1.曲線と表面の不均一な有理Bスプライン（NURBS）補間。このテクノロジーは、一連の短い直線を使用して曲線に合わせる代わりに、曲線に沿った補間を使用します。この技術の適用は非常に一般的になっています。金型業界で現在使用されている多くのCAMソフトウェアには、NURBS補間形式でパートプログラムを生成するオプションがあります。同時に、強力なCNCは、5軸補間機能および関連機能も提供します。これらの特性により、表面仕上げの品質が向上し、モーター操作のスムーズさが向上し、切断速度が向上し、部品処理プログラムが小さくなります。
2.より小さなコマンドユニットほとんどのCNCシステムは、1ミクロン以上のユニットでモーションおよびポジショニングコマンドをマシンスピンドルに送信します。この利点を改善するためにCPU処理能力を最大限に活用した後、一部のCNCシステムの最小命令ユニットは1ナノメートル（0.000001mm）に達することさえあります。コマンドユニットを1000分の1に減らすと、より高い加工精度が得られ、モーターがよりスムーズに動作します。モーターのスムーズな動作により、一部の工作機械はベッドの振動を増加させることなく、より高い加速度で動作することができます。
3.ベル型カーブの加減速は、Sカーブ加減速またはクリープ制御とも呼ばれます。線形加速法と比較して、この方法は機械工具により良い加速効果を得ることができます。他の加速法と比較して、直線法や指数法もあり、釣鐘型曲線法では位置決め誤差が小さくなります。
4.処理する軌道を監視する技術が広く使用されています。この技術には、ローエンド制御システムとハイエンド制御システムの動作モードを区別する多くのパフォーマンスの違いがあります。一般的に、CNCは、より良い加速/減速制御を確実にするために、処理トラックを監視することによってプログラムの前処理を実現します。さまざまなCNCのパフォーマンスに応じて、処理されるトラックを監視するために必要なプログラムブロックの数は、2から数百まで変化します。これは主にパートプログラムの最短処理時間と加速/減速時間定数に依存します。一般的に、処理要件を満たすには、処理するトラック監視プログラムブロックが少なくとも15個必要です。
5.デジタルサーボ制御デジタルサーボシステムの開発は非常に急速であるため、ほとんどの工作機械メーカーは、このシステムを工作機械のサーボ制御システムとして選択しています。このシステムを使用すると、CNCはサーボシステムをよりタイムリーに制御でき、工作機械のCNC制御がより正確になります。
デジタルサーボシステムの機能は次のとおりです。
- 1）電流ループ制御の改善と相まって、電流ループのサンプリング速度を上げ、モーターの温度上昇を抑えます。このようにして、モーターの寿命を延ばすだけでなく、ボールスクリューに伝達される熱を減らすことができ、それによってスクリューの精度が向上します。さらに、サンプリング速度を加速すると、速度ループのゲインも増加する可能性があり、これは工作機械の全体的なパフォーマンスの向上に役立ちます。
- 2）多くの新しいCNCは、高速シーケンスを使用してサーボループに接続するため、通信リンクを介して、CNCはモーターとドライブの動作に関する詳細情報を取得できます。これにより、工作機械のメンテナンス性能を向上させることができます。
- 3）連続位置フィードバックにより、高速送りでの高精度加工が可能です。 CNC計算の高速化により、位置フィードバックの速度がボトルネックになり、工作機械の動作速度が制限されます。従来のフィードバック方式では、CNCや電子機器の外部エンコーダーのサンプリング速度が変化するため、信号の種類によってフィードバック速度が制限されていました。シリアルフィードバックを使用すると、この問題は十分に解決されます。工作機械が高速で動作していても、正確なフィードバック精度を実現できます。
6.リニアモーター近年、リニアモーターの性能と人気が大幅に向上し、多くのマシニングセンターで採用されています。これまでに、Fanucは少なくとも1,000個のリニアモーターを設置しています。 GE Fanucのいくつかの高度な技術により、工作機械のリニアモーターの最大出力力は15,500N、最大加速度は30gになります。他の高度な技術の適用により、工作機械のサイズ、重量、および冷却効率が低下しました。これらすべての技術的進歩により、線形モーターは回転モーターと比較してより強力な利点があります：より高い加速/減速率;より正確な位置決め制御、より高い剛性;より高い信頼性;内部動的制御移動します。 > CNCコントローラーの機能
マルチ座標、マルチシステム制御
たとえば、FANUCの最新のハイエンドコントローラー11S30i —MODEL Aシステムでは、制御システムの最大数は10システム（チャネル）、軸の最大数とスピンドル構成の最大数は40軸で、そのうち32がフィード軸、スピンドルが8軸です。同時に制御軸の数は24軸/システムです。最大PMCシステムは3システムです。 I / Oポイントの最大数は4096ポイント/ 4096ポイントで、PMCの基本コマンド速度は25nsです。最大先読みブロック：1000ブロック。これは現在、世界で最も設備の整ったCNCシステムです。多軸および多システム構成のため、大規模な自動機械工具、複合機械工具、およびマルチヘッド機械工具のニーズに特に適しています。
