マルチスピンドルでCNCを次のレベルに引き上げる

CNCテクノロジーは、マルチスピンドルマシンでの加工の性質を根本的に変えました。各インデックスステーションでのツールキャリアとツールスライドの動きは、機械式カムのシステムではなく、プログラムされたコマンドの下でCNCサーボモーターによって制御されます。これらの機械が注目されているすべての旋削加工に加えて、各ステーションでフライス盤、穴あけ、タッピング、ホブ切りなどのさまざまな非旋削加工を実行することができます。 CNCマルチスピンドルのシングルパスでさまざまな部品を完成させることができます。さらに、新しいカムのセットを作成してインストールすることでツールの動きを変更するのではなく、再プログラムできるため、セットアップと切り替えが大幅に簡素化されます。

ZPS America LLC（インディアナ州インディアナポリス）のMori-SayマルチスピンドルのTMZラインの革新的な開発により、CNCをこのタイプの工作機械の新しいレベルに移行することが約束されています。これらの開発の1つは、各スピンドルのC軸回転速度を個別にプログラムできる新しいドライブシステムです。この機能により、ユーザーは特定の機械加工操作のためにスピンドル速度を最適化できます。これにより、CNC操作がより柔軟かつ効率的になり、セットアップと切り替えがさらに簡素化されます。さらに重要なことに、開発者は、新しいクラスの部品をマルチスピンドルで効率的かつ経済的に製造できるようになったと述べています。この範囲には、ターン/ミルマシンまたはマルチマシン生産セルで生産されることが多い部品が含まれます。さまざまな高精度の旋削および非旋削ステップを必要とする複雑な部品を1回のパスで仕上げることができ、この経済的な操作を実現するために大量の実行は必要ありません。

この新世代のマルチスピンドルは、2つの異なるモデルで構成されています。 6スピンドルバージョンのMori-SayTMZ642は、昨年9月にシカゴで開催されたIMTS2008で北米市場に導入されました。 Mori-Say TMZ867は、より大きな部品とより重いカット用の8スピンドルバージョンで、2009年4月にオハイオ州コロンバスで開催されるPrecision Machining Technology Show（PMTS）で紹介されます（このマシンの詳細については、下のボックスを参照してください）。 。）

斬新なドライブコンセプト

これらのマシンに組み込まれている新しいドライブシステムは、珍しい設計コンセプトに従っています。 ZPSAmericaのマネージングパートナー兼社長であるOlafTessarzykによると、これらのマシンを他のマルチスピンドル設計と一線を画すのはこのドライブシステムです。ドライブシステムは、1つの複合ドライブシャフトを使用して、回転ドラム内のすべてのスピンドルに電力を供給しますが、各スピンドルは異なる速度で動作するように設定できます。利用可能な速度は2,000から6,000rpmの範囲です。ユーザーは、各ステーションで実行される操作に最適な速度を選択できるため、従来のマルチスピンドル設計で規定されているように、すべてのスピンドルに単一の速度を適用することによって生じる切削工具の性能、表面仕上げ、または全体的なサイクルタイムの妥協を回避できます。

マシンの背面から前面に配置されたドライブシャフトが1つしかない場合、複数のスピンドルを異なる速度で実行するにはどうすればよいでしょうか。他の同等のマシンでは不可能なことです。スピンドルを駆動する「シャフト」は、実際には伸縮式チューブのアセンブリです。右の図に示すように、スピンドルごとに1本のチューブです。

チューブの長さは等しくありません。最も内側が最も長く、最も外側が最も短くなっています。機械のモーター側では、チューブごとの長さの違いは、次のチューブに干渉することなく、駆動モーターの各セットのプーリー、ベルト、およびギアを取り付けるのに十分です。したがって、各チューブはそれ自体の駆動システムに結合することができます。駆動モーターはサーボ駆動されるため、対応するスピンドルは、実行される操作に対してCNCプログラムで設定された速度で回転します。同様に、チューブは機械の切断側で長さが「階段状」になっており、各チューブの端にある歯車が特定のスピンドルに回転運動を提供します。チューブアセンブリ内のベアリングにより、すべてのチューブを最小限の摩擦で回転させることができます。

