CNC工作機械における格子定規の役割を探る

格子定規は、CNC工作機械の直線軸の位置決め検出素子である。

NCプログラムを実行した後、数値制御システムが要求する位置まで直線軸が正確に移動するかどうかを監視する、人間のオペレータの「目」の役割を果たす。

格子定規がなければ、直線軸の移動精度はすべてNCシステムの精度と機械的伝達精度に依存する。

を長期間使用した後 CNCマシン ツールは、電気較正パラメータの変更や機械的誤差の増加により、直線軸が数値制御システムプログラムが要求する位置から大きくずれることがあります。

このような場合、制御システムも機械オペレーターもこの偏差に気づかない。このような問題を正確に検出するためには、メンテナンス担当者が工作機械の精密検査を実施する必要がある。

したがって CNC工作機械 グレーチング定規を使用しない場合、定期的な精度検査が不可欠であり、これを怠ると、加工精度に過度のばらつきが生じたり、加工された製品がスクラップになってしまうことさえある。

の直線軸上に格子定規が設置されている場合。 a CNC 工作機械を使えば、前述の問題は人間の手を煩わせることなく解決される。

回折格子定規は位置検出素子として機能し、機械的な理由で直線軸が数値制御システムが要求する正確な位置に到達できない場合、回折格子定規がNCシステムにフィードバックを送り、直線軸が正確にその位置に到達できるようにする。

この場合、回折格子定規は、人間のオペレータの目に似た独立した監視機能として働き、直線軸の位置を継続的に「観察」し、数値制御システムが要求する位置に確実に到達させる。

新しい工作機械の製造や古い工作機械のオーバーホールにおいて、格子定規を使用する目的は、直線軸の精度を高めることである。

しかし、この軸の精度はグレーティング定規に依存するだけでなく、主に直線軸自体の機械的形状精度に依存する。

回折格子定規は機械部品の精度に取って代わることはできず、その性能を高めるだけである。

特に工作機械の直線軸の幾何学的精度が低い場合、多くの人がこの問題について誤解している。例えば、旋盤の中には変速にギヤラックを使用するものがあり、その場合、逆クリアランスが大きくなる。

このような軸を持つ回折格子定規を使用しても、透過精度が低いため、正確な位置に近づくと振動を起こすことがある。

セミ・クローズド・ループ制御システムでは、工作機械の伝動機構に起因する伝動誤差、高速運転中に伝動機構が発生する熱変形誤差、高速運転中に伝動機構が摩耗することによって発生する誤差を制御することはできない。

加工プロセスにおいて、これらの誤差は加工精度と安定性に深刻な影響を与えている。 CNC工作機械.

直線軸用格子定規は、CNC工作機械の直線座標の完全な閉ループ制御を実現し、前述の誤差を低減し、工作機械の位置決め精度、繰り返し精度、精密信頼性を向上させます。

CNC工作機械の位置決め精度を向上させる重要な部品として、グレーチング定規の人気はユーザーの間で高まっている。

CNCマシンの精度

CNC工作機械の精度は、幾何学的精度、位置決め精度、加工精度の3つに分類できる。

幾何学的精度は機械的精度とも呼ばれ、組み立て後の工作機械の重要部品の総合的な幾何学的形状誤差のことです。

それを検出するための測定ツールや測定方法は、基本的には通常の工作機械に使われるものと同じだが、より高い要求がある。

典型的な立形マシニングセンターを例にとると、その幾何学的精度には次のようなパラメータがある：

• 1.作業テーブルの平面度
• 2.異なる座標方向における運動の直交性
• 3.X、Y座標方向に対する作業テーブルの平行度。
• 4.スピンドルの回転精度
• 5.主軸ボックスの移動におけるZ座標方向に対する主軸軸の平行度
• 6.スピンドルのZ座標方向の直線性