高精度、高速加工機能
これはCNCシステムの最も重要な機能です。この機能のおかげで、製造技術（MT）は大幅に進歩しました。 CNCマシンツールはコンピューター制御を採用しているため、加工部品の精度と再現性が高くなります。しかし、特定の機能を得るためには、コントローラーへの信号入力は一連の処理を経る必要があり、必然的に歪みと遅延が必要になります。したがって、高速加工では、高い加工精度を維持するために、歪みや遅延を低減するための一定の対策を講じる必要があります。高精度、高速処理、機械的な設計と製造に加えて、目標を確実に達成できるようにするために、CNCシステムの要件は主に高速処理速度と高い制御精度です。フィードフォワード制御は、サーボラグに起因する誤差を補正し、加工精度を向上させるために使用されます。送り速度を適切に制御し、適切な加減速曲線を採用することで、加減速の遅れによる誤差を減らすことができます。 「フォーサイト」制御は、プログラム実行前にモーションデータの計算、処理、マルチセグメントバッファリングを実行し、ツールを高速で移動するように制御し、誤差が小さい。工作機械のスムーズな走行を高精度に輪郭制御するために、コマンドフォームのリアルタイム認識を採用し、速度、加速、ジャークを最適に制御し、常に最良の状態を保ちます。外乱を防ぐために、機械的共振を排除し、サーボシステムの位置ゲインを改善するためにデジタルフィルター技術が開発されました。高精度のフィードとスピンドルサーボシステムは、高速、高精度、高効率のために非常に重要です。現在、主に以下の点で性能が向上しています。モーター、ドライバー、コントロールユニットのサイズを縮小し、エンコーダーの解像度を向上させます。直線移動軸をリニアサーボモーターで駆動できます。機械式トランスミッションチェーンを縮小し、剛性を向上させ、精度を向上させます。スピンドルモーターが同期モーターを採用している場合、ギアマシンツールのシステムに非常に適しています。ギアマシンツールは、非常に低いスピンドル速度を必要とする場合がありますが、精度は非常に高くなります。たとえば、FANUCサーボモーターは小型設計で高ゲイン制御を採用しています。サーボモーターは、1.6xlo ‘パルス/回転の分解能を持つエンコーダーを備えたコギングのないモーターです。サーボ制御は、電流検出精度の高いACデジタルサーボ制御を採用し、対応するハードウェアを使用して、いわゆる「ナノ制御」を実現します。つまり、システム検出分解能が1mの場合、補間分解能は1nmに達します。 CNCの計算誤差を最小限に抑え、内部計算ごとにナノメートル以下の単位を使用することで、処理品質が大幅に向上します。リニアモーターの制御は、ダイレクトドライブ機構による多点共振を回避するようにデジタルフィルターを設計し、これらの機能を組み合わせることで、指示通りに工作機械の動きを正確に行うことができます。自由形状の金型の場合、プログラムセグメント間に縞模様が発生します。この問題を解決するために、FANUCは、CNCコマンドの許容誤差を丸め、元の曲線を「ナノ」単位で評価する「ナノスムージング」機能を開発しました。 NURBS補間を実行します。これらの特性は、機械工具の「高速かつ高精度」および「低速かつ高精度」の要件を満たしています。
3.シャフト加工と複雑な加工機能
5軸加工が合理的であるため、3次元表面加工に比べて切削工具の幾何学的形状を最大限に生かし、複雑な形状の高速・高精度加工の効率と仕上がりを向上させることができます。したがって、それはますます広く使用されています。 5軸機械の構成には、主に工具回転モード、テーブル回転モード、およびこれら2つのモードの組み合わせが含まれます。したがって、5軸加工機能は、さまざまな構成の要件を満たすことができなければなりません。 5軸加工の特性に応じて、TCP（工具中心制御）、工具半径補正などの機能が、機械構成の異なる5軸加工機に適用されます。
4、CNCリセット機能
