ノースカロライナ州
(数値制御、CNC と呼ばれる) は、機械装置の動作を制御するための個別のデジタル情報の使用を指します。この情報は、オペレーター自身によってのみプログラムすることができます。
CNC
CNC テクノロジーの応用
CNC技術は急速に発展し、金型加工の生産性が大幅に向上しました。その中でも高速CPUはCNC技術開発の中核です。 CPU の向上は、計算速度の向上だけではなく、速度そのものの向上には CNC テクノロジーの他の側面も含まれます。近年、CNC テクノロジーは大きな変化を遂げてきましたが、だからこそ、金型製造業界における CNC テクノロジーの現在の適用を見直す価値があります。
CPU の処理速度が向上し、CNC メーカーが高度に統合された CNC システムに高速 CPU を適用したことにより、ブロック処理時間とその他の CNC パフォーマンスが大幅に向上しました。{0}より高速でより高感度なシステムは、プログラム処理速度の向上だけではありません。実際、部品処理プログラムを比較的高速で処理できるシステムは、動作中は低速処理システムのようになる場合もあります。完全に機能する CNC システムであっても、処理速度を制限するボトルネックとなる可能性のある潜在的な問題がいくつかあるためです。{3}}現在、ほとんどの金型工場では、高速加工には単に短い処理時間以上のものが必要であると認識しています。-多くの点で、この状況はレースカーの運転に似ています。最も速い車がレースに勝つでしょうか?カジュアルなレース観戦者でも、レースの結果に影響を与える要因はスピード以外にもたくさんあることを知っています。まず、ドライバーのトラックに関する知識が重要です。ドライバーは、適切に速度を落とし、安全かつ効率的にコーナーを通過できるように、急カーブがどこにあるのかを把握する必要があります。高送りで金型を加工するプロセスにおいても、CNC の保留中の軌跡モニタリング技術により、急な曲線の発生に関する情報を事前に取得でき、同様の役割を果たします。同様に、他のドライバーの行動や不確実な要因に対するドライバーの感度は、CNC のサーボ フィードバックの数に似ています。 CNC におけるサーボ 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。ドライバーがトラックを走行するとき、動作の一貫性、上手にブレーキをかけたり加速したりできるかどうかなどが、ドライバーのその場で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、ベル型加減速と CNC システムで処理される経路の監視では、工作機械のスムーズな加速を確保するために、急激な速度変化ではなくゆっくりとした加減速が使用されます。
これ以外にも、レーシング カーと CNC システムの間には他の類似点もあります。レーシング カーのエンジンの出力は CNC のドライブ ユニット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に似ており、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。特定の経路エラーを修正する CNC の能力は、ドライバーが車線内で車を制御する能力と非常に似ています。
現在の CNC とのもう 1 つの類似点は、最速ではないレーシング カーが多くの場合、バランスの取れたドライバーを必要とすることです。{0}}これまで、高速で切削しながら高い加工精度を達成できるのはハイエンド CNC のみでした。-現在では、ミッドレンジおよびローエンドの CNC の機能でも十分に作業を完了できる可能性があります。-ハイエンド CNC は現在入手可能な最高のパフォーマンスを備えていますが、使用しているローエンド CNC が同じ製品範囲のハイエンド CNC と同じ加工特性を備えている可能性もあります。-かつて、金型加工の最大送り速度を制限する要因は CNC でしたが、現在では工作機械の機械構造が要因となっています。工作機械がすでに性能限界に達している場合、より優れた CNC を使用しても性能は向上しません。
CNC システムの本質的な機能
現在金型加工で使用されている基本的な CNC 機能の一部を以下に示します。
1. 曲線と曲面の不均一有理 B{{2} スプライン (NURBS) 補間
このテクノロジーでは、一連の短い直線で曲線をフィッティングするのではなく、曲線に沿った補間を使用します。このテクノロジーの応用はかなり一般的になりました。金型業界で現在使用されている多くの CAM ソフトウェアには、NURBS 補間形式でパーツ プログラムを生成するオプションが用意されています。同時に、強力な CNC は 5 軸補間機能と関連機能も提供します。-これらの機能により、表面仕上げの品質が向上し、モーター動作の滑らかさが向上し、切削速度が向上し、部品加工プログラムが小型化されます。
2. 命令ユニットの小型化
