ハイエンド精密製造のCNC加工技術

NC技術の応用は伝統的な製造業に質的な変化をもたらし、特に近年、マイクロエレクトロニクス技術とコンピュータ技術の発展はNC技術に新たな活力をもたらした。NC技術とNC装備は各国の工業現代化の重要な基礎である。

NC工作機械は現代製造業の主流設備であり、精密加工の必須装備であり、現代工作機械の技術レベル、現代機械製造業の技術レベルを体現する重要な標識であり、国計民生、防衛先端建設に関係する戦略物資である。そのため、世界の各工業先進国は自分のNC技術とその産業を発展させるために重大な措置を講じている。

CNC加工

CNCは英語のComputer Numberical Controlの略で、「コンピュータデータ制御」を意味し、簡単に言えば「CNC加工」である

数値制御加工は、今日の機械製造における高度な加工技術であり、高効率、高精度、高柔軟性を備えた自動加工方法です。これは、ワークピースを加工するための数値制御プログラムを工作機械に入力し、このデータの制御下で、機械は人々の希望に合ったワークピースを自動的に加工し、素晴らしい製品を製造します。

NC加工技術は金型のような複雑で精密で、少量で変化しやすい加工問題を効果的に解決し、現代化生産のニーズに十分に適応した。NC加工技術を大いに発展させることはすでにわが国の経済発展を加速し、自主革新能力を高める重要な方法となっている。現在、わが国のNC工作機械の使用はますます普遍的になっており、NC工作機械のプログラミングを上手にマスターできることは、その機能を十分に発揮する重要な方法である。

NC工作機械は典型的なメカトロニクス製品であり、マイクロエレクトロニクス技術、コンピューター技術、測定技術、センサー技術、自動制御技術、人工知能技術などの高度な技術を統合し、機械加工技術と緊密に統合しています。新世代の機械製造技術機器。

CNC作業機械の構成

NC工作機械は工作機械、コンピュータ、電動機とドラッグ、動制御、検査などの技術を一体化した自動化設備である。NC工作機械の基本的な構成は制御媒体、NC装置、サーボシステム、フィードバック装置と工作機械本体である

1.メディアを制御する

制御媒体は、ワークピースに対するCNC加工に必要なすべてのアクションツールの位置情報を格納する媒体であり、部品の加工プログラムを記録しているため、制御媒体とは、部品加工情報をCNCデバイスに送信する情報キャリアを指します。制御媒体にはさまざまな形式があり、CNCデバイスの種類によって異なります。一般的に使用されるのは、穴あきテープ、穴あきカード、磁気テープ、磁気ディスクなどです。CNC技術の発展に伴い、穴あきテープと穴あきカードは排除される傾向があり、CAD/CAMソフトウェアを使用してコンピュータでプログラミングし、コンピュータを介してCNCシステムと通信し、プログラムとデータを直接送信します。CNCデバイスの方法はますます広く使用されています。

2、CNCデバイス

数値制御装置は数値制御工作機械の核心で、人々は「中枢システム」と呼ばれている。現代の数値制御工作機械はコンピュータ数値制御装置CNCを採用している。数値制御装置には入力装置と中央処理装置(CPU)と出力装置などが含まれ、数値制御装置は情報の入力、記憶、変換、補間演算を完成し、各種制御機能を実現できる。

3.サーボシステム

サーボシステムはNC装置の指令を受け、工作機械のアクチュエータの運動を駆動する駆動部品である。主軸駆動ユニット、送り駆動ユニット、主軸モータと送りモータなどを含む。仕事中、サーボシステムはNCシステムの指令情報を受け入れ、指令情報の要求に応じて位置、速度フィードバック信号と比較した後、工作機械の移動部品や実行部品の動作を駆動し、図面の要求を満たす部品を加工する。

4.フィードバック装置

フィードバック装置は測定素子と対応する回路で構成され、その役割は速度と変位を検出し、情報をフィードバックして閉ループ制御を構成することである。精度が高くないNC工作機械の中には、フィードバック装置がないものもあり、開ループシステムと呼ばれている。

