自動機械加工の未来：精度と効率の向上

機械加工とマシンテンディングの概要

機械加工は、金属「ブランク」から材料を除去して所望の複雑な形状を生成するプロセスです。

マシンテンディングとは、製造工場における産業工作機械の自動化運転を指し、主にロボット自動化システムを使用します。搬入・搬出がマシンテンディングシステムの主要機能ですが、

多くの場合、ロボットは自動化システム内で自律走行車両による部品搬入・搬出など、製造の包括的な視点に含まれる他の貴重な機能も実行します。その他の自動化・統合可能なタスクには、CMM/部品検査、ゲージング、ブローオフ、洗浄、バリ取り&仕上げ、仕分け、レーザーIDマーキング、包装、出荷が含まれます。

マシンテンディングシステムのメリットには：

1. 生産性の向上
2. 直接労働の削減
3. 長時間機械稼働 ― 24/7
4. 機械稼働率の向上
5. 全体的な生産コストの削減
6. 製品品質の向上
7. 機械安全性の強化
8. 運用の柔軟性
9. 在庫の最適化

マシンテンディングシステムに関連する洗練度、機能性、コストのため、ほとんどのメーカーはこれらのシステムへの投資前に資本承認プロセスを必要とし、経営陣が購入を承認する必要があります。通常、ROI（投資収益率）を計算して購入を正当化します。Futura Automationは現在のコスト把握とROI計算を支援できます。

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垂直フライス盤 ― 4軸か5軸か？

垂直フライス盤ではスピンドル軸が垂直方向に配向されています。フライスカッターはスピンドルに保持され、その軸で回転し「A」次元を提供します。送りテーブルは3軸フライスでX、Y、4軸フライスでZ次元を提供。スピンドルは回転軸で、一般的に降下可能（またはテーブルを上昇させ、カッターをワークに近づけたり深くしたりする同じ相対効果）、これにより突込み切削と穴あけが可能。垂直フライスにはベッドミルとタレットミルの2つのサブカテゴリーがあります。

「B」軸も回転すると、5軸の動きになります。5軸マシンは、効果的に加工できる部品サイズと形状に無限の可能性を提供します。「5軸」とは、切削工具が移動できる方向の数を指します。5軸マシニングセンターでは、切削工具がX、Y、Zの3直線軸を移動し、A軸とB軸で回転してワークピースにあらゆる方向からアプローチできます。つまり、1回のセットアップで部品の5面を加工できます。

水平フライス盤 ―

水平フライス盤も同じ種類ですが、カッターが水平スピンドル（アーバーフライスを参照）にテーブル横に取り付けられています。多くの水平フライス盤には内蔵ロータリーテーブルがあり、さまざまな角度でフライス加工が可能；この機能はユニバーサルテーブルと呼ばれます。垂直フライス盤で使用可能なエンドミルやその他の工具も水平フライス盤で使用できますが、真の利点はアーバー取り付けカッター、サイドアンドフェイスミルにあり、これらは円鋸のような断面を持ちますが、一般的に幅広く直径は小さいです。

主要工作機械メーカー：

• Mazak: HC, MEGA, UN
• Toyoda: 400, 500, 630, 850, 1000, 1250, 1600mmパレット
• Hurco: HM1700i
• Haas: 40テーパー, 50テーパー
• DMG Mori: NH, NHX, DMC, DMU
• Okuma: LB, LT, MULTUS
• Matsuura: H-Plus

ターニングセンター ―

旋削は、切削工具が直線的に動きながらワークピースが回転する、円筒形部品を作る機械加工プロセスです。一般的に旋盤で実行され、旋削はワークピースの直径を指定寸法に減らし、滑らかな部品仕上げを生み出します。ターニングセンターはCNC（コンピューター数値制御）を備えた旋盤です。高度なターニングセンターは、さまざまなフライスと穴あけ操作も実行可能。5軸フライス盤はターニングセンターとして構成可能で、そのためほとんどの5軸マシンメーカーはターニングセンターバージョンを提供しています。

主要メーカー：

• Mazak: HQ, INTEGREX, MULTITEX, ORBITEC, QT
• Okuma: GENUS, MULTUS, LB, LT, LU, V40R
• Hurco: TM, TMX, TMM
• Matsuura: CUBLEX
• DMG Mori: NT, NTX, NZX, CTX, WASINO