ほとんどの CNC システムは、動作と位置決めの命令を 1 ミクロン以上の単位で工作機械のスピンドルに送信します。 CPU の処理能力の向上を最大限に活用すると、一部の CNC システムの最小命令単位は 1 ナノメートル (0.000001mm) に達することもあります。指令単位が1000分の1に削減されると、より高い加工精度が得られ、モーターがよりスムーズに回転するようになります。モーターのスムーズな動作により、ベッドの振動を増大させることなく、一部の工作機械をより高い加速度で動作させることができます。
3. ベルカーブ加減速
S 字加減速、またはクリープ制御とも呼ばれます。{0}直線加速を使用する場合と比較して、この方法は工作機械のより優れた加速効果を実現できます。線形法や指数関数法などの他の加速法と比較して、ベルカーブ法は位置決め誤差を小さくすることができます。
4. 加工軌跡監視
このテクノロジーは広く使用されており、ローエンド制御システムでの動作方法とハイエンド制御システムでの動作方法を区別する多くのパフォーマンスの違いがあります。-一般に、CNC は加工軌跡の監視を使用してプログラムを前処理し、より適切な加減速制御を保証します。{3}}さまざまな CNC の性能に応じて、加工軌跡の監視に必要なプログラム ブロックの数は 2 から数百の範囲にあり、主にパート プログラムの最小加工時間と加減速の時定数によって決まります。一般に、処理要件を満たすには、処理軌跡の監視プログラムの少なくとも 15 ブロックが必要です。デジタル サーボ制御 デジタル サーボ システムの開発は急速に進んでおり、ほとんどの工作機械メーカーが工作機械のサーボ制御システムとしてこのシステムを選択しています。このシステムを使用すると、CNC はサーボ システムをよりタイムリーに制御できるようになり、工作機械の CNC 制御がより正確になります。デジタル サーボ システムの役割は次のとおりです。 1) 電流ループのサンプリング速度が向上し、電流ループ制御の改善によりモーターの温度上昇が低減されます。これにより、モーターの寿命を延ばすことができるだけでなく、ボールねじに伝わる熱を低減し、ねじの精度を向上させることができます。さらに、サンプリング速度が速くなると、速度ループのゲインも増加し、工作機械の全体的なパフォーマンスの向上に役立ちます。2) 新しい CNC の多くは高速シーケンスを使用してサーボ ループに接続するため、CNC は通信リンクを通じてモーターと駆動デバイスのより多くの動作情報を取得できます。これにより、工作機械のメンテナンス性能が向上します。3) 連続的な位置フィードバックにより、高速送りでの高精度加工が可能になります。- CNCの動作速度が速くなると、位置フィードバックの速度が工作機械の動作速度を制限するボトルネックになります。従来のフィードバック方式では、CNC や電子機器の外部エンコーダのサンプリング速度が変化するため、信号の種類によってフィードバック速度が制限されます。シリアルフィードバックを使用すると、この問題はうまく解決されます。工作機械が非常に高速で動作する場合でも、正確なフィードバック精度を実現できます。リニアモータ 近年、リニアモータの性能と普及が著しく向上し、多くのマシニングセンタに採用されています。ファナックはこれまでに少なくとも 1,000 台のリニア モーターを設置しました。 GE ファナックの先進技術により、工作機械のリニアモータの最大出力は 15,500N、最大加速度は 30g を実現しました。その他の先進技術の適用により、工作機械の小型化、軽量化、冷却効率の大幅な向上を実現しました。これらすべての技術的進歩により、リニア モーターは回転モーターよりも有利になります。より正確な位置決め制御、より高い剛性。より高い信頼性。外部追加機能: オープン CNC システム オープン CNC システムを使用する工作機械は非常に急速に発展しています。現在利用可能な通信システムの通信速度は比較的高速であるため、さまざまなオープン CNC 構造が実現されています。ほとんどのオープン システムは、標準 PC のオープン性と従来の CNC の機能を組み合わせています。最大の利点は、たとえマシンのハードウェアが古い場合でも、オープン CNC により、現在のテクノロジーと処理要件に応じてパフォーマンスを変更できることです。他のソフトウェアを使用すると、オープン CNC に他の機能を追加できます。これらの機能は、金型加工と密接に関係している場合もあれば、金型加工とはほとんど関係がない場合もあります。一般に、金型工場で使用されるオープン CNC システムには、次のような共通の機能オプションがあります。低コストのネットワーク通信。イーサネット;適応制御機能。バーコードリーダー、ツールシリアル番号リーダー、および/またはパレットシリアル番号システムを接続するためのインターフェース。多数のパート プログラムを保存および編集する機能。保存されたプログラム制御情報のコレクション。ファイル処理関数。 