より効果的なカムシャフト加工

私が最初にビリー・ゴッドボールドと話したとき、彼はプロのドラッグレースチームがカスタムカムシャフトをテストするのを見ているトラックにいました。ゴッドボールド氏は、カムシャフトを供給したバルブトレインコンポーネントメーカーであるコンプカムのエンジニアリンググループリーダーです。 1か月前、Comp Camsの設計グループは、このアプリケーションのカムシャフトの材料と形状を検討し始めたところです。同社がハイエンドのレーシングカムシャフトの機械加工を外部委託した数年前には、設計から完成したビレットカムシャフトにこれほど迅速に移行することは不可能でした。

現在、Comp Camsは、オークマのツインスピンドル/ツインタレット旋盤でレーシングカムシャフトコアの小さなバッチを加工しています。 （カムシャフトコアは、主要な機能が機械加工されているが、その後の熱処理と研削操作が必要なカムシャフトです。）この機械加工機能を社内に持ち込むことで、プロのレーシングアプリケーション向けのカスタムカムシャフトのターンアラウンドを大幅に高速化できました。カムシャフトコアを受け取るまで数週間または数ヶ月待ちます。今では、1回の8時間シフトで最大12個のM4粉末金属工具鋼カムシャフトコアを製造できます。

ゴッドボールド氏は、コンプカムの伝統的な専門知識は、カムシャフトを機械加工するのではなく、研削することであったと説明しています。そのため、2008年に7軸多機能旋盤の設置が決定されたとき、同社は効果的な機械加工プロセスを確立するために、機器サプライヤーの専門知識とアドバイスに大きく依存していました。 Comp Camsは、カムシャフトコアのサイクルタイムを最小限に抑えるよう努めているため、今日もこれらのリソースを活用しています。

私にとって幸運なことに、「言わないと売れない」というのが、Comp Camsの所有者の1人であり、特殊機器市場協会の理事長でもあるPaul“ Scooter”Brothersのモットーです。そのことわざの精神に沿って、会社の代表者は、テネシー州メンフィスの施設を訪れたときに、高度な旋盤をどのように使いこなせるようになったのかを詳しく説明することに躊躇しませんでした。

スピードで成功する

Comp Camsの製品ラインのカムシャフト部分は、3つのセグメントに均等に分割されています。趣味のレーサー; NASCAR、NHRA、その他のプロのレースチームのエンジンビルダー。同社のメンフィス施設で機械加工されたカスタムビレットカムシャフトは、プロのレースチームによって使用されています。

当初、カムシャフトコアの納期が長引いたため、同社は「従来の」セルを追加して、レースチームが必要とする小さなバッチを製造することを検討していました。このようなセルには通常、棒材を長さに切断するためののこぎりが含まれます。旋盤をカムシャフトの前後に向け、中心を追加し、ローブのレイアウトに溝を付けます。前後のカムシャフト面の細部を機械加工するためのミル。ローブプロファイルを加工するための追加のミル。これらの操作のほとんどは、複数の時間のかかるセットアップも必要としました。

ゴッドボールド氏が当時オクマアメリカの社長であったラリーシュワルツ（現在は工作機械メーカーの最高戦略責任者）と会った後、会社は最終的に別のルートに進むことを決定しました。男性は、切り替えを最小限に抑え、20個程度の生産工程のセットアップを簡素化するカムシャフトコアを製造する別の方法について話し合いました。シュワルツ氏のアイデアは、ツインスピンドル/ツインタレット旋盤を使用することでした。バーをスピンドル間および/またはスピンドルの部分的に内側に固定しておくと、1つのセットアップでカムシャフトコアを完全に加工できます。さらに、ツインスピンドルはいくつかの操作を同時に実行できます。