ルーティング ―

CNC（コンピューター数値制御）ルーターは、ルーターツールをスピンドルとして搭載し、木材、複合材、アルミニウム、鋼、プラスチック、ガラス、発泡体などさまざまな材料の切断に使用されるコンピューター制御切断機です。CNCルーターは、パネルソー、スピンドルモルダー、ボール盤など多くの木工機械のタスクを実行できます。また、 mortises and tenons（継ぎ手）のようなジョイナリーも切断可能。

射出成形とダイカストマシン

射出成形は、プラスチック（または類似の「ダイカスト」プロセスで金属）を金型に押し込むプロセスです。金型の2半分は、射出プロセスに耐える十分な力でクランプされます。射出完了後、金型が分離され部品が取り出されます。「スプルー」「ゲート」「フラッシュ」も除去が必要。射出マシン金型は水平または垂直位置で固定可能。大半のマシンは水平配向ですが、垂直マシンはインサート成形などニッチな用途で使用され、重力を利用できます。一部の垂直マシンは金型固定も不要。工具をプレートンに固定する方法は多数あり、最も一般的は手動クランプ（両半分をプレートンにボルト留め）；しかし、油圧クランプ（チョックで工具を固定）と磁気クランプも使用されます。磁気と油圧クランプは、迅速な工具交換が必要な場合に使用されます。

自動倉庫とパレット搬送

パレット管理システムは、機械加工プロセス中の部品を保管し、コンベアと最終的に適切な工具を持つロボットアーム（「テンディング」と呼ばれる）によってそれらの部品を工作機械に自動供給する手段です。ワークホルディングツール（OMILなど）で部品を工作機械に供給します。

Trinity Automationは、さまざまなユースケースと機械加工ボリューム向けに3つの異なるレベルのパレット管理を開発しました。

Trinity Automation: AX1, AX2, AX5

AX1は、Haas DT & DMシリーズ、Fanuc Robodrill、および類似システムのような小型CNCマシニングセンターを完全自動化生産システムに変えるコンパクトな高速パレット管理システムです。

AX2は中型パレット管理システムで、最大16インチ直径×9インチ高さのサイズ範囲。Haas UMC-500のサイドローディングや、Haas VF2やYCM NXV1020Aのような垂直マシニングセンターに適しています。

AX5は大型パレット管理システムで、Haas UMC-750のサイドローディングや、Haas VF4のような垂直マシニングセンターに適しています。AX5は機械加工ビジネスを次のレベルに引き上げる究極のソリューションです。

仕上げ：バリ取りと研磨

加工部品は、用途や販売前に多くの場合、ある程度の仕上げが必要です。バリ取りは粗仕上げと見なされ、研削やメディアでのタンブリングが含まれる場合があります。研磨は、特に化粧的な理由で部品を仕上げるもう一つの手段。射出成形/ダイカスト部品には、デゲーティング、フラッシュ、スプルー除去プロセスもあります。機械加工プロセスに部品を搬入するために使用されたパレットは、加工済み部品をバリ取りや研磨ステーションに搬送するためにも使用できます。

品質検査とCMM

多くのメーカーは、製造部品を100%検査して品質や厳しい製造仕様への準拠を確認する必要があります。自動検査を達成するためのツールには、マシンビジョンと座標測定機（CMM）があります。すべての場合、検査ツールへの部品の出し入れはロボットアームで自動化可能。部品は機械加工に使用した同じパレットで検査ステーションに搬送できます。

自動識別ラベリング

完成部品にモデル番号とシリアル番号をマーキングする技術はいくつかあります。レーザー印刷、ドットピーニング、RFIDタグ、インク印刷など、人気順に逆順で。

自律移動ロボット（AMR）

製造を合理化し労働コストを削減するもう一つのツールは、自律移動ロボット（AMR）です。これは、コンベアや手動フォークリフトなしで工場床上で製品を搬送するまだ発展途上の技術です。AMRは、別のプロセスから機械横へ、または機械横から保管、包装、出荷へ製品を移動できます。