技術的な観点から、このドライブシステムにはいくつかの利点があると言われています。何よりも重要なのは、駆動モーターのバンクによって生成される熱をスピンドルドラムから遠ざけることです。これにより、複雑な冷却システムがなくても熱安定性が得られます。さらに、この設計により、各インデックスサイクルの最後に切断または再接続する必要のある複雑な電源接点を必要とせずに、スピンドルが常にそれぞれの駆動モーターに接続されたままになります。これは、ドラム内部のドライブシャフトに電源ケーブルが巻き付かないようにするために、ドラムをホームポジションに「巻き戻す」必要がないことを意味します。実際、これらの新しいモデルのドラムはどちらの方向にも回転できます。

ない おなじみの名前

米国のほとんどの工作機械ユーザーは、工作機械のブランドとしてのMori-Sayに精通していません。 ZPS-Americaとその親であるTAJMACGroupも、なじみがない可能性があります。 TAJMAC（TIE-mackと発音）は、イタリアのミラノ近郊に本社を置く工作機械の製造、流通、調達企業の多国籍グループです。 TAJMACは、第二次世界大戦後にAmedeoTajariolによって設立されました。彼の息子であるアンドレアは現在、本社の経営陣を率いています。 Andrea Tajariolの息子であるMicheleは、チェコ共和国でTAJMAC-ZPSプラントを運営しています。

ZPS（チェコ語で「PrecisionEngineering Plants」を意味する頭字語）は、TAJMACグループの主要な製造工場です。チェコ共和国の中心部にある小さな都市、ズリーンからそう遠くない場所にあります。 ZPSは長年にわたり、多くの有名な日米企業による自社ブランド用のさまざまなタイプの工作機械を製造してきました。したがって、ZPSはなじみがないかもしれませんが、多くの米国の顧客は別のブランド名でこれらのマシンに精通している可能性があります。

ZPSには、1900年代初頭にさかのぼる工作機械製造の歴史があります。 CNC機器の生産は1980年代に始まりました。鉄のカーテンの崩壊後、ZPSは所有権のいくつかの変更を受けました。 TAJMACは2000年に会社を買収しました。

ZPS複合施設の一部には、ヨーロッパで最も近代的なファウンドリの1つが含まれています。この鋳造所は、マルチスピンドルマシンだけでなく、他の多くのZPSモデルや多数の外部工作機械ビルダー向けの鋳造品を製造しています。工作機械の鋳物を注ぐことに特に長けた鋳造所を持つことは、グループにとって重要な資産です。新しいマルチスピンドルはその代表的な例です。

具体的には、機械構造全体の剛性と精度に大きく貢献するセンターブロックの設計では、かなり複雑な鋳造が必要であり、信頼性が高く経済的に製造できる鋳造所はほとんどありません、とミケーレタジャリオールは言います。この鋳造により、ドラム、センターブロック、およびドラムカップリングを、動力の下でドラムを回転させ、ギアとベアリングを壊すことができる構成に組み立てることができます。これらのコンポーネントは、この慣らし運転期間の後にのみ、一体型アセンブリとして仕上げ加工されます。これには、Hirthカップリングを備えたドラムが鋳造物の所定の位置にある間に、大型の高精度ジグボーリングマシンで仕上げられるスピンドルボアの最終ステップが含まれます。このアプローチは、スピンドルのほぼ完全なセンタリングを達成すると言われています。その結果、スピンドルインデックスとしての高精度の位置決めが可能になり、機械は複雑なワークピースの高精度加工を実行できます。

ZPSは1950年代からマルチスピンドルを製造してきました。同社は約20年前に米国市場への参入を計画していたが、これらの取り組みが軌道に乗ることはなかった。ただし、Tajmac-ZPSは最近、米国でのマーケティング計画を復活させました。 ZPS-Americaは、2000年半ばに最初に設立され、ショールーム、トレーニング施設、スペアパーツの在庫、およびサービス組織を収容するために、インディアナポリスに新しいテクニカルセンターを建設しました。このセンターは昨年オープンしました。

