CNC加工は、高度な製造方法として、航空宇宙、造船、エレクトロニクス産業で高精度で複雑な部品の製造に広く使用されています。CNC加工では、部品図面から認定された完成品の製造までのプロセスは、緊密に統合された複雑な一連のステップです。このチェーンのいずれかのリンクに問題が発生すると、加工プロセス全体が中断されます。
この記事では、CNC操作の理解を深め、生産のガイダンスを提供するために、特定の加工例に基づいて 3段階にわたる CNC加工のいくつかの重要な要素を分析します。
1. プロセス計画段階
ほとんどの CNC マシンにはプロセス計画機能が組み込まれていません。CNC プロセス計画の目的は、従来の機械の目的と似ています。ただし、CNC加工のあらゆる詳細は事前に決定され、自動的に実行される必要があるため、従来のプロセス準備と比較して独自の特徴があります。
1.1工具設定と工具交換
従来の加工では、工具とワークの位置関係は、測定工具とハンドホイールを使用して手動で確立されていました。ツールの位置が間違っている場合、オペレーターはいつでも調整できます。
ただし、CNC加工では、多くの場合、1 つのセットアップで複数のツールが使用されます。各工具のパラメータをコンピュータに入力する必要があり、座標変換を通じて工具とワークピースの関係が確立されます。工具設定が主要な要素とは見なされない従来の機械加工とは異なり、CNC加工ではプログラムを実行する前に正確な工具設定が必要であり、そうしないと重大な結果が発生する可能性があります。
従来の加工における工具交換は、オペレーターの感触に基づいて行われることがよくありますが、CNC加工では、衝突を避けるために工具交換位置を慎重に検討する必要があります。
1.2 クランプ方法の選択
CNC加工ではクランプごとに工具を再設定する必要があるため、複数のセットアップを行うと、補助加工時間が大幅に増加し、効率が低下しますが、CNC マシンの機能が十分に活用されません。したがって、CNC マシンの可能性を最大限に活用して、必要なすべての表面を 1回のクランプで加工することが望ましいです。
例：
- 備品：シャウブリンCNCマシニングセンタ
- ツール：(1)荒旋削工具、(2)仕上げ旋削工具、(3)荒溝入れ工具、(4)仕上げ溝入れ工具、(5)センタードリル、(6)ドリルビット、(7)ボーリング工具、(8)切断工具
- 造り付け：空圧式3爪チャック
CNC加工では、従来の加工では通常4回のクランプが必要ですが、上記のプロセスは 1回のクランプで完了できます。
1.3 ツール設計
従来の機械加工と比較して、CNC工具には次の特徴があります。
-
工具設計の簡素化
例えば、部品表面を加工する場合(図2参照)、従来の加工では位置精度や寸法精度を確保するために両刃の形状工具が必要でした。ただし、CNC マシンは工具の位置を正確に制御できるため、代わりに片刃工具を使用できます。特別に設計された片刃溝入れ工具が無事に加工を完了しました。 -
特殊工具の設計
CNC加工により一部の工具設計が簡素化されますが、従来の装置では加工が困難または不可能な部品には特別な工具が必要になることがよくあります。たとえば、連続曲面(図3) を加工するには、表面組成、ツールパス、最小半径、凸面/凹面遷移、および潜在的な干渉を考慮して、カスタム設計の工具が必要になる場合があります。曲面加工はCNCの重要なトレンドであるため、この目的のために3つの工具設計が開発され(図4-6)、図4と図5は製造とテストに成功し、連続加工結果を達成しました。
2.数学的処理段階
2.1計算作業
部品図の座標系は、加工プログラムで使用される座標系と異なることが多く、変換が必要です。さらに、図面に記載されている寸法がプログラム要件と一致しない可能性があるため、機械の特性に応じて必要な座標を計算する必要があります。
線分と円弧で構成される複雑なサーフェスの場合、計算には線分の始点/終点、円弧の始点/終点、および円弧の中心座標を含める必要があります。
2.2 ツールセンターパスの解析
最新の CNC システムのほとんどには、部品の輪郭から直接プログラミングできるカッター補正機能があります。ただし、一部の特殊なケース、特に連続表面加工では、工具とワークピースの干渉が発生し、補正が使用できなくなることがあります。このような場合は、工具中心パスを手動で解析する必要があります。
例：
- 備品：シャウブリンマシニングセンタ
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半円形工具の経路
工具の移動と切削経路の解析により、工具中心経路は、部品の輪郭に対して平行なセグメント、同心円、偏心円で構成される連続曲線に対応していることがわかります(図7)。 -
ダブルアークツールのパス
解析は半円形ツールの場合と同じです。工具の中心パスポイントを図8に示します。
3. プログラミング段階
CNC プログラムは、CNC マシンが理解できる唯一の「言語」であり、すべての操作を制御するための段階的なコマンドを送信します。プログラムの品質は、加工の精度と効率に直接影響します。そのためには、機械の性能や各加工工程を徹底的に理解するだけでなく、プログラミングスキルを向上させるための継続的な練習も必要です。
3.1組み込みプログラムの有効活用
最新の CNC マシンは、機械機能とソフトウェア機能の両方においてますます強力になっています。多くのシステムには、一般的な操作用の成熟した組み込み加工プログラムが付属しています。これらの組み込みプログラムを効果的に選択して適用することは、プログラミング作業の重要な部分です。
3.2 プログラム管理
ツールパス データと特定の CNC コードを使用して処理された座標から作成された加工プログラムは、加工方法、技術、さらには工場の技術レベルを反映した貴重な技術文書です。それらは慎重に保管およびアーカイブする必要があります。
頻繁に使用されるプログラムは、多くの場合、部品名が記録された状態で CNC制御システムに保存されます。使用頻度の低いプログラムは、書面で文書化し、将来の使用を支援するために潜在的な問題領域のメモを追加する必要があります。
3.3 パラメトリック計画法を使用して実際的な問題を解決する
例：
- 部分：円弧状の底面を持つ内径
- 機械：上海CNC精密旋盤
一般的なアーク加工では、G66固定サイクルがよく使用されます (図9)。ただし、実際には、工具の先端強度が弱いと、工具が鋭いコーナーで双方向の力を受けると、工具寿命が短くなる可能性があります。プロセス分析により、代替ツールパスが提案されました(図10)。
このパスを直接プログラミングするには、パスごとに工具座標を再計算する必要があり、特に工具の剛性が低いために複数の浅いパスが必要な場合には時間がかかります。代わりにパラメトリックプログラミングが使用され、すべての座標を再計算することなく切削深さを迅速に調整でき、加工の問題を効果的に解決しました。
結論
CNC加工の重要な要素を分析することは、CNC機械の稼働率を向上させるための実践的な基礎を提供します。これらの洞察を適用することで、加工精度を効果的に確保し、高品質の結果を達成できます。
