NC工作機械 Numerical Control Machine Tool
NC工作機機械とはコンピュータやプログラミング制御により自動で加工できる工作機械である。NCとは数値制御のことで、数値を入力して加工できることを意味している。数値さえ入力されれば誰でもも品質の高い製品を大量生産できるようになった。NC旋盤、NCフライス盤がその代表であるが、高精度、高性能、 高能力に加え、複合加工に対応できるようになり、1台ですべての加工が可能となっている。0.5ミリ秒以下の高速応答で、精度の目安は0.1μmレベルの高精度が実現される。
NCの意味
NCとは数値制御(Numerical Control)のことで、「位置や速度を自動で制御する」ことを意味している。もともとは単純な数値制御であったが、多様化・高性能化に対応につれ高度な動作を実現するコンピュータを組み込んだNC工作機械という意味で、CNC工作機械ともいう。
JISの定義
数値制御工作機械において、工作物に対する工具経路、その他、加工に必要な作業工程などを、それに対応する数値制御で指令する制御
NCの歴史
NC装置の歴史は1940から1950年代から始まる。初期のNC装置は、トランジスタやICなどの組合わせで論理演算を行い、穴の空いた紙テープやパンチカードを読み込まして加工するようなものであった。次第にコンピュータが開発・発展し、コンピュータ制御できるNC装置としてCNC装置が生まれる。現代は、NC装置といえば、このCNC装置をいう。自動化した旋盤をNC旋盤、自動化したフライス盤をNCフライス盤というが、現代ではすべてを兼ね備えた複合加工機が普及している。
NC工作機械のメリット
旋盤やフライス盤といった一般的な工作機械は、作業者が操作をして加工するため熟練した技術・技能が必要である。そのため教育コストが高く生産能力も限界がある。NC工作機械はプログラミングあれば、だれでも加工することができる。また、1人で複数台数の加工機を同時に動かせることができるため、生産能力が極めて高く、また、早朝・夜間の加工も可能なため、時間的な意味でも生産能力は高い。
NC工作機械のデメリット
NC工作機は様々なメリットがあるが、初期投資がかかる。一度プログラミングすれば自動でできるが、特殊な技術と操作スキルが必要なため、プログラミングの作成に精通する必要がある。また、プログラミングできなければ物が作れないため、加工に制限がある。また高度な機械と電子部品から構成されているため故障したときのコストやメンテンナンス代が高い。
NC工作機械の構成
十分な剛性をもつ安定した本体構造部、高速・高精度で移動するテーブルなどの主要運動部、工具の回転や保持を行う主軸部がある工作機にNC装置が加わる。物体の位置や方位、姿勢などを制御量として、目標値に追従するように自動で作動する機構のことをサーボ機構といい、ここに送られるデジタル信号の量に応じて、各種のサーボモータが高速・高精度の動作を実現する
3軸・5軸・6軸
NC工作機械は工具や工作物を可動できる数を軸で表す。軸が多ければ多いほどNC工作機械として性能が高い。たとえば、3軸制御は、立体のマシニングセンタで採用され、前後左右上下の3方向に可動して加工を行うことができる。されに工作物を載せるテーブルを傾斜させる軸と回転させる軸を加えて、5軸制御はより複雑形状の加工ができる。さらに軸を加えた6軸や8軸といったものもあり、自由度は高い。
CAD/CAM
CADとは、図面を作成するソフトで、3D CADは3Dデータを作ることができる。CAMとはCADデータからNC加工用のプログラムを作ることができるソフトでこの2つを使いこなすことで、設計からNC工作機械が一体のシステムとなり、より利便性高い製造が可能となった。
NC工作機の種類
NC工作機には、いろいろなものがある。基本的には従来の工作機であるフライス盤や旋盤を基礎技術としてその自動化がある。
NCフライス盤
NCフライス盤は、フライス盤をベースとしたNC工作機で、ドリルやエンドミルを回転させ切削加工する。数値制御を用いることで、縦、横、高さの3軸を正確に動かすことができ、手動ではできない複雑な曲面の切削が可能である。1952年にマサチューセッツ工科大学(MIT)で開発された。
マシニングセンタ
マシニングセンタとは、自動でドリルを交換するNC工作機械といえる。構造により横形、立て形、円形などがある。マシニングセンタ(Machineing Center)の略で、自動工具交換装置(ATC:Automatic Tool Changer)が取りつけられている。工具の交換を自動で行うことで、フライス削り、中ぐり、穴開け、ねじ立てなどの加工を1台で行える。一般的な3軸マシニングセンタの他、3次元自由曲面の加工ができる5軸マシニングセンタ、6軸マシニングセンタがある。
NC旋盤
NC旋盤は、各種の旋盤にNC装置を組み込んだもので、材料を高速回転させ、固定したバイトで切削加工する工作機械である。刃物台の移動距離や送り速度を数値で指示できる。加工動作を1つずつ指示を出すものや必要な寸法を入力すれば自動で作成するものが主流である。
ターニングセンタ
ターニングセンタとは、NC旋盤にフライス盤の機能の一部を組み入れたNC工作機械で、平面、穴、溝ねじ立て加工などができる。
NCレーザカッター
NCレーザカッターは、高エネルギーレーザービームを使用して材料を切断する工作機械である。
NCプラズマカッター
NCプラズマカッターは、高温のプラズマを使用して金属材料を切断する工作機械である。金属シートやパイプなどの加工に行う。