同社はOkumaLT300-MYを選択しました。ゴッドボールド氏は、多くの点で、初期のコンセプトとプログラミングの実行は、このアプリケーションに必要なわずかなマシンの変更よりも大きなハードルであったと述べています。機械の主な機械的変更は、メインスピンドルとサブスピンドルのスリーブのサイズを大きくして、70mmジャーナルカムシャフトがそれらを通過できるようにすることでした。同社は、機械が非常に剛性が高く、各スピンドルが30馬力を提供するため、旋盤はビレットレーシングカムシャフトに共通する頑丈なM4粉末金属工具鋼（定格30 HRc）を問題なく加工できると考えました。

旋盤が納品される前に、Comp Camsは、非常に難しいカムシャフトコアであると考えていたものを、機械の証明のためにオークマの施設に送りました。直径70mmのNHRAPro Stockカムシャフトで、9つのジャーナルがあります。 OkumaのアプリケーションエンジニアであるKevinKraieskiは、最初のパーツプログラムを作成し、最初のサンプルパーツを機械加工しました。 Kraieski氏は、ローブ間の溝入れ、ローブプロファイルのフライス盤、ボルト穴パターンの穴あけとタッピングなど、一般的に必要な操作のために、複数の可変スタイルのサブルーチンを使用してパートプログラムを設定しました。これにより、Comp Camsは、毎回ゼロから始めることなく、複雑なマシンを任意の数のカムシャフト設計に合わせて簡単に再プログラムすることができました。

ローブ間の溝の仕上げを改善し、ローブの加工速度を上げることは、テスト中に困難であることが証明されました。ただし、IscarのOEMプロジェクトマネージャーであるTim Whitmoreは、Kraieski氏と緊密に協力して、ツールの問題を解決しています。マシンがCompCamsに納品されるまでに、75分でM4カムシャフトコアを完成させることができました。

次のページの写真は、旋盤でカムシャフトコアがどのように製造されるかを示しています。オペレーターは、事前にカットされたバーを手動でメインスピンドルにスライドさせ、バーを数インチ引き出して停止させ、クランプします。次に、旋盤が回転し、フィーチャーをカムの前面となるものにフライス加工します。次に、サブスピンドルが所定の位置に移動し、機械加工された面をつかんで、バーを約10インチ引き出します。バーのそのセグメントで溝入れとローブフライス盤が完了します。そのセクションの機械加工が完了すると、サブスピンドルは新しく機械加工されたジャーナルのいくつかにクランプし、バーをメインスピンドルからさらに引き出して、カムシャフトの後半の溝入れとローブフライス盤を可能にします。 （これらの操作を2つの小さなセクションで実行すると、たわみ、振動、びびりのリスクが最小限に抑えられます。）最後に、サブスピンドルはバーのほぼ全体を消費して、カムシャフトの背面での旋削とフライス盤の作業を可能にします。

Comp Camsは、このプロセスを改良して、カムシャフトコアを35〜45分で加工できるようにしました。とはいえ、これらのより速いサイクルタイムを達成するために、会社はいくつかの初期の機械加工のハードルを克服しなければなりませんでした。

初期の課題

結局のところ、テストのために大熊に送られた「本当に難しい」カムシャフトコンプカムは、他のカムシャフトモデルよりも機械加工が簡単であることがわかりました。これは、カムシャフトの9つのジャーナルが、通常の5ジャーナルのカムシャフトよりもサブスピンドルに多くのクランプポイントを提供したためです。その結果、元のサブスピンドルジョーは、5ジャーナルモデルの少なくとも2つのジャーナルをクランプするのに十分な長さではありませんでした（これは、機械加工中に適切なサポートを確保するために必要でした）。より長い6インチのジョーを取り付けることで、サブスピンドルは、同社が製造するあらゆるタイプのカムシャフトの2つ以上のジャーナルにクランプすることができました。メインスピンドルは常に頑丈なバーストックをクランプするため、そのスピンドルに長いジョーは必要ありません。

