部品・コンポーネント設計の合理化で効率と価値を向上

ミネソタ州ワコニアのMilltronics Manufacturing Companyは、CNC（コンピュータ数値制御）工作機械メーカーとして、高品質でコスト効率に優れたマシニングセンタ、工具室用フライス盤・ブリッジフライス盤、工具室旋盤を米国内外で製造・販売する大手企業です。

約25年の歴史の中で、Milltronicsは非常に競争の激しいビジネスで生き残るため、マーケティング哲学を何度も変更してきました。当初は、国内工作機械メーカー向けにCNCシステム（フライス盤の動きを指示する寸法情報をプログラミングしたコンピュータ）を製造・販売していました。輸入品が増えるにつれ、米国メーカーは競争できなくなると判断し、撤退していきました。

国内メーカーが減少する中、Milltronicsはターンキー製品の販売を開始し、自社CNCを輸入機械に搭載しました。更なる政府制裁により、機械供給源と、残っていたわずかな顧客の鉄鋼供給源がほぼ枯渇しました。その時、残された唯一の選択肢は、自社でマシンを製造することでした。以前にも多くが試み、失敗した道です。違いは「やり方」にありました。Milltronicsは、マシンの部品数を最小限に抑え、複数のニーズを解決するコンポーネントを設計することで、成功の大半を説明しています。

新製品ラインを「Partner」と命名し、これが会社の全体的な姿勢を定義しました。Milltronicsは従業員、ベンダー、顧客との「パートナーシップ」を構築しました。この戦略は、技術力、競争力のある価格設定、工作機械セグメント全体の再定義に影響を与えました。

この会社/ベンダー パートナーシップを通じて、Milltronicsは、最も人気のある製品ラインの1つであるCNCマシニングセンタの品質と将来の設計を脅かしていた厄介なエンジニアリング問題を解決しました。同社はブラシ型DCサーボモーターを搭載していましたが、これはACサーボモーターの技術的・性能的優位性を提供できませんでした。

VM17シリーズマシニングセンタにブラシレスモーターを採用することを決定した際、サーボドライブとモーターを担当する電気エンジニアのロバート・ペイジ氏がこのエンジニアリング変更の不可欠な存在となりました。「プロジェクト開始時に、市場がブラシレスシステムを求めていると判断しました」とペイジ氏。「主にその速度と信頼性のためです。」市場には高速ブラシ型DCモーターもありましたが、新しいブラシレステクノロジーと比較すると時代遅れと見なされていました。「一般的に、ブラシレスモーターは高速で、ブラシ交換や整流限界の心配が不要です。」

同社は18ヶ月間、様々なメーカーのサーボドライブとモーターの様々な組み合わせを試験しました。同じメーカーの製品をテストする場合もあれば、異なるメーカーを組み合わせる場合もありました。「結果はあまり良くありませんでした」とペイジ氏。「依然として問題があり、より使いやすく信頼性の高いオプションを探し続けました。」

同社は、安川電機（イリノイ州ノースブルック）のSigmaサーボシステム、すなわちブラシレスサーボモーターと柔軟な全デジタルアンプのコンパクトで高性能な組み合わせに着目しました。Sigma製品ファミリーは、分析した他のシステムよりも高いトルク/慣性比、長さあたりのトルク、ドルあたりのトルクを提供しました。

安川工作機械販売グループの地域セールスマネージャー、ピーター・ジェンヌソ氏が、1996年9月のIMTS展示会に出荷予定のマシニングセンタへのブラシレスサーボモーター、ドライブ、ケーブルの納入を手配しました。「このプロトタイプモデルの速度と全体的な性能に非常に感銘を受けました」とペイジ氏。「展示会では、当時ACデジタルブラシレスモーター技術と性能にますます精通しつつあった顧客から、大きな関心を集めました。」

安川の技術担当者も非常に協力的でした。「助けを求めると、すぐにここへ来て私たちのスタッフと作業してくれました。ある技術者は2日間滞在して、ドライブが完全に適切にマッチングされることを確認してくれました」とペイジ氏。「サポートは最初から非常に良かったです。私たちが選ばなかったものを躊躇なく引き取ってくれたり、プロトタイプユニットでテストするために様々な安川Sigmaサーボモデルを提供してくれたりしました。安川は、最初の発見をし、物事を軌道に乗せるために必要なツールを提供してくれました。彼らのエンジニアリング努力と工場での技術知識提供により、学習曲線は急峻でした。」

「ブラシレスサーボモーターとドライブを使用したエンジニアリングテストは優れた結果を示しました」とペイジ氏は付け加えます。「電源を入れるたびに、マシンからマシンへ、全く同じように動作します。サーボモーターとドライブの微調整が不要になったため、私の仕事はずっと楽になりました。絶対的に均一で、常に動作します。」

最近、Milltronicsはマシンの精度を確保するためにより厳格なテストを行っています。最も厳しいテストの1つがRenishawバー球テストです。マシンに円を切削させ、その真円度を測定して理論上の完璧な円にどれだけ近いかを確認します。これは工作機械モーターにとって駆動と制御が難しい操作です。マシンのあらゆる側面を測定するため、包括的です。ペイジ氏によると、ブラシレスサーボモーターは毎回丸く滑らかな円を提供します。