5、作業機械本体

工作機械本体はNC工作機械の実体で、実際の切削加工を完成する機械部分で、ベッド、ベース、テーブル、ベッドサドル、主軸などが含まれる。

CNC加工プロセスの特徴

CNC CNC加工技術は、一般的な工作機械の加工技術とほぼ同じで、機械加工の切削規則にも従います。コンピュータ制御技術を機械加工に応用した自動加工であるため、加工効率が高く、精度が高いなどの特徴があり、加工技術には独特の点があり、工程が複雑で、工程の手配が詳細で綿密である。

CNC CNC加工プロセスには、工具の選択、切削パラメータの決定、および工具プロセスルートの設計が含まれます。CNC CNC加工プロセスは、CNCプログラミングの基礎とコアです。プロセスが合理的である場合にのみ、高効率で高品質のCNCプログラムをコンパイルできます。CNCプログラムの品質を測定するための基準は、最小の加工時間、最小の工具損失、および最高の結果を得るためのワークピースです。

CNC加工工程は、ワークピースの全体的な加工工程の一部であり、工程でもある。他の前後の工程と協力して、最終的に全体的な機械や金型の組み立て要求を満たす必要があり、合格した部品を加工することができる。

CNC加工工程は、一般的に粗加工、中粗角加工、半仕上げ加工、仕上げ加工などの工程に分けられます。

CNCプログラミング

CNCプログラミングは、部品図面からCNC加工プログラムの取得までのプロセス全体です。その主なタスクは、加工中のカッター位置ポイント（CLポイントと呼ばれるカッター位置ポイント）を計算することです。ツール位置は通常、ツール軸とツール表面の交点として取られ、多軸加工ではツール軸ベクトルも与えられます。

CNC工作機械は、ワークピースのパターン要件と加工プロセスに応じて、使用するツールとコンポーネントの移動量、速度、およびアクションシーケンス、スピンドル回転速度、スピンドル回転方向、カッターヘッドクランプ、カッターヘッドの解放、および冷却操作に基づいています。指定されたCNCコード形式でプログラムシートを作成し、工作機械用の特別なコンピューターに入力します。次に、CNCシステムは、入力された命令に従ってコンパイル、計算、および論理処理を実行し、さまざまな信号と命令を出力し、指定された変位と順序付けられたアクションに従って部品を制御し、さまざまな形状のワークピースを処理します。したがって、プログラムの準備は、CNC工作機械のパフォーマンスに大きな影響を与えます。

CNC工作機械は、さまざまな機能を表す命令コードをプログラムの形でCNCデバイスに入力する必要があります。CNCデバイスによる演算処理は、部品の切断を完了するために、CNC工作機械のさまざまな可動部品の動作を制御するためのパルス信号を送信します。

現在、数値制御プログラムには2つの標準があります:国際標準化機構のISOとアメリカ電子工業協会のEIA。中国ではISOコードが採用されています。

技術の進歩に伴い、3 D CNCプログラミングは一般的に手動プログラミングではなく、商品化されたCAD/CAMソフトウェアを使用しています。

CAD/CAMはコンピュータ支援プログラミングシステムの中核であり、主な機能はデータの入出力、加工軌跡の計算と編集、プロセスパラメータの設定、加工シミュレーション、CNCプログラムの後処理とデータ管理などである。

現在、私の国でユーザーに人気のある強力なCNCプログラミング機能を備えたソフトウェアには、Mastercam、UG、Cimatron、PowerMILL、CAXAなどがあります。各ソフトウェアは、CNCプログラミングの原理、グラフィックス処理方法、および処理方法について類似していますが、それぞれに特徴があります。

CNC加工部品のステップ

1.部品図を分析し、ワークの大まかな状況(幾何形状、ワーク材料、プロセス要求など)を理解する

2.部品のNC加工技術(加工の内容、加工のルート)を確定する

3.必要な数値計算(基点、ノードの座標計算)を行う

4.プログラムシートを作成する(工作機械によって異なり、マニュアルを守る)

5、プログラムチェック(プログラムを工作機械に入力し、グラフィックシミュレーションを行い、プログラミングの正確さを検証する)

6.ワークを加工する(良いプロセス制御は時間を節約し、加工品質を高めることができる)