測位精度

位置決め精度とは、工作機械の主要部品が移動終了時に達成できる実際の位置精度のことである。実際の位置と目標位置の差は、位置決め誤差として知られている。

CNC工作機械では、位置決め精度は機械の動作精度とも呼ばれ、以下の精度によって決定される。 CNCシステム と機械的な伝送エラー。

工作機械の各コンポーネントの動きは、CNC装置の制御下で完了し、各動作コンポーネントが達成できる精度は、加工部品の精度に直接影響する。

したがって、位置決め精度は重要な検査項目である。

繰り返し精度

繰り返し精度とは、CNC工作機械で同じプログラムコードを繰り返し実行して得られる位置精度の一貫性の度合いを指す。

繰り返し精度は、サーボシステムの特性、送り伝達リンクのバックラッシュや剛性、摩擦特性などの要因に影響される。

一般に、繰返し精度は正規分布において時折誤差が発生し、加工された部品のバッチの一貫性に影響するため、不可欠な精度指標となります。

関連記事 CNC機械における位置決め精度と繰り返し精度

加工精度

加工精度は、幾何学精度や位置決め精度では十分に反映されない様々な要因に影響されます。これらの精度は、通常、切削負荷がない状態、または工作機械が静止状態または低速移動状態で検出されます。

例えば、切断力や 締め付け 力が加わると、工作機械の構成部品は弾性変形を起こす。また、工作機械の構成部品は、内部の熱源（過熱したベアリングやギアなど）や周囲温度の変化により、熱変形を起こします。

また、工作機械は切削力や動作速度の影響を受けて振動を発生する。さらに、工作機械の可動部が作業速度で動くと、摺動面の油膜などの影響により、低速で測定したときとは運動精度が異なる。

これらの要因はすべて、工作機械の静的精度を変化させ、ワークの加工精度に影響を与えます。

作業中の外部荷重、加熱、振動の影響下での工作機械の精度は、工作機械の動的精度と呼ばれる。

動的精度は静的精度と密接な関係があり、工作機械の剛性、耐振動性、熱安定性に大きく依存する。

現在、工作機械の総合的な動的精度は、一般的に切削加工によって生成されたワークの加工精度によって評価され、これは工作機械の加工精度として知られている。加工精度は、加工精度に及ぼす様々な要因の総合的な影響を反映している。

CNC加工の精度を向上させる方法

現在、部品加工業界では、CNC工作機械の加工精度を向上させる方法として、主に誤差防止と誤差補正の2つがある。

エラー防止方法

エラー防止とは、部品の設計、加工、組み立ての品質レベルを向上させ、環境要因を効果的にコントロールし、エラー源を排除または削減する目的を達成するために取られる対策を指す。

例えば、高剛性で熱対称のガイドレールとボールねじを温度制御に使用することで、工作機械の熱変形と熱源の温度上昇を効果的に抑え、エラーの発生を抑えることができる。

エラー防止方法は主に、サイズエラー防止、幾何学的エラー防止、熱変形エラー防止、その他のエラー防止に分けられる。

これらの方法は、エラーの発生確率をある程度減らすことはできるが、熱変形や幾何学的誤差を完全に排除することはほとんど不可能である。

また、工作機械の加工精度が大きく影響し、部品の品質向上には高いコストがかかるため、実用化には至っていない。

エラー補正方法

誤差補正には、CNC工作機械に精密プローブ、位置センサー、格子定規などを取り付け、工作機械の加工誤差をリアルタイムでCNCシステムにフィードバックすることが含まれる。

工作機械が自動的に加工精度を補正するため、部品の加工精度が向上し、原材料費が大幅に削減される。

リニア軸における位置検出素子としての格子定規の一般的な欠陥

1.直線軸が基準点に戻ったときに、ゼロパルスが見つからない。

性能面では、軸は基準点に戻る間に軸の限界に衝突するまで走り続ける。

この不具合は一般的に、読み取りヘッドまたはグレーティング定規が汚れていることが原因です。この問題に対処するには、読み取りヘッドを取り外して無水アルコールで清掃し、無水アルコールに浸した絹布で目盛り部分を清掃する。

2.運転中、CNC 工作機械の直線軸にアラームが発生した。

CNC 機械の直線軸が運転中にアラームを発生した場合、使用されている制御システムにより、以下のアラームが表示されることがあります：シーメンス 840D または LNC システムでは「ハードウェアエンコーダ エラー」、ファナックシステムでは「フィードバックエラー」。

理由

(1)振動などにより、工作機械の読み取りヘッドとグレーチングスケール間の距離が使用中に大きくなり、CNCシステムがグレーチングスケールが故障していると誤って判断する。