マインドベンディングマシン

Tessarzyk氏は、拡張されたCNC機能を備えたマルチスピンドルマシンは、このクラスの工作機械をどのように適用できるかを再考するきっかけになると信じていますが、コスト競争力と信頼性が必要です。彼の推定では、これは新しいアイデアに適応するという強い伝統を持つ米国企業にとって健全な演習になるでしょう。新しい開発を活用するためのプロセスと実践をすばやく再考するショップは、多くの場合、気の遅い人よりも明確な優位性を持っています。競合他社。この精神的な敏捷性と機知に富んだ能力は、最高のショップや植物をリードし続けます。新しいMori-Sayマシンは、効率的な部品生産の新しい可能性に頭を悩ませることを再び店に要求する可能性があります。

Tessarzyk氏は、これらの心を曲げるマシンは、潜在的なユーザーの2つの異なるクラスにアピールすると述べています。両方ともこれらのマシンによって挑戦されます。 1つのクラスは、明らかに、現在のマルチスピンドルユーザーのコミュニティです。彼らにとっての課題は、これらの機械の1つのセットアップで、多くの非旋削加工を必要とする部品をどのように完成させることができるかを把握することです。他のクラスの潜在的なユーザーは、現在このタイプのワークピースをマルチマシンセル、ターン/ミルマシン、またはロータリートランスファーマシンで製造している生産工場で構成されています。これらのショップにとっての課題は、そもそもマルチスピンドルマシンを検討することです。このタイプのマシンは、セットアップが複雑で時間がかかると想定されているため、ほとんど見過ごされてきました。従来の考え方では、このマルチスピンドルは大量の回転部品に固定されていました。

新しい戦略が可能です

Mori-Say TMZ642 CNCのいくつかの初期のアダプターのプロファイルは、これらのマシンがどのように生産戦略をより良く変えることができるかを示しています。 1つは、機械式マルチスピンドルおよびハイエンドターン/ミルマシンから生産をシフトした溶接アクセサリのメーカーです。もう1つは、機械加工が難しい材料でより複雑なワークピースに分岐した従来のスクリューマシンハウスです。

Trafimetは、トーチ、電源コネクタ、消耗品チップ、およびその他の溶接関連用品を世界中で販売しているイタリアの会社です。その主な工場は、ミラノから北へ車で約1時間のヴィンチェンツァにあります。この工場は年間数百万の部品を生産しており、その大部分は銅または真ちゅう製のコネクタ、ソケット、アダプタ、トーチチップです。

何年もの間、同社は生産目標を達成するために2つの対照的なタイプの工作機械に依存していました。一方には、マルチスピンドルマシンがありました。2台の機械式8スピンドルマシンと4台の機械式6スピンドルマシンで、すべて大規模な生産工程での複雑な部品の製造専用です。反対側には、いくつかのシングルスピンドル、3タレットターン/ミルマシンがあり、これらはより短いランで製造されたそれほど複雑でない部品に使用されていました。

2006年には、同社の電源ソケットとプラグの需要が大幅に増加しました。そのエンジニアは当初、ソケット製造用の8スピンドル自動旋盤を検討していましたが、部品から部品への迅速な切り替えが可能かどうかを懸念し、CNCマルチスピンドルマシンを検討することにしました。同社の機械式マルチスピンドルはすべてZPSによって提供されていたため、ヨーロッパで導入されたばかりのこのビルダーのTMZ642を検討するのは自然なことでした。 10,000から50,000個の実行で多様な製品ミックスを処理するのに適切なマシンであるように見えました。

「TAJMACは、私たちのプロセスについて異なる考え方をするのに役立ち、したがって、より良い結果に到達するのに役立ちました」と、Trafimetの産業エンジニアであるUgoSimioniは言います。例えば、各主軸が独立しているため、主軸停止や独立したC軸主軸を必要とする加工など、さまざまな加工が可能です。 「これにより、この機械は真の完全な旋削およびフライス盤になります」とSimioni氏は言います。

