HPC および HSM で生産時間を短縮:完全な切断ソリューション

概要:

• 高性能切削 (HPC) は切り屑除去率を最大化して切削サイクル時間を短縮しますが、高速加工 (HSM) は高速での素早い切削に依存します。どちらも、その使用をサポートするのに十分な安定したツール、制御装置、機械が必要です。
• HPC には、切りくずを迅速に排出できる機械 (通常は横型マシニング センター、5 軸機械、または倒立型機械) が必要です。適応制御とシミュレーションは、ユーザーが切削工具、スピンドル、部品を損傷する可能性のある力のスパイクやその他の問題を回避するのにも役立ちます。また、工具の寿命と性能を最大化するために、安定性を考慮して構築された最新の切削工具形状を使用する必要があります。
• HSM は高いスピンドル速度の恩恵を受けますが、実際には高いスピンドル加速が必要です。最新の CAM パッケージのほとんどには、ユーザーが HSM テクニックを部品フィーチャに迅速に適用できるようにする機能が含まれています。こうした高度な技術に対応する切削工具には、ツールパスが発生する熱への耐性を高めるため、最新のコーティングを使用する必要があります。

高性能切削 (HPC) と高速機械加工 (HSM) には正式な規格がない場合がありますが、実際には、この種の工具とツール パスはサイクル タイムと収益性を大幅に改善します。この方法はさまざまな変数に取り組みます。HPC は、材料除去率を高めるために激しく積極的な切削を使用するツールとツール パスを指します。一方、HSM は、高い平均送り速度を維持し、非切削時間を短縮するために高速で軽い動きを行うツールとツール パスを指します。

サンドビック・コロマントは、この高性能の二項対立の両端に対応する工具を製造しており、サンドビックの量産ソリューション・スペシャリストであるクリス・モンローは、ジョブショップがこれらの工具を最大限の効果を発揮するように使用する方法についての経験を持っています。最終的には、適切な制御と CAM システムを使用することになります。最新のコーティングと形状を最大限に活用します。アプリケーションに適した剛性、スピンドル速度、切りくずクリアランスを備えた機械を選択します。

注目のコンテンツ

一般的に、HSM ツーリングは荒加工中心の HPC ツーリングよりも滑らかな表面仕上げを残しますが、モンロー氏は、これは厳密な区別ではないと言います。 Sandvik の Plura HD エンドミルなどのツールは、OEM の分類システムでは HPC ツールとして認定されていますが、依然として良好な表面仕上げを残します。画像はサンドビック・コロマント社提供。

HPC と HSM の比較

HPC ツールパスの最大の利点は、パーツへの継続的な関与を促進することだとモンロー氏は言います。これには、より優れた剛性と機械の固定が必要ですが、特にプログラマーがセットアップに大きなトルクを与える重い切削を行う場合、金属除去率を劇的に向上させることができます。

HSM ツールパスは、動作品質の向上と一定のチップ厚さによってその強みを発揮すると彼は言います。カッターが連続的に移動する間、半径方向のかみ合いを小さく保ち、切削抵抗を低減し、工具寿命の一貫性を向上させます。この工具寿命により、HSM ツールパスはライトアウト加工に最適であるとモンロー氏は言います。これらのツール パスは、より高い RPM で適切に拡張できますが、主に十分な機械の加速と、制御における大幅な先読みのサポートが必要です。

CAM とコントロール

モンロー氏は、手動操作では HPC および HSM ツールの機能を活用できないため、CNC は最新の HPC および HSM ツール パスの前提条件であると述べています。 HSM の素早い動きを追跡し、動きがスムーズで段差やぎくしゃく感がないように加速を制御するには、先読みの大きな制御が必要です。一方、適応制御は、リアルタイムの速度と送りの調整を可能にして、突然の力や熱のスパイクによる問題を防ぐため、HPC ツール パスに最適です。

CNC では、CAM およびシミュレーション ソフトウェアの使用も可能になり、高度なツール パスを設定する際の困難の多くが軽減されます。モンロー氏は、CAM ソフトウェアの固定サイクルにより、ツールが部品に衝突するのを防ぐために慎重な速度管理が必要な、タイトなコーナーなどの難しいフィーチャのプログラミングを合理化できると指摘しています。同氏はまた、CAM ソフトウェアを使用すると、鍛造品や鋳造品での適応ツールパスが可能になり、同じ作業のワークピースにわずかな寸法変動がある場合に、機械加工前にわずかに調整できると述べています。シミュレーション機能は、工場がチップを制御し、負荷を監視するのに役立ち、作業ゾーンを詰まらせたりスピンドルを損傷したりすることなく、工具の生産性の上限に確実に近づけることができます。

Monroe 氏は、ある CAM またはコントロール ブランドを別のブランドより推奨しているわけではなく、ショップが HPC または HSM ワークフローの一部として最新バージョンを使用していることだけを述べています。異なるタイプのソフトウェアに異なる機能が含まれている場合でも、それらはすべて、店舗が空気を遮断する時間を短縮します。トルクと電力の使用量を一定に保つことで、熱的不安定性が軽減され、工具寿命が向上し、最終的には生産性が向上します。

