CNCマシンに産業用チラーが必要な理由

CNCマシンとは何ですか？

CNC（Computer Numerical Control）とは、工作機械をコンピュータで制御する自動金属加工装置のことです。工作機械の移動経路、速度、送り速度、加工順序などをプログラミング言語によって制御し、金属、プラスチック、木材などの素材に対して精密な切断、穴あけ、彫刻などの加工を行うことができます。CNC工作機械は加工誤差をミクロン単位で制御することができ、複雑な構造の様々な高精度部品を加工することができます。プログラム設定後は、オペレーターの習熟度に関係なく24時間自動運転が可能で、製品ロットの一貫性を確保できます。

なぜCNCマシンはオーバーヒートするのですか？

CNC
マシニングは、運転中に急激な熱の蓄積を引き起こします。主な理由は以下の通りです：

スピンドルの回転

CNCマシンの主軸は、工具を回転させる中核部品です。金属を加工する場合、通常1分間に数千～数万回転します。スピンドルの内部にはベアリングがあり、ベアリングが高速回転すると、ベアリングとハウジングの間に摩擦と熱が発生します。スピンドルの温度が上昇すると膨張し、加工精度に影響します。ほとんどの生産工場では、熱膨張を抑えるためにスピンドルを冷却するスピンドルオイルクーラーを使用しています。

摩擦熱の発生

CNCマシニングセンタは、切削によって材料を加工するため、工具と材料の摩擦によって熱が発生します。この両者の摩擦熱が主な熱源となる。特にステンレス鋼やチタン合金などの硬い金属を加工する場合、工具と材料との摩擦が激しくなります。工具の先端と材料のある一点に摩擦が集中すると、局所的な温度は数百度から数千度に達することもあります。その熱は、接触点から工具の柄、スピンドル、ワークピースの他の部分に素早く伝わります。

モーターとドライバーの加熱

CNCフライス工具は、X、Y、Zの各軸の動きを制御するために複数のサーボモーターに依存しています。モーターが動作しているとき、電気エネルギーを消費し、エネルギーの一部は熱エネルギーに変換されます。熱変換は、頻繁に始動・停止を繰り返す場合や、高速回転している場合に顕著になります。モータドライバも発熱し、長時間運転すると温度が60℃以上になることもあります。

油圧システムの加熱

大型の
CNC工作機械や自動工具交換システムを備えたマシニングセンタの中には、ツールマガジン、工具交換、クランプ、ツールリリースなどの機能を制御するために油圧システムを使用しているものがあります。作動油はポンプで圧縮された後、急速に加熱されます。アクチュエータ、バルブ、シリンダなどの油圧部品は、高温のために摩耗、漏れ、詰まりを起こしやすい。油圧システムに専用のオイルクーラーを装備すれば、油温を適切な範囲に保つことができます。

CNCチラーは生産にどのように役立ちますか？

加工精度の向上

CNCスピンドルは高速回転中に発熱します。不安定な温度は主軸の体積変化を繰り返し、加工寸法に誤差を生じさせます。切削中に工具の放熱が間に合わないと、不動態化や焼き付きを促進し、製品表面の加工品質に影響を与えます。材料によっては温度変化に敏感で、切削加工中に熱が蓄積して熱変形を起こし、最終製品の精度が低下するものもある。チラーは、スピンドル、工具、モーターに定温冷却を提供し、加工精度を向上させることができます。

生産効率の向上

CNCシステムには、高温時に強制的にシャットダウンする安全保護装置が内蔵されています。システム内の温度が上昇した後、システムは自動的に熱を下げるために速度を落とします。機械が自然に冷えるのを待つため、手動でシャットダウンを行う作業場もありまする。いずれの場合も、生産時間が無駄になる。チラーは
7×24時間の連続冷却を実現し、生産ラインを長時間安定稼働させ、生産効率を向上させます。

耐用年数の延長

高温になると潤滑油が薄くなったり、炭化したりして、スピンドルベアリングの空回りやジャムの原因になります。また、絶縁体の老化を早め、サーボモータの故障や損傷につながることもあります。さらに、作動油の温度上昇はオイルシールの老化を引き起こし、機械の安定稼動に影響を与えます。インバーター、
PLC、回路基板などの電子部品は、高温になると制御不能やエラー、焼損を起こしやすい。チラーは、これらの部品から発生する熱を時間内に奪い、部品の老化を遅らせ、機器のメンテナンスコストを削減することができます。

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