マルチタスキング工作機械が現代の製造現場を変革する

多様なマルチタスキング工作機械の構成が利用可能になったことで、ショップは自社の特定用途に最適なコンポーネントと能力の組み合わせを選択できるようになりました。

マルチタスキング工作機械技術の継続的な進歩により、ショップはこれまで以上に高い生産性レベルに到達しています。最高レベルの複雑さを持つ部品を1回のセットアップで製造でき、人的介入を制限し、大幅な時間短縮を実現することで、小規模ショップでも今日の厳しい製造環境で競争するためのコスト効率の良いソリューションを提供します。

多様な構成が利用可能で、メーカーが新しい設計を提供し続けているため、ショップは自社のニーズに合ったコンポーネントと能力の適切な組み合わせを見つけられるはずです。マザックの製品グループマネージャー、ジョー・ウィルカー氏に、マルチタスキング技術の現状とショップがそれを最大限に活用する方法について伺いました。

マルチタスキングマシンの新機能

ショップがマルチタスキングマシンに求める多くの機能の中には、ツイン旋削スピンドル、回転工具ステーションとY軸オフセンターライン能力を持つ複数の工具タレット、傾斜/回転B軸フライススピンドル、回転/傾斜テーブル、大容量ツールマガジンなどがあります。ウィルカー氏によると、新しい開発には、インテグレートモーター・ローラーカム式タレット、強化された下タレット、ダイレクトドライブ・フライススピンドル、サーボ制御ドリルテールストックなどが含まれます。追加の高度な機能として、上下タレットによる同時フライス加工と長尺穴あけ操作があります。

アンチバックラッシュのローラーギアカム駆動システムを使用するインテグレートモータータレットは、滑らかで高速、高精度なデジタルインデキシングと拡張性を提供します。このような多用途タレットは通常12工具ポジションを備え、最大24まで拡張可能です。工具容量の増加は、より長い無停止運転時間とより多くの共通工具の使用を可能にし、全体的な工具在庫の削減に貢献します。このタレット設計はカービック/インデックスカップリングの必要性を排除し、ハウジングの変更なしで任意の位置にデジタルインデキシングできるため拡張が可能です。位置決め後は、インテグレート油圧クランプシステムが通常使用され、最大剛性を確保します。

上部タレットと同様に、ウィルカー氏によれば、マルチタスキングマシンの下部タレットも能力と工具容量の両面で進化・拡大を続けています。下部タレットはより堅牢かつ強力になり、通常最大9工具ポジションを備え、ライブフライススピンドルのオプションもあります。

一部の工作機械メーカーは、タレットを45度の傾斜に配置します。この設計はタレットの加工負荷容量を最大化し、マシンのスピンドルへのアクセス性と、メインからサブ旋削スピンドルへのワーク移動スペースを確保します。

生産性と部品加工の汎用性を高めるため、下部タレットは上部タレットと同じワークピースで同時に作業できます。または、マシンのヘッドストックのどちら側にも適用可能なフライススピンドルと組み合わせて下部タレットを作動させ、加工サイクルタイムをさらに短縮できます。

今日のマルチタスキングマシンタレットは、ダイレクトドライブ技術を実装した回転工具スピンドルを備え、従来機より高速かつ高出力です。ダイレクトドライブ・フライスモーターは、スピンドル回転数を最大24%向上させ、トルクレベルを最大60%向上させます。これらの能力は、加工汎用性、生産性、工具寿命の向上、部品表面仕上げ品質の改善につながります。ショップは、タレット回転工具スピンドルが標準で10馬力・6,000rpmを提供するマルチタスキングマシンを導入できます。または、最大10,000rpm、最大52フィートポンド（約70Nm）のトルクを発生するものを選択できます。

最新のNCサーボ駆動テールストックは自動化プロセスを可能にします。これらのテールストックは完全にプログラム可能で、独自のACサーボモーターとボールネジで駆動します。部品プログラムを通じて、テールストックは既知の位置まで延伸し、指定されたアプローチ送り速度で、一定の保持圧力でワークピースに接触します。独立した正の駆動システムにより、これらのテールストックはシャフト中心線上の穴あけも可能で、マルチタスキングマシンで加工できるジョブの汎用性を広げます。