生産性向上のため、CNC複合加工機の開発・製造がCNC工作機の開発動向となっています。複合加工機ツールとは、旋削、フライス加工、機械工具でのハンマー加工など、同じ機械での複数の工程の加工を指します。たとえば、円筒面で円筒体を旋削する必要があります。ハンマーL、円筒面に溝を削る必要もあり、これらの処理は同じCNC工作機械で完了する必要があります。これにより、生産性が大幅に向上します。したがって、CNC複合機ツールの場合、Baixianは、複合処理機能を実行するために使用できる制御システムを追加する必要があります。たとえば、フライス盤は、スパイラルコーンライン機能、スパイラルライン機能、3Dアーク機能、ツール中心点制御などを追加する必要があります。さらに、ツール補正機能には、旋削機能とフライス加工機能の両方が必要です。さらに、この工作機械はしばしば高速機械加工を必要とします。 PCまたはCNCシステム自体を介して複数のマシンツールを一元的に監視および管理するには、システムがネットワークを介して通信する必要があります。プログラムを転送し、処理ステータスを監視するため。さらに、ネットワーク機能は、メンテナンスデータの送信、システムのリモート制御、操作、診断、CAD / CAMデータの送信も可能です。 CNCはオンサイト通信ネットワーク機能を備えており、CNCとサーボデバイス、CNCとI / O制御の間で制御、監視、診断データを転送できます。現在、イーサネットとフィールドバスが主に使用されています。技術の発展に伴い、応用無線技術も登場しています。ワイヤレステクノロジーにより、ほぼどこにでも情報を届けることができます。
6.高い信頼性と安全機能
CNCシステムとCNCマシンツールは1階のワークショップで連携し、温度、湿度、振動、オイルミスト、ほこり、連続運転などの過酷な環境にさらされるため、信頼性の設計を除いて、信頼性の要件は特に高くなります。最新のCNCシステムの信頼性は、製造工程などの対策に加えて、主に次の対策を採用しています。①光ファイバを使用してケーブル接続を削減する。たとえば、FANUCのCNCシステムは、CNCとサーボアンプを光ファイバで接続し、CNCから複数に連続高速で接続します。サーボアンプは大量のデータを送信します。 ②エラー修正コード（ECC：EnorCorrecting CODe）を使用してデータを送信します。ソフトウェアは大量のデータを高速で処理するため、マイクロプロセッサ、メモリ、LSIの処理速度も大幅に向上させる必要があります。 CNCプリントボードに搭載されたこれらの高速電子部品は、高速の読み取り、書き込み、データ転送を行うため、ICが駆動する信号波形が遅れます。このような状況で、アナログ回路処理方式を使用しないと、デジタル信号を正しく送信できません。また、最新の電子部品に低電圧を供給すると、耐ノイズ性の低い回路の動作範囲が狭くなります。このため、CNC回路は、より高度なエラー修正コードを採用してデータを転送します。 ECCは、主要な高信頼性テクノロジーです。ECCをデータに追加してさまざまなタイプのデータを送信することにより、システムの信頼性が向上します。 ②デュアルチェックセーフティ（デュアルチェックSaシリンダーy）対策を採用。 「二重検査の安全性」は、ヨーロッパの安全基準（EN954-1）と一致しています。その原理は、CNCに複数のプロセッサを組み込んで、サーボモーターとスピンドルモーターおよび安全関連のI / 0信号を冗長的に監視し、緊急停止および関連するI / 0回路を使用して、システムを安全に実行および停止することです。 > CNCコントローラーのオープン
NCマシンツールの登場後、メーカーはNCシステムのブラックボックスを開いて、マシンツールの設計者とオペレーターの頭脳を部分的または完全に置き換え、ある程度のインテリジェンスを持ち、特別な処理技術、管理経験、および操作スキルを考慮に入れることができることを望んでいます。 NCシステムに入るだけでなく、グラフィカルな相互作用や診断などの機能があることを期待します。これには、使いやすいマンマシンインターフェイスとユーザー向けの開発プラットフォームを備えた商用CNCシステムが必要です。工作機械メーカーとエンドユーザーが自由にアイデアを実行できるように、NCコントローラーは透過的である必要があります。そのため、オープン構造のCNCシステムが製造されました。
IEEEの「オープンシステム技術委員会」は、「オープン構造」を次のように定義しています。「オープンシステムによって実行されるアプリケーションは、複数のメーカーの異なるプラットフォームで実行でき、他のシステムのアプリケーションと相互運用でき、ユーザーとの相互作用とコラボレーションを示すことができます。 （1EEElo03。0）。「以下のパフォーマンス指標を使用して、コントローラーの開放性を評価することもできます。たとえば、アプリケーションモジュールはAMです。①携帯性：アプリケーションモジュール（AM）の機能を維持したまま、変更することなくさまざまなプラットフォームに適用できます。 ②スケーラビリティ：異なるAMを1つのプラットフォームで競合することなく実行できます。 ③相互運用性：AMが連携することで、AM同士が連携し、定義通りにデータ交換が可能になります。 ④スケーラビリティ：ユーザーのニーズに応じて、AMの機能、パフォーマンス、ハードウェアのスケールをスケーリングできます。
オープンストラクチャーコントローラー（oAC）により、コントローラーベンダー、工作機械メーカー、およびエンドユーザーは、柔軟で機敏な生産からより大きなメリットを得ることができます。その主な目標は、標準化された環境でオープンインターフェイスを使用して、操作を容易にし、コストを削減し、柔軟性を高めることです。このようなシステム機能は広く受け入れられています。ソフトウェアは再利用でき、ユーザーは特定の構成に従ってコントローラーを設計できます。
