Near-Net-Shape Turning Leads the Way to Simple Automation

ニアネットシェイプ（NNS）ターニングは、20年の間に製造業の主流になりつつあるトレンドです。このアイデアは、現在製造業のほぼすべての人に理解されています。根本的に、NNS旋削とは、最終寸法に近い成形または鋳造された部品を旋削することを意味します。この方法の意味は、機械、ツール、プロセスに新しい開発やアイデアが組み込まれるにつれて明らかになり続けます。

ほとんどのNNS旋削は、部品のごくわずかなフィーチャーの機械加工を伴います。多くの場合、1つまたは2つ、まれに3つを超えます。 NNSの旋削は、一般的な部品が薄い断面であることが多いか、固定または測定データなしで鋳造または成形されているため、チャックが困難になることがよくあります。典型的なNNS旋削加工は最終仕上げ加工であるため、通常、高精度の旋削、ボーリング、またはフェーシングのカテゴリに分類されることを付け加えることができます。

ただし、NNSターニングの最も重要な意味は、自動化のトレンドに影響を与えた方法です。チップ製造時間が総サイクル時間のごく一部になると、作業処理と工具交換が効率向上の主要な障害として浮上します。 NNSターニングは、最も単純な作業処理とツール変更に非常にうまく対応するように進化し、NNSターニング自体をいくらか超えて拡大し、製造効率と全体的な費用対効果にどれほどの複雑さが良いかという従来の知識に挑戦しています。

部品の出し入れが速い

「私たちの仕事は、可能な限り迅速に、そして可能な限り一貫して機械に部品を出し入れすることです」と、Bearing Technologies、Inc.、Div。の運用マネージャーであるDanKruseは述べています。 MB Mfg。（ミシガン州ベントンハーバー）の彼は、4118鋼管の長さにカットされたセクションから機械加工された、彼の会社が製造するベアリングのレースについて言及しています。仕事はほんのわずかに近いネット形状の操作ですが（切削工具の最大3回のパスで最大0.080インチのストックが除去されるため）、NNS旋削が促進した自動化技術と全体的なプロセスアプローチを採用しています。

Bearing Technologiesは、リニアガントリータイプの移送システムによってセルにリンクされた2台の4軸ギャングツールマシンを使用しています。このセルの機械は、NNS旋削が生産旋盤の設計に与えた影響を反映しています。小さく、緊密に結合され、2つのクロススライドマウント（「ギャング」）ツーリングブロックのそれぞれに1つまたは2つのツールしか収容できない、これらのWasino SS-8マシンは、わずか数回の機械加工が必要な小さな部品の旋削に重点を置いています。機能。

インデックスを作成するタレットがないため、工具交換は迅速です。同様に、切削時間は4軸2工具同時切削で最小限に抑えられます。しかし、部品の30〜40秒の短いサイクル時間の15％だけが、作業の処理に関係しています。最先端の技術が許す限り、荷積みと荷降ろしの時間は短縮されています。

Bearing Technologiesは、迅速で簡単なロードとアンロードの極端な例を使用しています。重力供給シュートシステムは、1つの直線と1つのハンドリングモーションで部品を供給します。リング状またはディスク状の部品にのみ適していますが、NNSの作業処理で提示された目標を達成します。シュートシステムは、機械的な動きをできるだけ少なくし、実用的な最短経路で負荷をかけます。

同社は以前、より従来型のローダーを備えた2軸旋盤で仕事をしていました。切削時間は、新しい4軸マシンよりも25％長くなりました。しかし、最大の違いは作業処理にあります。総サイクルタイムは、重力式ローダーに切り替える前に約3倍長くなりました。

グラインダーのような公差

多くのNNSアプリケーションは、機械の精度を極限まで高め、多くの場合、研削作業に取って代わり、すべての旋削を1つのステップで実行するか、部品の両端を旋削するセルを1回通過します。ハードターニングアプリケーションは、多くの場合、このカテゴリに分類されます。粉末冶金（PM）歯車、ブッシング、およびその他の小さな部品の場合、ハードターニングは研削の深刻な競争相手になっています。このクラスの作業は、NNS旋削のサブカテゴリと考えることができ、作業処理の効率と精度に同じ要求があります。

また、機械の剛性と工具工学にも重点を置いています。セラミックは軽負荷のハードターニングアプリケーションで使用されますが、ハードターニングを生産の主流にしたのは多結晶立方晶窒化ホウ素（PCBN）ツールの導入でした。これらのツールは、エッジの準備に細心の注意を払っている限り、長期間使用でき、優れた摩耗の一貫性を生み出します。

