NC加工とは：プロセス、種類、CNCとの比較

NC（数値制御）加工は、コンピュータベースのシステムが主流となる以前、自動加工の基盤でした。今日では、最新のCNCマシンがほとんどの製造現場を席巻していますが、NC加工は依然として一部の業界で重要な役割を果たしています。このガイドでは、NC加工の仕組み、用途、そしてCNC加工との比較について、徹底的に解説します。

NC加工とは？

数値制御（NC）加工は、コードを刻んだテープを用いて工作機械を誘導する加工方法です。これらのコードには、数字、文字、記号が含まれます。工作機械はテープの穴を読み取り、コードに記述された経路に沿って切削工具を動かします。工場でコンピュータが普及する以前から、技術者やオペレーターはNC加工を利用していました。

本質的に、NC 加工は、デジタル コンピュータがプロセスに統合される前の、自動化された部品生産の最も初期のバージョンでした。

NC加工の簡単な歴史

NC加工の起源は1940年代後半に遡ります。1950年代初頭には、ジョン・T・パーソンズとMITの研究によって勢いを増しました。1952年には、リチャード・ケッグがMITと共同で、最初のNC工作機械の特許を取得しました。

1950年代から1960年代初頭にかけて、NC工作機械は手作業による機械加工から飛躍的な進歩を遂げ、再現性と精度の高い生産を可能にしました。しかし、1960年代後半から1970年代にかけて、コンピュータがテープに取って代わり、CNC（コンピュータ数値制御）工作機械の開発につながりました。

NC加工プロセスのステップバイステップ

NC工作機械はコンピューターを使用しませんが、加工手順は概念的にはCNCと非常に似ています。NC加工では、プログラムされた指示が記録されたパンチテープを使用します。これらの指示は光センサーによってデコードされ、電気信号に変換されます。そして、この信号はモーターに送られ、ツールヘッドをX、Y、Z軸に沿って駆動します。

NC プロセスの流れは次のとおりです。

1. プログラムの準備: コード化された命令を使用して、パンチテープ上にプログラムを作成します。
2. プログラム入力: テープをテープリーダーに挿入します。
3. ワークのセットアップ: 原材料を機械ベッドに固定します。
4. 機械実行: システムはテープを読み取り、それに応じて材料をカットします。
5. 手動調整: 複数面の操作の場合、オペレーターは手動でパーツの位置を変更することができます。

NCマシンのコアコンポーネント

すべての NC マシンが正しく動作するには、いくつかの重要な部品が必要です。

1. コントローラー: コントローラーはコード化された命令を解釈し、モーターを駆動するための電気信号を生成します。
2. 工作機械ドリル、エンドミル、旋盤などのツールは、物理的な切断、穴あけ、成形を実行します。
3. 入力媒体: 従来のシステムではパンチ テープが使用されますが、新しい NC マシンではフロッピー ディスクまたは USB ドライブが使用できる場合があります。
4. サーボモータこれらのモーターは、コントローラーの信号を正確なツールの動きに変換します。
5. フィードバックデバイス: センサー、エンコーダー、またはリゾルバは、リアルタイムの位置データをコントローラーに中継します。
6. ワーク保持具チャック、バイス、またはクランプは、加工時の力に対してワークピースを固定します。
7. クーラント供給: 冷却システムは熱を管理し、摩擦を減らし、切りくずの排出を助けます。

NC マシンのセンサーにより精度と安全性が実現します。

• 位置センサー (エンコーダ/リゾルバ) はツールの位置に関するデータを提供します。
• 力センサー 過度の切削力を検出して工具の破損を防止します。
• 温度センサ 工具やワークピースの熱の蓄積を監視します。
• 振動センサー チャタリングや共振を識別し、システムに送り速度を遅くしたり、速度を調整したりするよう指示します。

制御戦略は主に 2 つのタイプに分けられます。

システムタイプ	説明	典型的なユースケース
オープンループ	フィードバックなし。修正なしで事前に設定された指示に従う。	シンプルな掘削、教育用セットアップ
閉ループ	センサーのフィードバックを読み取り、ツールの位置をリアルタイムで修正します	高精度航空宇宙・医療部品

一般的なNC工作機械の種類

以下は、これまでショップで使用されてきた主な NC マシンの種類の概要です。

• NCフライス盤: 角柱（ブロック）部品の自動切断。
• NC旋盤 （旋盤）：円筒形の素材を旋削し、面取りします。
• NCルーター: 木材またはプラスチックパネルにパターンを切り出します。
• NCプレスブレーキ：板金の曲げ加工、成形加工。
• NCグラインダー: 平面の表面研削およびホーニング。
• 連続パス（輪郭加工）マシン: ツールを複数の軸に沿って同時にスムーズに移動します。
• ポイントツーポイント（PTP）マシン: パスをたどらずに、ツールを特定の場所から別の場所に移動します。

