CNC機械の操作：よくある問題と解決策

1.故障の原因によって、CNC工作機械の故障は固有の故障と外部の故障に分類される。

(1)CNC工作機械固有の故障は、外部環境条件とは無関係に、工作機械内部の要因に起因する。これらの故障はCNC工作機械の故障の大部分を占め、一般的に以下のようなものがある：

- 機械部品の摩耗と疲労（ベアリング、ギア、ボールネジなど）
- 電子システムの劣化（回路基板の故障、センサーの誤作動など）
- ソフトウェアの不具合やファームウェアの問題
- 潤滑システムの問題
- クーラントシステムの故障
- スピンドル関連の問題（アンバランス、ベアリングの摩耗など）

(2) CNC工作機械の外部故障は、機械固有の設計や構造以外の要因によって引き起こされる。これには以下が含まれる：

- 電源の問題：電圧変動、不正確な位相シーケンス、アンバランスな三相入力
- 環境要因：周囲温度の上昇、腐食性ガスの存在、過度の湿度、塵埃の蓄積
- 機械的妨害：近隣の設備や建設活動による外部振動
- 電磁妨害：近くの電気機器や送電線からのもの
- ネットワーク関連の問題：中央制御システムやクラウドベースのプラットフォームに接続されているマシンの場合

(3)人的要因は、特に機械配備の初期において、外部故障原因の重要な部分を占める。調査によると、運転開始後1年間は、経験の浅いオペレーターによる不適切な取り扱いが、機械故障全体の3分の1以上を占めている。このような人為的な故障は、以下のような原因が考えられる：

- 機械のセットアップや工具の取り付けが正しくない
- 不適切なプログラミングやGコードのエラー
- アラームやエラーメッセージの誤った解釈
- 不十分な予防保全
- 安全機能の無効化、または動作制限の無視

2.CNC工作機械によくある故障とその対処法

(I) 工作機械の衝突事故。

この問題が発生したら、まず現場を守り、工作機械がどのような状態で故障が発生したのか、最初の加工なのか、加工の途中なのか、そのときのオペレーターの状態はどうだったのかを把握する。

このような問題の主な原因は、従業員が最初の加工の前に基準点に戻るのを忘れたり、工作機械が基準点に戻るにもかかわらず、オペレーターが誤った操作に注意を払わなかったりすることである。もう一つの原因は、プログラムを修正する際のデータの誤入力である。また、不注意でワークを逆向きに取り付け、衝突させてしまうオペレーターもいる。

(II) 加工寸法が許容誤差を超える。

工作機械のサイズが公差を超える要因はたくさんある。

表面サイズ、幾何学的形状、およびそれらの間のシステム・リンクの相対的位置がいつでも変更されるように加工するとき、その結果はワークピースに明白に現れ、したがってサイズの変動を引き起こす。

CNC工作機械のX方向駆動系とZ方向駆動系の伝達クリアランスに起因する寸法オーバーの不具合について詳しく紹介する。

一般的に、操作の順序は電気的なものが先で、機械的なものが後である。まず、X軸とZ軸のトランスミッションクリアランスを測定する。通常、X軸≦0.005mm、Z軸≦0.01mm。

上記基準値を超える場合は、X（Z）軸の伝達クリアランスが大きすぎることを意味し、ワーク寸法オーバーの原因となります。この問題を解決するには、システム環境でクリアランス補正を行う必要があります。

FANUCシステムの場合はN 00N00、森精機ⅡNCシステムの場合はN0000 N000で設定し、必ず電源を切ってから設定してください。この補正値の限界は(0.5～0.8)の範囲で、これを超えると危険です。

トランスミッションクリアランスが大きすぎる場合は、メカニカルクリアランスの調整が必要です。まずボールネジとサーボモータの伝達クリアランスを調整してください。装置や変速方式により調整方法が異なります。

この時、ランダムな取扱説明書を参照することができます。それから ベアリングクリアランス ボールねじの取り付けは、調節の程度が柔軟で、減衰がなく、すべてのストロークで均一でなければならない。

これらの調整後、通常は上記のようにクリアランス補正をリセットする必要がある。

(III)CNC旋盤の故障

CNC旋盤の使用頻度は、CNCマシンの他のコンポーネントとは比較にならないと言える。

そのため、劣悪な使用環境と複雑な内部構造により、故障の確率は特に高い。

現象1：

刃物台が回転しない（システムは通常、刃物台位置信号エラーを表示する）。

原因分析：

電気的な過負荷の後、ツールポストは自動的にジャンプオフします。工具ポストの380V相誤差、工具ポストが回転する時、時計方向にしか回転できないので（工具ポスト内部に方向位置決め機構がある）、三相電源相が一回間違って接続されると、工具ポストの電動モーターが電源投入後、逆回転し、工具ポストが回転できない；工具ポスト電動モーターの三相電源が欠落し、工具ポスト位置信号に使用される24V電源が誤作動する。

軸方向の位置決め板が、刃物台本体内の中心軸にあるスラスト玉軸受を押し潰し、軸受が回転できなくなり、刃物台の電動モータが刃物台を回転駆動できなくなった。

部品を取り外してみると、ネジが緩んでいた。これは、刃物台が回転する振動によって、位置決めキーにプラスとマイナスの両方向の長期的な接線力が加わり、位置決めキーが損傷するためである。

