エンドワークタレットで精密シャフト生産のサイクルタイムを短縮

ジョブショップGrand Haven Steel Products（ミシガン州グランドヘイブン）でのシャフト加工の標準手順は、歴史的に軟らかい状態で旋削し、部品を外部に熱処理へ出し、その後研削で最終公差まで仕上げるというものでした。旋削用途はそれほど要求が厳しくなく、同ショップでは通常8台のCNC旋盤で±0.002インチしか保持する必要がなく、精度は研削に任せていました。しかし、一部の部品をハードターニングできれば効率を大幅に向上できる機会がありました。そこで1997年、主にこのタスクのためにHardinge Inc.（ニューヨーク州エルマイラ）からConquest T-51 CNC旋盤（バー容量2インチ、チャック容量10インチ）を購入しました。製造エンジニアリングマネージャーのジョージ・スタール氏によると、最初の仕事の1つで、40 HRCのシャフトで重要な溝入れ加工を、要求された0.0003インチ公差内で見事に実行できました。

1年以内にさらなる生産性向上の必要性を感じ、2台目のHardinge、Conquest T-42（バー容量1-5/8インチ、チャック容量8インチ）を購入しました。最初のマシンと異なり、T-42には「ラムタレット」が装備されていました。これはオン中心エンドワーク操作を行う第2の6ステーションタレットです。このマシン構成の大きな利点は、例えば主タレットで旋削しながら第2タレットで穴あけやタッピングを行うなど、内径と外径の操作を同時に実行できることです。

同時内径/外径操作の最も明確な利点は、サイクルタイムを大幅に短縮できることです。あるケースでは、一体型フランジ付きシャフトで、外径旋削に加え、穴あけ、タッピング、面取りが必要なボアがありました。これらすべての操作を順次実行する場合、ボア側の総サイクルタイムは70秒でした。しかし、この部品をT-42に移し、内径と外径の操作を同時に実行できるようにすると、サイクルタイムはわずか46秒に短縮されました。これにより、平均生産出力がそれまでの時間あたり26個から現在の48個に向上しました。

しかし、ハードターニングに耐えられる十分な剛性のマシン構造と、内径/外径操作を処理する柔軟性、効率的なワークホールディングの組み合わせこそが、Grand Havenに生産性を真に向上させるプロセス能力を提供しています。上記のワークピースの場合、溝の重要な直径が統計的工程管理で監視されています。上側管理限界が公称から-0.00015インチ、下側管理限界が-0.00045インチで、総帯域幅0.0003インチという中で、この形状は管理内にしっかり収まっています。この精度により、Grand Havenは後続の研削工程を排除し、部品製造コストを大幅に削減できました。

ワークホールディングはこの能力に大きく関係しています。多くのショップと同様、Grand Havenの最初の考えは、非常に小さな部品を除いてすべてを3爪チャックで保持することでした。しかし、状況によってはより良い結果をもたらす他のオプションがあることがわかりました。例えば、T-42で最初に実行された仕事の1つでは、直径公差±0.0003インチ、前後からの最大ランアウト0.0005インチ、硬化400シリーズステンレス鋼の主要径で32 RMS仕上げを達成する必要がありました。

これらの特徴を一貫して達成するのは最初は困難でした。調査の結果、部品が3爪チャックで一貫して安定して保持されていないことが判明しました。Hardingeの推奨で、16Cデッドレングスコレットをジョーチャックに代えて使用しました。これにより、スピンドル面により近い位置で加工できるようになり、ランアウトと表面仕上げの両方が改善されました。さらに、コレットによりより高い回転数で部品を回せるようになり、より効率的な加工が可能になりました。最後に、デッドレングスシステムにより、部品長さをはるかに厳密に制御できるようになりました。