製造業に革命を：精密機械加工技術がショップ生産性を牽引

インデックスMS32-6多主軸旋盤は、同社の新工具スライドプラットフォームを搭載。Wセレーションインターフェースとクイッククランプシステムで迅速な段取り替えを実現。

ここでの私の「Chasing Threads」コラムがこの記事の理由を説明しています。要するに、物理的な国際製造技術見本市（IMTS）は今月開催されませんが、ソフトウェアと設備サプライヤーはこの時期に合わせて、貴社のようなショップがより効率的で効果的な運営になるための新製品を発表する準備を進めてきました。

だからこそ、精密機械加工業界を支える多数のサプライヤーに連絡を取り、彼らが見出したトレンドと、それらの課題に対応する新技術について聞き取りました。話し合いから最も明確に浮上した2つのトレンドは、「自動化はロボティクスだけではない」ことと、「大量生産加工設備がより柔軟になりつつある」ことです。これらに沿って、ショップが顧客ニーズに最適に応えるビジネス体制を構築する上で役立つテクノロジーを紹介します。

ショップフロア自動化は多様な形で実現

機械加工ショップ環境での「自動化」という言葉を聞くと、多くの人はロボットを思い浮かべます。確かにマシンテンディングロボットはショップでますます普及しています。そして、COVID-19の結果としてショップが人材課題に直面した際、こうした自動化生産の価値が特に明確になりました。不思議ではありませんが、工作機械メーカーは自社設備で利用可能な自動化オプションについて問い合わせを受けることが増えています。

これにはマルベニ・シチズン・シンコムも含まれます。同社のシチズンスイス型旋盤には、バキューム排出、ワイヤー排出、パレットロード/アンロードユニットを装着し、自動部品ハンドリングが可能です。バキュームシステムはサブスピンドルから部品を排出しバキュームエキストラクタへ、外部トレイやカルーセルに収集。ワイヤー排出システムは長く繊細な部品向けで、部品収集トレイやテーブルを備えます。パレタイジングシステムは工程内収集と部品サンプリングを可能にし、シャトルストレージトレイユニットは加工プロセス中にアクセスして完成部品をアンロードできます。また、材料を機械のスピンドルに自動供給することも可能です。

マルベニ・シチズン・シンコムは現在、L20XII ATCスイス型向けにB軸自動工具交換機能を提供。13工具に対応。

同社はまた、B軸搭載L20XII ATCスイス型向けに自動工具交換機能を提供開始（下記動画参照）。工具はガングツールポストに取り付けられ、正面加工用B軸工具13本（うち12本はATCに格納）に対応。ATC工具は既存の旋削工具とクロス加工用回転工具と併用可能。オフラインでプリセットできるためセットアップが高速化し、医療インプラントなど複雑形状の完全加工が可能になります。

マガジンバー給材装置も容易に導入できる自動化ツールです。例えば、エッジ・テクノロジーズ社の新製品Edge Patriot 880（径範囲8〜80mm、6フィートと12フィート版あり）は、クイックチェンジガイドチャネルと調整可能なローラー安定レストを装備。大径バー材向けの堅牢で手頃なソリューションとして市場ニーズを満たすとしています。6フィート版は、従来のショートローダー以上の機能性を求め、残材回収機能付きで6フィートバー材を供給したいユーザーにメリットがあるとしています。

CAMプログラミングも自動化可能で、DPテクノロジーはその人工知能（AI）エンジンを洗練させ、これを実現しようとしています。目標は「インテリジェンスを構築し」、経験豊富なプログラマーが長年磨いてきたベストプラクティスを情報データベースとして統合することです。

DPテクノロジーの最新版Espritソフトウェアには、Machine Swapなどの機能が含まれます。これはデジタルツイン概念を活用し、機械加工操作の全体を仮想環境でデジタルレプリカとして作成します。同社によれば、この機能は多様な機械タイプを持つショップに適しています。例えば、VMC用に作成された部品プログラムをHMCで実行できるように、AIエンジンがHMCのキネマティクスを知っているため自動的に新しいコードを生成するとのこと。同様に、Automatic Link機能では、AIエンジンがワーク材料除去に伴う工具クリアランス距離の変化に合わせて動きを調整し、切削操作の最適で安全なリンクを自動生成してサイクルタイムを短縮します。

EspritはAIエンジンを用いて、スイス型を含む様々な工作機械向けCAMプログラミングに「インテリジェンスを構築」。実際のマシンのキネマティクスデータを用いた正確なデジタルツイン作成が鍵。

また、同社は工作機械メーカーとディーラーと緊密に連携し、手動コード編集不要のポストプロセッサー開発にも取り組んでいます。これもプログラマーにとって同様に大きなタイムセーバーになるとしています。

