CNCマシンの精度を最大限に：何が違いを生むのか？

機械加工業界では、「加工精度」は頻繁に使用される一般的な用語です。一日のうちに何度も言及されますし、この業界の人々と会話すると、必ず加工精度が話題に上ります。

では、CNCマシンはどのようにして加工精度を保証するのだろうか？

の正確さである。 CNCマシン 工作機械の精度は、最終的には工作機械自体の精度に依存する。この精度には、幾何学的精度、位置決め精度、繰り返し位置決め精度、切削精度など、さまざまな要素が含まれる。

幾何学的精度：

静的精度とも呼ばれるもので、ゴルフの主要コンポーネントの幾何学的誤差を包括的に反映したものである。 CNC工作機械 組み立て後

Pオーシショニングの精度：

これは、数値制御装置の制御下で測定される工作機械の動きの精度を示しています。測定された位置決め精度の値に基づいて、工作機械の自動加工プロセスにおけるワークの加工に最適な精度を決定することができる。

位置決め精度とは、部品や工具の実際の位置と標準位置（理論位置または理想位置）との差を指します。この差が小さければ小さいほど、精度は高くなります。

部品加工の精度を確保するには、高い位置決め精度を達成することが不可欠です。

R繰り返し位置決め精度

これは、同じプログラムコードを繰り返し実行することで得られる位置精度の一貫性のことである。 a CNC 工作機械。また、同じCNC工作機械や操作方法、同じ部品プログラムなど、同じ条件下で部品のバッチを加工して得られる結果の一貫性も含まれる。

切断精度：

これは、切削作業中の工作機械の幾何学的および位置決め精度を総合的に検査するものである。

以上のように、CNC工作機械の精度は機械的側面と電気的側面に分けられる。機械的側面は、振れや母線を含む主軸の精度、リードスクリューの精度、加工中の治具精度、工作機械の剛性などをカバーする。

電気的な側面は、主にセミ・クローズド・ループやフルクローズド・ループなどの制御方法、フィードバックや補償方法、処理中の補間精度に関するものである。

したがって、工作機械の精度は、完全なクローズドループかどうかだけに依存するわけではない。

I.原則紹介

CNC工作機械のモーションチェーンには、以下のコンポーネントが含まれる：CNC装置→サーボエンコーダ→サーボドライブ→モータ→ねじ→可動部。

位置検出装置の設置位置により、制御は完全閉ループ制御、半閉ループ制御、開ループ制御の3種類に分類される。

完全閉ループ制御フィードサーボシステム

工作機械には、格子定規やリニア誘導シンクロナイザーなどの位置検出装置が装備され、ワークベンチなどの可動部に設置される。これらの装置は、可動部の位置をリアルタイムでフィードバックします。

CNCシステムが情報を処理した後、工作機械の状態がサーボモーターに伝達される。そして、サーボモーターは、システムコマンドによって、自動的に運動誤差を補正する。

しかし、リードスクリュー、ナットペア、工作機械テーブルの大きな慣性リンクのクローズドループ制御を伴うため、システムを安定した状態でデバッグすることはより困難となる。

さらに、格子定規やリニア誘導シンクロナイザーなどの測定装置を設置するのは、高価で複雑になり、振動の原因になることもある。

そのため、一般的な工作機械の多くは、完全な閉ループ制御を採用していない。

セミ・クローズド・ループ制御フィード・サーボ・システム

位置検出装置は、スクリューまたはサーボモーターの回転角度を検出するために、駆動モーターの端部またはスクリューロッドの端部のいずれかに取り付けられます。これにより、工作機械の可動部の実際の位置が間接的に測定され、フィードバックにより制御システムに送られます。

機械製造の進歩と、速度検出素子とねじピッチの精度の向上により、セミ・クローズド・ループCNC工作機械はかなり高いレベルの送り精度を達成した。

その結果、ほとんどの工作機械メーカーがセミ・クローズド・ループを採用している。 CNCシステム.

