メタルクエストのCNC多主軸センターが精度と効率を高める理由

1996年創業以来、メタルクエストはマルチタスキング技術の採用に注力。最新導入はこの8主軸多主軸盤で、現在5部品ファミリーを生産中。

スコット・ハームス氏が1996年にメタルクエスト契約加工ビジネスを開始した際、社長として他社とは異なるセットアップを目指しました。ネブラスカ州ヘブロンの同社の最初のマシンは、ライブツーリング付き3軸CNC旋盤。目標はマルチタスキングをニッチにし、当時他ショップが一般的に行っていた旋盤とフライス盤を跨ぐ加工ではなく、部品を完結加工することでした。今日、工具室の1台を除くすべての工作機械が、サブスピンドルとライブツーリングの何らかの組み合わせを備えています。また、現在51,000平方フィート（約4,738㎡）の施設には13台のファナックロボットを導入し、ファナックから直接購入して自社統合しています。

メタルクエストは中〜大量生産案件を幅広い業界向けに手掛け、副社長兼COOのスコット・ボルク氏が開発した包括的な社内ショップ管理システムで全運営指標を追跡しています。2000年代初頭から手掛けているジョブの一つに、六角形とバーニッシュ特徴を持つ類似の円筒形状を持つ5部品ファミリーがあります。このジョブは元々、ライブツーリング付きY軸旋削センター3台で生産していましたが、その設備では僅かに黒字というレベルでした。また、部品に六角形特徴があるため、丸棒より全体的な除去材料が少ない六角棒材（12L14鋼）を使用していました。しかし、六角棒材は曲がりやすく、丸棒材に切り替えました。これにより、除去すべき材料が増えたためサイクルタイムがさらに延びました。

ハームス氏はこのジョブを手放したくありませんでした。なぜなら、このアプリケーションは石油・ガス市場向けではなく、同社がその市場に過度に依存していると感じていたからです。代わりに、この特定の部品ファミリーをより生産的に加工する方法を見つけ、サービス対象業界の面からも多様性を保つ方が合理的でした。

サイクルタイムがY軸旋削センターの約2分から、多主軸盤で15秒に短縮。

答えは、インデックスMS40-8八主軸多主軸盤という形で現れました。これは同社初の多主軸盤です。「初日から他社にはない設備、技術、プロセスの採用に注力してきた当社にとって、このタイプのマルチタスキングマシンは次の論理的ステップでした」とハームス氏。

「この多主軸盤購入の決断は、3つのニーズを満たすことに集約されました」とボルク氏は付け加えます。「より収益性の高い部品を作りたい、石油・ガスから多角化したい、他社と差別化する技術を追加したい。このマシンはすべての条件を満たしています。」（マシン搬入日の動画：gbm.media/movein）

このマシンの心臓部は、インデックスによれば3ピースハースカップリングを使用し、各位置で精密加工を可能にするコンパクトなスピンドルドラムです。ドラム内のスピンドルは液体冷却で、無段階変速制御を提供。メタルクエストのマシンには、バックワーク操作用に2つの旋回同期ヘッド（ピックオフスピンドル）も装備されています。

多主軸盤近くに、表面粗さ計を含む各種測定器と、メタルクエスト独自のショップ管理システムにアクセスするコンピューターを備えた部品検査ステーションを設置。

「部品によりますが、バックワークは多主軸盤プラットフォームの制約になり得ます」とハームス氏。「バックワーク用スピンドルが1つしかなく、部品に多くのバックワークが必要な場合、最も長いバックワークプロセスが部品サイクルタイムを規定してしまいます。将来的にこのマシンで走らせるであろう現在の5部品ファミリー以外の部品でも、長いバックワーク操作がボトルネックにならないよう、第2スピンドルを指定しました。」

この部品ファミリーでは、多主軸盤で月産30,000個/年産450,000個を加工。ハームス氏によれば、これはこのマシンのキャパシティの約45%に相当します。サイクルタイムはY軸旋削センターの約2分から15秒に短縮。さらに、この仕事を新多主軸盤に移したことで、他の3台の旋削センターに別のジョブを走らせるキャパシティが空きました。