スタCNCは、無人加工の進化に伴い、プロセス監視と予測分析による軽無人/完全無人運転サポートのニーズが高まっていると指摘。同社の新ソフトウェアSMOOSS-iは、ライブデータ収集によるリモート監視とジョブ完了のリアルタイムステータスを可能にするとのこと。その他の機能で、工具寿命と状態、残り原材料量、現在の機械ステータスに基づき、オペレーターの必要な対応を予測。これにより、特定の機械にオペレーターが必要なタイミングをより適切に判断し、時間とプレゼンスを管理できます。COVID-19によるソーシャルディスタンス推奨の下、これが一箇所に集まる人数を最小限に抑える助けにもなります。

SPCイノベーションズのDetectorシリーズはモジュール設計で、特定部品に基づく各種センサーの簡単な校正と設定が可能。他の機械への設置も容易とされます。

同様に、無人加工プロセスへの信頼を確立するには、部品を定期的に計測して寸法管理し、工具も摩耗と破損を検知する必要があります。SPCイノベーションズは現在、マシン内破損工具検知と部品ゲージングシステム「Detector」を提供しています。システムは、ワンド型エンコーダー付き電子接触センサーをプログラミング・監視する汎用産業用タッチスクリーンで構成。工具/部品検知または部品計測用に設定可能。工程内重要部品属性の計測により、工具摩耗を補正する工具オフセット自動変更が可能。ミスロードなどの異常による不良部品も自動判別・排除できます。

新システムは最大16センサーに対応。機械自身のマテリアルハンドリング機能で部品をセンサーへ移動させたり、クロススライドを作ってセンサーを部品へ持って行ったりして、径、長さなどを計測可能。モジュール設計により、特定部品に基づく各種センサーの簡単な校正・設定が可能で、他機械への設置も容易。こうした自動マシン内検査により、大量の手動部品選別・計測と部品への物理的接触を大幅に削減できます。

生産設備の柔軟性向上

トランスファーマシンは大量生産加工のよく知られた選択肢です。しかし、グヌッティのようなビルダーは柔軟性を考慮して機械を設計しています。例えば、同社のPiccolaマシンは最大径13mmのコイル材を加工。コイル材加工により、バー材サイズ変更の必要がなく、バー材残材がないため材料歩留まりが高くなります。さらに、Piccolaマシンには新しい多ステーション工具交換システムを搭載し、最大6工具に対応。異なるジョブの実行や、長時間稼働ジョブでの冗長工具配置に汎用性を提供します。

ハワチョンは、D2-5AX五軸機で生産されるような高度に複雑な部品向け自動化ソリューションへの関心が高まっていると指摘。この自動ワークチェンジャーは8または20ステーションモデルで、最大径300mm、重量80kgまでの部品に対応可能。

ミクロンはMultiXロータリートランスファープラットフォームで、構成可能性、拡張性、柔軟性を重視したと説明。これらのマシンは真の旋削能力を備え、1ステーションで最大3工具が同時切削可能（機械は4〜24ステーション）。すべての標準加工ユニットは交換可能で高精度に再配置可能。したがって、あるジョブ向けに構成された機械を、加工ユニットを交換することで別のジョブ向けに再構成可能。さらに、異なる工具ホルダーが利用可能で、各ユニットに複数工具を搭載できます。

ポルタのPortaCenterコンセプトも、総部品数は増え続けているがロットサイズは縮小しているハイミックス生産ニーズに対応するため開発されました。これらの標準モデル機は3つの4軸加工ステーションと1つのロード/アンロードステーションを備え、単一ユニットで従来型4軸横形マシニングセンタ（HMC）複数台の代替を提供。治具、工具、労務、床面積、検査、ユーティリティに関するコスト削減と、新規ジョブへの高速段取り替えを実現するとのこと。実際、PortaCenterの追加A軸とU軸により、従来型HMCでは不可能なワンセットアップ加工が可能になるとしています。標準PortaCenter ISO40モデルは10インチワークエンベロープ、ISO50モデルは20インチワークエンベロープで大型部品に対応。

スイス型のキャパシティをバー材サイズが超える場合の代替案。このドゥーサンPuma TT-1300SYYBは、各々Y軸移動を持つツインタレットで、メインとサブスピンドルに個別または同時アプローチ可能。

スイス型に慣れたショップも、ジョブがスイス型のバー材キャパシティを押し上げたり超えたりした際には選択を迫られます。ドゥーサンは新型Puma TT-1300SYYBが、2インチバー材から生産可能な部品に対して生産性、精度、柔軟性を提供すると説明。このマシンはY軸移動付きツインタレットを備え、メインとサブスピンドルに個別または同時にアプローチ可能（後者はピンチターニングなどの操作向け）。

小型部品向けには、インデックスが新型MS32-6多主軸旋盤を提供（ページトップ画像参照）。これにより、多主軸技術の選択肢がより幅広いショップに開かれるとのこと。このマシンには同社の新工具スライドプラットフォームを搭載し、Wセレーションインターフェースで精密位置決め付き高速段取り替えを実現。さらに新しいクイッククランプシステムで、オフラインでセットアップされた工具の導入を容易に。インデックスによれば、これらの機能の組み合わせでセットアップ時間を90%以上削減でき、多主軸盤の高生産性を小ロット対応の汎用性と両立できるとのこと。

