シングルセットアップのセットアップ

旋削、フライス盤、穴あけが必要な複雑な部品の単価をどのように最小限に抑えますか？スティーブ服部にとって、答えは簡単です。たった1つのセットアップでそれらを機械加工し、そのセットアップを可能な限り単純にします。

契約店サリナスバレープレシジョン（カリフォルニア州サリナス）の社長である服部氏は、固体から複雑な丸い部品を製造するために、少なくとも3台の機械が必要でした。フラットと穴を追加するための中央。現在、このショップでは、このすべての作業を1台の機械で実行できます。つまり、カットされていないバーストックを自動的に完成品に変換し、多数のセットアップを1台に効果的に置き換えることができます。

「古いやり方を主張する人は誰でも、釣り用リールを機械加工しようとしたことがありません」と服部氏は言います。実際、地元のスポーツ用品メーカーが彼にフィッシングリール部品を初めて提供したとき、服部は断りました。当時、この部品は複雑すぎて利益を上げられませんでした。在庫の90％が機械加工された中実のアルミニウムから切り取られた、直径3.25インチのリールは、厚さが0.1インチ未満の、反りやすい2つのフランジで構成され、壁がそれほど厚くない中空のコアで接続されています。

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パーツはすべての側面から攻撃する必要があります。各フランジには、直径0.45インチの12個の穴があり、重量を減らすのに役立ちます。コアの周囲には、12個の楕円形の軽量化スロットも含まれています。最後に、片面のざぐり穴には、釣り竿のラチェット機構用の36個のセレーションと、直径0.0002インチの合計公差の圧入ベアリングボアが含まれています。

「そして、そのすべてのジオメトリは問題の半分にすぎませんでした」と服部氏は言います。 「残りはバッチサイズでした。マシニングセンターで複雑なフィクスチャーを使用して、当時使用していたCNC旋盤と一緒に部品を加工することもできました。しかし、これには多大なセットアップコストがかかり、償却することは不可能でした。パーツの小さなランは、多くの場合100個程度です。」

服部さんはフィッシングリールの試作品を加工しましたが、製作部分にはわざわざ入札しませんでした。少なくとも、最初はそうではありません。しかし、それ以来、この部品は10人の従業員の店の主要な収入源になりました。それは服部さんがプロセスを再発明した後のことです。

ワンストップ加工

服部氏の創意工夫の主な成果は、マザックの「スーパークイックターン」（SQT）15MS-Y CNCターニングセンターという1台の機械で、すべての旋削、フライス盤、穴あけ作業を組み合わせたプロセスです。フライス盤操作用の回転工具と2番目のサイドターニング用の対向する2番目のスピンドルを備えているほか、このマシンには4インチのストロークでプログラム可能なY軸が装備されています。このY軸機能により、ワークピースが1次または2次スピンドルに保持されたまま、中心を外れたフライス盤操作を実行できます。

2つのスピンドル間の調整された自動ハンドオフにより、人間の介入なしに部品のすべての表面に到達できます。すべての旋削、フライス盤、穴あけ加工は、部品を「緩める」ことなく実行されるため、機械加工プロセス全体を通じて、重要なワークピース位置の基準が維持されます。

ワークブランクはマザックカットフィーダーで機械に供給されます。ミルドリル機能によりマシニングセンターの代わりにターニングセンターが使用できるように、カットフィーダーはバンドソーをプロセスから排除し、連続する部品サイクル間の遅延をわずか数秒に短縮します。 Cut-Feederは、棒材を前進させるだけでなく、0.60インチから5.11インチまでの長さに切断します。 SQTが現在の部品を加工している間にこのカットオフを実行し、旋盤が次のサイクルの準備ができるとすぐに、チャックを介して新しいワークピースをロードします。

自動フィーダーは、セットアップ時間を最小限に抑えるのに役立ちます。ユニットは、釣り用リールに使用される直径3.25インチのバーを最大5つ格納し、回転せずにそれぞれを前進および切断します。従来のバーフィード方法ではなく、カットオフツールがストックの周りを回転している間、カットフィーダーはバーを静止状態に保ち、カットオフが完了するまでゆっくりとフィードします。バーは回転しないため、丸くするために事前の機械加工は必要ありません（正方形または六角形のプロファイルでも機能します）。その結果、服部氏は1つまたは複数のバーをフィーダーにドロップし、ターニングセンターでそれらを完成した機械加工部品に変換することができます。最終的なバリ取りは、マシン外で実行される唯一の操作です。

機械加工プロセスには20回の工具交換が含まれますが、オペレーターは必要ありません。そのため、服部氏は多くの場合、無人で実行させます。つまり、ロードする12フィートのバーごとに90リールを取り戻します。

想像力に戻る

リールは8分に1回の割合でターニングセンターから出てきます。このサイクルは、マシンの高いスピンドル速度（メインスピンドルとセカンドスピンドルで5,000 rpm、回転工具で3,000 rpm）を利用していますが、Mr。服部は、サイクルタイムが非常に短い主な理由としてクリエイティブプログラミングを挙げています。航空宇宙研究開発会社の元機械加工スペシャリストである服部は、10年前に店を開いたので、雇用主が閉鎖して閉鎖した後も、複雑なCNC機械加工戦略を考案し続けることができました。

