あらゆる作業に最適な工作機械を選ぶ：カム式とCNCの使い分け

Precision Plusが他の機械工場と違うことを示す最初の手がかりは、静かなカチカチという音でした。この音は、ショップフロアの中央に並ぶ十数台の機械駆動式スイス旋盤から発せられています。整然と列をなし、明らかに新しいバーフィーダーによってサービスされているこれらの機械は、同社のCNC機械を特徴づける防音カバーなしで、露出した状態で切削しています。よく見ると、カムが回転するにつれて、半ダースほどの工具が同時にワークに突き出し、引っ込んでいるのがわかります。

ここでは、Mike Reader氏がMiyano BNX二軸CNC旋盤の隣に立っています。Mike氏は、スイス式自動盤の使用方法を新入社員に教える同社の徒弟制度プログラムを担当しています。写真提供：Precision Plus

これらの機械のいくつかは、2000年に同社がウィスコンシン州Elkhornの現在の場所に移転する前から、何年も部品を生産していました。Mike J. Reader社長のリーダーシップのもと、同社は以来、Miyano ABXおよびBNX二軸旋盤や、複数のStarおよびTsugamiスイス式CNC旋盤など、さまざまな新しいCNC機器を導入してきました。それでも、Precision Plusは、Reader氏の父Phil氏が1988年に会社を購入したときとほぼ同じように動作する、つまり物理的なカムを使用して切削のタイミングと深さを制御する（CNCではなく）装置に大きく依存し続けています。なぜでしょうか？

これは、Michael P. Reader氏（エンジニアリング担当VP、Mike Reader氏の息子）への私の最初の質問でした。彼の答えはシンプルでした。「カム駆動機械は、使用可能な場合、運用コストが安いのです。」

CAMよりカムを選ぶ理由

オーボエとファゴット用のネジのような小型精密部品は、カム駆動機械に最適です。溝は、ピックオフアタッチメントに取り付けられたノコギリ刃で切削されます。写真提供：Precision Plus

「年間生産量の多い小型円筒部品には、スイスカム機が非常に経済的です」とReader氏は言います。Tornos製の機械駆動式スイス旋盤群は、電気代が安く、何よりCNCよりも大幅に速く部品を切削できることが多いのです。

最後の要素は、コンピューター制御工作機械なら、全くコンピューティングパワーを持たない機械と競争するのに問題ないように思える人には驚きかもしれません。しかし、カム駆動機械は複数の切削工具を同時に使用でき、移動距離が非常に短いのです。「すべての工具がワークから2インチ以内で待機しています」とReader氏は、薄いバーから発射ピンを切り出すために必死に切削している半円状の切削工具を指差しながら言います。「これがCNCよりもはるかに速い理由です。」

このカム駆動スイス式自動盤では、5つの切削工具がワークを取り囲んでいます。カムシャフトが回転すると、各切削工具がそれぞれの操作を実行し、シャフト1回転ごとに完成品が1つ切り出されます。切削工具がワークに近接して配置されているため、少ないフィーチャーを持つ部品を迅速に生産するのに最適なオプションです。写真提供：Precision Plus

どれくらい速いのでしょうか？「ある部品は、スイスCNCでは1個あたり8秒かかります」とReader氏は言います。「カム機械では3秒です。」生産速度が2倍以上になるのは、大量生産を扱う際に大きな違いです。「もしその部品にCNCを使わなければならなかったら、採算が取れません。」と彼は言います。

では、いつCNC機械が好ましいのでしょうか？

CNCでの精度と公差

カム駆動Tornos機械のもう一つのメリットは、視認性です。「スイスカム機は簡単にアクセスできるので、何が起きているか見えます」とReader氏は言います。これが同社の徒弟制度プログラムに最適で、Reader氏はこのプログラムが労働力を供給してくれたと評価しています。写真提供：Precision Plus

「部品のニーズによります」とReader氏は言います。「精度向上が必要な部品もあり、それはスイスCNCが提供します。」同施設で生産している歯科部品を例に挙げます。片側の直径はわずか0.01インチで、長さ対直径比がかなり高いため、チャッターを防ぎ、部品が機械内で折れるのを防ぐために追加のサポートが必要です。これらの部品特性により、より高い精度と剛性を提供できるCNCが必要になります。また、表面粗さはほぼ完璧でなければなりません。わずかな不完全さでも壊滅的な結果を招く可能性があります。「公差を正確に守る必要があります」とReader氏は言います。「この歯科部品に表面の不完全さがあれば、使用中にクラック伝播と破損を引き起こす可能性があります。」

歯医者の椅子に座ったことがある人なら、CNC機械の高精度に感謝するはずです。

この歯科部品は厳しい公差を満たす必要があり、長さ対直径比が大きいため、カム駆動ではなくCNCスイス旋盤を使用する必要があります。写真提供：Precision Plus

公差以外の要因でも、CNC機械の選択に影響することがあります。まず、より大きな部品を扱えます（機械により12、20、32mm）。また、歯科部品のような部品には高圧クーラントが必要ですが、カム駆動スイス旋盤では不可能です。クーラントは、ひも状や粘着性のある切りくずを生成する材料や、チップ除去に高圧を必要とするOリング溝を持つバルブ部品でも重要な要因となります。

最後に、固定ヘッド旋盤は、直径2.5インチまでのより大型で複雑な部品の加工に適しています。「一般的に、大量の材料除去やより高い複雑性がある場合、Miyanoプラットフォームを使用します」とReader氏は言います。Miyano ABXは、油圧チャックと頑強な機械設計により、積極的で精密な加工に使用されます。半導体製造用のある部品は、大量の内径材料除去、偏心穴あけ、ねじ切り、高張力・高降伏点ステンレス鋼での外径旋削を伴います。3タレットの二軸旋盤で、この部品を1工程で完結加工でき、高いコスト競争力を発揮します。

半導体製造に使用されるこの部品は、従来の旋盤に適しています。複数の偏心穴あけ、大量の内径材料除去、難削ステンレス合金での複数の外部フィーチャーを伴います。写真提供：Precision Plus

もう一方の旋盤、Miyano BNXは主にその効率性のためにあります。「BNXはABXより高速生産が可能で、5桁目のオフセットも可能です」とReader氏は言います。Precision Plusでは、外径旋削で±0.0001インチ、内径穴で合計0.0003インチの精度で加工しています。それほどの精度が不要な場合は、メインとサブスピンドルで単一タレットを使用して同時に加工でき、多くの部品でスループットが向上します。両プラットフォームとも、Hainbuchのクイックチェンジチャッキングシステムを装備し、セットアップ時間とスピンドル間の同心度を改善しています。

機械加工の多くのことと同様、結局のところ部品次第です。「一般的に、部品が大型で複雑であればあるほど、固定ヘッド旋盤で加工される可能性が高くなります」とReader氏は言います。「極めて厳しい公差を持つ小型円筒部品や、高圧クーラントが必要な部品はスイスCNC機械で加工します。しかし、スイスカム機械で加工できるなら、そこで生産する方がより速く、同等に精密です。」