旋削はオプションです

昔々、旋盤は丸い部品を機械加工していました。彼らはまだこれを行っています。

ただし、工作機械メーカーは、旋削部品には少なくともある程度のフライス盤または穴あけ作業も必要になることが多いことを認識していました。部品がすでに旋盤に保持されており、回転工具を効果的に送り込むことができるモーションがすでに可能なCNC旋盤では、回転工具の作業用にスピンドルを追加して旋盤の機能を向上させるのが論理的でした。かつては専用の旋盤であったものが、フライス盤や穴あけ機にもなりました。

実際、旋削、フライス盤、穴あけをすべて1つのセットアップで調整するのに最も効果的な機械は、柔軟なワンストップの複数操作の金属切削センターになりました。彼らができるすべてのマシニングで、その名前だけがまだ使われていなかったならば、それらを「マシニングセンター」と改名することは論理的だったでしょう。回転工具機能と主軸に対向するサブスピンドルの両方を備えたバーフィード旋盤は、一方の端で原料を供給し、オペレーターが介入することなく、精巧な部品のすべての面と機能を加工できます。さらに、バーが続く限り、ピースを次々と生産し続けることができます。現在、多くのショップがこの方法で加工しています。この方法での機械加工で特に経験豊富なメーカーの1つは、JeselValvetrainInnovationです。

ニュージャージー州レイクウッドに本社を置くJeselは、要求の厳しいレースカー用途に合わせたバルブトレインコンポーネントを製造しています。通常の自動車エンジン用に刻印されている可能性のあるコンポーネントは、Jeselで頑丈な鋼から機械加工されています。 14年前、同社は、ライブツール機能を備えた森精機のモデルDL-15CNC旋盤の初期のユーザーでした。何年にもわたって、機械は進化し、店はそれらをより効果的に適用する方法を学び続けてきました。現在、この工場の製造エリアには11台のCNCターンミルマシンがあり、そのほとんどはモデルDL-150マシンです。これは、プラントが最初に使用し始めたマシンのより高度なバージョンです。

同社が最近紹介した部分は、これらの機械に関してこのプラントの考え方がどこまで進んだかを示しています。この部品は、プラント自体だけでなく、一般的なライブツール旋盤加工の進化にとってもランドマークのようなものです。オーバーヘッドカムフォロアの部分は、2つのコンマまたは2つの耳が互いに橋渡しされていることを漠然と示唆する箱型の形をしています。当初、プラントは、この部品がマシニングセンターで5つのセットアップで加工されると想定していました。パーツの価値とそれが実行されるボリュームを考えると、そのようなプロセスは簡単に正当化できます。ただし、同社の製造担当ディレクターであるRay Frattone Sr.は、別のアプローチを提案しました。 Frattone氏の役割の一部は、会社のカタログ部品をより費用効果の高い方法で製造するための新しい方法を見つけることです。そうすることで、彼はターンミル装置で広範囲に働きました。カムフォロアは、頑丈なバーから機械加工できるほどコンパクトであることに気づきました。具体的には、直径1.125インチの4140合金鋼棒鋼から機械加工することができます。このストックを森精機のLNSバーフィーダーに通すと、部品を完全に加工できるだけでなく、一連の部品を注意せずに加工することもできます。

製造エンジニアのMarkCubbedgeが、この部分のプロセスに取り組みました。彼は、実際、DL-150の2つの12位置タレットに、この方法で部品を加工するために必要なすべてのフライス盤および穴あけ工具を収容するのに十分な容量があることを発見しました。つまり、部品を完全に加工するのに十分な工具位置がありました。この部品のセットアップには、部品をバーから切り離すためのカットオフツールが含まれていますが、それ以外は、この部品の加工に使用されるすべての工具位置に回転工具スピンドルがあります。

ライブツール旋盤についてのJeselの考えは、このように完全な旅をしました。これらの機械は現在、この工場でいくつかの追加機能を備えた旋盤としてではなく、単一セットアップの生産センターとして使用され、評価されています。カムフォロア部品が示すように、この機械は、部品の形状が円形から遠く離れているため、従来の旋盤作業が本質的に必要ない場合でも、プロセスに価値をもたらします。

トレードオフ

DL-150には2つのカムフォロア部品番号が加工されています。 2つのパーツの大きい方は、約0.75 x 0.8x2.5インチです。熱処理とホーニングを除いて、すべての製造はこのマシンで10分未満のサイクルで実行されます。

このサイクルの過程で、メインスピンドルとサブスピンドルの両方が同時に動作します。主軸は、荒削り、仕上げフライス盤、穴あけ加工用の部品を保持します。次に、サブスピンドルがその役割を果たしてフォームのフライス盤を完成させ、また、メインスピンドルが次の部品の加工を開始する間、いくつかのスロットを実行します。もちろん、これらの文脈での「スピンドル」という用語の使用は、回転のために部品を回転させる代わりに、スピンドルがこのプロセスで回転軸として使用されるため、いくぶん不正確です。機械の使用方法を考えると、「メインチャック」と「セカンダリチャック」を参照する方が適切です。

