自動加工の未来:精度と効率の向上
機械加工と機械の手入れの概要
機械加工は、目的の複雑な形状を作成するために、金属の「ブランク」の材料を除去するプロセスです。
機械の手入れ 主にロボット自動化システムを使用して、製造工場内の産業用工作機械の自動操作を指します。積み降ろしは機械管理システムの主な機能です
多くの場合、ロボットは、自動運転車の部品の配送やセルからの取り外しなど、自動化システム内で他の貴重な機能を実行します。 CMM / 部品の検査、計測、ブローオフ、洗浄、バリ取りと仕上げ、仕分け、レーザー ID マーキング、梱包、出荷などの他のタスクも自動化でき、製造の全体像の中に統合できます。
機械管理システムの利点は次のとおりです。
<オル>機械管理システムには高度さ、機能性、コストが伴うため、ほとんどのメーカーはこれらのシステムに投資する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、購入を正当化するために ROI (投資収益率) が計算されます。 Futura Automation は、現在のコストの把握と ROI の計算を支援するために装備されています
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垂直フライス加工 – 4 軸か 5 軸か?
立型フライス盤では、スピンドル軸が垂直方向に向いています。フライスカッターはスピンドルに保持され、その軸を中心に回転して「A」寸法を実現します。 送りテーブルは、3 軸ミルでは X、Y、4 軸ミルでは Z 寸法を提供します。スピンドルは回転軸であり、通常は下げることができ (またはテーブルを上げて、カッターをワークに近づけたり深くしたりするのと同じ相対効果を与える)、プランジカットや穴あけが可能になります。縦型ミルには、ベッド ミルとタレット ミルという 2 つのサブカテゴリがあります。
「B」軸も回転すると、5 つの動作軸が存在します。 5 軸加工機は、効果的に加工できる部品のサイズと形状に関して無限の可能性をもたらします。 「5 軸」という用語は、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 直線軸を横切って移動するだけでなく、A 軸と B 軸を中心に回転して、あらゆる方向からワークピースにアプローチします。つまり、1 回のセットアップでパーツの 5 つの側面を処理できます。
水平ミリング –
水平ミルも同様のソートを備えていますが、カッターはテーブルを横切る水平スピンドル (アーバーフライス加工を参照) に取り付けられています。多くの横型ミルには、さまざまな角度でのフライス加工を可能にする回転テーブルが組み込まれています。この機能はユニバーサル テーブルと呼ばれます。垂直ミルで使用できるエンドミルやその他のタイプの工具は水平ミルでも使用できますが、本当の利点は、サイド ミルやフェース ミルと呼ばれるアーバーに取り付けられたカッターにあります。これらのカッターは、丸鋸に似た断面を持っていますが、一般に幅が広く、直径が小さくなります。
主なマシンのメーカーは次のとおりです。
- マザック:HC、MEGA、UN
- トヨダ:400、500、630、850、1000、1250、1600 mm パレット
- ハーコ:HM1700i
- ハース:40 テーパー、50 テーパー
- DMG 森:NH、NHX、DMC、DMU
- 大隈:LB、LT、MULTUS
- 松浦:H-Plus
ターニングセンター –
旋削加工は、円筒部品の製造に使用される加工プロセスであり、ワークピースの回転中に切削工具が直線的に移動します。一般的に旋盤を使用して行われる旋削では、ワークピースの直径が指定された寸法まで縮小され、滑らかな部品の仕上がりが得られます。 ターニングセンターは、コンピューター数値制御 (CNC) を備えた旋盤です。高度なターニング センターでは、さまざまなフライス加工や穴あけ作業も実行できます。 5 軸フライス盤はターニング センターとして構成できるため、ほとんどの 5 軸加工機メーカーがターニング センター バージョンを提供しています。
主要メーカー:
- マザック:本社、INTEGREX、MULTITEX、ORBITEC、QT
- 大隈:GENUS、MULTUS、LB、LT、LU、V40R
- ハーコ:TM、TMX、TMM
- 松浦:CUBLEX
- DMG モリ:NT、NTX、NZX、CTX、WASINO
ルーティング –
コンピュータ数値制御（CNC）ルーターは、通常、木材、複合材料、アルミニウム、鋼、プラスチック、ガラス、発泡体などのさまざまな材料を切断するために使用されるスピンドルとしてルーターツールを取り付ける、コンピュータ制御の切断機です。 CNC ルーターは、パネルソー、スピンドル成形機、ボーリングマシンなど、多くの大工工場の機械のタスクを実行できます。ほぞ穴やほぞなどの建具を切断することもできます。