7、ワークピースの受け入れと品質エラー分析（ワークピースの検査、次への合格。エラーの原因と修正方法を見つけるために品質分析を通じて不合格）。

NC工作機械の発展の歴史

第二次世界大戦後、製造業の生産のほとんどは手作業に依存していました。労働者が図面を理解した後、工作機械を手作業で操作し、部品を加工しました。この方法で製品を生産すると、コストが高く、効率が低く、品質が保証されません。

1940年代後半、米国のエンジニアであるジョンパーソンズは、ハードカードに穴を開けて加工する部品の形状を表現し、ハードカードを使用して工作機械の動作を制御する方法を考案しました。当時、これは単なるアイデアでした。

1948年、パーソンズはこのアイデアを米空軍に示しました。米空軍は高度な処理方法を探しており、航空機の形状の処理の問題を解決したいと考えていたため、米空軍はそれを見て大きな関心を示しました。テンプレートの形状が複雑で、精度が高く、一般的な機器に適応するのが難しいため、米空軍はすぐにマサチューセッツ工科大学（MIT）に研究を委託し、後援し、このハードジャムを使用して制御する工作機械を開発しました。1952年、MITとパーソンズは協力して最初のデモンストレーションマシンの開発に成功しました。1960年までに、よりシンプルで経済的なポイントコントロールドリルマシンとリニアコントロールCNCフライス盤が急速に開発され、CNC工作機械が製造業のさまざまな部門で徐々に普及しました。

CNC加工の歴史は半世紀以上にわたって行われており、NC CNCシステムは、初期のアナログ信号回路制御から非常に複雑な統合加工システムに発展しており、プログラミング方法もインテリジェントで強力なCAD/CAM統合システムに手作業で発展しています。

私の国に関する限り、CNC技術の開発は、国内のほとんどのワークショップにとって比較的遅いです。機器は比較的後方にあり、人員の技術レベルと概念は後方にあり、加工品質と加工効率が低く、納期が遅れることがよくあります。

1.第一世代のNCシステムは1951年に導入され、その制御ユニットは主にバルブとアナログ回路で構成され、1952年に最初のCNC工作機械が誕生し、フライス盤や旋盤からマシニングセンターに発展し、現代の製造業の重要な設備となった。

2、1959年に生成されたNCシステムの第二世代は、主に単一のトランジスタや他のコンポーネントで構成されています。

3、1965年に第三世代のNCシステムを導入し、初めて集積回路基板を採用した。

4.実際には、1964年に第4世代のNCシステムが開発され、コンピュータデジタル制御システム（CNC制御システム）に非常に精通しています。

5.1975年、NCシステムは強力なマイクロプロセッサを採用しました。これは第5世代のNCシステムです。

6.第6世代NCシステムは、現在の統合製造システム（MIS）+DNC+フレキシブルマシニングシステム（FMS）を採用しています

CNC工作機械の開発動向

1.高速化

自動車、防衛、航空、航空宇宙などの産業の急速な発展とアルミニウム合金などの新素材の応用により、CNC工作機械の高速加工に対する要求はますます高まっています。

a.スピンドル速度:電動スピンドル（内蔵スピンドルモーター）を使用した工作機械、スピンドルの最高速度は200000 r/minに達します。

b。送り速度:分解能が0.01µmの場合、最大送り速度は240 m/minに達し、複雑なタイプの正確な処理が可能です。

c。演算速度:マイクロプロセッサの急速な発展により、CNCシステムの高速で高精度な開発が保証され、CPUは32ビットと64ビットのCNCシステムに発展し、周波数は数百メガヘルツ、ギガヘルツに増加しました。演算速度が大幅に向上したため、解像度が0.1µm、0.01µmの場合でも、最大24〜240 m/minの送り速度を得ることができます。

d。工具交換速度:現在、外国の高度なマシニングセンターの工具交換時間は一般的に約1秒であり、高いものは0.5秒に達しています。ドイツのChiron社は、工具庫をバスケットスタイルに設計し、主軸を軸として、工具を円周上に配置し、工具から工具への交換時間はわずか0.9秒です。

