治具・ジグをインテリジェント製造に統合し迅速生産を実現

現代生産の頂点にあるのはインテリジェント製造システムです。これらは機械加工が必要な部品の柔軟な需要に合わせて調整され、顧客の常に変化する要求に応じて迅速にリセット可能です。真のラピッドマシニングはこれらのシステムでのみ可能です。しかし、全コンポーネントの初期導入とセットアップは非常に複雑です。今日はスマート製造ソリューションのためのジグ&フィクスチャシステムについて議論しますが、まずこの技術の現状を見てみましょう。

今日のインテリジェント製造

インテリジェント製造はインダストリー4.0理論の不可欠な一部です。スマート製造市場はまだ発展途上段階にあり、コンセプトがまだ完成されていないためです。しかし、技術が十分なソリューションを獲得すれば、市場は急拡大すると予想されます。スマート製造システムは、少量バッチや単一のカスタマイズ部品を最短納期で製造するという現代顧客のニーズに真に適合しています。現在、ラピッドマシニングモジュールを大幅に自動化するソリューションがいくつか存在します。工作機械の自動化は容易です。必要なNCプログラムを正しい順序でロードするだけです。

真の課題は、パーツのロード/アンロードと、加工中の正しい位置での固定です。ロボットアームでロード/アンロードを行う場合、加工中にパーツを正しい位置で固定するのはジグ工具の役割です。ここでの主な問題は、インテリジェント製造システムで加工される部品が異なるものでなければならない点です。

スマートクランピングシステムの必要性

典型的なインテリジェント製造システムは、工作機械、切削工具、ブランク（または工程末端の部品）、ジグとフィクスチャ、ローディング機構、部品とブランクを収納するバンカー、システム全体を調整する様々な制御センサーで構成されます。

典型的なサイクルは以下の通りです。ロボットアームがバンカーからブランクを取り、ジグ工具にセットします。フィクスチャがパーツを固定し、工作機械が起動します。ラピッドマシニング完了後、フィクスチャがアンクランプし、ロボットアームがパーツをアンロードして別のバンカーに格納します。プロセスはシンプルに見えますが、なぜセットアップ段階が複雑とされるのでしょうか？

主な理由は、システムが全く異なる部品を製造しなければならない可能性があるからです。最初は小さな円筒、次はプレート、次はクランクシャフト。それぞれに専用のクランピングが必要です。インテリジェントクランピングソリューションはこの問題を一定程度解決します。ロボティクスにより、調整可能なジグとフィクスチャを作成できます。これにより、類似部品のセット全体をクランプ可能になります。

インテリジェント製造のためのジグ&フィクスチャ

まず、ジグとフィクスチャの違いを明確にしましょう。可能な動きの違いです。ジグはブランクを工作機械の作業領域内に制限するために使用されます。例えば、フライス盤の作業テーブル上でパーツの水平移動を防ぐストッパーなどが含まれます。フィクスチャはパーツを固定する特殊工具です。例えば、ボルトと専用ナットを使ってブランクを締め付ける場合、それらはフィクスチャとなります。WayKenでは、ラピッドプロトタイピング、成形とフィットテスト、ジグとフィクスチャ、エンドユースアプリケーション向け機能部品に最適なクイックターン、精密CNC加工サービスを専門としています。

ジグとフィクスチャ機構には多くの種類があります。最もシンプルで柔軟なのは、ボルトで組み立てられる多数の標準ブロックを含むものです。レゴのように使え、多くの異なる構成が可能です。しかし、このようなフィクスチャの組み立てには多くの時間がかかります。もう一つの柔軟な方法は、汎用標準クランプ、チャックなどを購入することです。これは手動加工に効率的で、オペレーターがセットアップを確認し、問題があれば修正できます。しかし、スマート製造システムには自動化された柔軟なジグ工具が必要です。

スマート製造システム向けジグとフィクスチャ設計の主要段階

インテリジェント製造向けジグとフィクスチャの設計は複雑なプロセスです。しばしば、そのジグで製造される製品の開発よりも難易度が高いです。目的のCNCフィクスチャツールを得るために完了すべき主要段階がいくつかあります。

1. 基準面の選択。可能であれば、一つのシステムに複数の基準面セットを持たせ、さらに柔軟性を高められます。
2. 調整範囲の選択。ここでシステムの「賢さ」を定義します。範囲がより可変で広ければ、工具はより高度になります。
3. フィクスチャの選択。
4. フィクスチャ機構の選択。自動化システムでは電動、空圧、油圧、またはこれらの混合駆動が使用可能です。選択は主に工作機械の駆動方式に依存します。ただし、特定工具には専用駆動が必要です。例えば、バキュームフィクスチャは空圧駆動のみ、磁気工具は電動駆動必須です。
5. アセンブリ全体の設計。ここで全パーツを設計し、フィクスチャ作業の正確なサイクルを決定します。
6. 工具のプログラミング。自動化のために、ドライブを制御する専用NCプログラムを各システムごとにゼロから作成する必要があります。
7. 製造準備

フィクスチャ開発が重要な理由

インテリジェントな調整可能クランピングシステムには、かなり長く複雑な開発・製造プロセスを正当化する多くの利点があります。

1. 製造コストを削減。よく設計されたインテリジェントジグ工具は、多数のシンプルなクランピング機構に取って代われます。
2. オペレーターをプロセスから排除。スマート製造システムの自動運転に不可欠で、インテリジェントクランプにより、別バッチへのリセットも完全ロボット化できます。
3. 時間を節約。ラピッドマシニングで最も時間がかかるのは、別バッチ用のシステムセットアップです。インテリジェントクランピングシステムは調整可能なので、工具を変えずに多くの異なる部品を加工できます。部品が調整範囲内に収まるよう注意するだけで済みます。