1つの5軸プロセス、自動化の10要素

6ステーションのパレットプールとパレットローディングシステムを備えたPhoenixProtoの新しい5軸マシンを観察すると、訓練を受けていない人にも自動化が明らかです（同様に装備された3軸マシンの1つにも同じことが言えます）。とはいえ、ショップの5軸プロセスを構成する自動化の要素は他にもあります。実際、これらの要素により、プロセスは、ショップのアルミニウム金型コンポーネントに必要な公差と表面仕上げを繰り返し達成しながら、人間の介入を最小限に抑えながら、機械加工の精度とスループットに悪影響を与える可能性のある固有の変数を調整できます。

ミシガン州センタービルのショップの目標は、組み立てられたアルミニウム金型を3週間以内に顧客に提供することであるため、スループットに関するこの点は重要です。そのため、高品質の機械加工された工具コンポーネントの迅速な納品が不可欠です。

会社の社長であるボブ・ラムモン氏は、プロトタイプや「ブリッジ」工具（鉄鋼製造工具が完成するのを待つ間、会社が新製品のプラスチック部品の射出成形を開始できるようにするために一時的に使用される金型）の製造にアルミニウムが引き続き一般的に使用されていると述べています。しかし、彼は、従来の鋼製の金型の代わりに製造に使用されるアルミニウム製の金型への関心が高まっていることを認識しています。

「射出成形部品の形状と樹脂によっては、コーティングされていないアルミニウム金型から50,000ショットを得ることができます」とLammon氏は説明します。 「場合によっては、これで本番環境のニーズをサポートするのに十分な場合があります。しかし、私たちが使用しているニボアハードニッケルコーティングプロセスなどの技術によってアルミニウムモールドを54 HRCに硬化させることにより、非研磨樹脂で100万ショット以上、研磨ガラス充填樹脂でおそらく25万ショットを取得することができます。 。」

ショップが製造する金型の用途は、電化製品、自動車、消費者、医療、銃器業界向けの部品など、多岐にわたります。これにより、金型のサイズ、機能、および形状が高度に混在し、機械加工エリアが短期間で対応する必要があります。 Lammon氏によると、自然な解決策は、高速の5軸機械加工プロセスを自動化して、最も複雑な金型コンポーネントの無人/完全自動生産の長いストレッチを記録することであるように思われました。最近ミシガンショップを訪れたときに学んだように、これは実現しています。

自動化の追加

フェニックスプロトには、3台の高速マシンと3台の従来型CNCマシンがあります。ショップが追加した最初の自動マシニングセンターは、2012年に購入したRoeders RXP500 3軸マシンでした。この42,000rpmのリニアモーターマシンは、6ステーションのパレットプールを備えたRCE1パレット交換システムを備えています。現在、主にモールドベースやキャビティブロックなどのコンポーネントの機械加工に使用されています。

現在、金型キャビティとコアのほとんどすべての機械加工は、より大きなRCE2パレット交換システムを備えた新しい5軸RoedersRXP601DSHで実行されています。これは、ショップ初の（少なくとも今のところ）5軸マシンのみで、2016年の初めに設置されました。高速の3軸ローダーと同様に、42,000rpmのスピンドルとリニアモータードライブも備えています。 1ナノメートルの分解能で。リニアモーターは高速移動の鍵であり、2,362ipmの高速トラバース速度を可能にします。また、ボールスクリューよりも摩擦が少ないため、消費電力が少なくなります。

21.3 x 25 x 15.7インチの加工エンベロープと440ポンドの最大ワーク重量を備えた5軸マシンは、±115度の範囲のA軸スイベルを備えたトラニオンスタイルの設計を特徴としています。他の回転運動は、トラニオンのC軸プラッターによって提供されます。 Roeders ofAmericaの社長であるMattByers氏によると、スピンドルが回転軸の動きを提供しないトラニオンの設計は、重い切断を可能にするために、代替の5軸機械プラットフォームよりも剛性が高い傾向があります。さらに、ワークピースの重心が低いため、慣性力が低く抑えられ、高速動作中の転倒や傾斜の影響を軽減します。