ほとんどの場合、テールストックのスラスト設定は特定のフィートポンド単位で調整可能です。この機能により、ワークピースの材質と形状に応じてスラストレベルを設定し、部品損傷のリスクを排除しながら、安全で確実な保持と支持を同時に実現できます。または、テールストックが係合中にスラスト設定をその場で調整でき、そうでなければマシンの工具タレットの工具を必要とするドリル、ボーリング、ホーニング操作が可能になります。このような操作能力を持つテールストックは、マシン工具タレットのポジションを空けることにもつながります。

より長く、より大きく、より複雑なシャフトタイプのワークピースに直面するショップが増える中、マルチタスキングマシンは延長ベッド長と、ロングドリル/工具ストッカーなどの革新を組み合わせて提供できます。これらのマシンは、それらの難易度の高い部品の加工速度と効率を大幅に向上させます。

深穴加工では、ロング工具ストッカーにより、通常最大3本、各約40インチ（約1,000mm）長の複数の工具をマシンが保持・格納できます。ストッカーはマシンの第2スピンドルの上、またはマシンバージョンによってはテールストックの上に配置され、工具を邪魔にならない場所に保ちながら、迅速かつ容易にアクセス可能にします。

医療用途におけるマルチタスキングマシン

ローウェル社は、1回のセットアップで完全な部品加工能力を提供する3台のマルチタスキングマシンにより、手作業操作を排除し、全体的なスループットを向上させました。

あるショップが、最も困難な部品の生産において、マルチタスキング加工のメリット（手作業操作の排除と全体的なスループットの向上）を活用しています。ミネソタ州ミネアポリスの医療受託製造業者、ローウェル社は、脊椎、外傷、四肢市場向けの整形外科インプラントや、機械的循環補助と弁修復向けの心血管部品などのインプラント医療機器を専門としています。これらは通常、個々のコンポーネントが互いに組み合わされたときに正しく機能しなければならない非常に複雑なマルチコンポーネントアセンブリであり、ペディクルスクリュー、頸椎プレート、クロスコネクター、左室補助装置（LVAD）などが含まれます。設計は顧客ごとに異なるため、ローウェルでの仕事は基本的にすべてカスタムです。

カスタマイズと調整性の要求、そして低侵襲手術向けのより小さなデバイスの要求が、顕著な加工課題を提示します。これらの小さな部品をどう保持するかを解決したら、次は直径1mm未満の切削工具を定期的に使用して、微小で複雑、高度に複雑なフィーチャーをそれらに加工しなければなりません。

これらの困難な部品を処理するため、ローウェル社は3台のマザック・インテグレックス i-150マルチタスキングマシンをセル構成で導入しました。これらのマシンは、1回のセットアップで完全な部品加工能力を提供し、手作業操作を排除し、全体的なスループットを向上させます。ワークホールディングをコレットとチャックのみに簡素化し、顧客ごとに異なる部品を容易に処理し、多くの場合、部品加工サイクルタイムを短縮します。

各インテグレックス i-150は、C軸CNC制御旋削スピンドル、垂直B軸フライススピンドル、バックワーキングバイス/部品サポートセンターを備え、旋削、多面、多角度、フル5軸輪郭加工が可能です。ローウェル社は、高速20,000rpmフライススピンドルと72工具容量のフロントローディングマガジンをマシンに採用しました。

フライススピンドルは-10度から+190度まで傾斜し、C軸チャックは最大2.56インチ（約65mm）のバーストック径に対応する十分なスルーホールを備えています。オフセンターライン操作では、マシンはY軸範囲±3.94インチ（約100mm）を提供します。軸移動量はX軸14.57インチ（約370mm）、Z軸17.13インチ（約435mm）、最大スイング径15.75インチ（約400mm）で、すべて91.3インチ×99.6インチ（約2.3m×2.5m）のフットプリント内に収まります。

