CNC MQL制御をマスター: 精密プログラミングで最小量潤滑を最適化

この動画では、CNC旋盤における最小量潤滑（MQL）の仕組みとセットアップ方法について簡単に説明しています。動画提供: Unist Inc.

機械加工プロセスを可能な限り制御することは、多くの機械技師が目指す目標です。旋盤での切削中に供給されるクーラントの量と適用方法も例外ではありません。Unist Inc.は、工作機械のCNC（コンピュータ数値制御）と直接通信するMQLシステムを提供し、オペレーターが部品プログラムにコードを入力することで潤滑パラメータを指定できるようにしています。同社の「Quantum（クアンタム）」デジタル制御潤滑装置は、単一の工作機械上で各機械加工操作に最適なMQL流量を実現するよう設計されており、流量が可視化・編集可能であるため、オペレーターは各操作を微調整して最良の結果を得ることができます。

なぜMQLなのか？

MQLはヨーロッパでより一般的に使用されていますが、なぜ米国のショップでも従来のフラッドクーラント供給に代わる技術として採用が進んでいるのでしょうか。その理由の一つは、「多ければ良い」わけではないからです。MQLは、ワークと工具を大量の液体クーラントで浸す従来の手法とは異なり、オイルミストやエアロゾルの形でごく少量の潤滑剤を工具の刃先に直接供給します。フラッドクーラントでの切削とは異なり、切削操作中にチップ、ワーク、機械に残るエアロゾルはごく微量です。

フラッドクーラントは依然として世界中で最も広く使用されている冷却・潤滑方法ですが、MQLテクノロジーの利点は明確かつ大きいと同社は述べています。MQLを導入したショップでは、以下の環境面、企業面、経済面のメリットが得られます。

• 環境面: 高品質なMQLオイルは無毒で生分解性です。オイルにはバクテリアが繁殖しないため、殺菌剤は不要です。さらに、フラッドクーラントの1/10,000以下の液量で済み、廃棄やリサイクルの必要がありません。リサイクラーやポンプが不要なため、エネルギー消費も削減されます。フラッドクーラントと比較して、MQLの環境フットプリントはほぼゼロです。
• 企業面: ショップフロアが清潔（かつ安全）に保たれ、機械がクーラントで汚れることがありません。高品質な潤滑剤を適量使用することで、切削プロセスは良好な表面仕上げを実現します。また、熱衝撃が減少するため工具寿命が延びます。ショップフロアの従業員は、金属加工液との接触による皮膚刺激の問題が減り、クーラントやその添加剤を吸い込む心配もありません。
• 経済面: MQLオイルのオンスあたりの価格は一般的なフラッドクーラントより大幅に高いかもしれませんが、使用量が非常に少ないため、部品あたりの液体コストは通常より低くなります。これに工具寿命の向上、液体管理装置の不要化、省エネなどの節約効果を合わせると、MQLはショップの収益にプラスの影響を与える可能性があります。

完全なMQL制御と監視

MQLの利点は、工作機械のCNC、プログラマブルロジックコントローラ（PLC）、または内蔵インターフェースと直接連携できる機能によってさらに高まります。特に、複数の操作を必要とする部品を加工する場合に威力を発揮します。各機械加工操作には、それぞれ異なるMQL流量が最適であることが多く、事前プログラムされたレートや手動で固定調整された単一のレートに制限されるべきではありません。Quantum MQLシステムは、ユーザーが各操作のニーズに合わせてMQLをプログラミングできる自由を提供します。

Quantumは、ユーザーが各操作のニーズに合わせてMQL供給をプログラミングできる自由を提供します。写真提供: Unist Inc.

旋盤用MQLシステムは、エアとオイルのラインをタレットで混合する直前まで可能な限り別々に保つことで、均一で精密な潤滑剤供給を実現します。この二重チャネル供給システムは「ホース内ホース」構造で、内側のホースがオイルを、外側のホースがエアを供給します。これらのラインを分離しておくことで、流体の一貫した霧化が維持されます。これにより、ホース外壁への流体付着による潤滑剤の飛散や滴下を防ぎ、スムーズなスプレーを実現します。

また、供給システム内のオイルとエアの割合を変更する際も、二重チャネルシステムなら問題が少なくなります。この方式では変更が即座に反映され、ホース内に混合液が残っていてそれを排出してから変更する必要がありません。

「荒加工、仕上げ加工、ねじ切り、その他どの操作であっても、エアとオイルの供給レートのオン・オフを完全に制御できます」と、Unist Inc.の製品マネージャー、Tim Bangma氏はQuantumについて語ります。

各機械加工プロセスに適した潤滑剤量と流量を決定した後、機械技師はそれらのコマンドを部品プログラムに挿入します。

Quantumは、工作機械とディスクリートまたはシリアルインターフェースで接続されます。

Quantumは最大6つの潤滑剤出力を制御でき、時間あたり1オンスのごく一部という少量の潤滑剤を使用できます。さらに、各操作に潤滑剤エアロゾル、ストレートオイル、またはエアのみを供給できます。

精密なMQL適用に加え、このシステムは液体レベル低下、エアレベル低下、液体流量の監視機能も備えています。Quantumに内蔵された監視システムは、これらの問題を検知すると監視対象の機械を一時停止し、アラームを点滅させてオペレーターに通知します。

「Quantumシステムのポジティブディスプレースメントポンプにはフローセンサーを装着でき、ポンプがサイクル動作した際に流体が供給されたことを確認できます」とBangma氏は説明します。

潤滑装置の設置

Quantumは、工作機械とディスクリートまたはシリアルインターフェースで接続されます。Unistによれば、CNC旋盤へのQuantum設置は簡単なプロセスですが、一部の機械ショップではUnistの担当者に訪問してもらってアプリケーターを設置する方が安心だと感じています。一方で、自社で設置プロセスを完了することに抵抗がないショップも同数存在します。

誰が設置するにしても、適切に行う場合は主に以下の5つのステップで構成されます:

1. 潤滑装置を機械上または近くに取り付ける。タンクへの補給が容易な場所が理想的です。
2. 機械のガードを取り外し、スルータレット工具に供給される既存のフラッドクーラントラインを特定する。MQLチューブを機械内に配線し、フラッドクーラントがタレットに入る箇所でタレットに接続する。
3. 圧縮エアを潤滑装置の入口に接続する。
4. 機械の指示書を用いて、制御キャビネットからアプリケーターへ電源と制御信号を接続する。適切な端子を特定する。
5. CNC旋盤に取り付け可能な多様な工具に対応し、タレットの各工具ステーションにノズルを取り付ける。

システムが完全に設置された後、ノズルの適切な位置決めもMQL適用の成功には不可欠です。「最も精密なポンプと供給システムを持っていても、ノズルが正しく向いていなければ大きな問題になります」とBangma氏は指摘します。

また、MQLプロセスからミストが発生する可能性があるため、機械にミストコレクターの設置が必要になる場合があります。

潤滑剤について

MQLには高品質な潤滑剤を使用することが重要です。工具表面に密着し、切削工具とワークの間に薄く低摩擦のバリアを形成する必要があります。Unistの「Coolube（クールーブ）」は、潤滑剤と金属表面の間に強力で一貫した結合を生み出す極性を持つだけでなく、植物由来のため環境に優しく、オペレーターの皮膚にも安全です。

「Coolubeは高度に精製されており、不純物や添加物がほとんど含まれていません」とBangma氏は説明します。「棚に長期間置いておいても劣化しません。」

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