2.高精度化

CNC工作機械の精度要件は、静的な幾何学的精度に限定されなくなりました。工作機械の運動精度、熱変形、振動の監視と補償がますます注目されています。

a. CNCシステムの制御精度を向上させる:高速補間技術を採用し、小さなプログラムセグメントで連続フィードを実現し、CNC制御ユニットを洗練し、高解像度位置検出装置を採用して位置検出精度を向上させ、位置サーボシステムはフィードフォワード制御と非線形制御などの方法を採用する。

b.誤差補償技術の使用:装置の熱変形誤差と空間誤差を総合的に補償するために、逆ギャップ補償、スクリューピッチ誤差補償、および工具誤差補償技術を使用する。

c.メッシュ****を使用して、マシニングセンターの移動軌道精度を確認および改善します。シミュレーションを通じて、機械の位置決め精度と繰り返し位置決め精度を確保するために、機械の加工精度を予測します。さまざまな加工タスクを完了し、部品の加工品質を確保します。

3.機能の複合化

複合工作機械の意味は、1台の工作機械でブランクから完成品までの複数の要素加工を実現またはできるだけ完成することである。その構造的特徴によって、プロセス複合型とプロセス複合型の2種類に分けられる。マシニングセンターは旋削、フライス盤、ドリル、ホブ、研削、レーザー熱処理などの複数の工程を完成でき、複雑な部品のすべての加工を完成できる。現代の機械加工要求が絶えず高まるにつれて、大量の多軸連動NC工作機械は各大企業にますます人気がある。

4.インテリジェントな制御

人工知能技術の発展に伴い、製造業の生産の柔軟性、製造自動化の発展ニーズを満たすために、NC工作機械の知能化の程度は絶えず向上している。具体的には以下の方面に現れる

a。処理プロセスの適応制御技術。

b。処理パラメータのインテリジェントな最適化と選択。

c.インテリジェント障害自己診断および自己修復技術。

d.インテリジェント障害再生および障害シミュレーション技術。

e。インテリジェントACサーボドライブ。

f.インテリジェント4 M CNCシステム:製造プロセスでは、測定、モデリング、処理、4つの機械操作（つまり4 M）を1つのシステムに統合します。

5.システムの開放化

a.未来の技術に開放する:ハードウェアとソフトウェアのインターフェースは公認された標準プロトコルに従っているため、次世代の汎用ハードウェアとソフトウェアを採用、吸収、互換性がある。

b。ユーザーの特別な要件への開放:製品の更新、機能の拡張、特別なアプリケーション要件を満たすためのハードウェアおよびソフトウェア製品のさまざまな組み合わせの提供。

c. NC標準の確立:標準化されたプログラミング言語は、ユーザーが使いやすいだけでなく、操作効率に直接関係する労働消費を低減した。

6.並列化を駆動する

多座標連動NC加工、組立と測定の多機能を実現でき、複雑な特殊部品の加工を満たすことができ、並列工作機械は「NC技術を発明して以来、工作機械業界で最も有意義な進歩」と「21世紀の次世代NC加工設備」と考えられている。

7.極端化（大規模化と小型化）

国防、航空、宇宙事业の発展とエネルギーなどの基础产业装备の大型化には、大型で性能の良いNC工作机の支持が必要であるが、超精密加工技术とマイクロナノテクノロジーは21世纪の戦略技术であり、微小サイズとマイクロナノテクノロジーの加工精度に适応する新しい制造技术と装备の発展が求められている。

8.情報交換ネットワーク化

ネットワークリソースの共有だけでなく、CNC工作機械のリモート監視、制御、リモート診断、およびメンテナンスも実現できます。

9.加工過程のグリーン化

近年、冷却液を使用しない、または使用しない、乾式切削、半乾式切削の省エネ環境保護を実現する工作機械が絶えず現れ、グリーン製造の大きな傾向は様々な省エネ環境保護工作機械の発展を加速させている。

10.マルチメディア技術の応用

マルチメディア技術は、コンピューター、視聴覚、通信技術を統合し、コンピューターが音声、テキスト、画像、およびビデオ情報を包括的に処理できるようにします。情報処理は包括的かつインテリジェントであり、リアルタイム監視システムや生産現場機器の故障診断、生産プロセスパラメータの監視などに適用できるため、大きな応用価値があります。