CAMソフトの工具ライブラリとシミュレーションで生産サイクルタイムを大幅短縮

家族経営の金属リサイクル企業Schupan & Sons Inc.は、ミシガン州カラマズーにある14万平方フィートの工場Schupan Aluminumで自社製品も製造しています。過去10年で従業員数は60人から325人に増加しました。

「付加価値製造ビジネスが卸売ビジネスを牽引しています。大型ブランクの切断出荷や、他の機械工場向け部品切断を行っています」と製造ディレクターのケビン・ロシェック氏は語ります。業務の大半はCNC加工で、需要増に対応するため5年間でCNC工作機械を元の10台から37台に増設しました。最大の顧客グループは家具メーカー（オフィス家具、高級屋外家具）で、複雑な内部電子部品を製作しています。他に医療、自動車、船舶、食品業界の顧客も抱えています。

CAD/CAMでサイクルタイムを削減

成長に伴い、Schupanは生産効率向上の鍵をサイクルタイム短縮に見出しました。

「治具設計は長年の悩みでした」とリード製造エンジニアのジョセフ・プロックスマイア氏は言います。「3〜4工程必要な部品が多く、それらを1工程で加工するための専用治具設計に追われていました」。

この課題解決のため、Schupanは4軸・5軸加工を導入し、複数ワークを同時に搭載して多面加工を行うようになりました。高速・高品質な加工を実現するため、CAD/CAMソフトウェアとしてMastercamを採用。同ソフトの多軸工具パスにより、切削パターン、工具軸制御、干渉回避を完全に制御できるようになりました。

プロックスマイア氏はソフトウェア選定のキーパーソンでした。過去の経験からMastercamを信頼し、「常にアップデートされ、開発者が機能を進化させ続けている。以前使っていた他のCAMソフトには、最新状態を維持するための十分なデータがなかった」と評価します。

複雑な工具パスを解決

Schupanの難易度の高いプロジェクトの一つが、複数の複雑なアルミ製シュラウドの製造でした。航空機内装部品で、当初は困難な形状をしていました。

「深いポケット加工、小径工具の保持、長い工具ホルダーの使用に高度な5軸機能が必要でした」とプロックスマイア氏。「Multiaxis FlowとMultiaxis Curve工具パスを使い、3軸や4軸では極めて困難だった形状を加工できました。非常に良好な仕上げ面が得られました」。

Mastercamの5軸機能により、複雑な工具位置決めを、従来なら必要だった時間のわずかな時間で完了できました。プロジェクト中、認定リセラーのAxsys CAD/CAM Solutions Inc.にポストプロセッサーで相談したところ、担当のマイク・スティーブンス氏が単なるガイドにとどまらず、コード全体を作成してくれました。Axsysのサポートと高度な多軸機能により、シュラウドプロジェクトのストレスと難易度はほぼ解消されました。

プロックスマイア氏とプログラマーたちは、疑問やトラブルシューティング、最適化の相談でAxsysに連絡し、スティーブンス氏が電話や訪問で対応しています。Axsysは地元Mastercamユーザー向け継続トレーニングも提供し、最新機能の説明会も頻繁に開催しています。

ライブラリとシミュレーションの活用

そのような機能の一つがTool Managerです。サンドビック・コロマントなどメーカーの工具ライブラリをインポートし、各工具に最適化されたパスを適用、情報を展開できます。

「1つの工具パスを作って複数の場所に転用できるのは大きい」とプロックスマイア氏。「1部品をプログラミングし、それをライン上の10個の異なる部品に変換展開しています。アプローチやクリアランスプレーン、工具パスの微調整で最速化を図れます。シュリンクフィットホルダーとCAT40ホルダーの古い工具ライブラリとホルダーライブラリを持っており、シミュレーションが格段に楽になりました」。

部品シミュレーション時は、ソフト内蔵のVerifyとBackplot機能を使用。両方とも加工プロセスのあらゆる部分を画面表示し、必要なら記録可能。衝突とエラーを実機加工前に検出できるため、オペレーターはより速く、より自信を持ってプロジェクトを進められます。

Dynamic Motionでさらなる改善

各部品をシミュレーションで検証した後、再びサイクルタイム短縮に注力します。MastercamのDynamic Motionテクノロジーは、加工中に材料状態を継続監視し、工具動作をリアルタイムで変更するプログラムです。この材料変位への対応により、オペレーターは工作機械を最高速度で運転しても、ワークや切削工具を危険にさらしません。

「特に工具鋼のような難削材では、工具寿命が大幅に延びました」とプロックスマイア氏。「Dynamic Millingで工具寿命が向上し、確実に金属除去率が高まりました」。同氏の見積もりでは、鋼加工時にDynamicによりサイクルタイムが最大3分の1に短縮されたとのことです。