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CNCの基本
RhinoデータをCNC制御の機械加工または切断タイプの操作に正常に使用するために必要な問題をよりよく理解するには、CNCプロセスとその動作を理解する必要があります。うまくいけば、この小さな入門書が役立つでしょう。
まず、いくつかの定義
CNC –コンピューター数値制御–デジタル化されたデータを取得し、コンピューターとCAMプログラムを使用して、機械の動きを制御、自動化、および監視します。機械は、フライス盤、旋盤、ルーター、溶接機、グラインダー、レーザーまたはウォータージェットカッター、板金スタンピングマシン、ロボット、または他の多くのタイプのマシンにすることができます。大規模な産業用機械の場合、コンピューターは通常、オンボードの専用コントローラーです。しかし、より愛好家のタイプのマシンの場合、またはいくつかの改造を加えた場合、コンピューターは外部PCにすることができます。 CNCコントローラーは、一連のモーターおよびドライブコンポーネントと連携して、機械の軸を移動および制御し、プログラムされた動作を実行します。産業用機械には通常、カッターの速度と位置を常に監視および調整する高度なフィードバックシステムがあります。
デスクトップCNC–多くの小さなモデルメーカー-愛好家スタイルのデスクトップCNCマシンがあります。一般に、これらは工業用のものよりも軽量で、剛性が低く、精度が低く、低速で、安価ですが、プラスチック、フォーム、ワックスなどの柔らかい材料からオブジェクトを機械加工する場合に適しています。一部のデスクトップマシンは、プリンタのように動作する場合があります。他には、独自のクローズドコマンドシステムと、おそらく専用のCAMソフトウェアさえあります。標準のGコードを入力として受け入れるものもあります。一部の産業標準デスクトップマシンには、正確な小さな作業を行うための専用コントローラーがあります。
CAM –コンピューター支援機械加工または製造– 3Dコンピューターモデル（CAD）データに基づいて、CNC制御マシンを実行するためのツールパスとNCコードを作成するためのさまざまなソフトウェアパッケージの使用を指します。 2つを一緒に使用する場合、これは一般にCAD / CAMと呼ばれます。
注：CAMは実際にはCNCマシンを実行しませんが、それに従うためのコードを作成するだけです。また、CADモデルをインポートして、正しいNCコードを吐き出す自動操作でもありません。 3DモデリングのようなCAMプログラミングには、プログラムの実行、機械加工戦略の開発、および最良の結果を得るために各状況で使用するツールと操作の知識と経験が必要です。経験の浅いユーザーがそれほど困難なく始めることができる簡単なプログラムがありますが、より洗練されたモデルは熟練するために時間とお金の投資を必要とします。
NCコード–CNCマシンが理解して実行できる特別な比較的単純なコンピューター言語。これらの言語は元々、CAMプログラムを使用せずにマシンのキーボードで直接パーツをプログラムするために開発されました。それらは、何が実行するように動くかを1つずつ機械に伝え、スピンドルや送り速度、クーラントなどの他の機械機能を制御します。最も一般的な言語は、GコードまたはISOコードです。これは、70年代の初期のCNCマシン用に開発された単純な英数字プログラミング言語です。
ポストプロセッサ– Gコードは標準と見なされていますが、各メーカーは補助機能などの特定の部分を変更できるため、あるマシン用に作成されたGコードが別のマシンでは機能しない場合があります。ハイデンハインやマザックなど、独自のプログラミング言語を開発している多くの機械メーカーもあります。そのため、CAMソフトウェアの内部で計算されたパスをCNCマシンが理解できる特定のNCコードに変換するために、ポストプロセッサと呼ばれるブリッジソフトウェアピースソフトウェアがあります。ポストプロセッサは、正しく設定されると、選択したマシンに適切なコードを出力するため、少なくとも理論的には、どのCAMシステムでも任意のマシンのコードを出力できます。ポストプロセッサーは、CAMシステムで無料であるか、追加費用がかかる場合があります。
これは、デジタルモデルをCNCフライス盤に取り込むために必要な手順の概要です。
CNC制御機械、一般