「困難な時期に、一部の製品をTMZマルチスピンドルに移行し、部品あたりのサイクルタイムを短縮しながら、より小さなロットサイズを処理できることがわかりました」とSimioni氏は言います。 「私たちの部品の1つは、約1分のサイクルタイムでシングルスピンドルターン/ミルで稼働していました。少しの計画で、同じパーツを5,000〜12秒のサイクルタイムのバッチで経済的に実行できることがわかりました。 —新しいマシンでは週に3回の切り替えがあります。」 Trafimetのエンジニアは、15秒のサイクルタイムで10,000〜20,000個のロットを経済的に生産できるとすでに判断していました。 「独立したスピンドルドライブと高度なドライブシステム、追加の軸の使用、およびその他の改善により、マシンは非常に用途が広くなり、製品コストを削減する新しい方法を見つけることができました」と彼は指摘します。

イタリアのベルガモの近くにあるBRBは、機械加工が難しい材料で作られた複雑で高精度の部品に移行する伝統的なねじ機械工場の良い例です。このショップは、2008年9月に最初のMori-SayTMZ642を買収しました。

この機械を設置することで、ショップはステンレス鋼の複雑な油圧スリーブの注文を獲得することができました。パーツは、パーツの中心線に対してさまざまな角度でいくつかの小径の十字穴を開ける必要があります。これらの角度の付いたクロスホールの公差は厳しいため、マシンの剛性は特に重要です。

もう1つの重要な機能は、ステンレス鋼で効果的な高トルク加工操作を行うために、各スピンドルがワークピースをしっかりとクランプできることです。たとえば、3点フライス工具を使用して、部品の一方の端にスロットを形成します。通常、このような機能は丸鋸刃で作成されます。ただし、サイクルタイムの要件を満たすために必要な切削速度でステンレス鋼を処理できる鋸刃はありませんでした。実際、これらの部品のサイクルタイムは非常に短いため、オペレーターが適切な部品サンプリングを実行し、この部品に指定された高いCpk数を文書化できるように、同社は特別なゲージングステーションを開発しました。

BRBは、その将来がこのような部品の製造に結びついていると考えています。これらの部品は通常、マルチスピンドルマシンで製造されないため、CNC旋盤でこの種の部品を製造しようとしている企業との競争力が高いとショップは考えています。

歴史的な機会

ジョブショップや制作会社は、驚くべきシナリオに直面している可能性があります。生産コストの上昇やその他の要因により、オフショア工場から多くのコンポーネントを調達することは不利になっています。買い手は、このギャップを埋めるために、新しいテクノロジー、よりシンプルなロジスティクス、より低い輸送コスト、より良いコミュニケーションを活用できる有能な生産者を故郷で探しています。ただし、グローバル市場での競争力を維持するには、「中国の価格」に近づける必要があります。

Tessarzyk氏は、この展開状況は、新しい機械加工の開発を迅速に採用する企業に素晴らしい機会をもたらすと信じています。もちろん、彼が念頭に置いている部品処理戦略は、彼の会社のマルチスピンドルの柔軟性と機能を活用していますが、これは、見通しと考え方の変化を必要とするテクノロジーの変化の一例にすぎません。スクリューマシンショップは、短期間で短納期でCNC生産のプロバイダーになる必要があります。同様に、CNCショップは、複雑な切断操作を行う単純な機械への依存から、単純な動きを最大限に活用するより複雑な機械に移行する必要があります。

大きくて丈夫な部品用の8スピンドルモデル

Mori-Say TMZ867はPMTS（2009年4月28-30日、www.pmts.com）で北米デビューを果たしていますが、1つのモデルがすでにTAJMAC-ZPSショールームで展示されています。イタリアのミラノエリア。この機械は、デモンストレーションや顧客の部品の証明に使用されます。最近テストされた部品の1つは、このマシンの機能を例示し、マルチスピンドル処理のアプリケーションが新しい方向に進んでいるという点を強調しています。