CNC マシンの仕組みと応用

ユビキタスなCNCマシンは、あらゆる種類の工場やワークショップに多数あります。それらの素晴らしい利点により、部品を機械加工するためのほぼ不可欠な機械になっています。これらのタイプのマシンが何であるかがわかったので、次のようになります。 CNCマシンがどのように機能するかを知っている、部品の機械加工方法、部品が使用するプログラミング言語、およびこれらの機械の最も一般的なアプリケーション。

CNCマシンの仕組み：CNCまたは数値制御加工

CAD（コンピューター支援設計またはコンピューター支援設計）またはCAM（コンピューター支援製造またはコンピューター支援製造）設計から、いくつかの 読書または言語コード CNCマシンは、パーツの機械加工用にマークされたルートまたは動きを適切な順序でたどることができるため、目的の結果が得られます。つまり、プロセスの最後に、ピースがコンピューター設計のものと同一になるようにします。

言い換えれば、これらのコードのおかげで、 作業工具で頭を動かす 機械の軸を通して。もちろん、ツールはマシンごとに異なる可能性があり、複数のツール間で変更して作業の柔軟性を高めるマルチツールヘッドを備えているものもあります。たとえば、切削工具、穴あけ工具、フライス盤または旋削工具、溶接工具、位置決め工具などがあります。

移動制御

CNCマシンには XNUMXつ以上のプログラム可能なアドレス（軸）。一般に3つ（X、Y、Z）がありますが、前の記事で見たように、回転を許可することに加えて、さらに多く持つこともあります（回転軸はA、B、Cと呼ばれます）。軸の数に応じて、多かれ少なかれ複雑な加工を実行できます。軸が多いほど、動きの自由度が高くなるため、より複雑な彫刻を作成できます。

へ 動きを制御する これらの軸のうち、個別にまたは一緒に動作できるXNUMX種類のシステムを使用できます。

絶対値（コードG90）：この場合、宛先ポイントの座標は、座標の起点ポイントを参照します。変数X（最終直径の測定）およびZ（スピンドルの回転軸に平行な方向の測定）が使用されます。
増分値（コードG91）：この場合、宛先ポイントの座標は現在のポイントを参照します。変数U（半径距離）とW（スピンドルの回転軸に平行な方向で測定）が使用されます。

プログラム可能なアクセサリ

モーションコントロールのみでは、CNCマシンは使用できませんでした。したがって、マシン 他の方法でプログラムする必要があります。実際、CNCマシンのタイプは、それが持つプログラム可能なアクセサリのタイプと密接に関連しています。たとえば、機械加工では、次のような特定のプログラム可能な機能を使用できます。

自動工具交換：一部のマルチツールマシニングセンター。ツールヘッドは、手動でスピンドルに入れることなく、それぞれの場合に必要なツールを使用するようにプログラムできます。
スピンドル速度と起動：回転方向（時計回りまたは反時計回り）を含むスピンドル速度（毎分回転数（RPM））をプログラムしたり、停止またはアクティブ化することもできます。
冷媒： 石や金属などの硬い材料を扱う多くの機械加工機は、過熱しないようにクーラントを必要とします。クーラントは、デューティサイクル中にオンまたはオフになるようにプログラムすることもできます。

CNCプログラム

これまで見てきたように、CNCマシンはプログラムできますが、 さまざまな方法 それらのXNUMXつを操作するときに知っておくべきこと：

マニュアル：コマンドプロンプトで必要な情報を入力します。これを行うには、DIN66024やDIN66025規格など、標準化されている英数字コードを知っている必要があります。
自動：これは今日最も一般的なケースであり、CNCマシンに接続されたコンピューターを使用して実行されます。プログラム自体がCNCマシンの理解可能な命令にデータを変換することを担当するため、人はコードを知らなくてもソフトウェアを介してデータを変更できます。これはAPTと呼ばれる言語を介して行われ、APTはバイナリ（XNUMXとXNUMX）に変換されるため、CNCマシンのマイクロコントローラーはそれを理解して動きに変換できます。

現在、他にもいくつかのCNCマシンがあります より高度で使いやすい、さらに少ない人間の介入を必要とするかもしれない自動のもののように。

CNCプログラムの例。出典：Researchgate

で書かれているいわゆるCNCプログラム GおよびMと呼ばれる低水準言語 （によって標準化された ISO 6983 Y EIA RS274）および構成：

Gコード：一般的な移動手順。たとえば、Gは前方に移動したり、放射状に移動したり、一時停止したり、循環したりすることができます。
Mコード：動きやその他に対応していません。 Mの例としては、スピンドルの始動または停止、工具の交換、クーラントの塗布などがあります。
N：プログラムは、文字Nで始まる命令のフェーズまたはブロックに分割されます。加工アクションが順番に実行されるため、各ブロックには番号が付けられます。マシンは番号付けを尊重します。
変数またはアドレス：コードには、送り速度を表すF、スピンドル速度を表すS、工具選択を表すT、円弧の中心を特定するためのI、J、K、移動するためのX、Y、Zなど、これらのタイプの値も含まれています。軸など

