EMO 2017からの洞察：CNCマルチスピンドル旋盤の進化

EMOへの訪問は、最新の加工技術を見るために誰もがリストのトップに入れるべきです。巨大な製造見本市で、最後に2017年9月、ドイツ・ハノーバーで開催されました。マルチスピンドル生産マシンに関しては、マルチスピンドル工作機械専用のホール17が、世界中からのジャーナリストを含むすべての生産加工技術愛好家にとって必見でした。

この巨大なホールを探索するのに十分な時間を取り、シュッテのブースに立ち寄りました。そこでは、同社のマシンポートフォリオへの最新の追加であるAC10-36マルチで、複雑な旋削回転部品がドライカットで生産されていました。新しいマシンは、最大40mm径の部品に対して8スピンドルを備え、より高い生産性を提供します。私の目を引いたのは、その高度な複雑さではなく、部品を生産する速度でした。3秒以内に、フロントとリアの加工操作を含む完成部品がマシンから排出され、完成して顧客へ出荷可能な状態でした。

8スピンドルがそれを可能にします。シュッテのAC10-36は、8スピンドルと最大2つのカウンタースピンドルをバックワーキング用に備えています。「リア加工は、カウンタースピンドルで部品を仕上げるために複数の操作が必要な場合、生産のボトルネックになり得ますが、AC10-36は2つのカウンタースピンドルを備え、2つのワークピースに同時に作業できます」とシュッテのマーケティングマネージャー、ヴィルフリート・ルップ氏は説明します。「ダブルバックワーキングを実行する決定なら、解決策があります。8つのクロススライドポジションが利用可能で、それぞれ複数の工具を保持可能です。8つのクロススライドのうち2つを、メインスピンドルポジションまたはカウンタースピンドルでの作業用にツーリングでき、同時バックワーキングを実現します。フロントワーク操作が完了すると、両カウンタースピンドルがポジション7と8からそれぞれ1個ずつ部品を把持し、2個の部品が同時に完成します。」

これが、同社ブースでデモされていた部品の3秒サイクルタイムの秘密です。メインスピンドルでの内径・外径旋削、プロファイル旋削、溝入れ、穴あけなどの複数の加工操作の後、部品はリア加工操作のためにカウンタースピンドルへ移送されます。

ハイテクと伝統設計の融合

8スピンドル技術自体は新しいものではありません。シュッテは長年にわたり、GシリーズとPCシリーズのマルチスピンドルマシンで8スピンドルを提供してきました。現在グローバルに利用可能なACXマシンは、2006年に導入された同社の第6世代SCX CNC 6スピンドル・マルチスピンドル自動旋盤の継続的な開発の成果です。詳しく知るため、ドイツ・ケルンのシュッテ本社を訪れ、マシンを生産現場で体験しました。

1880年創業の家族経営企業で、1937年からマルチスピンドル自動旋盤を製造しています。1940年には、独立制御縦スライドを備えた最初のマルチスピンドル自動旋盤（後に「シュッテ設計」として知られる原理）が製造されました。シュッテ設計は、縦加工と横加工の加工ユニットを2つのマシンスタンドに分割配置するものだと、ホストのルップ氏は説明します。スピンドルと駆動ヘッドは、ねじれと振動に強いミネラル鋳造複合マシンベースに搭載され、頑丈な縦支持ビームで接続されています。これにより、最適な力分布と高い剛性を保証するクローズドループフレームワークが形成されます。この設計により、マシンに高い安定性がもたらされ、それは高い材料除去能力に反映されています。

シュッテのマルチスピンドル自動旋盤のさらなる特徴は「シュッテ・ブロック」です。「これにより縦スライドに高い精度と長寿命がもたらされ、高度な穴あけ操作が可能になります」。例えば中国のような、同社マシンにあまり馴染みのない顧客から、なぜこの特定の設計を選んだのかと尋ねられることがあります。その回答は、実績のある伝統的な設計であり、シュッテマシンに比類なき精度をもたらし、顧客から高く評価されているからだとルップ氏は言います。