ハードまたはソフトの精密NNS旋削は、通常、追加のアプリケーション開発が必要です。工具のセットアップと工具の材料は、柔らかい部品だけでなく、長いランが高精度と細かい表面仕上げの要件と組み合わされる硬い部品にとっても重要です。そして、そのような部品の多くは、特別な固定またはチャッキングの要求を示します。

芝生設備用の小さなピストンの機械加工は、NNSターニングの特別な特性の良い例です。容易にアクセスできるデータムがなく、薄いセクションに精密にダイキャストされるため、これらの部品は正確にチャックすることが難しく、変形しやすい傾向があります。それでも、ピストンスカートを±5000万分の1インチ（0.000050）に回すことができます。

軽量は小型ピストンの重要な目的であり、精密ダイカストの自然な用途です。しかし、鋳造プロセスでは、部品の内側をチャックする機能はありません。それらは完全な外径に沿って機械加工する必要があり、スピンドル軸方向の唯一の基準はピストンドームまたはクラウンの内側です。

したがって、旋削はダブルエンド加工作業であり、クラウンエンドの仕上げ加工された外径は、同心性を失うことなくスカートで継続する必要があります。薄くて変形しやすいスカートの壁は、この作業をより困難にします。

答えは、大量生産のための、繊細で精密なエアチャッキングとインプレースターンドジョー（硬いジョー）の組み合わせです。最大ライン圧力60〜70 psiで動作するエアチャックを使用すると、このような薄いセクションのNNSチャッキングの問題の多くが解決されます。それらは、おそらく30 psiから最大70までの広範囲の空気圧にわたって正確にチャックする傾向があります。滑らかなジョーでも、アルミニウムピストンのように回転力が低い場合は、パーツを適切にグリップします。

それでも、単に正確にチャックするだけでなく、薄片部品の精度を維持することの方が重要です。ピストンはその薄い部分のために別の潜在的な問題を提示します。同じマシンセル内の調整されたマシニングセンターでリーミングするリストピンボアは、薄壁のボスに配置されています。これらは最初の回転ステップで急速に加熱され、次に冷却されると閉じて、ピストンの外径が0.00015〜0.00020インチ膨張および収縮します。一部のNNSアプリケーションでは、このような熱歪みに対処するのは非常に困難です。

NNS部品の柔軟性と熱感度は、より優れたチャッキングソリューションの開発を推進し続けています。機械の所定の位置にチャックジョーを仕上げることが標準的な方法になっています。また、使用中に受ける可能性のある屈曲を補正するために、これらのジョーをテーパーボアすることも一般的です。硬化した顎の根元を、端よりも0.0005インチから0.001インチ大きい直径に機械加工することをお勧めします。

軽い圧力を使用する場合は、接触面積が最大になるようにジョーを設計する必要があります。それでも、切削抵抗が顎の把持力を超え、部品が滑る可能性があります。通常の四角い先の尖ったセレーションは、この点ではあまり役に立ちませんが、アプリケーションごとにカスタム加工された鋭い鋸歯状の顎で良好な成功が報告されています。これらを作成する最も実用的な方法は、ボルトオンインサートとして、スピンドル軸に沿って回転させて鋸歯状にし、単一の円筒形の部品として、次に鋸で切断して個々のジョーのインサートを分離することです。

セレーションは実際にパーツに細かいマークを付けるため、すべてのチャッキングの問題を解決できるわけではありません。しかし、彼らはいくつかの非常に難しいものを解決しました。あるアプリケーションでは、ダイカスト、390グレードのアルミニウムブッシングを回転させ、滑らかなジョーでチャッキングすると、滑りを防ぐために必要なジョーの圧力と外側の一貫性のないパーティングラインが主な原因で、真円度が0.0001〜0.0003インチ変化しました。ダイカストの直径。鋸歯状のあごを使用すると、圧力を上げても、真円度を1インチの3000万から5000万分の1（0.000030から0.000050）以内に改善できます。

硬化した部品は、チャッキングがさらに困難になります。切削抵抗がやや高いため、滑りが問題になります。そして、これらの部品の多く、特に歯車は、単純な幾何学的な表面にチャックすることはできません。

ギアのピッチラインをチャックすることは理論的に理想的です。なぜなら、それが機械加工されている位置決めボアまたはブッシングである場合（通常はそうです）、完成したギアをそのピッチライン上で動かして静かでスムーズな操作を行うためです。かさ歯車、または平歯車でも、ピッチラインは明らかなチャック面ではありません。実際、あなたはそれを見ることさえできません。これは、歯車の歯のどこかにある理論上の円です。