藤堂 機械の種類によって異なります。たとえば、板金曲げ用のCNCマシンは、切断用のCNCマシンと同じではありません。 XNUMXつ目はスピンドルがなく、クーラントを必要としません。

GおよびMコード例の表

上の表を見ると、 例を使用する 何が起こるかを説明するためにブロックします。たとえば、次のコードまたはCNCプログラムがあるとします。

N3 G01 X12.500 Z32.000 F800

このCNCコードの小さな断片は、バイナリに変換された後、CNCマシンに実行するように指示します。 次のアクション:

N3 実行されるXNUMX番目のブロックであることを示します。したがって、前のXNUMXつのブロックがあります。
G01：直線運動を行います。
X12.500：X軸に沿って12.5mm移動します。
Z32.000：Z軸に沿って32 mm移動します。この場合、Yは移動しません。
F800：800mm/minの速度で送ります。

APT言語

さらに、 apt言語 これは、前のコードとMCUが理解できるマシンコード（バイナリコード）の中間コードとして使用されるプログラミング言語です。これは、MITの研究所でダグラスT.ロスによって開発されました。当時、1956年にはサーボ機構の制御に使用されていましたが、現在ではその使用が広がり、数値制御の国際標準となっています。

それは考慮されました CAMの前身、およびFORTRANなどの他の言語に似ています。このコードは、コンピューターソフトウェアによって一連のバイナリ命令に変換され、CNCマシンのマイクロコントローラーのメモリにロードされて実行され、モーターとツールを動かすための電気制御信号が生成されます。

このAPT言語は 多くのパラメータを制御する CNCマシンの：

スピンドル速度（RPM）
スピンドルのオンまたはオフ
回転
予定停止
ソフトドリンク
可能なすべての方向への動き（XYZおよびABC）
タイミング
サイクルを繰り返す
軌道
等

もちろん、CNCマシンを操作する人は、このAPT言語を知っている必要はありません。現在のソフトウェアは非常に直感的で、簡単に制御でき、APTをユーザーに透過的に変換して、で設計されたパーツを作成できるからです。 CAD/CAMファイル。しかし、それが存在し、それが何であるかを知ることは決して痛いことではありません。

今日、現代のCNCマシンはすでに グラフィカルインターフェイス タッチスクリーンとその使用を大幅に容易にする統合コンピュータを備えています。それらは非常に直感的であり、多くの学習を必要としません。ペンドライブまたはUSBメモリを介して、作品のデザインをロードできるため、別の独立したコンピューターでデザインすることができます。

CNCコントローラー

El cnc-controller CNCプログラムとそのコマンドを順番に解釈し、必要な動きや機能などを実行します。

CAM/CADプログラム

Un CADまたはCAMソフトウェア これは、製造対象の設計またはモデルを作成するために使用されます。現在のソフトウェアでは、このタイプのフォーマットからCNCプログラムに自動的に移行することがすでに許可されています。

DNCシステム

のように DNC（直接数値制御）は、ネットワークによって232つ以上のCNCマシンに接続されたコンピューターを指す用語です。このようにして、CNCプログラムは、Ehternetによって、または多くの産業用機械でまだ使用されているRS-XNUMXCシリアルポートなどのより古典的で基本的なポートによって、機械に転送できます。

CNCマシンアプリケーション

CNCマシン 彼らはあなたが想像するよりも多くのアプリケーションを持っています。業界やワークショップの多くは、最小のものから最大のものまで、これらのチームのXNUMXつ以上に依存しています。自宅でメーカーの特定のDIY作業に使用することもできます。

レジャー（DIYとメーカー）

多くのメーカーが 家庭でのさまざまなタイプの小型CNCマシン いくつかのDIYプロジェクトを作成します。また、個人が自宅から特定のタスクを実行するために使用することもできます。

ジュエリーを作りましょう。
部品またはコンポーネントを作成するための材料の機械加工。
スペアパーツが販売されなくなったときに、車両やその他のタイプの機器を修理するためのパーツを作成します。
芸術的な作品や彫刻を作ります。

ワークショップと製造業

もちろん ワークショップと工場の両方で、専門分野で、大工、修理工場、部品製造、繊維産業、航空部門、装飾、キャビネット製造などの両方でCNC機械を見るのも非常に一般的です。例えば：

板金レーザー切断。
プラズマ溶接。
Pick＆Place、またはパーツやコンポーネントを組み立て場所に配置します。
バー、チューブ、プレートの曲げ…
掘削。
木材の旋削またはフライス盤。
カスタムパーツの製造。
モデリングまたは積層造形。
医療用のインプラントまたはプロテーゼの作成。
彫刻。
等

エレクトロニクス産業

特筆に値するのは、競争力があり先進的な分野でも使用されているCNCマシンです。 エレクトロニクスおよび半導体産業。これらのマシンは、次のような多数のタスクを実行できます。

半導体ウェーハの切断。
銅またはアルミニウムのブロックからのヒートシンクの製造。
コンピュータ、テレビ、携帯電話などのケーシング/構造の作成。
表面実装コンポーネントをPCBボードに配置して、その後のはんだ付けのために配置するためのピックアンドプレース。
溶接。
ブランドとロゴのレーザー彫刻。
レンズを形作るため。
等

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