Gibbs and AssociatesのCAMソフトウェアは、ツールパスを提供します。 Cubbedge氏は、Gibbsのバリ取りプラグインが特に価値があることが証明されたと述べています。ソフトウェアは、部品の鋭い角に沿った小径のボールノーズツールの正確な動きをプログラムします。二次チャックでは、このバリ取りは、第1および第2のクランプの作業を連続的でシームレスな機械加工面にブレンドするのにも役立ちます。この機械上でのバリ取りの効果は、機械加工後にほとんど追加の労力をかけずにすぐに使用できる部品を生成するために不可欠です。

Frattone氏とCubbedge氏はどちらも、ライブツール旋盤加工が完璧ではないことに同意しています。単一のバーフィード処理で部品を未加工の在庫から完成に近づけることは非常に効率的であるように思われるかもしれませんが、実際にはこのタイプの機械には調整が必要なトレードオフがあります。機械は十分に用途が広いので、価値を提供するために回転部品に限定する必要はありませんが、この機械は、バーフィードストックの範囲内にある可能性のあるすべての部品に必ずしも適しているとは限りません。マシニングセンターで複数のセットアップで部品を加工するオプションと比較して、旋盤で部品を実行する際にJeselが直面しなければならなかった課題には、次のすべてが含まれていました。

• セットアップ時間。 ショップのライブツール旋盤には、2つのタレットに合計24のツール位置があります。小さな縦型マシニングセンターは通常、マガジン内でこれよりも多くの工具容量を持ち、生産用横型マシニングセンターはかなり多くの工具容量を持ちます。したがって、マシニングセンターでは、工具は必要になるまで機械内の所定の位置に保持できます。対照的に、ライブツール旋盤では、通常、ショップが実行する新しい部品番号ごとにツールを完全に交換する必要があります。工具の徹底的な交換には十分な時間がかかるため、セットアップ時間を償却する前に、通常、部品を数百回実行する必要があります。 Jeselは在庫を補充するために一度に数週間この部品番号を実行する傾向があるため、これはカムフォロア部品では問題ありません。ただし、ツールのセットアップ時間の要件により、マシンをセットアップしたままにして、このファミリの部品番号専用にすることができない限り、この同じ部品を小ロットまたはジャストインタイムで実行することはできません。
• クランプの懸念。 Jeselが異常なプロセスを効果的に実装するのに役立つもう1つの利点は、その設計と製造が同じ110,000平方フィートの施設内で行われることです。サブスピンドルのチャックにはクランプするための安全な形状が必要だったため、この部品を効率的に製造するには、製造と設計の調整が不可欠でした。このためにパーツが再設計されました。ただし、それでもクランプ力には限界があります。部分的に機械加工された部品は、チャックによる高いクランプ力が精度に影響を与える可能性があるほど十分に柔軟性があります。したがって、サブスピンドルでは、部品は適度な型締力でソフトジョーチャックに保持され、それに応じて機械加工操作の攻撃性が制限されます。
• チャタリングリスク。 制限された保持力に加えて、プロセスがどれだけ積極的に切断できるかを制限する上で、別の要因がさらに重要になります。このプロセスの回転工具は、チャックジョーを通過するのに十分なクリアランスが必要なため、常に長いオーバーハングが特徴です。これらの長さの長い工具は、特に鋼を機械加工するこのような用途では、たわみやびびりのリスクが高くなり、切込みの深さが制限されます。このプロセスを生産に移す前に、Jeselの担当者はプロセスを注意深くテストおよび微調整して、重要な加工パスが厳しい公差を損なうようなチャタリングを起こさないようにする必要がありました。それでも、一部のツールは、より厳格なプロセスよりも早く摩耗する、とCubbedge氏は言います。 10個ごとに1つの特定のフライス工具を交換する必要があります。

ペイオフ

それでも、マシニングセンターのプロセスでも工具はすぐに摩耗する可能性があると彼は言います。マシニングセンターを含むプロセスも、重要な精度を確実に達成するために、ある程度微調整する必要があります。 Jeselがライブツール旋盤のプロセスに取り組んでいるという事実は、これらの課題を克服できる十分な証拠です。実際、これらの障害は、マシニングセンターでの一連のセットアップが同じ部品のマシニングでもたらすリスクと比較して小さいと、Jeselの担当者は言います。

それらのリスクの1つはエラーです。新しい処理はすべて、セットアップ関連のエラーのリスクをもたらします。 5つのセットアップを使用するプロセスでは、パーツの5回目のロードに何らかの方法で障害が発生し、パーツが廃棄された場合、4つの正確な機械加工操作によって付加価値がすべて失われる可能性があります。ターンミルマシンは、ハンドリングを排除することでこの危険を回避します。ワンストッププロセスにより、部品の形状全体にわたってすべての機能間の関係が維持されます。

言い換えれば、カムフォロア部品の場合、Jeselは工具交換のセットアップ時間に対応します。これは、マシニングセンターでの操作から操作までの部品のロード/アンロード時間よりも管理が簡単だからです。ショップは、おしゃべりを避けて管理する必要性も受け入れます。これは、多くの処理を伴うプロセス内での予測できないエラーやスクラップの可能性よりもはるかに優れているためです。

最後に、Jeselの担当者は、旋削機が何日も何週間も稼働していて、旋削の邪魔をすることはほとんどありません。汎用性の高い機械を有効に活用する方法への理解が深まり、このマシニングセンタ部品をライブツール旋盤で効率的に稼働させた経験から、貴重な洞察を得ることができました。将来的には、「マシニングセンタワーク」と思われる部分の見方が変わるでしょう。