システムセットアップ、パラメータ設定、オートチューニング、性能監視、トラブルシューティングは、SigmaシステムのソフトウェアパッケージSVMONで大幅に容易になります。「非常に使いやすいです」とペイジ氏。「SVMONを使えば、RS-232ケーブルをドライブ前面に差し込み、約15秒でパラメータをダウンロードできます。これらのマシンの各軸のパラメータファイルが維持されるため、ドライブをパワーアップし、パラメータをダウンロードすれば、即座に準備完了です。」

最高運営責任者のティム・ラシュレガー氏は、テスト初期にはSigmaサーボブラシレスモーターとドライブ、およびそれが提供する高度な技術レベルは高すぎると考えていました。コストがかかりすぎ、学習曲線が長すぎて製品化できないと。しかし、実際は全くの逆でした。「Yaskawa Sigmaサーボモーターを採用するコストは、実は前回の取り組みよりも安かった」と氏。「4つのカテゴリーに分類されると思います。第一に、製品を立ち上げて準備完了させるまでの曲線が非常に速かった。第二に、価格が想定より良かった。ボリューム換算すると容易に正当化できた。第三に、現場での技術面では、Sigmaサーボモーターとドライブの組み立てが速く、テストも速い。トラブルシューティングは最小限で、なぜなら動作するからです。第四に、現場に出てからは交換・サービスコストがなく、結果として不満を持つ顧客もいません。したがって、Sigmaサーボの総合コストは、より低い技術レベルのものに対して有利です。」

Milltronicsの製品ラインはマシニングセンタと工具室機械に分かれます。3分の2がマシニングセンタ、3分の1が工具室製品です。6機種のマシニングセンタモデルがあり、テーブル移動量は25×16インチから100×30インチ、重切削用に最大20馬力です。エントリーレベルモデルを除くすべてにSigmaサーボモーターとドライブが搭載されています。「製造の観点から、複数モデルを同じサーボモーターで製造できるのは非常に生産的です」とラシュレガー氏。「以前は、より良い価格を得るために複数サイズのDCモーターを大量購入し、大きな在庫を抱える必要がありました。安川の40〜50インチ範囲での価値により、1つのサーボ製品で複数のマシンモデルをカバーできます。」

DCサーボドライブ搭載VM16マシンの早送り速度は400 ipmです。Yaskawa搭載の他のほとんどのマシニングセンタは大幅に高く、典型的に約800 ipmです。「400 ipmのマシンを売るか、800 ipmを謳うマシンを売るか。これがブラシ型DCと比較したYaskawa ACサーボの違いです」とラシュレガー氏。「どちらの技術も無理な領域まで押し進めているわけではなく、両技術の信頼性は正直かなり良好です。しかし、マシンから生産性を求める顧客や、高速コーナリングを行う顧客は、800 ipmの機能を好意的に見るでしょう。

「また、実際の切削時のコーナリング送り速度もACデジタルサーボで拡大されます。これはDCでは非常に要求が厳しいです。一方、ACサーボは低慣性と非常に高い性能により、高速加工と3次元加工を必要とするプロジェクトで優れています。

「Yaskawa Sigmaサーボを現場で6ヶ月以上使用しており、相当数が稼働しています」とラシュレガー氏。「アンダーサイズの報告を1件も受けていません。仕様はかなり保守的な傾向があります。以前は同じサイズのDCを使用したときにマシンの推力について疑問があったこともありますが、ブラシレスSigmaサーボとドライブではその考慮は不要です。これは重要です。

「これら製品の信頼性は例外的です。これまで使用したどの製品よりも使用実績の面からは優れています。サービス部門からは、出荷後最初の6ヶ月間でフィールド故障の報告はゼロでした。正直、驚異的です。

「競合他社の中には自社でサーボを製造し始めたところもあることに気づきました」とラシュレガー氏。「このオプションを検討しましたが、意味がありません。この技術を学び、習得し、最大化することは、私たちがリソースを費やすべき専門分野ではないと感じています。製品は非常に競争力があります。安川は、どのプライベート工作機械会社よりも、この製品を技術的に正しく製造することに精通しています。私たちの見解では、自社で設計・製造するのは現実的ではなく、この部分は引き続き調達します。マシニングセンタの心臓部を最高のものにするため、安川サーボを選択しました。

「ブラシレスSigmaサーボへの切り替えが会社にとって非常に良い決定だったことはすでに確認しています」とラシュレガー氏。「それがもたらしたことに非常に興奮しています。6ヶ月早く変更していればよかったと願うばかりです。他の決定の代償を払っているからです。ACデジタルドライブの使用が100%安川であることは、製品とビジネス関係への私たちの信頼を物語っています。」

工具室機械は信じられないほど競争が激しいため、この製品ラインでは1ドル1ドルが重要です。これらのマシンの要件は通常DC技術の領域です。

Milltronicsは自社CNCシステムを製造しているため、安川製品の技術的進歩は本当に評価されています」とラシュレガー氏。Milltronicsは最近、3Dカラーグラフィックスや高速輪郭加工など最先端技術を搭載した高速Centurionコントロールを発表しました。しかし、同じくアップグレードされた技術を持つサーボとマッチングしない限り、最大性能を発揮できません。この2つの技術を融合させることで、Milltronicsは性能面でリーディングエッジを獲得しました。このレベルの性能を持つマシニングセンタは通常、倍のコストがかかります。

「私たちの会社のエキサイティングな点は、真のものづくりが行われていることです」とラシュレガー氏。「アメリカに、品質と価値重視の製品を世界中に製造・販売するブルーチップ企業として成功する技術基盤があることを証明しています。製造基盤こそが、最もエキサイティングな出来事だと思います。」MMS