Byers氏はまた、この機械の独自の制御技術が、PhoenixProtoが実行するタイプの高速フライス盤に利点をもたらすと信じています。効果的な高速フライス盤を容易にするための2つの重要なパラメータは、先読みとブロック処理速度です。マシンのPCベースのRMS6CNCは、10,000ブロックの先読みと0.1ミリ秒のブロック処理速度を提供します。

高速機械加工技術を使用した機械の高速サイクル時間によって可能になった高スループットは、このプロセスに組み込まれている自動化のすべての要素によって補完されます。訪問中に気付いた10の自動化要素は次のとおりです。

1。ローディングシステムとパレットプール

5軸マシンのRCE2自動パレット交換システムには、6ステーションのパレットプールがありますが、ショップはパレットに複数の部品を固定する場合があります。各パレットのサイズは23.6x15.7インチです。

フェニックスプロトの要求に応じて、ローディングシステムのグリッパーが変更されました。もともと、パレットの端からはみ出す部分はありませんでした。グリッパーをパレットの下部からピックアップするように変更することで、システムはより大きなワークピースをロードできるようになりました。現在、パーツサイズは、ローダーではなく、マシンの容量によってのみ制限されています。

このショップでは、Roedersのジョブ管理ソフトウェアを使用して、ジョブのスケジュールと管理を行っています。長いものを夜間と週末に実行するようにスケジュールしようとします。現在、週に5日12時間のシフトを1回実行しています。または、マシンが単独でビジー状態を維持できるように、実行時間の短いジョブが十分に設定されていることを確認しようとします。

2。マシン

5軸加工は、それ自体が自動化の一形態です。 5軸プロセスには、輪郭と位置決め（「3 + 2」とも呼ばれます）の2種類があります。フェニックスプロトは、75％の確率でこのマシンで3+2ポジショニングを実行します。このため、機械は2つの追加の回転軸を使用して、ワークピースを角度を付けて傾け、その位置にロックします。その後、その方向で3軸操作に相当する操作を実行します。 1つの利点は、これにより、1つのフィクスチャでパーツの5つの側面にツールがアクセスできることです。これにより、セットアップの数、パーツが他の方法で実行しなければならない可能性のあるマシンの数、したがって、生産中にパーツが「タッチ」される回数（つまり、「自動化」）が最小限に抑えられます。

3 + 2を介したパーツ傾斜機能により、ツールをパーツにまで到達させて、深いリブなどのトリッキーな金型フィーチャーを作成することもできます。場合によっては、これにより、二次シンカーEDM操作とそれに関連する電極の加工の必要性がなくなりました。さらに、使用されている焼きばめツールホルダーは、コレットスタイルのデザインよりも直径が小さく、クリアランスが追加されています。

3 + 2を使用すると、ショップはより短く、より剛性の高いカッターを使用することもできます。より長い工具が必要な場合に発生する可能性のある振動やびびりのリスクをあまり伴わずに、より短い工具を使用して、より速く、より積極的な切断を行うことができます。振動とびびりは表面仕上げの不良につながる可能性があり、Phoenix Protoの場合、高品質の仕上げを実現するために金型コンポーネントの手動ベンチワークや二次EDM作業がさらに必要になり、全体的な生産時間が長くなります。部品をさまざまな角度で傾けると、先端だけでなく、より多くの工具の半径を使用できるため、このショップはボールエンドミルの工具寿命の向上も実現できます。先端（回転速度がゼロになる点）ではなく、半径の他の領域で加工することも、より良い表面仕上げにつながります。