射出成形機およびダイカスト機
射出成形は、プラスチック (または同様の「ダイカスト」プロセスでは金属) を金型に押し込むプロセスです。 金型の 2 つの半分は、射出プロセスに耐えるのに十分な力で所定の位置にクランプされます。 射出が完了すると、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」も除去する必要があります。 射出成形機の金型は、水平または垂直の位置で固定できます。大多数の機械は横型ですが、インサート成形などの一部のニッチな用途では縦型機械が使用され、機械が重力を利用できるようになります。一部の立型機械では、金型を固定する必要がありません。ツールをプラテンに固定するには多くの方法がありますが、最も一般的なのは手動クランプです (両方の半分がプラテンにボルトで固定されています)。ただし、油圧クランプ (工具を所定の位置に保持するためにチョックが使用されます) や磁気クランプも使用されます。磁気クランプと油圧クランプは、迅速な工具交換が必要な場合に使用されます。
自動保管とパレット搬送
パレット管理システムは、加工プロセス中の部品をそのまま保管し、コンベアと最終的には OMIL などのワーク保持ツールで部品を工作機械に供給する適切なツールを備えたロボット アーム (「テンディング」と呼ばれます) の両方によって、それらの部品を工作機械に自動的に供給する手段です。
Trinity Automation は、さまざまな使用例や加工量に合わせて 3 つの異なるレベルのパレット管理を開発しました。
トリニティ オートメーション:AX1、AX2、AX5
AX1 は、小型 CNC マシニング センターを完全に自動化された生産システムに変えるように設計されたコンパクトな高速パレット管理システムで、Haas DT &DM シリーズ、ファナック ロボドリル、および同様のシステムに最適です。
AX2 は、直径 16 インチ、高さ 9 インチまでのサイズ範囲を持つ中型のパレット管理システムです。 Haas UMC-500 のサイドローディング、または Haas VF2 や YCM NXV1020A などの立形マシニング センターに最適
AX5 はより大型の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 などの立形マシニング センターに最適です。 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、ほとんどの場合、使用または販売する前に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、メディア内での研削やタンブリングが含まれる場合があります。 研磨は、特に外観上の理由から、部品を仕上げるもう 1 つの手段です。 射出成形/ダイカスト部品の場合は、ゲート除去、バリまたはスプルーの除去プロセスもあります。 部品を機械加工プロセスに輸送するために使用されるパレットは、同じ機械加工された部品をバリ取りまたは研磨ステーションに輸送するためにも使用できます。
品質検査と CMM
多くの製造業者は、製造されたコンポーネントの品質または厳しい製造仕様の遵守を 100% 検査することも求められます。 自動検査を実行するために使用されるツールは数多くありますが、その中にはマシン ビジョンや三次元測定機 (CMM) があります。 いずれの場合も、検査ツールへの部品の出し入れはロボット アームを使用して自動的に行うことができます。 部品は、機械加工に使用されるのと同じパレットを使用して検査ステーションに輸送できます
自動識別ラベル
完成品にモデル番号とシリアル番号を付ける方法はいくつかあります。 その中には、人気の高い順に、レーザー印刷、ドットピーニング、RFID タグ付け、インク印刷が含まれます。
自律移動ロボット (AMR)
製造を合理化し人件費を削減するもう 1 つのツールは、自律移動ロボット (AMR) です。 これは、コンベヤーや手動フォークリフトを必要とせずに工場の現場で製品を輸送するための、まだ開発中の技術です。 AMR は、製品を別のプロセスから機械側に移動したり、機械側から保管、梱包、出荷に移動したりできます。
システムの選択方法*
製造業の成功は常に利益、つまり投資収益率 (ROI) に関係します。 収益または利益には、収益から経費を差し引いた 2 つの要素があります。 同様に、経費も直接経費と間接費の 2 つの部分に分けることができます。 直接経費は工場現場で発生し、コンポーネントを製造するための実際のコストです。 直接経費は、人件費と資本化（減価償却費）の 2 つの部分に分けることもできます。 労働には時給だけでなく、福利厚生、雇用税、安全上のリスクを含む追加のサポート費用も含まれます。 機械で代替可能な反復的で単純な労働は、世界的な競争力を高めるために代替されるべきです。
