CNC旋盤およびマシニングセンター
CNC旋盤は、産業企業で最も一般的に使用されている設備の一つです。その特徴は、幅広い適用性、シンプルな構造、容易な操作性、そして容易なメンテナンス性です。これらの機械は、シャフト、ディスク、その他の部品などの回転部品の旋削加工に使用され、外径、端面、センター穴、ねじなどの加工が可能です。構造レイアウトの観点から見ると、産業企業で最も一般的に使用されているCNC旋盤は横型CNC旋盤と縦型CNC旋盤であり、中でも横型CNC旋盤が最も広く使用されています。
一般的なCNC旋盤
中国では、普及型CNC旋盤は、従来型旋盤から発展した簡略化されたCNC製品です。これらの旋盤の主要部品、構造、外観、および主要な技術パラメータは、従来型旋盤のものと類似しています。小型および中型の横型普及型CNC旋盤を図1に示します。このタイプの工作機械は、従来型旋盤を部分的に改良してCNCの要件を満たすものであり、ベッド、主軸台、心押し台、キャリッジ、および油圧、冷却、照明、潤滑などの補助システムは、従来型旋盤と非常によく似ています。
一般的なCNC旋盤は、周波数制御モーターを使用しています。周波数変換器の低周波出力トルクは小さいため、スピンドルの低速トルクを向上させるために機械式ギアが依然として必要です。ただし、速度範囲の数は従来の旋盤よりも少なくなる場合があります。主軸台構造は比較的単純です。工作機械は、従来の旋盤にある手動タレットの代わりに電動タレットを備えていることが多く、自動化と工具交換機能が向上しています。これらの旋盤は構造が単純で、手頃な価格で、メンテナンスも容易です。単純な部品の自動加工に適しています。ただし、使用されているCNCシステムのほとんどは国産で基本的な機能しか備えていないため、これらの機械は閉ループ位置制御が欠けており、フル機能のCNC旋盤と比較して精度と加工効率が低くなっています。これらの機械は、高速または高精度の加工には適していません。
フル機能CNC旋盤
フル機能CNC旋盤は、フル機能の輸入CNCシステムと閉ループ位置制御を必要とする真のCNC旋盤です。高精度輪郭加工が可能です。小型および中型の横型フル機能CNC旋盤を図2に示します。フル機能CNC旋盤の構造とレイアウトは、一般的にCNC工作機械の要件に従って設計されています。これらの機械は通常、傾斜ベッド設計を採用しており、自動タレットはベッドの後部に配置され、主軸台はベッドに固定されています。
フル機能CNC旋盤の主軸駆動部には、CNCメーカーが提供するAC主軸駆動システムが採用されており、広い回転速度範囲、高い低速トルク、そして高い最高速度を実現しています。さらに、主軸には方向制御や位置決めなどの機能も備わっています。高速・高精度CNC旋盤は、高速主軸ユニットや電動主軸といった先進的な部品を採用することで、一般的なCNC旋盤に比べて大幅に高い主軸回転速度と精度を実現しています。
フル機能CNC旋盤は、一般的に自動工具交換に油圧タレットを採用しています。タレットの剛性、工具容量、割り出し精度、工具交換速度は、電動タレットに比べてはるかに優れています。フル機能CNC旋盤は、高速・高効率・高精度CNC工作機械の基本的な技術特性を備えています。補助システムは、一般的なCNC旋盤よりも高度で充実しています。チャック、心押し台などの部品は、多くの場合、油圧による自動制御を採用しています。さらに、工作機械には、高圧・大容量の自動冷却システム、自動潤滑システム、切りくず除去システムが装備されています。そのため、これらの旋盤には通常、完全密閉型の安全ガードが必要となります。
CNC旋盤入門
旋盤加工センターは、フル機能のCNC旋盤をベースに開発され、回転部品の旋削、フライス加工、穴あけ加工に使用されます。旋盤加工センターは、旋削とフライス加工の両方の機能を組み合わせた初期のCNC工作機械の1つであり、水平型が最も一般的です。図3に示す典型的な旋盤加工センター製品は、フル機能のCNC旋盤と外観は似ていますが、内部構造と性能は大きく異なります。スピンドルはC軸制御で、タレットにはドリル加工、ボーリング加工、フライス加工用のライブツールを取り付けることができます。ツールが垂直Y軸に沿って移動できるかどうかが、旋盤加工センターとフル機能のCNC旋盤の主な違いです。
C軸制御
C軸制御（スピンドル補間またはC軸補間とも呼ばれる）は、スピンドルがZ軸を中心に回転する機能です。この回転軸はC軸と定義されます。そのため、この機能はC軸輪郭制御と呼ばれます。
旋削加工では、主軸が工作物を回転させ、工具は送り方向（X軸とZ軸）に沿って移動します。一方、穴あけ、中ぐり、フライス加工では、主軸が工具を回転させ、工作物または工具のいずれかが送り方向に沿って移動します。これら2つの加工プロセスは、加工特性が全く異なります。そのため、旋削加工では、旋盤の主軸は工作物を回転させるだけでなく、穴あけ、中ぐり、フライス加工では工作物を任意の位置に固定・位置決めできる必要があります。さらに、主軸は送り動作を実現し、円筒面加工を完了するために、X、Y、Z軸などの補間計算にも関与します。
ライブツール
ライブツールとは、機械加工に使用される特殊な回転工具のことです。従来のCNC旋盤では、図4に示すように、工作物を回転させることで旋削加工が行われます。タレットに取り付けられた工具は回転しません（回転する必要もありません）。しかし、ターニングセンターでは、回転する工作物の側面や端面を旋削加工したり、フライス加工、穴あけ加工、ボーリング加工を行うには、これらの加工が可能なライブツールをタレットに装備する必要があります。これらのライブツールは、サブスピンドル（第2スピンドル）によって回転駆動されます。
Y軸方向の動き
回転する工作物の内径、外径、端面の旋削加工では、軸方向（Z軸）と半径方向（X軸）の送り運動のみが必要です。しかし、側面、端面穴、フライス加工では、軸方向と半径方向の送りに加えて、垂直方向の工具軸の動きも必要です。したがって、旋盤には少なくともX、Y、Zの送り軸が必要です。旋盤のタレットは、フル機能のCNC旋盤のタレットと外観は似ていますが、内部構造と制御要件は大きく異なります。CNC旋盤のタレットはインデックス機能と位置決め機能のみを備えていますが、旋盤のタレットはインデックス機能と位置決め機能に加えて、ライブツールの駆動システムも備えている必要があるため、構造がより複雑になります。