3台のマシンが同一に構成され、互いに近接して配置されているため、マシニストは完全に異なるマシンやプログラミング言語を学ぶことなく、マシン間を容易に移動できます。

マザックマシンでは、ローウェル社は実質的にすべての部品を直径0.375インチ〜1.250インチ（約9.5mm〜31.75mm）のバーストックから生成します。LNSクイックロードサーボ65バー・フィーダーが自動的に40インチ（約1,000mm）長のバーをマシンに供給します。同社はマシン性能をさらに向上させるいくつかのマシンオプションを選択しました。これにはクーラントチラー、全軸スケール、高速加工用の高度なCNC制御機能が含まれます。

QTN350-II MSYマルチタスキングマシンは、フライスとY軸機能に加え、第2旋削スピンドルを備え、LCPマシン社が医療インプラント部品の非常に小さく高度に複雑なフィーチャーを加工できるようにしています。

これらのマシンは、プログラミングとセットアップを含む部品加工プロセス全体を効率化しました。部品加工の汎用性とスループットの向上により、ショップは新しい用途への展開を継続できています。

防衛分野でも転換

もう一つのショップ、フロリダ州バネルのLCPマシン社は、航空宇宙と防衛でTier IIおよびIIIサプライヤー、石油・ガスでTier Iサプライヤーです。現在、月間200以上の個別ジョブを処理しており、数量は1個から10,000個まで様々です。一部のジョブはリピートしますが、ほとんどはユニークです。

同社は14台のマザックマシンを保有し、最新のものはクイックターン・ネクサス（QTN）350-II MSYマルチタスキングマシンと、バーチカル・センター・ユニバーサル（VCU）400 5Xおよび300 5Xフル5軸立形マシニングセンタです。マルチタスキングマシンは、フライスとY軸機能に加え、第2旋削スピンドルを備え、LCPの各部品を1回のセットアップで加工できます。

フロア上の他のマシンには、フライス機能付きマルチタスキングQTN、3軸バーチカル・センター・ネクサス（VCN）立形マシニングセンタ、VCNコンパクト立形マシニングセンタがあります。

LCPはほとんどの部品をアルミニウム、ステンレス、ニッケル合金、真鍮、銅、およびいくつかの一般的なプラスチックから製造しています。部品サイズは直径0.030インチ（約0.76mm）から18インチ（約457mm）、長さ60インチ（約1,524mm）まで様々です。公差は±0.001インチ（約0.025mm）から0.0002インチ（約0.005mm）まで、加工時間は10秒から最大8時間まで変動します。

マルチタスキングやフル5軸加工などの技術を使用して、ショップはしばしば1回のセットアップで部品を完成させます。そのような部品の一つが、QTNで加工される軍用ソナーデバイスのエンクロージャです。このマシンはこのジョブ専用に導入され、同社の従来の能力の半分のコストで部品を製造できます。年間約10,000個を生産しています。

ソナー部品には外径・内径旋削と一部フライス加工が必要です。真の課題は内径面粗度で、LCPは最初、部品を外注でホーニングする必要があると考えました。ホーニング操作はジョブに大幅な時間を追加することになります。しかし、QTNの能力を知っていたLCPは、顧客にマシン導入により、必要な箇所のみで要求される面粗度を維持しながら、単一操作で部品を製造できると説明しました。これにより顧客の価格目標を十分に満たしつつ、LCPにも快適な利益率を残せます。このマシンなら、これらの部品を数分で完成できます。

航空宇宙・防衛コンポーネント、石油・ガス、その他産業向けの精密ショップとして、LCPは顧客がより高い品質と低価格を要求し続けることを知っています。マルチタスキング技術に依存してこれらの要求に応えています。

より少なく、より多くを

工作機械メーカーがマルチタスキングマシン設計を洗練・改良するにつれ、加工汎用性が向上し、マルチタスキングの核心的メリットがさらに強化されます。操作の統合により、部品を複数のワークステーション間で移動させる際に発生する不正確さを減らし、スタンドアロン工作機械間で滞留する可能性のある仕掛かり在庫を排除します。多くの事例で見られるように、マルチタスキングマシンはショップが「より少ないリソースでより多くを成し遂げ」、競争力を高めることを可能にしています。