インデックス C100 とシーメンス 840D 制御パッケージで生産時間を 33% 短縮

インデックス C100 とシーメンス 840D 制御パッケージが、サイクルタイムを犠牲にすることなくセットアップ時間を改善し、Task Force Tips の生産時間を 3 分の 1 に短縮した方法をご紹介します。

Task Force Tips（TFT）は、より高価な高速加工オプションを導入すれば生産能力が向上することを理解していながら、その投資を躊躇していました。「インデックスのマシンに関しては、経済性を真剣に検討したことがなかった」と同社オーナー兼社長のスチュワート・マクミラン氏は語ります。「うちのマシンがインデックスのレベルに達するとは思ってもみませんでした」。しかし、インデックスのマシンを購入し、シーメンスの制御パッケージを搭載したことで、その判断の誤りに気づきます。この組み合わせにより、TFT の生産時間は従来の 30% まで縮まりました。マクミラン氏はこれを「目覚まし」と呼びます。

TFT は、世界中の消防署で使用される高度に設計された消火用チップ、ノズル、その他の薬剤供給装置を製造しています。インディアナ州バルパライソにある 168,000 平方フィートの施設で、5,000 種類以上の製品を 3 交代制、週 7 日で生産しています。2008 年の国際工作機械見本市（IMTS）で、同社はインデックス社（インディアナ州ノーブルズビル）から C100 自動生産旋盤を購入することを決定しました。しかし、新しいマシンは、それを駆動する CNC の能力を超えて酷使されていることが判明します。インデックス社が新マシンの性能不足を知ると、シーメンス インダストリー社（イリノイ州エルクグローブビレッジ）の 840D 制御パッケージを搭載したモデルと交換しました。

ほどなくして、新しいマシンは従来の 3 分の 1 の時間で部品を切削できるようになりました。TFT は 5,000～6,000 RPM でジョブを実行し、0 から 5,000 RPM まで 1 秒未満で加速、同様に減速できるようになりました。「スピンドルが新しい指令速度で安定するのを待っている時間が、いかに多くの時間を浪費していたか、それまで気づきませんでした」とマクミラン氏は言います。タレットのインデックスも高速だと同氏は付け加えます。複数の工具が同時に切削し、高速加速で動作します。

インデックス C100 は、速度を新たな形で活用しています。例えば、オフセットを変更せずに 1,000 個以上の部品を加工できます。また、自動残材除去機能により、オペレータの介入なしでバー材を高速で再ロードし、連続運転が可能です。同社の他のマシンでは、オペレータが残材を取り出し、新しいバー材をロードする必要があります。この作業は数分で済むはずですが、マクミラン氏によれば、オペレータがマシンをリロードするまで 6 分近くアイドル状態になることが多く、リロード自体に 5 分かかるため、このロス時間が積み重なると言います。

もう一つの速度関連の改善は、マシンの高速早送り速度です。同社の経験では、早送り速度は常に「高速」とは言えないものでした。「多くのマシンが最大速度での早送り速度を謳っていますが、10～12 インチ移動しない限り、最大速度に達したことはありません」とマクミラン氏は指摘します。この理由を構造設計の特徴に求めます。例えば、従来の座標系ではなく、平行四辺形バーのセットを使用しています。「マシンにはタレット用のピクチャーフレームマウントがあります。タレットは、ほとんどのタレットのようにガイドウェイから突き出たてこ構造ではなく、スライド位置に近いところにあります。これにより、タレットの工具が支持構造から突き出す長さ/直径比が小さくなり、旋削に高い剛性が得られます。軸を非常に高速で加速できるため、実際により高速な早送り速度が達成できます」とマクミラン氏は説明します。

リードプログラマーのネイト・プライス氏によると、インデックス C100 の平行四辺形座標系は、測定と動作を空間上の任意の点ではなく、実際の数値参照点に基づいてプログラミングできるため、さらなる効率上の利点があります。「インデックスでは、すべてのマシン空間座標、すべてのオフセット、マシンの動作を定義するために使用されるすべての測定値に、それがなぜその値なのか、どこに関連するのかという正当な説明があります」とプライス氏は言います。「これにより、これらの測定を自動化するのがずっと容易になります。以前は任意の点だったため手動で測定していましたが、インデックスではそれらが定義された具体的な点です」と同氏は付け加えます。

シーメンス 840D がインデックスマシンを駆動することで、TFT はセットアップ時間の短縮を実現しました。タレットの高速インデックス速度により、TFT の他のマシンと比較してセットアップ時間が 80% 削減されました。

プログラミングが容易になり、セットアップが高速化されたことに加え、プライス氏はシーメンスの制御装置により、マシニストがマシンの生産ポテンシャルをより効率的に制御し、最大限に活用できるようになったと述べています。例えば、制御装置を使って十分なショートカットが可能です。「オペレータにメッセージを表示する方法が、他の制御装置にはありませんでした」と同氏は言います。「マシンでは非常に多くのことが起こっているため、そのすべての情報を 1 画面に収めるのは困難ですが、この制御装置ならすべての動作を把握できます。多くのページをめくることなく、詳細に簡単にアクセスできます」と同氏は説明します。

CNC 操作効率のもう一つの例として、プライス氏は制御装置によるエラーメッセージの管理を挙げます。「マシンは、サイクルを開始する前にいくつかの条件が満たされていることを確認します」と同氏は言います。例えば、チャックが閉じていること、ガントリーとサブスピンドルが安全な位置にあることなどです。これらの条件が満たされていない場合、制御装置はオペレータをサイクル開始に必要な変更へとガイドします。

工具のロードも大きな改善点だったとプライス氏は言います。本質的に、プログラマーがミニプログラムを入力することで、どの工具をジョブで使用するかを制御装置に伝えます。セットアップ時に、制御装置はタレットのステーションを表示し、オペレータにどの工具を装着し、どの工具を取り外すべきかを指示します。「このガイド付きプロセスは、これまで扱ってきたものから大きく脱却したものです。セットアップ時間を大幅に短縮します」とプライス氏は強調します。

新しい工作機械と CNC は、マクミラン氏に数字を違った視点で見るきっかけを与えました。例えば、屋根や床の設置から冷暖房まで、工場を建設するには初期費用と継続的なコストがかかります。これらはすべて時間当たりのコストに換算されます。新しいマシンへの投資を検討する際、10 年間で 60 万ドルのマシンと 30 万ドルのマシンの差額を比較すると、時間当たりわずか 8 ドルの差しかないことに気づきました。「1 時間当たり 8 ドル多く払うだけで、同じ床面積から 3 倍の生産量が得られます」とマクミラン氏は結論付けます。