位置決めプレートとナットが下方に移動し、ベアリングに大きなアキシャルフォースがかかり、回転できなくなる。

システム制御における "システム・ロケーション・プレート "の故障については、刃物台が定位置に設置された後、"システム・ロケーション・プレート "が刃物台の位置信号を検出できるようにしなければならない。

上記の理由に対して、私たちが取ることができる対策は、破損した部品の交換、24V電源のチェック、ツールポストの強力な電源回路のチェック、ツールポストの分解、スラストベアリングの軸方向クリアランスの調整、「システムロケーションプレート」の交換などです。

(IV電気系統の故障

(1) 基準点の故障。

工作機械が基準点に戻れないことは、一般に、基準点を見つけられない（逸脱する）場合と、基準点を見つけられない場合の2種類に分けられる。

前者は主に基準点スイッチブロックの不適切な位置設定が原因で、再調整が必要なだけである。

付属品工場は一般的に経済的なCNC旋盤を好んで使用するが、安価である反面、その保護対策はあまり理想的でないため、走行スイッチの侵入による回路の遮断や短絡の現象がよく見られる。

後者のタイプの故障は、ゼロマーキングパルス信号の無効（信号が生成されなかったり、送信や処理で失われたりすることを含む）、または基準点に戻るときに減速スイッチによって生成される信号によって引き起こされる。

故障を取り除くには、まず工作機械が基準点に戻るモードを把握し、故障比較解析を行う必要がある。その方法として、「外部」と「内部」の方法と信号トレースを用いて故障箇所を見つける方法がある。

ここで「内部」とは、回折格子定規のゼロマーキング位置またはパルスエンコーダのゼロマーキング位置を指す。

ゼロマーキングパルス信号の検出は、オシロスコープで確認できる。「外部」とは、工作機械の外部に設置されたブロックと基準点スイッチを指し、信号の有無を CNCシステム PLC インタフェース I/O ステータス表示。

(2) オーバートラベル：

送り動作がソフト/ハードリミットスイッチで設定されたハードリミット、またはソフトウェアで設定されたソフトリミットを超えると、オーバートラベルアラームが発生します。この場合、CNCシステムマニュアルの指示に従ってフォルトを除去し、アラームを解除することができます。

(V) 工具パラメータの誤り

旋盤の製造工程では、加工効率を向上させる鍵がある。 a CNC 旋盤は、使用する工具パラメータが正しいかどうかにある。

工具パラメータを合理的に使用すれば、工具の寿命を向上させるだけでなく、加工の効率と品質を向上させることができる。

工具パラメータが不適切に使用されると、ワークの品質に深刻な影響を与えるだけでなく、オペレータは常に工具を交換し、研ぎ、調整する必要があり、CNC旋盤は継続的に作業することができなくなり、生産効率に直接影響を与える。同時に、コストと利益も大幅に減少する。

したがって、旋盤加工では、工具と工具パラメーターを正しく使用することが非常に重要である。工具パラメータは、特定の旋盤、特定の工具、特定の加工材料に基づいて選択されるべきである。

多くの場合、工具パラメータの最大切削速度は、加工装置の要件を満たすことに基づいて選択されるべきであり、これは作業効率の向上に有益である。

一般的には、最大かつ最適な工具パラメータを計算するか、合理的な数学モデルを使用して最適な工具パラメータをテストする。

同時に、工具の種類が限られているため、一般的に使用される工具数種で基本的に全処理量の80%以上を処理することができる。

そのため、作業量のごく一部で被削材の特性から合理的な工具を選択し、実作業で最適な工具切削パラメータを得ることができる。

3.CNC旋盤装置操作のベストプラクティス

(1) CNC旋盤装置の標準作業手順を厳守し、特定の生産および加工作業の技術プロセスに従う。オペレーターが適切な服装と個人保護具（PPE）を維持するようにする。安全で効率的な生産環境を維持するため、作業エリアを定期的に清掃し、機械の定期メンテナンスを行う。

(2) 生産を開始する前に、CNC旋盤の包括的な稼働前点検を行う。これには、機械のアライメント、潤滑システム、クーラントレベル、工具の状態のチェックを含む。機械の位置決めシステムの精度を確認し、すべての安全機能が正しく機能していることを確認する。このプロアクティブなアプローチは、最適な技術性能を維持し、部品加工中の予期せぬダウンタイムを防ぐのに役立ちます。

(3) 特定の加工作業のためにCNC旋盤を設定する場合、ワークの材質、形状、要求される仕上げ面を注意深く検討する。これらの要因に基づいて、主軸回転数、送り速度、切込み深さなどの切削パラメーターを最適化する。コンピュータ支援製造（CAM）ソフトウェアを活用し、ツールパスのシミュレーションと改良を行い、部品の品質を維持しながらサイクルタイムを最短にする。

切削力、振動レベル、工具摩耗など、加工中の主要性能指標を継続的にモニター。必要に応じてCNCパラメータをリアルタイムで調整し、生産工程全体を通して最適な切削条件を維持します。この適応的なアプローチにより、一貫した部品品質が保証され、工具寿命が最大化されるため、全体的なプロセス効率と費用対効果に貢献します。

4.結論

科学技術の絶え間ない進歩に伴い、CNC旋盤の応用はますます広まるだろう。

私たちはCNC旋盤のよくある問題を分析し、問題の原因を突き止め、その解決方法を研究してきました。

私たちは、CNC旋盤設備の良い操作習慣を身につけ、継続的に経験を積み重ね、より高品質の製品を生産しなければなりません。