「マルチタスク旋盤は、私が使用した他のどの旋盤よりもプログラマーの想像力に大きな見返りをもたらします」と彼は言います。 「1台のマシンに非常に多くのオプションがあるため、機能を作成するための別の方法が常にあり、多くの場合、より良い方法があります。」

例えば服部さんは、アルミリールの細いフランジをたわみなく高速で回すという珍しい方法を発見しました。パーツがメインチャックにある間に片面のすべてのフィーチャーが機械加工された後、服部氏のプログラムでは、プライマリチャックのグリップを維持しながら、2番目のチャックを保持します。この方法でパーツを両側からつかむと、たわみの問題が解消されます。 2つのスピンドルが一斉に回転すると、2つのフランジの間の金属が、深さ0.75インチの単一の溝であるかのように引っ掛かります。

Y軸機能は、ラチェットセレーションを生成するために使用されます。スピンドルでパーツにインデックスを付けて各くぼみをカットする代わりに（従来のライブツール旋盤で作業を行う方法）、Mr。服部は、X-Y補間を使用して、タレットがあるセレーションから次のセレーションに移動する間、メインスピンドルがパーツを静止させます。タレットはインデックススピンドルよりもわずかに速く移動しますが、その差に36のセレーションを掛けると、生産性の向上が顕著になります。

その他の場合、Y軸は、従来の3軸（X、Y、C）ターン/ミルマシンで加工できるフィーチャーを生成します。一例は、ロボット組立システムのタイミング機構用の4340鋼製ラチェットホイールです。パーツは直径3.25インチで、厚さ3/16インチのディスクと幅の広い一体型ハブがあり、円周に12本の歯がある鋸刃のように見えます。 Y軸により、ブレードの円周に沿って12個のフラットを加工できます。 「各フラットはシンプルなカットです」と服部さんは言います。 「以前はこの部品にマシニングセンターが必要でしたが、[1回のセットアップで]完全に切断できるようになったため、100個のホイールのバッチの加工にかかる時間は3時間短縮されました。」

3軸補間

この部分は、鋸歯状の悪魔の別のケースです。服部氏は、地元の医療機器メーカー向けに、心臓電子マッピングカテーテルの制御ユニット用に直径2インチのサポートを製造しています。コントロールをさまざまな方向で安定して保持するヒンジジョイントの半分であるこのパーツは、パーツの上部の半分が機械加工されている中心線に沿って長いフラットを備えています。このフラットは、ジョイントの2つの半分が交わる表面を形成し、それらをリンクするピボット用の穴が含まれています。このピボットの周りには、30本の鋸歯状のセレーションがあります。ジョイントがいくつかの位置で噛み合ってロックできるようにすることで、セレーションは中央にピボットがある対称的な太陽光線パターンを形成し、ヒンジの残りの半分で同様のパターンと結合します。

「この機能を加工するには、2つの直線軸では不十分です。3つ必要です」と服部氏は言います。 「セレーションの山はすべて同じ平面にありますが、ツールパスは同じ平面にありません。2つのセレーション間のトラフの角度に一致するカスタムグラウンドエンドミルを使用しますが、このツールを使用しても、2軸のツールパスは可能です。正しい形状をカットしないでください。パターンの周囲に至るまで必要な鋭いピークの代わりに、2つのカット間のスペースが厚くなるため、2軸のツールパスは扇形のピークを生成します。ツールがハブから離れました。」

この問題を解決するために、服部氏は3つの軸を補間して各カットを作成します。カスタムグラウンドツールの直径は、円周でのピークツーピーク距離とほぼ同じサイズです。したがって、服部氏は、工具が先端のみを切断するハブから開始し、XとZのパターンの半径に沿って外側に移動するときに、工具をYで送り込みます。このように、機械加工されたセレーションには、ハブと同じ円周のピーク厚さで、シングルパスで加工されます。サポートヒンジ部分も、アルミニウムの棒から始めて、固体から機械加工されています。総サイクルタイムは部品あたり約12分です。

釣り用リールとは異なり、サポートヒンジは、マルチプロセッシングターニングセンターを購入する前から、服部氏の安定した作業の一部でした。部品はもともとCNC旋盤と縦型マシニングセンターでカットされていました。パーツの丸いテーパーを作成するために、最初に旋削が行われました。 「滑らかなプロファイルにより、立形マシニングセンターのセットアップに時間がかかりました」と服部氏は言います。 「万力を使用できなかったため、カスタムフィクスチャにボルトで固定する必要がありました。」

これで、その問題はなくなりました。ターニングセンターチャックがターニングとフライス盤の両方の部品を保持しているためです。 「SQTでのフライス盤はマシニングセンターでのフライス盤と同じですが、今では誰も部品をボルトで固定したり、ボルトを外したりする必要はありません」と服部氏は言います。 「これは大きな違いです。たった1つの改善で、ヒンジ部分のサイクルタイムが30％以上短縮されました。」