システムをどう選ぶか？*

製造での成功は常に利益、つまり投資収益率（ROI）についてです。収益から費用を引いたものが利益の2要素。費用も同様に直接費と負担費（間接費）の2部分に分けられます。直接費は工場床で発生し、部品製造の実際のコスト。直接費も労働と資本化（減価償却）の2部分に分けられます。労働には時給だけでなく、福利厚生、雇用税、安全リスクを含む追加サポートコストも含まれます。機械で置き換え可能な反復的で単純な労働は、グローバル競争力のために置き換えるべきです。

一部の工場は依然として伝統的なやり方に固執し、馴染みの技術が新たな課題を乗り越えさせてくれると信じています。それは今日のグローバル市場では通用しません ― 少なくとも今の市場では。CNCの進歩のような新技術を認識することは、企業の将来の競争力を保証する戦略的決定です。

新技術の正当化は複数ステップのプロセスです：

ステップ1： コストを理解する
透明なコストシステムを使用し、完全負担労働を含むすべてのコスト要因を評価し、新技術がキャッシュフローをどう改善できるか評価し、ピースコストと新技術投資が生産コストとROIに与える影響を計算。

ステップ2： CNC技術の潜在的メリットを理解する
測定可能なメリットには、生産性向上、セットアップと工具交換時間短縮、稼働率向上、スループット、スクラップ率と工具コストの改善、メンテナンスコストとジョブ準備コストの負担軽減などがあります。

同様に重要なのは、CNCの無形のメリットです：品質、精度、表面仕上げの向上がオペレータースキルに依存しないこと。プリセットクイックチェンジ工具と標準化インサート、高価な成形工具ではなく単点旋削により、プロセス柔軟性も向上。

ステップ3： 古い設備のコストを理解する
古い設備はより控えめな効率、計画より長いセットアップ時間、セットアップと操作に失われつつあるスキルを要求。同様に重要なのは、古い設備は統計的に公差を保持できず、過剰なスクラップ部品を生産し、効率を損ない、材料コストを増大させること。

ペイバックの計算
新技術のペイバックを評価する方法はいくつかあります。ROI（投資収益率）分析を行うことで、高価または安価なマシンの購入判断に役立ちます。

ROI分析は、プロジェクトに関連する収益と費用に基づいて、投資が企業のキャッシュフローにどう影響するかを示します。ROIはパーセンテージの収益率として与えられます。

ROI分析を実施する企業は、プロジェクトコストと投資がキャッシュフローに与える影響に基づいて、投資の収益率を決定する必要があります。収益率が決定されたら、それが許容可能な収益率かどうかを判断する必要があります。通常、20%以上の収益率は許容可能と見なされます。

さらなる考慮事項
しかし、この正当化手法は、競争力維持のための重要な技術的・戦略的側面を考慮していません。品質は、今日のエンドユーザーのトップ優先事項の一つです。この要素は、ROI分析で十分に認識されていないものの好例です。品質は使用する設備のタイプだけでなく、プロセス（ワンステップで部品を完成させるなど）にも依存します。

品質に加えて、企業の競争力に影響を与えるその他のメリット ― 無形のメリット ― が多数あります。これらは投資のキャッシュフローへの影響と同等に重要かもしれません。これらの他のメリットを考慮することは、企業の生存を保証する長期的な投資アプローチとなります。

ROI分析手法は伝統的に高ボリューム複数年プロジェクトの分析に使用されてきましたが、低ボリュームで多品種の部品を数年間生産するマシン購入の妥当性分析にも使用できます。示した例は非常にシンプルで、税務上の新機械への影響など、考慮したい追加要因が多数あります。

最後に、ROIは必ずしも収益性と競争力と同じではありません。収益性は、購入検討中のマシンの時間当たりコストレートと無形メリットの影響に依存。企業の資本投資決定により、キャッシュフロー影響は長期的な競争力と収益性とはかなり異なる可能性があります。

高ROIで低収益性、その逆もまた真なり。

新マシン購入を両方の観点から検討してください。ROI分析を実施し、投資の長期的影響も見極めてください。安価なマシンを見ると最初は収益性が高く見えるかもしれませんが、長期的メリットにより、高品質マシン購入が精密部品メーカーにとって最も有利な選択となる場合があります。

*Index SystemsのJeff Reinert氏による記事に感謝：https://www.americanmachinist.com/cad-and-cam/article/21892337/justifying-investment-in-cnc-technology