ツールを強く押しすぎると力のスパイクが発生する可能性があるため、HPC ツール パスを使用する場合は負荷モニタリングが不可欠です。

効率的なツール形状

切削工具の形状の進歩により、HPC 加工用のより弾力性のある工具が可能になり、モンロー氏はサンドビックのラインナップのいくつかの例を挙げることができました。同社は、ツールのベースに向かってテーパーが付いている円錐形のコアを備えたツールを作成しました。モンロー氏は、これらのテーパーは剛性を向上させ、振動を低減し、工具寿命を延ばし、高送りの側面フライス加工や深いポケットの加工に役立つことが証明されていると述べています。工具の OEM も、対称と非対称の両方で不均等な螺旋を備えた工具のリリースを開始しました。後者は異なるピッチ角の螺旋を使用することでカット内の共振を制限しますが、前者は単に螺旋をペアにするだけなので、隣接する螺旋が同じピッチ角を使用することはありません。どちらの場合も、ショップはツールの安定性が向上し、より積極的な送りと速度で実行できるようになり、ジョブをより速く完了できるようになります。

モンロー氏は、スチール 1030 ベアリング ボックスの表面を粗加工および仕上げ加工するための標準工具とサンドビックの不等ねじれ WhisperKut 工具を比較したある顧客の例を紹介しました。古いツールを使用すると、工場は 214 mm/min のテーブル送りで 4 個の部品を加工できました。サンドビックの新しいツールを使用すると、1 つのツールでテーブル速度 835 mm/min で 40 個の部品を生産できました。この大幅な工具寿命の延長に加えて、サンドビックの工具では、公差外の点を修正するための追加の手動による後処理表面仕上げステップも不要になりました。

耐熱コーティング

一方、HSM ツーリングはコーティング技術の進歩の恩恵を受けており、ツール速度の増加に伴う切断内の高熱に耐えることができます。サンドビックの場合、これらの改善は新しいコーティング配合物に焦点を当てているのではなく、性能を向上させるために実証済みのコーティングを塗布および積層する新しい方法に重点を置いています。モンロー氏によると、OEM は最近、コーティングが基材に密着し、コーティング内に結晶構造を生成して摩耗や剥離に対する耐久性を向上させるいくつかの PVD コーティング プロセスを開発しました。

ある顧客の場合、Sandvik DURA ツールのコーティングは十分な耐熱性があり、競合他社の 25.12 ipm と比較して 43.45 ipm のテーブル速度で 304 SS ジョブに使用できました。刃あたりの送りがわずかに低い場合でも、サンドビックの工具は交換が必要になるまで 7.4 時間で 50 個のワークピースを生産しましたが、競合他社のツールは交換が必要になるまで 5.1 時間で 20 個の部品を生産しました。サンドビックは、お客様の生産性が 73% 向上し、サイクル タイムが 42%、コストが 48% 削減されると試算しました。

高度なツールの最大の利点の 1 つは、制御され、継続的に使用できることだとモンロー氏は言います。カット内に留まることで、ショップはチップの製造により多くの時間を費やし、サイクル タイムの短縮とスループットの向上につながります。

高度なツーリングには高度な工作機械が必要

モンロー氏は、垂直および水平の 3 軸および 4 軸機械の両方が HSM ツール パスに適していると述べていますが、HPC は切りくず排出の必要性から水平機械の方がパフォーマンスが優れていると警告しています。それでも、切りくずを除去できる高圧クーラントとエアシステムが機械に備えられていることを確認することを彼は推奨します。 5 軸加工機は通常、HPC と HSM の両方のツール パスと互換性がありますが、回転軸の加速度に注意を払うようにとモンロー氏は言います。工場が送り速度に合わせて部品の向きを素早く変更できない場合、回転軸の加速度が制限要因になる可能性があるためです。重力は 5 軸加工機での切りくず排出にも役立ち、切りくずをポケットから解放できるため、工場がより積極的な送り速度を実行できるようになります。これと同じ原理が倒立フライス盤や旋盤にも当てはまり、通常、HPC と HSM の両方のツール パスを処理できる安定性を備えているとモンロー氏は言います。

モンロー氏によると、高 RPM スピンドル (40,000 RPM) と、振動のない持続的な負荷下で工具のフルート全体を使用できる十分に安定した構造を備えた機械の登場により、HPC および HSM ツールパスがより実行可能になり、積極的な速度と送りでも工具寿命が向上するとのことです。モンロー氏によると、最新の機械の多くは、5 年前に一般的に入手可能だったものよりもスピンドル速度が 20 ～ 40% 速くなり、材料除去率は 100 ～ 300% 高くなります。最新の工具形状やコーティングと組み合わせることで、工具交換間隔を延長しながらサイクル タイムを大幅に改善する工具パスの使用が可能になります。