CNCマシンには複数の移動軸があり、これらの移動は線形または回転のいずれかです。多くのマシンには両方のタイプがあります。レーザーやウォータージェットなどのカットアウトマシンには、通常、XとYの2つの直線軸しかありません。フライス盤には通常、少なくとも3つのX、Y、Zがあり、さらに多くの回転軸を持つことができます。 5軸フライス盤は、3つの直線軸と2つの回転軸を備えたもので、カッターを180度の半球全体で動作させることができます。 5軸レーザーも存在します。ロボットアームには5つ以上の軸がある場合があります。
CNC制御機械のいくつかの制限
年齢と洗練度に応じて、CNCマシンは制御システムと駆動システムの機能に制限される可能性があります。ほとんどのCNCコントローラーは、直線の動きと円弧のみを理解します。多くのマシンでは、円弧は主要なXYZ平面にも制限されています。回転軸の動きは、距離ではなく角度だけで、直線運動のように考えることができます。主軸に対してある角度の円弧運動または直線運動を作成するには、2つ以上の軸が一緒に補間（正確に同期して移動）する必要があります。直線軸と回転軸も同時に補間できます。 5軸マシンの場合、5つすべてを完全に同期させる必要があります。簡単な作業ではありません。
マシンコントローラが受信データを受信して処理し、ドライブシステムにコマンドを送信し、マシンの速度と位置を監視できる速度は重要です。古いコンピューターは、新しいコンピューターよりも要求の厳しいタスクでうまく機能せず、遅くなるのと同じように、古くて安価なマシンは明らかにこの点で能力が低くなります。
最初に3Dデータとスプラインデータを解釈します
典型的な問題は、パーツを実行するマシンがデータをスムーズかつ効率的に処理できるように、ファイルをセットアップしてCAMプログラミングを行う方法です。ほとんどのCNCコントロールは円弧と線しか理解しないため、これらのエンティティで記述できないフォームは、使用可能なものに変換する必要があります。変換が必要な一般的なものは、スプライン、つまり円弧や線ではない一般的なNURBS曲線、および3Dサーフェスです。一部のデスクトップマシンシステムも円弧を理解できないため、すべてをポリラインに変換する必要があります。
スプラインは、一連の線分、一連の接線円弧、または両方の組み合わせに分割できます。最初のオプションは、スプラインの一連のコードとして想像できます。両端のスプラインに触れ、中央に一定の偏差があります。もう1つの方法は、スプラインをポリラインに変換することです。使用するセグメントが少ないほど、近似は粗くなり、結果のファセットが大きくなります。細かくすると、近似の滑らかさが増しますが、セグメントの数も劇的に増えます。一連の円弧が、より少ない、より長いピースで許容範囲内でスプラインを近似できる可能性があることを想像できます。これが、特に古いマシンで作業している場合に、単純なポリライン変換よりもアーク変換を好む主な理由です。新しいものでは、問題は少なくなります。
同じ種類のスプライン近似としてサーフェスを想像してください。その間にスペースを入れて、横方向に何度も乗算します（通常はステップオーバーと呼ばれます）。一般に、サーフェスはすべての線分を使用して作成されますが、円弧または線と円弧の組み合わせも使用できる場合があります。
セグメントのサイズと数は、必要な精度と選択した方法によって決まり、実行に直接影響します。短いセグメントが多すぎると一部の古いマシンが詰まり、少なすぎるとファセットパーツが作成されます。 CAMシステムは通常、この近似が行われる場所です。ユーザーが何を必要とし、機械が何を処理できるかを知っている熟練したオペレーターであれば、通常は問題ありません。ただし、一部のCAMシステムはスプラインまたは特定のタイプのサーフェスを処理しない場合があるため、CAMに入る前に、まずCADソフトウェア（Rhino）でエンティティを変換する必要がある場合があります。 CADからCAMへの変換プロセス（IGES、DXFなどの中立形式を介して）も、プログラムのインポート/エクスポート機能の品質によっては、問題を引き起こす場合があります。
CNC手順の説明に使用される一般的な規則
プロジェクトは次のようになります。
すべての切断が同じ平面で行われる場合は2軸。この場合、カッターにはZ（垂直）平面での移動機能がありません。一般に、X軸とY軸は同時に補間して、角度の付いた線と円弧を作成できます。
2.5軸すべての切断が主平面に平行な平面で完全に行われるが、必ずしも同じ高さまたは深さで行われるとは限らない場合。この場合、カッターはZ（垂直）平面内を移動してレベルを変更できますが、X、Yの移動と同時に移動することはできません。例外は、カッターがらせん状に補間できることです。