CAD/CAM テクノロジーの統合とワークショップの計画。共通の操作インターフェイス。最後の点は非常に重要です。金型加工では、操作が簡単な CNC への需要が高まっているためです。この概念では、異なる CNC が同じ操作インターフェイスを備えていることが最も重要です。一般に、異なるタイプの工作機械や異なるメーカーが製造する機械は異なる CNC インターフェイスを使用するため、異なる工作機械のオペレータは個別にトレーニングを受ける必要があります。オープン CNC システムにより、ショップ全体で同じ CNC 制御インターフェイスを使用する機会が生まれます。機械所有者は、C 言語を知らなくても、CNC 操作用の独自のインターフェイスを設計できるようになりました。さらに、オープン システム コントローラーにより、個々のニーズに応じてさまざまな機械動作設定を設定できます。これにより、オペレーター、プログラマー、保守担当者は、要件に応じてセットアップを行うことができます。使用中は、必要な特定の情報のみが画面に表示されます。このアプローチにより、不要なページ表示が減り、CNC の操作が簡素化されます。 5 軸加工 5 軸加工は、複雑な金型の製造プロセスでますます広く使用されるようになってきています。 5- 軸加工を使用すると、部品の加工に必要な工具や工作機械の数が減り、加工プロセスに必要な機器の数が最小限に抑えられ、総加工時間が短縮されます。 CNC 機能はますます強力になっており、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。-かつてはハイエンド CNC でのみ利用可能であった機能が、現在ではミッドレンジ製品でも使用されています。-これまで 5 軸加工技術を使用したことがないメーカーでも、これらの機能を適用することで 5 軸加工が容易になります。-現在の CNC テクノロジーを 5 軸加工に適用すると、5 軸加工に次の利点がもたらされます。特殊工具の必要性が減ります。パーツ プログラムの完了後にツール オフセットを設定できるようにします。後処理プログラムを異なる工作機械間で互換的に使用できるように、ユニバーサル プログラムの設計をサポートします。仕上げの品質を向上させます。さまざまな構造の工作機械に使用できるため、中心点を中心に回転するものが主軸なのかワークなのかをプログラム上で指定する必要がありません。これはCNCパラメータによって解決されるためです。球面フライスの補正の例を使用して、5 軸が金型加工に特に適している理由を説明できます。{69}}部品と工具が中心軸を中心に回転する場合、球面フライスのオフセットを正確に補正するために、CNC は X、Y、Z 方向の工具補正量を動的に調整できなければなりません。工具接触点の連続性を確保することで、仕上げ品質の向上につながります。さらに、5- 軸 CNC の使用は、スピンドルを中心とした工具の回転に関連する特性、スピンドルを中心に部品を回転することに関連する特性、およびオペレータが工具ベクトルを手動で変更できるようにする特性にも現れています。工具の中心軸が回転軸として使用される場合、Z- 軸方向の元の工具長オフセットは、X、Y、Z の 3 方向の成分に分割されます。さらに、X および Y- 軸方向の元の工具直径オフセットも、X、Y、Z の 3 方向の成分に分割されます。工具は切削プロセスで回転軸に沿って送りられるため、継続的に変化する工具位置を考慮して、これらすべてのオフセットを動的に更新する必要があります。 「工具中心点プログラミング」と呼ばれる CNC のもう 1 つの機能により、プログラマは工具の経路と中心点の速度を定義できます。 CNC は、回転軸方向と直線軸方向の指令により、工具がプログラムに従って動作することを保証します。この機能により、工具の変更によって工具の中心点が変化しなくなります。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度考慮できることも意味します。-。スピンドルの回転による軸のこの動作特性により、ツールプログラミングの後処理が簡素化されます。-工作機械も同様の機能を利用して、中心軸を中心にワークを回転させることで回転運動を得ることができます。新しい CNC は、部品の動きに合わせて固定オフセットと回転軸を動的に調整できます。 CNC システムは、オペレーターが手動で機械を低速で送り込む場合にも重要な役割を果たします。新しい CNC システムでは、軸を工具ベクトルの方向にゆっくり送り、工具先端の位置を変えることなく工具先端ベクトルの方向を変更することもできます (上の図を参照)。これらの機能により、オペレータは、5 軸機械を使用する際に、現在金型業界で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るようになります。しかし、新しい 5 軸加工機能が徐々に開発され受け入れられるにつれて、真の 5 軸金型および金型機械がより一般的になる可能性があります。-