3。タッチトリガープロービング

新しい部品がマシンにロードされた後、タッチトリガープローブを使用した自動プロービングルーチンが、パーツまたはワーク保持デバイス上のいくつかのポイントの位置を識別して、マシン上のパーツの正確な位置を確立します。次に、マシンのCNCは、ネイティブの作業座標系をそれに一致するように自動的に調整します。これにより、機械の座標系に完全に一致するように部品を水平にして位置合わせするために必要となる、手動のシミング、部品の微調整、およびその他の時間のかかる作業が不要になります。

4。自動キャリブレーションサイクル

5軸マシンには、ベース、レール、キャリッジなどにさまざまな冷却チャネルがあるため、これらのコンポーネントは内部の熱源によって拡張することはありません。ただし、店舗内の周囲温度の変動（たとえば、1日の始まりから1日の終わりまで）に適応するために、タッチトリガープローブを使用した自動キャリブレーションサイクルを実行できます。

Roedersのキャリブレーションサイクルは、他のほとんどの工作機械メーカーのプロセスとは異なる方法で実行されます、とByers氏は説明します。彼は、これらのサイクルでは通常、現在マシンにロードされているパレットを取り外して、ツーリングボールを備えた別のパレットと交換する必要があると述べています。次に、このボールをプローブして、店舗の周囲温度の変化によってその場所にどれだけのシフトが発生したかを判断します。逆に、Roedersサイクルでは、ワークピースを含む既存のパレットを取り外す必要はありません。機械のトラニオンアーム鋳造とC軸モーター鋳造には精密研磨プリズムがあり、位置の変化を判断し、必要に応じてそれらの変化を自動的に補正します。フェニックスプロトは、問題に気づかない限り、このキャリブレーションルーチンを月に一度実行し、重要な仕上げパスの前に実行することもあります。

5。スピンドル成長補償

Byers氏によると、一部の工作機械メーカーは、顧客に出荷する前に各マシンのアルゴリズムを作成して、さまざまな速度と実行時間でスピンドルがどれだけ拡張するかを概算します。しかし、彼は、顧客が1日から次の日にマシンを使用する可能性のあるさまざまな方法をすべて説明することは本質的に不可能であると述べています。フェニックスプロトの5軸マシンには、スピンドルの拡張（または収縮）にリアルタイムで適応するオプションの自動スピンドル補正システムがあります。このシステムは、スピンドル面の近くに配置されたL字型アームに取り付けられた非接触センサーを使用します（上のスライドショーの写真を参照）。ナノメートルの分解能を持つセンサーは、動作中にスピンドルがどれだけ膨張または収縮するかを検出し、その情報をCNCにフィードバックして、Z軸を上下に調整して補正します。これは、5軸操作では特に重要です。これは、パーツが傾斜している場合、スピンドルの成長がZだけでなく、3つの直線軸すべてのツールチップの位置に影響を与える可能性があるためです。自動補正は、良好で一貫した表面仕上げとブレンドを保証するのに役立ちます。

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6。オンマシンレーザーツール設定

ツールを交換するたびに、新しいツールの長さと直径が、オンマシンのBlumレーザーツール設定プローブを使用して自動的に測定されます。 （レーザープローブとタッチプローブのキャリブレーションツールボールは、ツールチェンジャーの加工領域の外側に配置されているため、切りくずやクーラントから保護されます。）ショップは、各ツールの直径の許容範囲を指定します。プローブが工具の直径が許容範囲外であることを検出した場合、その工具を使用して機械加工を実行することはできません。たとえば、0.250インチのボールエンドミルの測定値が±0.0002で大きすぎるか小さすぎる場合、使用されません。これはカッターの長さにも当てはまります。

