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>> 1. エッジファインダー
>> 3. 3Dタッチプローブ
● 結論
>> (2) G54 ～ G59 コードが重要なのはなぜですか?
>> (5) CAD/CAM システムは座標を直接定義できますか?
● 参考文献
精密工学分野では、 CNC 機械加工は、 金属およびプラスチック部品の製造方法を変革しました。これにより、再現性、寸法精度、生産の拡張性が保証されます。 CNC セットアップの最も重要な側面の 1 つは、作業オフセットまたは作業座標系 (WCS) とも呼ばれる作業場所の座標を決定することです。作業場所の座標を適切に設定しないと、最先端の CNC マシンでも正確な切断や再現性のある部品生産を保証できません。
簡単に言えば、職場の座標は、職場間の「参照言語」として機能します。 CNC コントローラーと物理的なワークピース。この記事では、CNC 加工における作業場所の座標を見つける方法、使用するツールと方法、よくある間違い、および最高レベルの精度を達成するためのヒントについて説明します。
すべての CNC マシンは、3 つの直線軸 (X、Y、Z) と、場合によっては A、B、C などの追加の回転軸で構成されるデカルト座標系を使用して動作します。これらの軸の交点は、マシン座標系 (MCS) として知られるマシンのホームまたは原点を定義します。
ただし、製造現場では、オペレーターがこの原点から直接作業できることはほとんどありません。パーツのサイズ、形状、テーブル上の位置が異なります。したがって、ワーク座標系 (WCS) が確立され、各ワークセットアップの特定のゼロ点が定義されます。
WCS が定義されると、CNC 機械はその点を基準としたすべての工具の動きを解釈します。これにより、オペレータはシステム全体をリセットすることなく、複数の部品、治具、またはジョブにわたってプロセスを効率的に繰り返すことができます。
ファナック、シーメンス、ハースなどのほとんどの CNC 制御では、標準ワーク座標系は G コード (G54 ～ G59) を使用して保存されています。これらのコードにより、1 台のマシン上で複数のセットアップが可能になり、柔軟性と生産性が向上します。
CNC 加工作業を成功させるには、正確な作業場所の座標が不可欠です。これらは、表面仕上げから部品の形状、工具寿命に至るまで、あらゆるものに影響します。主な利点は次のとおりです。
- 寸法精度: 正しい座標により、切削工具が部品の形状に対して正確なパスをたどることが保証されます。
- セットアップ時間の短縮: オフセットを保存すると、オペレータは繰り返しの部品や注文に対してオフセットを再利用できます。
- 再現性の向上: 複数のシフトにまたがって同一の部品を一貫した精度で切断できます。
- 工具効率の向上: 適切な座標により、最適な切り込み深さと送り経路が保証されます。
- 衝突の防止: 座標を正しく調整することで、工具の衝突や機械の損傷のリスクを最小限に抑えます。
正確な座標設定がなければ、適切にプログラムされたツールパスであっても、寸法の不正確さ、表面の欠陥、またはコンポーネントの廃棄につながる可能性があります。
このシステムは、CNC メーカーによって定義された内部座標フレームワークを表します。機械のホームポジションに対応する永久ゼロ点を使用します。マシンは初期化されるたびにこのホーム参照に移動し、一貫したベースライン座標を確保します。
WCS は、加工される実際の部品の原点またはゼロ点を定義します。オペレーターは、新しいセットアップごとにこの座標を移動または再定義できます。 G54 や G55 のようなシステムは CNC コントローラに直接保存され、プログラムの実行中に適用されます。
CNC 加工で使用される各切削工具には、独自の長さと直径のオフセットがあります。 TCS はこれらの違いを考慮し、すべてのツールが同じ基準面に揃うようにします。これにより、工具交換時のオーバーカットやアンダーカットを防ぎます。
CAM ソフトウェアでツールパスをプログラミングする場合、デジタル環境で定義された座標系が物理マシンの WCS と一致する必要があります。座標定義の不一致は、加工エラーの最も一般的な原因の 1 つです。
