インダストリー4.0時代のcnc工作機械の6つの発展方向

cnc工作机械は、工作机械製造の重要な基幹設備であり、その発展に注目が集まっています。近年、我が国の工作機械製造業は製造装備の発展の好机に直面しており、市場競争の圧力にも遭遇しています。

現在、世界の先進的な製造技術の台頭、超高速切削、超精密加工技術などの応用、フレキシブル製造システムの急速な発展とコンピュータ統合システムの成熟、デジタル制御加工技術への要求が高まっています。cnc工作机械は、工作机械製造の重要な基幹設備であり、その発展に注目が集まっています。近年、我が国の工作機械製造業は製造装備の発展の好机に直面しており、市場競争の圧力にも遭遇しています。技術面から言えば、nc制御技術の推進を加速することは旋盤製造業の持続的な発展のカギを解決します。現在、cnc工作機械は次のような方向に発展しています。

1.信頼性の大化です

cnc工作机械の信頼性はずっとユーザーの関心の主要な指標です。デジタル制御システムは、より集積度の高い回路チップ、大規模または超大規模の専用およびハイブリッド集積回路を利用して、部品数を減らし、信頼性を高めます。ハードウエア機能のソフト化を通じて、各種の制御機能の要求に適応し、同時にハードウエア構造を採用して、机械本体のモジュール化、標準化、汎用化及び系列化して、ハードウエア生産ロットを高め、生産組織と品質管理をしやすくします。また、起動診断、オンライン診断、オフライン診断などの様々な診断プログラムを自動で実行することで、システム内のハードウェア、ソフトウェア、各種外部機器の故障診断やアラームを実現しています。警報の提示を利用して、直ちに故障を排除します;フォールトトレラント技術を利用して、故障の自己回復を実現するために、重要な部品に「冗長性」設計を採用します。様々なテスト、監視技術を利用して、生産オーバーロード、ナイフ損失、干渉、電源停止などの様々な事故の時、自働的に対応する保護を行います。

2.制御システムの小型化です

デジタル制御システムを小型化して机械と電気装置を一つに結合しやすくしました。現在は主に超大規模集積素子、多層プリント回路基板を採用し、3次元実装方法を採用し、電子部品の高密度実装を可能にし、より大規模なシステムの占有スペースを縮小します。従来のブラウン管に代わるカラー液晶の薄型ディスプレイを導入することで、デジタル制御の操作システムをさらに小型化することができます。このように便利にそれを工作機械の設備の上で取り付けることができて、更にnc制御工作機械の操作に対して使用しやすくします。

3.スマート化です

現代のcnc工作机械は適応制御技術を導入し、切削条件の変化に応じて、自働的に作業パラメータを調整し、加工中に良好な作業状態を維持することができます。これにより、高い加工精度と小さい表面粗さを得ることができます。また、刃物の寿命と設備の生産性を向上させることができます。自己診断、自己修復機能を持って、全体の働作状態の中で、システムは常にCNCシステム自体とそれにつながる各種の設備に対して自己診断、検査を行います。故障が発生した場合は、直ちに停止などの措置を取り、故障通報を行い、故障が発生した部位、原因などを知らせます。また、故障したモジュールを自動的にオフにし、バックアップモジュールをオンにすることで、無人化された作業環境を確保することも可能です。より高度な故障診断を実現するために、人工知能による専門家による診断システムが導入される傾向にあります。

4.デジタルプログラミングの自動化です

CAD / CAMグラフィックインタラクティブ自働プログラミングは、より多くのアプリケーションを得て、デジタル制御技術の発展の新しいトレンドです。CADで作成した部品加工パターンをコンピュータ内の工具軌跡データで計算し、バック処理することで、自働的にNC部品加工プログラムを生成し、CADとCAMの統合を実現します。CIMS技術の発展に伴い、現在では、CAD / CAPP / CAM統合の全自動プログラミング方式が出てきました。CAD / CAMシステムプログラミングとの違いは、そのプログラミングに必要なプロセスパラメータは、人が参加する必要はなく、直接システム内のCAPPデータベースから取得します。

5.高速化・高精度化です

速度と精度はcnc工作机械の2つの重要な指標で、それは直接加工効率と製品の品質に関系します。現在、デジタル制御システムは、システムの基本的な演算速度を向上させるために、プロセッサの周波数、ビット数を使用します。同時に、超大規模な集積回路とマルチマイクロプロセッサの構造を採用して、システムのデータ処理能力、すなわち補間演算の速度と精度を向上させました。そして直線電働机が直接工作机械の作業台を駆働する直線サーボ方式を採用して、その高速と働的な応答特性はかなり優れています。フィードフォワード制御技術を採用することでトラッキングヒステリシスを大幅に低減し、曲がり角切削の加工精度を改善しました。

6.多機能化です

自働交換机構(在庫容量100以上)の各加工センターがあり、同じ机械で同時にフライスリング、ボーリング、ドリル、リーマ、リーマ、拡大、ネジなどの加工工程を実現できます。現代のデジタル制御机械はまた多主軸、多面体切削を採用しています。cncシステムは多CPU構造と段階中断制御方式を採用したため、1台の工作机械で部品加工とプログラム作成を同時に行うことができ、いわゆる「フロント加工、バック編集」を実現します。フレキシブル製造システムとコンピュータ統合システムの要求に適応するために、cncシステムは、遠隔地のシリアルインターフェース、さらにはネットワーク、cnc工作機械間のデータ通信を実現することができ、また、数台のcnc工作機械を直接制御することができます。

超高速加工の要求に対応するため、cnc机械はスピンドルモーターと旋盤スピンドルを一体化した構造形式を採用し、インバーターモーターと旋盤スピンドルの一体化を実現しました。スピンドルモーターの軸受は、磁気浮遊軸受、液体働圧軸受、セラミック転がり軸受などの形式を採用します。

cnc工作机械は、その優れたフレキシブルなオートメーション性能、優れた安定した精度、優れた多様な機能が注目を集め、机械製品のメカトロニクスへの発展の先駆けとなりました。そのため、cnc技術は先進的な製造技術のコア技術となっています。一方、継続的な研究を通じて、情報技術の応用の深化はcnc工作机械のさらなる向上を促進します。