CNCミリングマシンの構造と動作原理

最も基本的な構成要素はCNCフライス盤工作機械には、I/O装置、CNC装置、サーボ駆動装置、測定フィードバック装置、補助装置、工作機械本体の6つの部分があります。以下では、これら6つの部分について詳しく紹介します。

1. I/Oデバイス

I/Oデバイスは、数値制御加工や動作制御プログラム、加工および制御データ、機械パラメータ、座標軸位置、検出スイッチの状態などのデータを入力/出力するために使用されます。キーボードとモニターは、CNC機器にとって不可欠で基本的なI/Oデバイスです。CNCシステムの周辺機器として、デスクトップコンピュータやポータブルコンピュータは現在一般的に使用されているI/Oデバイスの1つです。

2. 数値制御装置

数値制御装置は数値制御システムの中核であり、I/Oインターフェース回路、コントローラー、算術ユニット、メモリで構成されています。

これらの制御情報と指示の中で、最も基本的なものは、補間操作を通じて生成される座標軸の送り速度、送り方向、送り変位であり、これらはサーボドライブ装置に提供されます。

サーボドライブ装置

サーボドライブ装置は通常、サーボアンプ（ドライバまたはサーボユニットとも呼ばれる）とアクチュエータで構成されています。CNC工作機械では、ACサーボモーターが一般的にアクチュエータとして使用されます。現在、高速加工機械にはリニアモーターが使用されています。さらに、20世紀に製造された簡単なCNC工作機械では、DCサーボモーターやステッパーモーターがアクチュエータとして使用されていました。サーボアンプはドライブモーターと併用する必要があります。

4. 測定フィードバック装置

測定フィードバック装置は、閉ループ（半閉ループ）CNC工作機械の検出リンクです。その機能は、現代の測定コンポーネント（パルスエンコーダ、回転変圧器、誘導同期器、グレーティング、磁気スケール、レーザー測定器など）を通じて、アクチュエータまたは作業台の実際の速度と変位を検出し、それをサーボドライブ装置またはCNC装置にフィードバックして、アクチュエータの送り速度または動作誤差を補正し、運動機構の精度を向上させることです。測定装置によって検出された信号フィードバックの位置は、CNCシステムの構造形式に依存します。サーボ内蔵のパルスエンコーダ、速度測定機、線形グレーティングが一般的に使用される検出コンポーネントです。

高度なサーボドライブ装置はデジタルサーボドライブ技術（デジタルサーボと呼ばれる）を採用しており、サーボドライブ装置はバスを介して数値制御装置に接続されています。フィードバック信号は主にサーボドライブ装置に接続され、バスを通じて数値制御装置に送信されます。フィードバック装置は、いくつかの場面やアナログ制御サーボドライブ装置（アナログサーボと呼ばれる）を使用する場合にのみ、数値制御装置に直接接続する必要があります。

5. 補助制御機構

補助制御機構は、数値制御装置と工作機械の機械的および油圧的コンポーネントの間の制御コンポーネントを指します。

6. 工作機械本体

工作機械本体はCNC工作機械の機械的構造部品であり、主な伝動システム、送り伝動システム、ベッド本体、作業台、補助動作装置、油圧/空気圧システム、潤滑システム、冷却装置、切りくず除去、保護システム、その他の部品で構成されています。CNC技術の要求を満たし、工作機械の性能を最大限に活用するために、CNC工作機械は通常の工作機械と比較して、全体のレイアウト、外観、伝動システムの構造、工具システム、操作性能において大きな変化を遂げています。

CNCフライス盤の動作原理

従来の金属切削工作機械では、オペレーターは部品を加工する際に、図面の要求に応じて工具の動作軌跡や速度などのパラメータを常に変更する必要があり、工具がワークピースを切削し、最終的に合格部品を生産できるようにします。

CNCフライス盤の加工は実際に「差別化」の原理を適用しており、その作業原理とプロセスは以下のように簡潔に説明されます。

1. 加工プログラムによって必要とされる工具パスに基づいて、CNC装置は機械工具の対応する座標軸に従ってパスを差別化し、最小移動量（パルス相当）を単位として使用し、各座標を移動するために必要なパルス数を計算します。

2. 数値制御装置の「補間」ソフトウェアまたは「補間」オペレーターを使用して、必要な軌道を「最小移動」の単位で等価な線にフィットさせ、理論的な軌道に最も近いフィッティングラインを見つけます。

3. 数値制御装置は、フィッティングラインの軌道に基づいて対応する座標軸に連続的にフィードパルスを割り当て、サーボ駆動を通じて割り当てられたパルスに従って機械工具の座標軸を移動させます。

上記から次の結論が導き出される：

① CNC工作機械の最小移動量（パルス相当）が十分に小さい限り、使用されるフィッティングラインは理論曲線を効果的に置き換えることができる。

② 座標軸のパルス割り当て方法を変更することにより、フィッティングポリラインの形状を変更でき、これにより加工軌道を変更する目標を達成できる。

③ 割り当てられたパルスの周波数を変更することにより、座標軸（工具）の速度を変更できる。

これにより、CNC工作機械の工具移動軌道を制御するという根本的な目的が達成される。

理想的な軌道（輪郭）の既知の点間の中間点を計算し決定する方法は、与えられた数学的関数に基づくデータポイントの密度化を通じて補間と呼ばれます；