エッジファインダーは、ワークピースのエッジを見つけるために最も単純で最も一般的に使用されるツールの 1 つです。オペレータはスピンドル内で工具を回転させ、ワークピースに向かってゆっくりと移動させます。工具が移動または「キック」されるとすぐに、機械はエッジの位置を登録します。
ダイヤルインジケータは、ワーク表面を機械テーブルと平行に設定する際の小さな変動を測定するのに役立ちます。多面加工に不可欠な X と Y の両方のアライメントで優れた精度を実現します。
3D タッチ プローブは自動座標検出を提供します。ワーク表面上の複数の点を測定し、データをコントローラーに直接記録します。このツールは、複雑な 3D コンポーネントの場合、または高速セットアップが必要な場合に特に役立ちます。
これらのツールは、スピンドル ゲージ ラインに対する各切削ツールの正確な長さを測定します。 Z 軸座標は一度保存すると、切断操作中に自動的に補正されます。
高度な CNC マシニング センターには、多くの場合、物理的接触なしで輪郭やエッジを検出するレーザー測定システムや光学式位置合わせツールが搭載されています。圧力により変形する可能性のある繊細な素材や薄い素材に最適です。
作業場所の座標を設定する前に、ワークがしっかりとクランプされていることを確認してください。ゼロ調整後の動きは精度を損ないます。取り付け治具が清潔で安定しており、切り粉や油の残留物がないことを確認してください。
コーナー、中心穴、データム面など、一貫性があり、見つけやすい基準点を選択します。一貫したプログラミング精度を得るには、参照点は CAD ファイルで定義された原点と一致する必要があります。
エッジファインダーまたはプローブを使用して、ワークピースのエッジに接触するまでツールを徐々に移動させます。接触が発生する機械座標を記録し、その中点を X および Y 原点として設定します。
Z 軸のゼロを見つけるには、部品の上面に接触するまでツールまたはプローブをゆっくりと下げます。この位置は、その特定のジョブの工具の高さを定義します。選択した WCS コード (G54 など) の下にオフセットを保存します。
実際に切断する前に、必ず「ドライサイクル」のシミュレーションを実行してください。ツールは材料に接触することなくプログラムされたパスを移動し、すべての座標値が正しく、衝突がないことを確認します。
確認したら、実際の CNC 加工プロセスを開始します。すべてのオフセットが正確に設定され、文書化されていれば、数十、場合によっては数百の部品にわたってこの操作を自信を持って繰り返すことができます。
経験豊富な機械工でも、座標設定で間違いを犯すことがあります。以下のよくある間違いを理解すると、時間と材料の両方を節約できます。
- 間違ったオフセットの選択: G54 の代わりに G55 を使用すると、すぐに位置ずれが発生する可能性があります。
- ツール オフセットの計算間違い: ツールを変更するときに Z オフセットの更新を忘れると、深さの不一致が発生します。
- マシンのウォームアップを無視する: 温度の膨張により、特に大型コンポーネントの場合、ゼロ点がわずかに移動する可能性があります。
- 治具の表面が汚れている: ワークの下のチップにより、誤った位置合わせ基準が作成されます。
- 検証のスキップ: ドライサイクルまたは検証プログラムの実行に失敗すると、材料が廃棄されることがよくあります。
これらのセットアップの習慣を修正することで、機械工はより厳しい公差とより再現性の高い結果を維持できます。
タッチ プローブ システムは、現在、ほとんどの最新の CNC マシニング センターで標準装備されています。プロービングサイクルにより、座標点、部品の方向、さらには治具の位置ずれも自動的に測定されます。多くのマシンは、マクロ プログラムを使用して WCS を自動的に更新することもできます。
これらの G コードを使用すると、オペレータは部品を物理的に再クランプする代わりに、デジタル的に座標系を回転またはミラーリングすることができます。これは、角度のあるフィーチャーを持つ部品を加工する場合、または治具セットアップを再利用する必要がある場合に特に便利です。