一部のショップは、使い慣れたテクノロジーが新しい課題を乗り越えられると信じて、依然として伝統的なやり方に縛られています。少なくとも今日の世界市場ではそうではありません。 CNC の進歩などの新しいテクノロジーを認識することは、企業の将来の競争力を保証する戦略的な決定です。
新しいテクノロジーを正当化することは、複数のステップからなるプロセスです。
ステップ 1: コストを理解する
透明性のある原価計算システムを使用し、直接的な「オールイン」労働力や完全負担労働力を含むすべての原価要素を評価し、新しいテクノロジーがどのようにキャッシュ フローを改善できるかを評価し、出来高原価と新テクノロジーの投資が生産コストと投資収益率に及ぼす影響を計算します。
ステップ 2: CNC テクノロジーの潜在的な利点を理解する
目に見えるメリットとしては、生産性の向上、セットアップと工具交換時間の短縮、稼働時間、スループット、スクラップ率、工具コストの改善が挙げられ、また、メンテナンス コストやジョブの準備コストの負担も軽減されます。
同様に重要なことですが、CNC の目に見えない利点には、オペレーターのスキルに依存せずに、品質、精度、表面仕上げの向上などが含まれます。また、高価な成形工具ではなく、標準化されたインサートと単一点旋削を備えたプリセットのクイックチェンジ工具を使用することで、プロセスの柔軟性を高めることもできます。
ステップ 3: 古い機器のコストを理解する
古い機器は効率が低く、計画されたセットアップ時間より長くなり、セットアップと操作に必要なスキルが失われます。同様に重要なことは、古い機器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成して効率を損ない、材料費を増加させることです。
回収額の計算
新しいテクノロジーの見返りを評価する方法は数多くあります。投資収益率 (ROI) 分析を行うと、高価なマシンを購入するか、より安価なマシンを購入するかを適切に決定するのに役立ちます。
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 フローにどのような影響を与えるかを示します。 ROI は収益率として表されます。
ROI 分析を実行する企業は、プロジェクトの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。収益率が決定したら、企業はそれが許容可能な収益率であるかどうかを判断する必要があります。通常、20% 以上の収益率が許容されると考えられます。
他にもあります
ただし、この正当化方法では、競争力を維持するための重要な技術的および戦略的側面が考慮されていません。たとえば、品質はエンドユーザーにとって今日の最優先事項の 1 つです。この要素は、ROI 分析では完全には認識されていないものの良い例です。品質は、使用する機器の種類だけでなく、部品を 1 つのステップで完成させるなどのプロセスにも依存します。
品質に加えて、企業の競争力に影響を与える無形の利点が他にも数多くあります。これらは、投資がキャッシュ フローに与える影響と同じくらい重要である可能性があります。これらの他の利点を考慮することは、会社の存続を確実にするための長期的な投資アプローチとなります。
ROI 分析手法は従来、複数年にわたる大量プロジェクトの分析に使用されてきましたが、多品種少量生産のための機械購入の賢明な分析にも使用できます。ここに示した例は非常に単純ですが、新しい機械に関する税金への影響など、考慮すべき追加要素が多数あります。
最後に、ROI は収益性や競争力と必ずしも同じではありません。収益性は、購入を検討しているマシンの時間当たりのコストと、無形の利益の影響によって決まります。企業の設備投資の決定によっては、キャッシュ フローへの影響が長期的な競争力や収益性とは大きく異なる場合があります。
ROI が高くても収益性が低いこともあり得ますが、その逆もまた当てはまります。
新しいマシンの購入を両方の観点から見てみましょう。 ROI 分析を実行し、投資の長期的な影響も確認します。低価格のマシンを検討すると、最初は収益性が高くなる可能性があります。長期的なメリットがあるため、高品質の機械の購入は、精密部品メーカーにとって最も好ましい選択となる可能性があります
*Index Systems の Jeff Reinert の記事掲載に感謝します:https://www.americanmachinist.com/cad-and-cam/article/21892337/justifying-investment-in-cnc-technology
産業機器