これに先立って、レーザーは交換されるツールが壊れているかどうかを判断します。ツールが壊れているが、パレットプールでキューに入れられた後続のジョブで使用されるようにスケジュールされている場合、それらのジョブの生産は停止されません。 「たとえば、ATC位置5の工具が破損していることが判明した場合、マシンはその工具が破損した部品を取り外し、次のスケジュールされたジョブをロードして、ステーション5の工具が到達する段階に達するまでそのジョブを実行します。使用されるだろう」と語った。同社のオペレーションディレクターであり、5軸マシンのプログラミングとセットアップを行った2人のうちの1人であるLammon氏の息子Scott氏は説明します。 「その後、マシンはその部分を削除し、キュー内の次のジョブに進みます。このプロセスは、ロードされたジョブごとに続行されます。」

7。クーラントノズルの調整

手動で配置する必要のある従来の柔軟なクーラントノズルのみを使用するのではなく、5軸マシンには、ツールの長さに関係なく、クーラントストリームの方向をカットポイントに自動的に調整するクーラント供給システムがあります。ノズルの方向は、スピンドルに取り付けられている次の工具の既知の長さに基づいて、Mコードを介して調整されます。

8。自動傾斜プログラミング機能

Chris Claarは、Phoenix Protoのエンジニアリングマネージャーであり、5軸マシンのプログラミングとセットアップも行っています。 2010年に、ショップは以前のCAD/CAMソフトウェアとCimatronソフトウェアを比較する時間調査を実施したと彼は言います。 「調査の結果、他のソフトウェアと比較してプログラミング時間が30％短縮された後、Cimatronに切り替えました」とClaar氏は説明します。 「私たちが高く評価している時間節約機能の1つは、5軸の自動傾斜機能です。ソフトウェアにはすべての機械部品とワークピース、フィクスチャ、ツーリングが3Dモデル化されているため、自動傾斜機能により、カッターまたはツールホルダーがパーツに当たる深さを判断し、パーツを自動的に傾斜させて、クラッシュして、操作を続行できるようにします。」また、ソフトウェアはこれらの3Dモデルを使用して、プログラマーが機械加工操作のオフラインシミュレーションを実行し、潜在的なクラッシュを検出できるようにします。

9。構文チェック

プログラムごとにCimatronでオフラインシミュレーションを実行するプログラマーに加えて、Roedersコントロールの構文チェック機能を使用して、プログラムとポストプロセッサーを自動的に校正し、そのジョブがスケジュールされる前にエラーを識別します。

10。プログラムの再開

プログラムの途中でマシンを停止する必要がある場合、プログラマーが手動で投稿されたプログラムに移動し、マシンが停止した行番号を検索して、その上のすべてのコードを消去する必要はありません。そのため、中断した適切な位置から再開します。 Roedersコントロールを使用すると、オペレーターはコマンドファイルに行番号を入力するだけで、プログラムを自動的に読み取り、そこから再開します。

自動化の安心

フェニックスプロトの無人加工戦略には多くの考慮が払われましたが、予期せぬ事態が発生する可能性があることを認識しています。そのため、3軸と5軸の両方のRoedersマシンは、エラーメッセージを含むテキストまたは電子メールアラートを送信するように設定されています。 Roedersのサービス技術者がリモートマシン診断を実行して、コンポーネントを交換する必要があるかどうか、ドライブが必要かどうかを判断できるように、オンラインの「TeamViewer」ソフトウェアを介してマシンのコントロールにリモートログインすることもできます。調整するなど。 （実際、ドライブの調整はこのソフトウェアを使用してリモートで実行できます、とByers氏は言います。）

そうは言っても、ショップには別の選択肢があります。 2台のRoedersマシンの間の天井からカメラを吊るし、プログラマーが携帯電話からアクセスして何が起こっているかを確認できます（このページの上部にあるスライドショーの写真を参照してください）。カメラをパンし、マシンまたはそのCNC画面を拡大して、現在実行中のジョブのステータスを確認（および聞く）できます。 「今のように忙しいので、夜の特定の時間に電話でチェックインします。ダウンマシンはスケジュールに本当にしわを寄せる可能性があるからです」とClaar氏は言います。 「まるで私が機械の前に立っているようです。」