複雑な制作環境では、複数のフィクスチャ オフセットを使用するとメリットが得られます。たとえば、あるフィクスチャではパート A に G54 を使用し、パート B に G55 を使用する場合があります。サブプログラムは、手動介入なしでこれらのトランジションを自動化できます。
ハイエンドマシンは、座標測定を生産に直接統合します。プロービングサイクルを使用して、プロセスの途中で主要な寸法を測定し、オフセットを自動的に調整します。これにより無駄が削減され、バッチ全体で部品の一貫性が確保されます。
デジタル CNC 加工では、プログラマーが CAD/CAM で WCS を直接定義します。部品の原点、ツールの方向、および治具の位置は機械制御と同期されます。このシームレスな統合により、作業の重複が排除され、セットアップ中の人的エラーが削減されます。
- 座標測定の前に、必ずフルマシンのホームサイクルを実行してください。
- ワークを取り付ける前に、ワーク表面と治具ベースの両方を清掃してください。
- プロービング システムとエッジ ファインダーを定期的に校正します。
- 繰り返されるジョブには一貫した測定方法を使用します。
- トレーサビリティを維持するために、すべてのオフセット値をセットアップ シートに記録します。
- 長時間の運転中の熱歪みを避けるために、機械のスピンドルを暖めます。
- ツールのクラッシュ、メンテナンス作業、または治具の変更後に座標を再確認します。
これらの普遍的なベスト プラクティスに従うことで、安定した予測可能な加工プロセスが保証され、ダウンタイムと無駄が削減されます。
CNC 加工で問題が発生する場合、多くの場合、座標のずれが原因です。トラブルシューティングの方法は次のとおりです。
- 症状: 工具の切り込みが深すぎる
原因: Z オフセットが正しくないか、工具長補正が不足しています。
解決策: ツールセッター機能を使用してツール高さを再調整します。
- 症状: ツールパスが中心にない
原因: WCS の原点が間違っているか、クランプ圧力が不均一です。
解決策: X/Y 位置を再確認し、ワークピースがしっかりと固定されていることを確認します。
- 症状: 時間の経過とともにオフセットがドリフトする
原因: 温度変動または機械の磨耗。
解決策: 再ゼロ調整手順を実行し、マシンのウォームアップ後に再測定します。
チェックリストベースのアプローチを導入して検証を調整すると、再発する問題を大幅に減らすことができます。
CNC 加工のための作業場所の座標を見つける方法を理解することは、精密製造の基本的な要件です。エッジファインダーなどの手動ツールを使用する場合でも、高度な自動プローブシステムを使用する場合でも、すべてのセットアップはワーク座標系を正しく定義するかどうかに依存します。
適切な座標管理により、一貫した結果、セットアップ時間の短縮、工具寿命の延長が保証されます。これは、最新の CNC 加工の生産性の 3 つの重要な柱です。確かな技術知識、規律、デジタル統合を組み合わせることで、機械工は数千の部品にわたって精度を維持し、生産効率と世界市場での競争力を維持できます。
職場座標とは、CNC 機械が加工作業を開始する場所を定義する原点またはゼロ点を指します。これらは、機械テーブルまたはスピンドルに対する部品の位置を設定します。
これらの G コードは複数のワーク座標系を定義するため、オペレータは毎回機械をリセットすることなく、さまざまなワークピースや治具をセットアップできます。
3D タッチ プローブまたは統合測定システムを使用して、検出された表面データを CNC 制御に送信し、オフセットを自動的に更新できます。
作業場所の座標が正しくないと、位置ずれ、表面仕上げの低下、寸法誤差、さらには工具の衝突が発生する可能性があります。
はい。最新の CAD/CAM プラットフォームでは、WCS をデジタル的に定義できます。プログラムが後処理されると、これらの座標は G コードに含まれ、加工中の物理的な設定と照合されます。
1. https://www.haascnc.com
2. https://www.cnccookbook.com
3. https://www.autodesk.com/manufacturing
4. https://www.siemens.com/motioncontrol
5. https://www.mastercam.com
