低周波振動で超合金加工を劇的改善：ジョブショップの生産性向上

この動画は低周波振動を簡単に説明しています。クレジット：マルベニ・シチズン・シンコム社

工作機械で超合金を旋削するのは困難です。これらの頑固な材料は超硬切削工具に厳しく、長く糸状の切りくずを生み出し、部品に絡みついて不良表面仕上げを残します。あるジョブショップでは、最近購入したスイス型旋盤に搭載された新技術を発見するまで、この材料での短い切りくず生成に苦労していました。

マルベニ・シチズン・シンコムのスイス型旋盤に搭載された低周波振動（LFV）技術を発見する前、スレーブ・マシン・プロダクツ（オハイオ州ウィロビー）は高圧クーラントに頼って切りくずを分断し、切削ゾーンから除去していました。しかし、このプロセスだけでは、クーラント流を完璧な角度と圧力で位置決めするのは難しい場合があります。

2018年、スレーブ・マシンがLFV技術搭載の最初のマルベニ・シチズン・シンコムスイス型旋盤を購入すると、即座にメリットを実感しました。短い切りくず、工具寿命と部品表面仕上げの改善、時間短縮、全体的な生産性向上などです。実は同社はこのマシンに非常に感銘を受け、1年でLFV搭載スイス型をさらに10台購入しました。

しかし、LFVとは何で、スレーブ・マシンはどう適用しているのでしょうか？

イノベーションの先駆者

LFVのような新技術を全面的に受け入れることは、スレーブ・マシンにとって珍しいことではありません。共同オーナーのブレンダン・スレーブ氏によれば、同社はイノベーションの最前線に立つことで知られています。「新技術の発生初期に飛び込むのが常です」と彼。「人がエンジンを駆動しますが、テクノロジーはそれに次ぐ重要要素です。人とテクノロジーがうまく融合すれば、勝利のレシピになります。」

初のLFV搭載マルベニ・シチズン・シンコムスイス型旋盤で「ゲームチェンジング」な技術を体験後、1年で同タイプを10台追加購入。写真提供：Slabe Machine Products

航空宇宙、銃器、医療、発電、バルブ、ベアリングなどの業界にサービスを提供し、多様な加工能力を要求される仕事を受注しています。したがって、スレーブ氏は顧客のますます厳しくなる期待に常に応えられるよう、最新イノベーションをキャッチアップし続けることを信条としています。同氏によれば、同社は多軸機をいち早く購入した企業の一つであり、旋削機、CNC工具・カッターグラインダー、スイス型機、3Dプリンター、ウォータージェット機など常に最新技術を揃えるよう心がけています。

そこで、マルベニ・シチズン・シンコム工作機械のディストリビューターであるコンセントリック社（オハイオ州クリーブランド）がLFV技術の試用を提案した際、スレーブ氏は即座に飛びつきました。LFVで旋削、溝入れ、穴あけ操作を完結できるシチズンL20スイス旋削センターを購入しました。

スレーブ氏は、この技術がいかにうまく機能するかを発見した時を「ユーレカ（発見の瞬間）」と呼びます。「ツール寿命が50個から500個へと劇的に伸びた『魔法のスイートスポット』を見つけました」と説明します。

振動？問題なし

振動は通常、機械加工プロセスでは歓迎されませんが、シチズンがスイス型旋盤向けに開発した低周波振動は、スレーブ・マシンにとって多くの面で有益であることが証明されました。この技術は、インコネル、ハステロイ、ステンレス鋼、銅、アルミニウムなどの難削材向けに特別に設計されており、同社の11台のマルベニ・シチズン・シンコムスライディングヘッドストックスイス型（L12、L20、L32モデル含む）で驚異的な効果を発揮しています。

振動が切削工具の味方になる仕組みは？ LFV技術は、バー材の回転に同期してカッターをZ軸方向に意図的に振動させます。場合によっては、カッターを完全に切削から離脱させます（エアカット）。