NC工作機械のコストに関する考慮事項

現在では NC マシンが工場から出荷されることはほとんどありませんが、中古市場価格は次のようになります。

機械カテゴリー	典型的な中古価格帯
NCフライス加工（3軸）	$ 10,000 - $ 30,000
NC旋盤	$ 8,000 - $ 25,000
NCプレスブレーキ	$ 15,000 - $ 50,000
CNC フライス加工 (3 軸)	$ 50,000 - $ 150,000

対照的に、新しいCNC工作機械の価格は、基本モデルで約50,000万ドルから始まります。ハイエンドの500,000軸センターではXNUMX万ドルを超えることもあります。

NC加工サービスの種類

NC 加工は、基本的な切削を超えて、自動化された金属加工および検査プロセスの広範囲に及びます。

• NCフライス加工: 回転するマルチポイントカッターを使用して、プログラムされた X、Y、Z 軸に沿って材料を除去します。ハウジング、ブラケット、プレートなどの角柱状の部品の作成に最適です。
• NC旋削加工: 固定された切削工具に対してワークピースを回転させ、シャフト、ブッシング、ねじ、輪郭を形成します。1 回のセットアップで面取り、溝切り、ねじ切り操作をサポートします。
• 板金成形: NC 制御のプレス ブレーキまたはスタンピング ダイを使用して、金属板を希望の形状に曲げたり、打ち抜いたり、スタンプしたりします。筐体、パネル、ブラケットに最適です。
• NCルーティング: ルータースピンドルをガイドして、木材、プラスチック、複合材などの柔らかい材料のプロファイルを切断または彫刻します。看板、金型パターン、装飾パネルなどによく使用されます。
• 表面研削: 閉ループ制御下で研削ホイールをワークピースの表面上で移動させ、厳密な平坦性と滑らかな仕上げを実現します。多くの場合、高精度部品のフライス加工後に使用されます。
• スポット溶接: 溶接電極を配置し、溶接電流と時間を制御して、板金部品を正確なポイントで接合します。自動車や電子機器の組み立てで広く使用されています。
• 自動製図: スタイラスまたはカッターをスクリプト パスに沿って移動することで、テキスト、部品番号、または簡単な図面をコンポーネントの表面に刻印します。CAD システムが利用できないレガシー マーキングに役立ちます。

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NC加工に適した材料

NC工作機械はCNC工作機械と同等の幅広い材料を加工できます。材料の選択は、制御方法よりも切削工具によって決まります。一般的な材料には以下のようなものがあります。

• 金属: アルミニウム、スチール、真鍮、チタン。
• セラミック: アルミナ、炭化ケイ素。
• プラスチック: アクリル、デルリン、ナイロン。
• 木材: 広葉樹（オーク）、針葉樹（マツ）。
• コンポジット: カーボンファイバー、グラスファイバー。
• 泡: ウレタン、ポリスチレン。
• ラバー: ネオプレン、シリコン。

すべての材料の選択は、制御方法自体ではなく、切削工具の材質、形状、送り速度、およびスピンドル速度によって決まります。

NC加工の利点と限界

CNC 時代においても、NC は特定の状況において利点をもたらします。

• 工場では、新品の CNC センターの数分の 1 のコストで中古の NC マシンを購入できます。
• NC マシンは反復作業を自動化します。 CNCオペレーター 部品の積み下ろしのみが必要です。
• NC マシンは、フル機能の CNC センターよりも必要な床面積が少なくなることがよくあります。
• NC システムはテープの指示に正確に従うため、人的エラーが削減されます。

ショップがノースカロライナ州外に移転する理由は、主に次のようなものが挙げられます。

• アナログ信号と古いモーター システムは、最新の CNC ドライブよりも遅く動作します。
• デジタルCNCシステムは離散バイナリデータを使用します。アナログNCマシンよりも厳しい公差を実現できます。
• パンチテーププログラムの変更には時間がかかります。オペレーターは新しいテープを作成するか、手動で穴を編集する必要があります。
• NC工作機械は複数のプログラムを保存できません。一度に1つのテープだけを読み取ります。
• オペレーターは、スピンドル速度や送り速度などのパラメータをその場で変更することはできません。