この問題を解決するには、碁盤目スケールのマニュアルに従って読み取りヘッドと碁盤目スケールの間の距離を調整してください。読み取りヘッドとグレーチングスケール本体の距離は1～1.5mm程度とし、2mmを超えないようにしてください。

(2)油溜りの近くに設置するなど、グレーチングスケールの設置が不適切な場合、油やガスでスケールが汚染される可能性があります。

この場合、グレーチングスケールの「固定スケール」と「移動スケール」を別々に洗浄し、使用前にグレーチングスケールの調整とテストを行う必要がある。

(3) 読取ヘッドの取り付けが不適切な場合、ユニット本体を損傷することがあります。

最悪の場合、アルミニウム合金の破片がグレーチングスケールの固定スケールに入り込み、グレーチングスケールの線に損傷を与え、グレーチングスケールが永久に使用できなくなる可能性があります。

3.CNC工作機械の直線軸が突然制御不能になった。

多くの場合、CNC工作機械の直線軸が制御不能になるのは、グレーティング定規などの位置検出素子の汚れが原因である。

この問題を解決するには、グレーティング定規のグレーティングまたは読み取りヘッドを徹底的にクリーニングする必要がある。

4.その他の故障

CNC工作機械のメンテナンスにおける長年の経験から、工作機械の機械部分が円滑に動作している場合、CNCシステムの位置検出要素として、格子定規が工作機械の直線軸の位置決め精度を向上させることができることを確認しています。

さらに、格子定規は工作機械の機械部分に潜在する危険や問題を検出することができる。

Wuzhong社製のC61200旋盤にFAGOR 8055TC CNCシステムをレトロフィットしました。

楕円形の胴体を持つロールの加工中、X軸がロールから遠ざかった。 切削工具 は、X軸の移動指示がない場合、ロール体の比較的広い領域に遭遇した。

切削工具がロール本体の比較的小さな領域に触れると、X軸がロールに向かって移動し、X軸が前後に動いた。工作機械のCNCシステムを点検したところ、X軸のACサーボモーターが「イネーブル」信号がない状態でロックしていることが判明した。

X軸の位置検出素子をシールドし、セミクローズドループシステムに置き換えたところ、切削中にX軸が前後に動く現象がなくなった。

この現象をグレーティング定規の不具合によるものだと考える人もいたが、検査したところ、X軸ボールネジの裏蓋が緩んでいたことが判明した。

そのため、ロールが回転しているとき、ロールは楕円形状であるため、切削工具がロール本体の比較的大きな面積に接触すると、ロールはX軸に「押し上げ」力を及ぼし、X軸をロール直径方向から遠ざける。

このとき、X軸の移動は工作機械の数値制御の指示によるものではなかった。X軸の位置を検出するための格子定規は、CNCシステムからの指示を受けずにX軸が「＋X」方向（ロール本体から離れる方向）に移動したことを検出した。

格子定規の機能は、数値制御指示の作用下で直線軸が正確に動くかどうかを検出することである。直線軸が正確に動かない場合は、数値制御システムが介入して直線軸を正確に位置決めする。

従って、切削工具がロール本体の比較的小さな領域に接触すると、工具はロール本体と一定の隙間を有し、格子定規はX軸をロール直径方向へ移動させ、数値制御システムによって指示されたX軸座標位置に位置させた。

このように、ロールが1周回転すると、X軸のデータ指示移動がない場合、X軸は「ロール径から離れる方向」と「ロール径に近い方向」に交互に移動する。そのため、ロールの加工中、ボールネジの裏蓋の緩みにより、X軸が前後に動いていた。

クローズドループシステムを使用するCNC工作機械の直線軸にモータのジッタリングや振動が発生した場合、位置検出素子をシールドして異常現象を除去する必要がある。

一般的には、まず格子定規や読取ヘッドなどの位置検出素子の清掃状態や、読取ヘッドの取り付け位置が適正かどうかをチェックし、位置検出素子の誤動作の要因を排除する。

位置検出エレメントが正常に機能していることが確認された場合は、直動軸の機械的な伝達チェーンに問題がある可能性が高い。

この場合、機械式トランスミッションチェーンの構成部品に緩みがないか、機械部品に摩耗がないか、機械式トランスミッションチェーンの潤滑が適切かどうかをチェックする必要がある。