別の種類のマシニング センター

金属加工製造に携わる者なら誰しもが痛感するように、専用加工技術と柔軟な加工技術の間で、世界中の機械工場で戦いが繰り広げられています。金属加工製造業への多品種少量の流入は紛れもなく、おそらく止めることはできません。機械加工のあらゆる側面に浸透しているようです。

これらの一般的な用語 (多品種、少量) は相対的なものです。たとえば、金型工場にとって、ロット数量 5 は「大量」と見なされる場合があります。ティア 2 のサプライヤーでは、500,000 個以上が大量生産と見なされる場合があります。相対的に言えば、500,000 個の Tier-2 サプライヤーは、過去数十年の全体的な製造傾向に基づいて、以前の 1,000,000 個から生産を調整した可能性があります。今日、その同じ「大量」は 5,000 個に近いかもしれません。相対的なものです。

今日の製造需要の現実を反映して工場が生産を最適化できる資本設備を探す場合、選択できる工作機械の構成は数多くあります。今回ご紹介するデザインのひとつ。これはマルチセンターと呼ばれ、多品種で柔軟な生産と大量の専用機械加工能力との間のある種の架け橋となるように開発されました。

モーフィング ロータリー トランスファー

Multicenter の背後にあるコンセプトについて詳しく知るために、イタリアのブレシアに本拠を置く Porta Solutions の第 2 世代の所有者である Maurizio Porta に話を聞きました。北米本社はコネチカット州ニューイントンにあります。 1958 年に父親のオスカーによって設立されたポルタ氏の会社は、さまざまな用途向けの特殊な工作機械の製造を開始し、専用の生産要件と柔軟な生産要件の変化を見てきました。

「もともと、当社はロータリー トランスファー工作機械を製造していました」と Porta 氏は言います。 「これらの機械は、部品を製造するために機械が作られた時代を反映しています。部品は王様であり、その生産を最適化するように設計された専用ツールを作成することがゲームの名前でした。」

従来のロータリートランスファーテクノロジーでは、ショップが仕事を見つけてから、部品に関する生産システムを設計していました。一部のジョブは、何年も実質的に変更されずに実行される場合があります。製品のライフ サイクルが短くなるにつれて、多くの用途で専用の生産機械のコストが正当化されなくなりました。これは主に、新しい仕事のために機械を改造するのが難しく、費用がかかり、通常は単に努力する価値がないためです.

2005 年に、Porta は専用マシンではなく、マルチセンターの形で柔軟なマシンにソリューションを導入しました。その考えは、特定の部品を中心に設計された専用の機械加工技術を、部品の組み合わせの変化に応じて簡単に改造できるマシニング センター プラットフォームと橋渡しすることでした。

4 ステーション カルーセルを中心とするこの機械は、最も一般的な構成で、3 つの横型マシニング センター モジュールを備えています。作業台の 4 番目のステーションは、有人または自動化可能なロード/アンロード ステーションです。

各 HMC モジュールは、各ステーションで 3 軸または真の 4 軸加工が可能です。マシニング センター モジュールは段階的に動作しますが、独立して制御されます。 1 つの部品、複数の操作で 1 つの部品、または複数の異なる部品を同時に製造する機械。ロード/アンロード ステーションに戻る前に、4 つの異なるパーツすべてが 3 つのスピンドルすべてで処理されます。

3 つのスピンドルを使用すると、必要に応じて加工操作を変えることができ、機械の柔軟性が高まります。 4 ステーション パレット キャリアの 1 回転で、完成品、4 個の完成品、または 4 個のバリエーションを生産できます。しかし、Porta 氏によると、ほとんどのアプリケーションでは漸進的な加工シーケンスが使用されています。

Porta 氏は、顧客が Multicenter の 1 サイクルで 3 つの異なる部品を製造した 1 つのアプリケーションについて話します。 「これらの部品は組み立てに使用されたため、機械の各サイクルで完全な部品セットが製造されました」と Porta 氏は言います。 「機械加工後、部品を組み立ててお客様の元へ出荷。非常に効率的なアプリケーションでした。」

HMC と比較したマルチセンター

HMC では、多品種少量の作業を扱うショップへの投資が増加し始めています。それらは固有の柔軟性を備えており、パレット シャトル システムを使用してワークを工作機械に出し入れすることで、自動化に容易に適応します。さらに、水平設計の切削工具能力は、最大の競合他社である VMC よりも優れています。

Production Machining による調査 の社内市場調査事業である Gardner Intelligence は、HMC の購入予測に大幅な上昇を示しています。 2017 年の数値より 85% 多い。

ただし、Porta 氏は、ボリュームとワークピースの複雑さが複数の HMC を必要とする場合、Multicenter がそのニッチを見つけると主張しています。 「これは、専用マシンの非常に高い生産性と、HMC の柔軟性を備えた少量生産の間の架け橋です」と彼は言います。 「マルチセンターは、これら 2 つのクラスの機械の中間に位置し、特別なものではなく標準の工作機械であるため、リード タイムが大幅に短縮されます。」

この機械は 10 インチの作業立方体用に設計されていますが、設計はより大きな部品にも拡張可能です。 3 台のマシニング センターには、それぞれ専用のツール チェンジャーが装備されており、それぞれに標準で 12 個のツール容量があります。必要に応じて、それぞれ最大 40 個のツールを使用できる、より多くのツール容量を利用できます。各工作機械の主軸には工具先端に 3 つの軸があり、4 つ目の回転軸は各ワークテーブルにあります。すべての軸は、マシンの FANUC または Siemens CNC によって制御されます。