一部のカムシャフト材料は他の材料よりもしっかりとクランプするのが難しいため、ジョー内のワークピースの滑りも問題になることがありました。解決策は、ジョーのグリップ面にカーボナイトメタルコーティングのタングステン合金コーティングを適用することでした。この特定のコーティングは、スプレー式コーティングよりも強力であると言われている冶金学的結合を作成する電気融合を介して適用されます。コーティングにより、加工中に直線的および角度のあるワークの滑りが発生するのを実質的に排除しました。

もう1つの初期の課題は、2つの砲塔の動きを同期させるために使用されるPコードに慣れることでした。 Pコードは、タレットが別々の操作を実行するときに互いに干渉しないようにするだけでなく、同じ操作を同時に実行するようにタレットに信号を送ることもできます。たとえば、プログラマーがパーツを上部タレットに向けてから、下部タレットでその端をドリル加工する場合、これらの操作は明らかに同時に実行できないため、同期する必要があります。プログラマーが上部タレットにP10値を割り当て、下部タレットに高いP20を割り当てると、プログラムコードでより高いP値に遭遇するまで、上部タレットは必要なすべての動作を続行します。次に遭遇するPコードが下部タレットに割り当てられたPコードよりも高い場合、上部タレットは下部タレットが完了するまで待機します。ただし、両方のタレットに同じPコードを適用すると、同時に機能します。

カムシャフトの溝の数が奇数でない限り、旋盤は、バーがスピンドルの間に保持されているときに、両方のタレットを使用して旋削と溝入れの操作を同時に実行します。上部タレットは主軸の近くで動作するように最適化されており、下部タレットはサブスピンドルの近くで動作するように設定されているため、同社はピンチターニングを実行しません。ただし、ゴッドボールド氏は、同時切削により、主に工具圧力のバランスが取れているため、旋盤で材料を30％速く除去できると推定しています。さらに、バーの各セクションの中央で溝入れ作業を開始し、スピンドルに向かって移動すると、バーセクションの両端にさらに多くのストックが残ります。これにより、チャタリングを防ぐための堅固なサポートが保証され、溝付き工具を挟んだり壊したりする可能性のあるバーの弱い領域でのたわみもなくなります。

標準化のメリット

LT-300MYの各タレ​​ットには12個のツールステーションがあります。旋盤のプログラミングと実行を一般的に支援するCompCamsのR＆D技術者であるDaniel Freemanは、同社はこれらの合計24のステーションを最大限に活用していると述べています。それらの約3分の2はめったに変更されません。さらに、複数のステーションの工具が上部タレットと下部タレットの両方にミラーリングされているため、同時加工操作が容易になります。

各タレットには、3つの異なる溝入れツールがあります。それらのうちの2つは荒削り操作を実行します。 2つのうち広い方ができるだけ頻繁に使用され、薄い方はスペースが狭い場合にのみ使用されます。 3番目の溝入れ工具は仕上げに使用され、24インチの長さのカムシャフトに沿ったすべての直線寸法で0.010インチ未満の寸法公差を維持しながら、高品質でバリのない表面仕上げを残します。

上部タレットには、それぞれのライブステーションに残っている直径の異なる2つの垂直方向のエンドミルがあります。これらは、ローブミリングを実行するためにマシンのY軸の動きと組み合わせて使用​​されます。幅の狭い0.75インチのエンドミルは、1インチのエンドミルよりもインサートが1つ少ないため、そのツールを使用する場合は、送り速度を下げる必要があります。上部タレットの5つの水平ライブステーションのツールも変更されないことがよくあります。これらは、カムシャフトの前面でドリル、タッピング、リーマ加工などの操作を実行します。

下部タレットには、カムシャフトの前面と背面の両方に使用されるセンタードリルが含まれています。このタレットには、ベントホールなどの機能を作成するために設定されたライブ水平ステーションもあります。 2つのステーションにはさまざまなツールが含まれています。これらには、座ぐりを作成するために通常使用される多機能の穴あけ/ボーリングツール、およびカムシャフトの背面にある穴を加工する大型のインデックス可能なインサートドリルが含まれます。