NC加工に必須のツール

NC 加工のセットアップを成功させるには、さまざまなツールとデバイスが必要です。

• ツールホルダー: 切削工具をスピンドルまたはタレットに固定します。
• 切削工具高速度鋼や超硬合金などの材料を使用したドリル、エンドミル、タップ、リーマー。
• チップ管理: 破片を除去するためのコンベアまたは真空システム。
• ワーク保持具: 部品をしっかりと固定するためのバイス、クランプ、チャック。
• 計測器: 後工程検査用のノギス、マイクロメータ、高さゲージ。
• プログラミングソフトウェア: CADおよびCAMパッケージ 加工プログラムを作成およびシミュレーションします。
• クーラントの供給: 切削領域に冷却剤を塗布するためのパイプ、ポンプ、ノズル。

NC制御システム

NC 制御システムは、入力を処理して操作を調整する方法が異なります。

システムタイプ	説明	一般的な使用方法
オープンループ	フィードバックなしでコマンドを実行します。	簡単な切断と穴あけ
閉ループ	フィードバックを監視し、エラーをリアルタイムで修正します。	精密航空宇宙部品
ポイントツーポイント	操作を実行するために個別の位置に移動します。	スポット溶接と組み立て
コンタリング	連続したパスに沿って滑らかなサーフェスを生成します。	複雑なフライス加工と彫刻

NC加工におけるソフトウェア

ソフトウェアツールは、設計から完成部品への移行を簡素化します。主なソフトウェアカテゴリには以下が含まれます。

• CAD（設計）: AutoCAD、SolidWorks、CATIA。
• CAM（ツールパス）: Mastercam、Fusion 360、Siemens NX。
• Gコードジェネレーター: CAMWorks、HSMWorks。
• : Vericut、NCSimul。
• 機械制御: ファナック、シーメンス シヌメリク、ハイデンハイン。
• ツール管理: TDM システム、Zoller。
• 品質管理: PC-DMIS、CMM-Manager。
• データ収集: MTConnect、OPC UA。

NC加工の一般的な用途

世界中の産業界では、厳しい公差と複雑な形状を満たす部品の製造にNC加工が使用されています。主な分野は以下のとおりです。

• 航空宇宙産業: タービンブレード、構造ブラケット、複雑な機体部品。
• 自動車: エンジン ブロック、トランスミッション ギア、シャーシ コンポーネント。
• 医療: 外科用器具、整形外科用インプラント、歯科用固定具。
• 電子: ハウジング、ヒートシンク、コネクタ。
• 防衛: 武器部品、軍用車両部品、精密機器。
• エネルギー: ポンプのインペラ、バルブ部品、風力タービン部品。

NC加工とCNC加工

NC と CNC は機械加工を自動化するという共通の目標を持っていますが、いくつかの重要な点で異なります。

機能	NC機械加工	CNC加工
プログラミングメディア	パンチテープ、カード	デジタルファイル（メモリ内のGコード）
制御システム	固定アナログまたは初期のデジタル	高度なコンピュータベースのコントローラー
柔軟性	低 - 手動更新のみ	高 - リアルタイムのソフトウェア変更
リアルタイムのフィードバック	最小限の	広範囲にわたるセンサーと閉ループ制御
自動化レベル	中程度 - 手動設定が必要	高 - 自動工具交換と部品処理
精度と精度	良いですが、オペレーターのスキルに依存します	優れたダイナミック補正と高解像度の軸
材料範囲	金属および単純なプラスチック	金属、プラスチック、複合材料、セラミック
設定時間	長い—物理メディアの準備	ショートロードデジタルプログラム
オペレータースキル	高い機械およびプログラミングスキル	高度なデジタルおよびソフトウェアの熟練度
費用	初期コストは低いが、長期的な労働コストは高い	初期コストは高いが、運用人件費は低い
エネルギー効率	下側 - 古いモーターとドライブ	より高性能なアダプティブ制御を備えた最新のドライブ
メンテナンス	頻繁な機械点検	診断による予測メンテナンス

まとめ：

NC加工は、自動化生産への第一歩となりました。当時は、パンチテープとアナログ信号を用いて切削工具を誘導していました。今日のCNCシステムは、この考え方を基盤に、デジタルメモリとコンピュータ制御を採用しています。

最新の代替手段が登場した今でも、NC加工は基本的な反復作業において依然として価値を提供します。初期費用を抑えながら自動化を実現し、高度な制御機能を必要としないシンプルな部品製造が必要な工場では、依然として有用な選択肢となります。

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