コンピュータ数値制御(CNC)とは何ですか?

コンピューター数値制御 (CNC) は、工作機械に組み込まれた事前にプログラムされたコンピューター ソフトウェアを使用して、工作機械の制御、動作、精度を自動化する製造方法です。

CNC は製造現場で金属やプラスチック部品を加工するために一般的に使用されます。 フライス盤、旋盤、ルーター、ドリル、グラインダー、ウォーター ジェット、レーザーは一般的な切削工具であり、その操作も CNC で自動化できます。 また、溶接、電子アセンブリ、フィラメントワインディングマシンなどの工作機械以外の制御にも使用できます。

CNC では、製造される各オブジェクトにカスタム コンピューター プログラムが与えられます。このプログラムは通常、G コードと呼ばれる国際標準言語で書かれており、機械に取り付けられたマイクロコンピューターであるマシン コントロール ユニット (MCU) に保存され、実行されます。 M コード言語は、CNC 操作で G コードと組み合わせて使用​​することもできます。

G コードが機械の動きと機能を制御するのに対し、M コードは操作の外部の動きを制御します。 プログラムには、材料の送り速度や工具のコンポーネントの位置と速度など、工作機械が従う命令やパラメータも含まれています。

プロセスの初期段階で、エンジニアは製造する部品のコンピュータ支援設計 (CAD) 図面を作成し、その図面を G コードに変換します。 プログラムは MCU にロードされ、機械オペレーターは原材料を所定の位置に配置せずにテスト実行を実行して、適切な位置とパフォーマンスを確認します。 速度や位置が間違っていると、機械と部品の両方が損傷する可能性があるため、この手順は重要です。

すべての準備が完了すると、CNC マシンはプログラムを実行し、指示どおりに正確にジョブを完了します。 仕事には、ゼロから何かを作成することから、工作物の切断や印刷まで、あらゆるものが含まれます。

数値制御により、機械は手作業による機械加工や大規模な人間の関与を必要とせずに、より迅速に、より優れた表面仕上げの製品を生産できるようになります。

CNC システムには次のような利点があります。

CNC マシンが提供する素晴らしい利点に加えて、他の生産方法よりも高価で、より多くのメンテナンスが必要になる傾向があり、企業は熟練した CNC プログラマーを雇用する必要があります。

CNC は、医療、航空宇宙、軍事、防衛などの重要な産業や分野で不可欠な役割を果たしています。 コンポーネントの故障は生命に危険を及ぼす可能性があるため、これらの業界の企業は、CNC マシンが提供できる最高レベルの精度を部品に求めています。

以下は、CNC 機械を利用するいくつかの業界です。

飛行機のあらゆるコンポーネントの製造に必要な精度は、CNC によって向上します。 これには、外殻から最も内側の部分までのすべてが含まれます。 CNC 加工された航空宇宙部品はミッションクリティカルであることが多いため、製造時には最高レベルの精度と精度が使用される必要があります。 また、平面度、真円度、円筒度については、コンピューター支援加工でのみ満たせる厳しい要件が頻繁にあり、0.00004 インチという小さな公差も珍しくありません。

アルミニウム、ステンレス鋼、真鍮、ニッケル、青銅、セラミック、プラスチック、マグネシウム、チタン、およびインコネルやコバールなどの高性能合金は、航空宇宙 CNC 加工で利用できる材料の一部です。

CNC 加工されたコンポーネントの例をいくつか次に示します。

患者のニーズを満たすために、医療業界は主に、CNC 機械によって生産される、専門的で正確かつ高品質の製品に依存しています。 新型コロナウイルス感染症のパンデミック中、マスクや人工呼吸器などの医療製品の必要性が高まり、CNC マシンへの依存度が高まりました。 医療を受ける際の感染症の感染を防ぐために、使い捨ての医療機器もよく使用されます。 このため、医療分野にとって、CNC を採用して医療製品の生産を増やし、加速することがさらに重要になっています。

CNC マシンで製造される製品の代表的な例は次のとおりです。

CNC 加工の主要市場の 1 つは自動車産業です。 研究開発におけるプロトタイピングから大量の部品の生産に至るまで、自動車製造業界のあらゆる段階で CNC 加工を使用するメリットが得られます。

さらに、巨大なエンジン ブロック セクションや小さなギアやパネルを含む幅広いコンポーネントが CNC フライス盤や旋盤装置によって生産されます。 内燃エンジンだけでも、複数の CNC マシンが必要です。 これらは、巨大な金属ブロックをエンジン ボディ パネルに変換したり、エンジン ブロック内のシリンダー アセンブリを作成するためのシリンダー、ピストン、その他のコンポーネントを製造したりするために使用できます。

CNC 機械加工で製造されたコンポーネントの一部は次のとおりです。

CNC 加工は、その精度と適応性により、エレクトロニクス分野にとって有用な製造方法です。 導電性金属と非導電性金属の両方に加え、さまざまなポリマーも CNC 機械で加工できます。 CNC テクノロジーを使用すると、製造前のツーリング段階が不要になり、電子部品の製造がスピードアップします。 最小限の監視で設計を簡単に変更したり反復したりすることもできます。 Apple は 10,000 台の CNC マシンを保有しており、CNC 加工のノートパソコンを大規模に製造していると伝えられています。

CNC 機械によって製造されるアイテムの例を次に示します。

掘削リグや製油所で使用される大型機械は、完璧なフィット感を保証するために CNC 機械で設計されています。 適合が不完全であると、シリンダーが充填されず、ピストンが適切な量の圧力を発揮できず、バルブが漏れる可能性があります。 したがって、部品が要求どおりに正確に適合することを保証するために、石油化学企業は CNC 加工された部品を利用しています。

CNC マシンで作成された部品の例をいくつか次に示します。

船舶の航行と浮上を維持するには高精度の部品が必要であるため、海洋産業は CNC マシンに大きく依存しています。 船舶には水中センサーや通信機器など多くの機器が必要です。 その結果、海洋産業はボートやその他の海洋機器を製造する際に CNC の精度を使用する必要があります。

CNC マシンで製造される一般的な部品には次のようなものがあります。

過去数十年にわたり、CNC テクノロジーはパンチ テープで制御されるデバイスから、CNC プログラミング入力を受け入れ、非常に高い精度で 3D 機械部品を製造する機械へと進歩してきました。

CNC マシンの起源は、ジョン パーソンズにまで遡ることができます。 彼は 1949 年に最初の数値制御マシンを作成したとされています。このマシンは、マシンに移動先を指示する一連のパンチカードから直接実行するように設計されていました。 最初の市販 CNC マシンであるシンシナティ ミラクロン ハイドロテルは、その後 1952 年にマサチューセッツ工科大学の研究者チームによって導入されました。

CNC マシンは 1958 年に初めて特許を取得しました。

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