ピッチラインチャッキングフィクスチャを使用することで、この問題のヘッドスクラッチャーを解決しました。これらは、チャックに取り付けられ、ワークピースと噛み合う、硬化されたEDMの「ギア」面であり、パーツがピッチラインと同心円状に動くことを保証します。ワークがフィクスチャに接触すると、2つの歯車の形状は、干渉が最も少ない円上で自然にかみ合います。これは、幸いなことに、ピッチラインそのものです。

メリーランド州ブラックアンドデッカーのイーストン工場での大量のベベルギアアプリケーションは、このセットアップを数年間大量生産で実行してきました。硬化して銅を浸透させたPM部品は、PCBNツールを使用して、ギャングツールの旋盤で面取りおよび穴あけされます。ピッチラインフィクスチャでは、パーツとフィクスチャのクラッシュを回避するために、ロード時にパーツのインデックスを作成する必要があります。これにより、自動NNS旋削の次の大きな問題である作業処理システムが発生します。

NNSターニングの作業処理

サイクルタイムはそれに依存するため、NNS旋削の作業処理は迅速でなければなりません。ギアローディングアプリケーションは、フィクスチャと噛み合うようにギアの歯を向けるのと同じくらいトリッキーなものに対応するためにも、汎用性がなければならないことを示唆しています。 NNSターニングのより注目すべき開発の1つは、これらの迅速で用途の広いロード/アンロードシステムです。これは、シンプルで、工作機械に含まれ、標準のCNC（理想的には実行されるのと同じCNC）で簡単に制御できるという長所もあります。旋盤。

これは「自己完結型の自動化」であり、定義が必要です。典型的な現代のNNS旋盤の構成は次のとおりです。機械加工されている機能が少ないため、ギャングツールです。ギャングツールは、切削工具と機械ベッドの間に緊密な機械的結合をもたらします。これにより、タレットブッシングやインデックスギアがなくても、剛性が高く、本質的に正確な構築が容易になります。

ガントリータイプのローダーは、機械の上部に構築され、機械のベッドに直接取り付けられています。工作機械自体と統合された作業ステージングカルーセルから、作業グリッパーの経路は厳密に直線に沿っています。グリッパーヘッドは、マシンベッドの長さに沿って移動し、両端をまっすぐ上下に動かして、カルーセルとチャックで部品を取り出して配置します。

現在のガントリーローダーは、プログラム可能なドライブと、ソフトジョーを備えたチャックのようなグリッパーを使用しています。したがって、部品の切り替えは迅速です。荷積みと荷降ろしの動作が少なく、移動には一度に1つの軸しか含まれないため、プログラムは短くなります。工作機械のCNCに保存し、制御することができます。

これは本質的に正確で非常にコンパクトなパッケージであり、複数のマシンセルを簡単に組み立てるのに役立つモジュール式のパッケージです。ガントリーローダーは、同じ単純な線形パスラインに沿って構築された中間転送システムにフィードして、マシン間で部品を交換できます。

そのギアアプリケーションに戻る：パーツの向きを決める必要がありますが、グリッパーはチャックのようであり、カルーセルからパーツをどのように持ち上げるかについて無差別です。どのようにそれらを方向付けますか？中間ステーションで一時停止することにより、部品を回転器具に落とします。回転器具は、光線を使用して歯の位置を示し、クラッシュを回避するために必要に応じてギアを回転させます。その後、グリッパーは部品を再び持ち上げ、チャックに向かって進みます。

したがって、ここで説明したガントリーシステムは単純ですが、単純ではありません。プログラム可能性のおかげで、パーツを使って何か特別なことをすることができます。それを方向付けることはそのようなタスクの1つです。ゲージングは​​、オンラインSPCアプリケーションのもう1つの方法です。

ニアネットシェイプターニングは、精度と迅速性を重視し、一般的なNNS部品の性質により、簡単な工具処理と作業処理を可能にします。この市場の需要を満たすために進化した自動旋削センターは、単純なことではなく単純です。ゲージングや部品の向きなどの特別なタスクのためにプログラム可能です。

事実上、これらの自動ターニングセンターは事前にパッケージ化された自動化です。セットアップが迅速で、非常に正確で、用途が広いため、ニアネットシェイプの旋削に加えて、他の多くの機械加工アプリケーションの自動化を改善する方法を示しています。