず排出と冷却操作を向上させることができます。
エアブラスト冷却システム
エアブラスト冷却システムを使用している場合は、圧縮空気を使用して切削領域から船舶を吹き飛ばし、切削工具とワークピースを冷却するだけです。液体クーラントほど効果的ではないかもしれませんが、切りくず排出などの追加作業にも役立ちます。
選択したシステムに関係なく、次の加工 CNC 部品の一部を使用する必要があります。
冷却液リザーバー：冷却液として使用される液体またはガスを貯蔵するためのタンクまたはリザーバーを用意することが重要です。
クーラントポンプ：工作機械の切削領域までクーラントをリザーバーから循環させるためのポンプも必要です。一般的に、ポンプはクーラントの流量と必要な圧力を維持します。
冷却液ライン：これらは、冷却液をリザーバーから機械へ送るためのホース、パイプ、チューブです。冷却液から異物を取り除き、純粋な冷却液だけを供給するためのスクリーンやフィルターを追加することもできます。
ノズルまたはマニホールド：これらは基本的に、切削液をワークピースと切削工具に噴射する装置です。切削領域の特定の箇所に確実に冷却液を供給できるよう、戦略的な配置を行うことが重要です。
従来型のろ過システム：冷却システムには、不純物を取り除くためのフィルターが備わっているのが一般的です。これにより、冷却液の保存期間を延ばすことができます。
ワーク保持装置
ワークホールド デバイスは、期待どおりの機能を果たします。工具を保持し、工具が狂ったり位置を失ったりしないようにします。すべてのワーク保持デバイスは、特定の一連の加工要件と用途を満たすように特別に設計されていますが、その中で最も有名なものは次のとおりです。
訪問数
バイスは、ワークピースを所定の位置に保持する柔軟なワーク保持装置です。標準バイスからフライス加工に特化したバイス、さらにはセルフセンタリングバイスまで、さまざまな構成で見つけることができます。
チャック
ほとんどの場合、チューブや丸棒などの円筒状のワークを保持するためにチャックを使用します。チャックはワークの中心を保持するため、特に端面加工、旋削加工、円筒加工に最適です。
治具プレート
これらのプレートには、平らな長方形の形状のほか、スロットや穴のパターンもあります。ワークピースをクランプすることで機能するため、柔軟で再現性のあるセットアップが可能になります。
フィクスチャ プレートの利点は、複数の部品の作業が容易になり、最適な再現性も達成できることです。
マグネットチャック
これらは従来のチャックと同様に機能しますが、金属製のワークピースをしっかりと保持するための磁石も組み込まれています。強力なグリップ力を備えたマグネットチャックにより、ワークの着脱が容易になります。同時に、複数の CNC 加工コンポーネントにも使用できます。
コレットチャック
これらのチャックは、コレットを使用してワークピースをしっかりと固定します。コレットとは円筒形のスリーブで、締め付けるとワークピースの周囲に圧縮され、十分な締め付け力と同心度を実現します。
一般に、コレット チャックは、ワークピースの直径が小さい場合に最適に機能します。
インデクサーとロータリーテーブル:
ワークピースをさまざまな角度に回転させながらその位置を維持する必要がある場合、インデクサーまたは回転テーブルが役に立ちます。多面加工が可能になるとともに、お客様ご自身でのワークの位置調整の手間も軽減されます。
非常に多くのワーク保持装置があることを考えると、選択するのが難しいことは容易に想像できます。ただし、考慮すべき要素がいくつかあります。
- ワークピースの側面と形状によって、どのデバイスが最適に機能するかが決まります。
- 作業中の特定の加工操作に適したワーク保持装置を常に選択してください。
- これは非常に重要であるため、希望する再現性と精度のレベルを考慮してください。
- また、必要な生産量と、作業中のセットアップ変更の数を把握する必要もあります。柔軟性があり、再現性と効率性を備えたデバイスを選択してください
安全機能
CNC コンポーネントを十分に扱うと、安全性の必要性がわかります。他のすべての自動化プロセスと同様に、効率と安全性の適切なバランスを見つけることは最も重要なことの 1 つであり、プロセスを扱うすべての人が全面的に保護されていることを確認する必要があります。
それを念頭に置いて、操作者の安全を促進するのに役立つ重要な CNC 機械加工コンポーネントをいくつか紹介します。
緊急停止ボタン：CNC加工部品に不具合が生じた場合は、停止ボタンを組み込む必要があります。これにより、すべての操作を停止し、予期せぬ危険に対処できます。
安全インターロック：インターロックとは、特定の条件が満たされるまで機械が作動しないようにする機構です。これにより、すべてのガード、ロック、カバーなどが適切に閉じられていることが保証され、安全性が最大限に高まります。
ガードと筐体：これらは、CNC工作機械のさまざまな部品（可動部品、回転工具、切削工具など）から作業者を保護する物理的な障壁です。切削屑や破片など、深刻な危険をもたらす可能性のあるものから作業者を保護する追加的な層を提供します。
センサーとライトスイッチ：これらの装置は、工具の破損や過剰な振動など、通常とは異なる動作を検知するのに役立ちます。異常を検知すると、自動シャットダウンシーケンスが作動し、機械の動作を即座に停止します。
安全ラベルと標識：安全な作業を確保するために、作業員が何をすべきか、何に注意すべきかを視覚的に理解できるよう、安全表示、ラベル、標識を設置することを常にお勧めします。
これらすべての機能と重要な安全プロトコルにより、全体的に心配する必要はまったくなくなります。通常、セットアップの一部としてこれらすべてを組み込むことをお勧めしますが、それができない場合でも、少なくともできるだけ多く組み込むようにしてください。
結論
CNC マシンの部品に関しては、非常に多くのオプションがあります。結局のところ、何が必要かを知り、それに取り組むことが、可能な限り効率を最適化するのに大いに役立ちます。
さらに詳しい情報が必要な場合、またはさらに詳しく知りたい場合は、HM までお気軽にお問い合わせください。