II.実用

完全 閉ループ制御システム

格子定規やリニア誘導シンクロナイザーなどの位置検出装置は、±0.01mmから±0.003mmまで、さまざまな精度レベルを持つ。精度レベルは位置決め精度に影響し、完全なクローズドループ制御でも誤差が生じることがあります。

位置検出は、熱特性、特に熱変形の影響も受ける。測定装置は一般的に非金属材料熱膨張係数は工作機械のさまざまな部品によって異なる。

これは工作機械の精度にとって重要な側面であり、温度による熱変形を克服するために、加工中の発熱を抑えることで対処しなければなりません。高級工作機械では、スクリュー中空冷却、ガイドレール潤滑、切削油定温冷却など、さまざまな方法を利用して熱変形を低減しています。

位置検出装置の設置も重要である。理論的には、駆動軸（スクリューペア）に近ければ近いほど、より正確な測定が可能になる。しかし、構造上のスペースの制約から、グレーティング定規を設置する方法は、リードスクリューの側面付近か、ガイドレールの外側の2通りしかない。

最初の設置方法を選ぶことが推奨されるが、点検やメンテナンスの面で不便なこともある。一方、高精度のグレーチング定規を選んでも、CNC工作機械に必要な精度が得られなかった。

第一の場合、グレーティング定規の設置位置は駆動軸に比較的近いが、それでも駆動軸から一定の距離を保っている。この距離は、駆動中の物体の揺れと相まって、グレーティング定規の検出と制御に支障をきたす。

被駆動体がグレーティング定規の取り付け側に振れると、検出時に移動速度が不足していると勘違いし、加速信号を出す。駆動体が反対側に振れると、グレーティング定規は検出時に移動速度が速すぎると勘違いし、システムは減速信号を出す。

このような操作の繰り返しは、CNC工作機械の直線座標軸の制御を強化するのではなく、駆動体の振動を激化させる。これは、完全閉ループが半閉ループほど良くないという特異な現象につながる。

生産環境への影響：

一般に機械加工工場では、粉塵や振動など過酷な環境下に置かれることが多い。しかし、グレーティングスケールやリニアインダクションシンクロナイザーは、光の反射によって相対移動位置を測定する精密部品です。

粉塵と振動は測定精度に影響を与える2大要因である。さらに、工作機械加工中の切削オイルミストやウォーターミストはより深刻で、グレーチング定規やリニア誘導シンクロナイザーに大きな影響を与えます。

したがって、完全な閉ループ制御システムを使用する場合は、適切な設置とシーリングを確保し、生産環境を改善することが不可欠である。そうでないと、元々良かった新工作機械の精度が1年も経たないうちに低下し、機械がアラームを発することも少なくない。

セミ・クローズド・ループ制御システム

通常、測定装置はモーターやリードスクリューの上部に取り付けられるため、密閉しやすく、環境要件が不要になる。

セミ・クローズド・ループ制御システムの精度誤差は、主にスクリューの正逆クリアランスに依存する。

機械加工技術の進歩により、現在の輸入リードスクリューの製造レベルは比較的高い。高精度のリードスクリューペアは、実質的に順方向および逆方向のクリアランスを排除します。

さらに、組み立て工程では、スクリューペアは、完全に順方向と逆方向のクリアランスを排除することができ、二列の逆ボールねじペアを採用しています。

多くの工作機械工場では、熱変形のねじ駆動精度への影響を排除するために、工作機械の組み立て時にプレストレッチ法を使用しています。

したがって、現在のセミ・クローズド・ループ制御システムは、工作機械の高精度を保証することができる。

III.結論

まとめると、理論的には、外的要因を考慮しなければ、フルクローズドループ制御はセミクローズドループ制御よりも基本的な位置決め精度を向上させることができる。しかし、機械の熱、環境汚染、温度上昇、振動、設置などの要因に対処しないと、フル・クローズド・ループ制御がセミ・クローズド・ループ制御よりも性能が悪くなる可能性があります。

短期的にはうまくいくかもしれないが、ほこりや温度の変化は、長期的にはグレーティング定規の測定フィードバックデータに大きな影響を与え、その効果を低下させる可能性がある。

さらに、グレーチング定規に問題があれば、アラームが発生し、工作機械が誤動作する可能性がある。

コストへの配慮と競争のため、中・低価格工作機械のフルクローズドループ制御は簡素化されてきた。その結果、シーリングや温度上昇の制御など、いくつかの側面が十分に保証されない可能性がある。

このような場合、単にグレーティング定規を設定するだけでは工作機械の精度を向上させることはできず、多大なコストがかかる。