時が経つにつれ、産業生産はより複雑なワークピース、より小さなバッチ、より短いライフサイクル、高度に競争的な環境を必要とするようになりました。これらのニーズに焦点を当て、同社はSCXシリーズの6スピンドルCNCマルチスピンドルマシンを開発しました。SCXシリーズでは、ワークピースの生産に直接関係しないすべてのものが加工エリアから排除されました。クーラント、潤滑ライン、ケーブルがワークゾーン内になく、切りくずを溜め込みません。さらに、クロススライドと縦スライドには、それぞれ複数の工具を保持できる標準工具ユニットが装備されています。これらの交換可能なユニットには、旋削、穴あけ、フライス、歯切り、球面・多角形旋削、またはその他のほとんどの駆動・固定ニーズに対応できます。

なぜ、同社の成功したCNC自動マルチスピンドル旋盤SCXシリーズの8スピンドルバリエーションを市場に投入するのに10年かかったのでしょうか？ルップ氏は次のように説明します。「8スピンドルマシンは6スピンドルマシンよりもはるかに複雑です。最大85軸をプログラミングおよび制御する必要があり、これはシーメンス840DソリューションラインシリーズのトリプルNCUでのみ可能です。同時に、顧客が慣れ親しんだ使いやすいオペレーターインターフェースを提供しなければなりません。」

CNC ACXマシンの構成、操作、プログラミングは、シュッテが開発したSICSユーザーインターフェースの助けを借りて行われます。これはマルチスピンドル自動ACXの機能範囲に最適に調整されています。SICSは、オペレーターにそれぞれのタスクのための事前定義された入力・操作メニューを提供します。個々の制御システムとチャネルへのデータの調整と分配はバックグラウンドで実行され、ユーザーからは見えません。

材料は通常、最大42mm径のバー材としてACXマシンに供給されます。バーストックの代替として、個別供給装置によるブランクや半製品の自動供給も可能です。完成部品は、顧客要求に応じてシュート、排出コンベア、またはパレットに定向されて堆積されます。クリーニングと測定ステーションは、各ワークピース要件に応じて構成され、完成部品ハンドリングシステムに統合できます。

8スピンドルの利点

ACXマシンは、ワークピースのフロントとリア両側を1サイクルで完成させる「完全加工」向けに設計されています。決定的に重要なのは、8つのメインスピンドルと最大2つのカウンタースピンドルの同時作業が可能なことだとルップ氏は説明します。すべてのスピンドルは液冷ダイレクトドライブを備え、スピンドルキャリアの熱変位を最小限に抑え、互いに独立して自由に選択可能なスピンドル速度を許容します。85Nmのトルクで、特に高いダイナミクスと牽引力を備えています。

マシンは、広範な加工を必要とする複雑な部品向けの8スピンドルマシンとして、またはダブル4スピンドルマシンとして運転できます。後者では、単一プラットフォーム上で2台のマシンが互いに協調して同時に動作します。毎秒、工具ステーションは常に同じ工具に同時アクセスできます。ダブル4スピンドル加工の結果、マシンはドラム1回転あたり2個の完成部品を生産します。ダブルリアエンド加工では、フロント加工用に8スピンドルポジション、リアエンド加工用に2スピンドルポジションが利用可能で、これらすべてが同時に作業します。

オプションで利用可能なポジション7と8の追加スライドにより、さらなる生産性向上が可能です。「この機能により、ユーザーは追加のリアエンド加工操作と、リア側ワークピース加工中の次ワークピースの同時プレ・パートオフの両方を実装できます」とルップ氏。