制御システムのオープンアーキテクチャは、リアルタイムと信頼性に対する厳しい要件を考慮しているため、非常に複雑なシステムです。その特徴はPCに基づいており、相互接続の主要な構造はシステムコンポーネントとインターフェイスであり、システムコンポーネントはソフトウェアモジュールとハードウェアモジュールで構成されています。オープンシステムでは、さまざまなコンポーネントとインターフェイスによって、製造プロセスのインテリジェンスを向上させるという利点も得られます。制御が複雑なため、これらのシステムのハードウェアとソフトウェアは基本的なツールです。制御されるインターフェースは、内部インターフェースと外部インターフェースの2つのグループに分けることができます。 ①外部インターフェース：これらのインターフェースは、システムと監視ユニット、サブユニット、およびユーザーを接続します。それらはプログラミングインターフェースと通信インターフェースに分けることができます。 NCおよびPI’Cプログラミングインターフェイスは、RS-274、DIN66025、またはIEC61131-3などの国内または国際標準を採用しています。通信インターフェースも規格の影響を強く受けます。ドライブとI / O間のインターフェイスとして、SERCOS、P凹型リブUS、デバイスネットなどのフィールドバスシステムが使用されます。 I、AN（ローカルエリアネットワーク）ネットワークは主に、監視システムに接続するためのイーサネットとTCP / IPのインターフェイスに基づいています。 ②内部インターフェース：制御システムのコアを形成するためのコンポーネント間の相互作用およびデータ交換に使用されます。この点で、重要な機能はリアルタイムの代理店をサポートすることです。再構成可能で適応性のある制御を得るために、制御システムの内部構造はプラットフォームの概念に基づいています。専用ハードウェアの詳細はソフトウェアコンポーネントではわからないため、主な目標は、ソフトウェアコンポーネント間の定義可能で柔軟な通信方法を確立することです。アプリケーションプログラミングインターフェイス（APl）は、これらのニーズを保証します。制御システムのすべての機能はいくつかのパッケージに分割されており、モジュラーソフトウェアコンポーネントは定義されたAPIを介して相互に作用します。
1999年のAmericanRobotics Industry Forumの資料によると、その年の米国でのロボットの総設置システムは、ロボット自体の価値の3〜5倍でした。つまり、ロボットの市場が100億米ドルである場合、付加価値が20〜40億米ドル増加することに相当します。その25％はソフトウェア統合に起因すると考えられています。標準化された開発とアプリケーションを通じて、オープンアーキテクチャコントローラーを使用すると50％削減され、オープンコントローラーを使用した後の年間潜在価値は次のようになります。 2億5000万から5億米ドルを節約します。
現在、オープンCNCシステム構造には主に3つの形態があります。①PCベースのCNCシステムは、PCをプラットフォームとして使用してCNCシステムのさまざまな機能を開発し、サーボカードを介してデータを送信し、座標軸モーターの動きを制御します。このタイプのシステムはソフトNCと呼ばれることもあり、このようなシステムはすべての方向に簡単に開くことができます。 ②PC埋め込み：このシステムの基本構造は、CNC 10 PCマザーボード、つまり従来のPCマシンにCNCボードを挿入することです。CNCは主に座標軸の動きに基づいてリアルタイム制御を実行するか、CNCは数値制御機能として実行します。 PCボードは、ユーザーのマンマシンインターフェイスプラットフォームとして機能します。 ③PC10CNC：現在、NCシステムの主流メーカーは、NCシステムの最も重要な性能は信頼性であり、PCのようなクラッシュは許されないと考えています。しかし、システム機能の最初の追求は、依然として高精度で高速な処理です。さらに、これらのメーカーは長い間多数のNCシステムを製造してきました。アーキテクチャの変更は、元のシステムの保守サービスと信頼性に悪影響を及ぼします。そのため、オープン構造を主力製品とはみなさず、オリジナル構造のNCシステムを大量生産しています。開放性を高めるために、主流のNCシステムメーカーは、元のシステムの基本構造を変更しないことに基づいてPCボードを追加し、ユーザーがPCとCNCを接続できるようにするキーボードを提供することがよくあります。これにより、より一般的なマンマシンインターフェイスの機能が大幅に向上します。 FANUCの150i / 160i / 180i / 210jシステムなど。一部のメーカーは、このデバイスをフュージョンシステムと呼んでいます。その信頼性とオープンインターフェースのために、それは工作機械メーカーの間でますます人気があります。