トロノスは現在、小型フットプリントのSwissNanoマシンをより大径の7mmモデルで提供。

トロノスも同様に、小型フットプリントSwissNanoスイス型の柔軟性を、より大径の7mmモデルで向上させました。このモデルは、オリジナルの4mmモデルと同じ熱安定性と6軸キネマティクス設計（バックスピンドルが3リニア軸に搭載）を備えつつ、スピンドル出力が2倍（2.5kW）になり、より難削材の加工が可能。さらに、カウンタースピンドル下に2〜4工具を装着可能で、並列操作が可能になります。

ホルンはスイス型向けに、統合クーラント管理システム付きW&Fリニアユニットを提供。このユニットは特別に設計された配管により、ユニットポートに2本のラインを接続するだけで高圧クーラントを工具ホルダーに供給可能。

クイックチェンジ工具も、スイス型などの生産工作機械の柔軟性を高め、より小ロットに対応しやすくするために利用可能です。例えば、ツガミは駆動/静止両方の工具ホルダーを提供し、マシン外でプリセットして数秒で交換可能。オペレーターのタッチオフエラーを排除し、二次加工の必要性を大幅に減らし、冗長工具配置と無人加工を促進します。

ホルンはW&F Werkzeugtechnikと提携し、スイス型向けに統合クーラント管理システム付きW&Fリニアユニットを提供し、より速いセットアップを実現。ホルンによれば、このクイックチェンジ提供は市場初ではなかったが、スイス加工の厳格な要件に固有の安定性課題を解決し、そうでなければ工具交換に追加時間を要するタイトなワークエンベロープにも対応するとのこと。

同社によれば、スイス型での工具交換は往々にして、切れ刃の真出しと、スルークーラントがある場合の工具ホルダー配管を意味します。真出しは時間がかかり、部品外径に工具を当てるため、工具ホルダーを過度に締め付けると切れ刃が欠けるリスクもあります。代わりに、W&Fリニアシステムはユーザーの特定機械の工具ブロックを置き換えるダイレクトボルトオンブロックとしてカスタマイズされます。このブロックには特別に設計された配管があり、ブロックのポートに2本のラインを接続するだけで高圧クーラントを供給可能。クーラントはブロック内を通り、HSKクーラントチューブを通じて工具ホルダーへ、各工具ステーション底部の配管ポートへ供給されます。

配管ポートは切削工具位置を確立する固定距離も提供。スルークーラントがない場合でも、工具ホルダーがポートに当たるストッパーとして機能。工具ホルダー長が既知でストッパーが正確な位置を提供するため、真出し不要で切れ刃位置を確立可能。工具交換は、ホルダーを引き抜き、インサートを交換し、差し戻すだけです。

CNCフライス盤の工具交換はATCがあるためそれほど問題ではありません。しかし、従来機でマイクロ加工を実現するために高速スピンドルを使用して必要な回転数を得ようとする場合（NSKによればこの市場は成長中）、オペレーター介入が必要になることがあります。

ハイミックス生産環境での段取り替え高速化のため、クイックチェンジワークホールディングがより一般的になりつつあります。ハインブッシュは最近、立方体部品のクランプを可能にする2ジョー モジュールをシステムに追加。

同社によれば、小径工具には通常15,000rpm以上のスピンドル回転が必要で、従来機では達成困難です。高速スピンドルの一種として、機械自身のスピンドルにインストールする電動モデルがあります。NSKは電動スピンドルが、機械のCNCとシンプルにインターフェースし、長寿命、安定速度、高精度、良好な再現性を備えると説明。従来型電動スピンドルの欠点は、ATCポケットに格納可能だが、オペレーターが機械を停止し、電気信号と冷却・パージ用空気圧ラインを手動で切り離してからATCにロードする必要があること。同社の最新モデルは、それらの要素を手動で接続/切断することなく完全に交換可能。これにより、低回転機械が必要に応じてマイクロ加工に必要な高回転を実現する柔軟性が得られます。NSKの電動スピンドルは80,000rpmに達します。

さらなる展望（いつものように）

このテクノロジーサンプリングはまさにサンプリングです。単一記事で精密機械加工業界に新たに利用可能になったすべてを網羅することはできません。いつものように、『Production Machining』は役立つ新しい設備、ソフトウェア、コンセプトを開発されるたびに紹介し続けます。また、この記事で言及されたトピックや、貴社のようなショップで先進技術がいかに成功裏に適用されているかを描くストーリーなど、より深い掘り下げも続けていきます。プリント版の購読をご検討ください。

8主軸の解剖

シュッテのドイツ本社訪問時に、同社の8主軸ACX CNCマルチ（6主軸Generation SCX CNCマルチのバリエーション）について学びました。課題の一つは、最大85軸を制御する機械に直感的なオペレーターインターフェースを提供することでした。詳細はこちら。