同社は、ライブツーリング作業の一部にExsys / EppingerPreci-FlexER32クイックチェンジアダプターを使用しています。各アダプターは、その単一ステーションで使用するためのドリル、タップ、またはミルに対応できます。セットアップ中に、各ツールはアダプターに個別にインストールされ、タッチオフされます。実動実行中、プログラム停止によりマシンが一時停止し、アダプター・ステーションのツールを必要な次のツールに変更するようにオペレーターに促します。オペレーターは1分以内に工具を交換でき、各工具のオフセットはセットアップ中に決定されるため、タッチオフは必要ありません。フリーマン氏によると、アダプターのツールは通常よりも数インチ伸びていますが、これによってクリアランスの問題が発生することはありません。

同社はまた、研削用と同じカストロールSyntilo 9918合成クーラントを機械加工に使用して、クーラントを標準化しました。ゴッドボールド氏は、同社は低コストのクーラントを使用することでコストを節約できると述べていますが、高度なクーラントが提供する一貫したパフォーマンスを高く評価しています。 Comp Camsは、施設内の機械加工エリアと研削エリアの両方に供給するために、単一のメインペーパーフィルターシステムを備えた8,000ガロンの中央冷却システムを設置することを計画しています。

標準化の利点の1つは、新しいジョブのために修正する必要のあるツールの数を最小限に抑えることです。通常、オペレーターは、新しいジョブのセットアップ中に、いくつかのドリル、リーマー、およびタップを取り付けてタッチオフする必要があります。ツールの標準化により、プログラマーは新しいプロジェクトに追加のツールが必要かどうかをすばやく簡単に判断できます。最終的に、標準化によりComp Camsは、ほとんどの新しいジョブの切り替え時間を1日からわずか数時間に短縮できるようになりました。

そうは言っても、同社は引き続き、Iscarツールの代表であるRex Luxmoreと緊密に協力しており、Freeman氏は、新しいツールの開発について彼を最新の状態に保つことに積極的であると述べています。たとえば、Luxmore氏が新しいコーティングを施した溝入れ工具を推奨した結果、工具寿命が30〜50％向上しました。フリーマン氏は、この支援は非常に重要であると述べています。これは主に、同社が頻繁に機械加工するM4粉末金属工具鋼などの困難な材料のためです。この工具鋼は非常に寛容であるだけでなく、切断が遅すぎたり軽すぎたりするとすぐに加工硬化します。

ちょっとしたアドバイス

Comp Camsの目標は、革新的なバルブトレインコンポーネントの主要な開発者になることです、とGodbold氏は説明します。機械加工はそのための手段と見なされています。ゴッドボールド氏は、特にLT-300MYのような複雑な旋盤の追加を検討する場合、同様のアプローチを採用している企業は、製造上の制限を認識するのに役立つと述べています。生産に依存する前に、そのようなマシンの詳細を学ぶことに時間を割くのが最善だと彼は述べています。

スクーターブラザーズは、ツインスピンドル/ツインタレットマシンが納品されたとき、確かに理解していました。会社が最初の数か月で旋盤をより効果的に使用し、1年以内に半スロットルレベルの生産を達成できた限り、ブラザーズ氏は落胆することはありませんでした。

ゴッドボールド氏は、このアプローチが世界にすべての違いをもたらしたと信じています。彼は謙虚に、Comp Camsは、従来の旋削とフライス盤の経験しかないショップが、機械加工やプログラミングに必ずしも優れていなくても、複雑な多機能マシンをうまく統合できることを証明していると言います。ただし、これには、ショップがその目標を達成するのを喜んで支援する機器サプライヤーとの強固な関係を確立する必要があります。一緒に働く信頼できる人を見つけることはすべてを意味すると彼は言います。