省スペース、省電力

ポルタ氏によると、Multicenter の設計上の利点は、生産数を達成するために 3 つまたは 4 つの HMC を必要とするそのマシンの典型的な顧客が、単一のプラットフォームでそれらを入手できることです。マシンの操作が簡単になり、消費電力が少なくなり、床面積も少なくて済みます。

HMC のフロア・スペース要件は、関連するロードおよびアンロード・エリアとともに、重要ではありません。 「床面積を 3 倍にすると、かなり大きくなります」と Porta 氏は言います。 「Multicenter は基本的に 1 つのプラットフォーム上に 3 つの HMC があるため、わずか 87 平方メートルしか占有しません。典型的な HMC を 3 つ、付随する自動化を行うと、240 平方メートルかかると計算しています。」

Porta 氏によると、Multicenter は、3 台の独立した横型マシニング センターと比較して、50% 少ないエネルギーを消費します。彼は、Multicenter の消費量が 51 kWh であるのに対し、3 台​​のマシニング センターの場合は 120 kWh であり、生産量は同等であると述べています。

これらの料金は、余分な付属品の削減によって正当化されると彼は言います。たとえば、マシニング センターは 3 つの自動化システム、3 つのチップ コンベア、3 つのパレット チェンジャーを駆動します。さらに、1 つのプラットフォームに対して 3 つのプラットフォームに関連するメンテナンスが多くなります。

対象顧客 2 名

ポルタ氏によると、マルチセンターには 2 つのターゲット顧客がいます。同社は大量の特殊機械で構築されたため、マルチセンターは大量生産センターになるように設計されています。

「一部のお客様は、Multicenter を特別な機械のように 1 つの部品に使用しています」と Porta 氏は言います。 「これらのショップは、場合によっては年間 700,000 ～ 1,000,000 個の範囲の自動車部品を製造しています。 1 つのプラットフォームに 3 台のマシニング センターを搭載することの固有の利点である、フロア スペースの削減、エネルギーの削減、労働力の削減によるコスト削減は、これらの用途にも当てはまります。」

マルチセンターがその特殊なマシンの祖先と異なるところは、少量のアプリケーションでコスト競争力を発揮できることです。 「一部のお客様は、マルチセンターを使用して、大量生産ではなく多品種の生産注文に対応しています」と Porta 氏は言います。

この 2 番目のターゲット グループでは、500 から 5,000 のバッチが一般的です。これらのショップは通常、在庫のために部品を製造するのではなく、「スポット」注文を処理します。

これらのショップは、マルチセンターのキャパシティを使用して、注文が入ったときに対応する傾向があります。これらのジョブ ショップのマシンは、専用の生産ではなく、柔軟な生産用に設計されています。

クイックチェンジ ワークホールディング

マルチセンターの構造は、HMC とはかなり異なります。マシンベースは、ポルタ氏がクローズドボックス構造と表現する溶接部です。ボックス内では、4 ステーションの回転テーブルが加工パレットを運びます。ボックスには 3 つの壁があり、各壁には専用のリニア ガイドウェイ セットを備えたマシニング センター モジュールがあります。 4 番目の壁は、ロード/アンロード ステーションがワークゾーンにアクセスできるように開いています。

Multicenter の開発において、Porta は柔軟なワーク保持システムを設計しました。マシンの 3 つのパレットのそれぞれに取り付けられているのは、パレットによって B 軸の輪郭を描くために、位置または連続的にインデックスを付けることができるレシーバーです。レシーバーは標準化されており、パレットに固定されています。

特定のワークピース用のクランプがレシーバーに取り付けられ、CNC の下で開閉し、油圧は制御によって常に監視されます。交換はレシーバーのクランプを交換するだけで完了します。これにより、切り替え時間は 30 秒になります。

ワークピースの 5 番目の面にアクセスするために、治具は 90 度のインデックスを付けて部品のその面をスピンドルに露出するように設計されています。この操作は通常、スピンドル 3 で実行されますが、必要に応じてすべてのスピンドルで実行できます。部品を仕上げるために一点旋削が必要な場合、治具は U 軸オプションにも対応しています。

プログラムの実行

3 スピンドル Multicenter のプログラミングは比較的簡単です。各マシニング センター モジュールには、FANUC または Siemens コントロールのいずれかで独自のページがあるため、そのプログラミングは基本的に、一度に 1 つの B 軸を備えた 1 つの 3 軸マシンです。プログラミングは、スピンドル 1 から 2、3 へと進行します。

実質的に 3 つの別個のプログラムが同時に実行されていますが、別個の同期制御は必要ありません。 Porta が使用する両方の CNC ブランドは、コントロールのバックグラウンドでプログラムの同期を操作します。

マシンには 3 つのスピンドルがあり、通常は順次操作を実行しているため、サイクル タイムのバランスを取り、無駄な時間をなくすことが重要です。 Porta は Microsoft と共同で Energy Characterization と呼ばれるソフトウェア パッケージを開発しました。

スピンドル モーターからの電力消費を読み取ると、ソフトウェアはより軽い切削のために電力を効果的に削減し、回生ブレーキを介して、より多くの電力を使用するスピンドルに転送します。最終的な結果として、電力消費が最適化されます。

Porta は、Industry 4.0 接続機能と互換性があります。その開発プログラムのいくつかは比較的進んでいます。生産量が 1,000,000 パーツであろうと 500 パーツであろうと、利用可能な情報はどのメーカーにとっても価値があります。データは、金属加工製造の通貨としてチップに加わります。