ファミリー内での部品切り替えは高速です。すべての部品で同じ径の鋼バー材を使用するため、バー給材コレットの交換が不要。数本のカッター交換だけで済む場合もあります。

専用プリセッター

多主軸盤の初生産日は1月15日（たまたまその日、私がショップを訪問していました）。メタルクエストは、ゾーラーハイペリオン工具プリセッター（3台目）を多主軸盤専用に購入。このプリセッターはインデックステーブルに工具ブロックを設置し、工具を機械内と同じ向きで取り付け可能。自動工具計測機能と、例えばボーリングバーのセンターハイト調整を可能にするY軸移動も備えています。

このプリセッターは多主軸盤専用に購入。テーブルにステーションがあり、工具を機械内と同じ向きで配置可能。

ショップはこのプリセッター、特にそのPilotソフトウェア機能を、ショップ管理プロセスのより不可欠な部分にしようとしています。ボルク氏によれば、このソフトウェアは「ERPがやらないことを補完する」とのこと。自社開発の包括的なショップ管理システムからジョブセットアップシートをゾーラーソフトウェアへ移行中で、これはPCでオフラインアクセス可能。工具プリセッティングが機械加工精度を確保する上で中心的だと感じているため、これは理にかなっていると彼は考えます。

バーチャル環境のメリット

私の訪問後、メタルクエストは多主軸盤で利用可能な62軸のうち59軸を同時に使用する非常に重要な新規ジョブを獲得しました。ハームス氏はこれを「インセインなセットアップ」と呼びますが、インデックスのVirtual Machineバーチャライゼーションソフトウェアがこれを実現する鍵となりました。

氏によれば、Virtual Machineはインデックスが提供するソフトウェアプラットフォームで、特定機械のデジタルクローンであり、機械の実際のシリアル番号に紐づいています。このソフトウェアにより、ショップは機械をオフラインで安全に「運転とセットアップ」できます。

「実際の機械と全く同じようにソフトウェア環境全体をツーリングします」と彼。「インデックスが提供するすべての工具ホルダーに.stlファイルがあり、それらを実機と全く同じ位置にマウントできます。そこから切削工具リストを構築し、コードを書き、適用可能な機械パラメータを設定し、実機と全く同じように仮想的に部品を切削する様子を監視できます。」

ハームス氏によれば、これにより衝突がないことを確認でき、仮想加工中に部品を仮想計測することも可能。これはオフラインで行われるため、生産を中断しません。

「この新しい部品の複雑さのため、実機が別のジョブを走らせている間、Virtual Machineで約2週間プログラミングとセットアップを行いました」とハームス氏。「実機をオフラインにして新ジョブのセットアップをする頃には、すべての工具ホルダーが整理されて設置準備完了し、完全に検証済みの加工コードがあったため、迅速に段取り替えできました。」

キャンディ投げロボット、持ってますか？

メタルクエストの運営は、13台のファナックロボットを備えた高度に自動化された51,000平方フィート施設が特徴。ロボットはファナックから直接購入し、すべて自社統合しています。実は、キャンディを投げるロボットが4台あります。より正確には、ショップフロアで工作機械を担当していない時にキャンディ投げ機能に適応できる4台です。

メタルクエストは、これらのロボットにキャンディ投げ機能を統合し、地元のキャリアフェアや自社オープンハウスで活用しています（それぞれの生産負荷に基づいて4台のうちどれを使うか選択）。

これらのコンパクトユニットにより、今日の機械加工・製造企業がいかに高度な技術運営であるかをデモンストレーションし、会話を始めるきっかけを作っています。ユーザーはコントロールストリップのボタンで2種類のキャンディ（ナーズまたはハーシーチョコレート）から選択。ロボットはビジョン機能で選択されたキャンディを見つけ、バキュームグリッパーでピックアップし、誰かに投げたりビンに入れたりします（下図参照）。「想像できる通り、これはキャリアフェアや類似イベントで人目を引くのに役立ちます」とスコット・ボルク氏。