マルベニ・シチズン・シンコムによれば、この意図的なエアカットが切りくずを一貫して小さな断片に分断し、ワークや工具に螺旋状に絡みつく「バードネスト」問題を最小限に抑えるとのことです。

「LFV使用時は問題のある振動音に聞こえます」とスレーブ氏。「しかし工具はナノ秒単位でワークから離れ、再び噛み合い、切りくずをほぼフライス加工のような（小さな）チップにします。工具寿命が驚くほど延びます。」

切りくずサイズの制御

LFV搭載スイス型旋盤では、切りくずサイズを完璧に制御できます。「LFVは機械ドライブを通じた高度に設計された振動同期です」とコンセントリック社セールス副社長のマット・クレッカ氏。「その制御は、プログラムコードの1行の変数を変更するだけでチップ形状を変えられるほどシンプルです。」

スレーブ・マシンでは、3/8インチドリルで深さ約5インチまで穴あけするアプリケーションで、かつて長い糸状チップが工具寿命と表面仕上げに悪影響を与えていました。しかしLFVプログラミングにより短いチップが生成されるようになりました。

最適なスループットのための完璧なチップ、またはスレーブ氏が言う「スイートスポット」を見つけるには、機械屋側での試行錯誤が必要かもしれません。工具が完璧に性能を発揮し、チップがちょうど良いタイミングで分断されるパラメータを見つけるためのハンドブックは存在しないと彼。職人的な勘所（部族知識）が関わると信じています。

スレーブ氏は、LFVがハステロイ用途で「もう糸状チップなし」の短いチップを生み出した具体例を挙げます。ここでは複数の3/8インチドリルで深さ約5インチまで穴あけを行いました。「かつては長い糸状の、熱を保持し超硬工具を殺すチップがランダムにドリルに絡みつき、プロセス中盤で停止して引き抜きとパージを強いられていました」と彼。しかし今では小さなチップになり、まさに彼の好み通りです。

マルベニ・シチズン・シンコムによれば、カッター刃先への堆積最小化、発熱と消費電力の低減もLFV技術の追加メリットです。また、従来旋削で使用する同じタイプの切削工具をLFV旋削でも使用可能。ドリル、溝入れ、ねじ切り操作にも使用しています。溝入れアプリケーションでは、溝入れ工具がバー材円周に垂直なX軸方向に振動/プランジします。

生産性の向上

LFV搭載スイス型マシン1台導入後、スレーブ・マシンは即座に工具寿命延長、ワーク表面仕上げ改善、機械屋とビジネス全体の時間短縮を体験。これらすべてが同社の生産性向上につながりました。これらの結果を受け、スレーブ氏はLFV搭載マシンをさらに購入する決断をしました。タイミングも良かったです。同社のすべてのスイス機が老朽化で交換時期を迎えていたからです。

スレーブ氏によれば、LFVにより以前は他の機械で行っていた新タイプの部品をスイス型旋盤で加工可能に。例えば航空宇宙用チップシェルをスイス旋盤で加工できるようになりました。

「当初は1台ずつ順次交換する予定でしたが、効率メリットがあまりに大きかったため、1年未満で全台入れ替えを決断しました」とスレーブ氏。「LFVを搭載していないスイス型は、今後購入しないでしょう。」

スレーブ氏によれば、LFVにより以前は他の機械で行っていた新タイプの部品をスイス型旋盤で加工できるようになりました。例えば、航空宇宙用チップシェルをスイス旋盤で加工しています。彼は過去にはガンドリルで別機械でこれらの穴あけをしていたが、今はスイス型で穴あけ可能だと説明。「通常、スイス機には半インチ穴を4〜5インチ深くドリルする強度や馬力がありませんでした」と彼。「しかしLFV技術で少しずつ切削するため、より自由に切削できるようになりました。」この種の「高速機械加工」により、従来プロセスで必要とされた高馬力と重切削ではなく、軽い切削でより少ない馬力で加工可能になります。

 

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