加工ユニット

AC10-36の基本構造は、カム制御自動旋盤の古典的コンセプトに従い、8スピンドルが精密に作られたスピンドルドラムでインデックスし、頑丈なヒルトカップリングで高い繰り返し精度でロックされます。外径加工用クロススライドは、ポジション1〜8でX、Z、Y軸加工を許可します。X軸スライドはリニアガイドウェイ上でスピンドル中心線に向けて放射状に移動。Z軸動作は静圧クイル設計を使用し、スピンドル中心線に平行に移動し、X軸キャリアを90度で通過します。両軸は電気機械的に駆動されます。補間を使用して、これらはすべての8ステーションでX-Z輪郭運動を可能にします。

モジュラー・クロススライド・ツールタレットは、8つのステーションのいずれにおいても1つ以上の工具を切削位置に導入でき、任意のステーションで使用可能な工具数を潜在的に増やせます。この柔軟性により、単一ステーションで複数の操作を実行したり、無人運転のために冗長工具を配置したりするオプションが得られます。

各クロススライドはY軸加工能力も提供できます。リニア運動に加え、Z軸をスイベル配置できます。この動作により、第2、第3の工具、またはそれ以上の工具をワークピースに配置できます。また、リニアX軸と回転C軸の補間によるY軸フライス加工も可能です。

ヒルトカップリングは、与えられたステーションで使用される切削工具を保持する様々な構成のタレットを受け入れます。SCXシリーズと同様に、ACX標準タレットには、（オフセンター）穴あけ、深穴あけ、ねじ切り、角度穴あけ、横穴あけ、輪郭フライス、歯切り、多刃旋削、球面・多角形旋削（クロス）、および駆動・固定工具用のクロススライド（エンドワーキング）が含まれます。本質的に重要：すべてのユニットは、すべてのスピンドルポジションで互いに独立して使用できます。

標準接続により、どのタレットもどのクロススライドにも配置可能です。このモジュラー設計は、固定工具と駆動工具の両方に適しています。駆動工具の場合、インテグレートモーターがZ軸クイルに搭載され、8,500rpmを生成します。クーラントラインもクイルを通じてルーティングされ、ワークゾーンをクリーンに保ちます。スルーツールクーラント最大100barまで対応可能です。

クロススライドと縦スライドのタレットは、HSKまたはキャプト切削工具ホルダーを使用し、確実なクランプとクイックチェンジオーバーを実現。標準的で精密な切削工具インターフェースは、オフライン工具プリセッターの使用を促進し、マシン内での工具交換を高速化します。

自由にアクセス可能な加工エリア

チェンジオーバーに対応するため、部品加工に直接関係しないすべてのものがマシンの作業エリアから排除されました。密閉された切削エリアには、駆動部品やガイドウェイ、潤滑・クーラントライン、配線がありません。クイックチェンジ・ツーリングへのアクセスを容易にし、良好な切りくず排出を実現するクリーンなワークゾーンです。開放的でクリーンなワークゾーンは、ユーザーに様々な加工構成の追加や削除の自由も与えます。

「切りくず蓄積の場合、スライド、駆動アタッチメント、ケーブル、ラインによる材料除去エリアの障害物がありません」とルップ氏は説明します。「熱い切りくずやマシンセットアップ中のケーブルやホースの損傷・破壊リスクがなくなりました。切りくずの巣も過去のものです。これはアタッチメントの信頼性と可用性を明確に向上させ、切りくずと切りくずの巣の除去に必要な非生産時間を大幅に削減します。多くのショップにとってこれは貴重です。信頼性の高い自動運転は、切りくず排出の問題が解決された場合にのみ達成可能だからです。そして、難削材がますます使用されることを知っています。これはマシン能力に関する実質的な課題であるだけでなく、しばしば長く排出が難しい切りくずに関する課題でもあります。駆動系とガイドシステムを加工エリア外に配置することで、これらの重要な要素の汚染を効果的に防ぎ、早期摩耗の危険を排除します。」

シュッテのACXシリーズは世界中で販売されています。その8スピンドル設計は、金属加工ショップでますます見られるフレキシブル、ローボリューム、ハイミックス生産のニーズに対応します。さらに、複雑な部品向けの追加加工能力により、大量生産のニーズも満たします。