効率的なプログラミングでセットアップと工具コストを削減：Jaktool LLCの挑戦

Jaktool LLC（ニュージャージー州クランベリー）では、若く探究心旺盛なエンジニアチームが、製造ソフトウェアと工作機械のポテンシャルを最大限に引き出すために時間を投資し、誰も手を出したがらない複雑な案件に取り組んでいます。CNC Software Inc.（コネチカット州トランド）のMastercam CAD/CAMプログラミングソフトウェアを使用し、Jaktoolはセットアップ時間と工具コストを削減し、サイクルタイムを短縮しながら、多様な業界に卓越したカスタマーサービスを提供しています。

高精度プロトタイプ技術企業であるJaktoolは、分析サービス、製造プロセス開発、プロトタイプ製造を専門とし、防衛、医療、研究所、産業市場向けに、プラスチックから高ニッケル合金、チタン、ステンレス鋼まで、ほぼあらゆる材料を扱います。仕事の約50％は軍事向け——プロトタイプ兵器システムと、空中、水上、水中用途の弾道ハードウェアコンポーネントをサポートしています。

部品サイズは、航空宇宙用途の0.040インチ（1mm）リベットから、水中用途の18インチ（457mm）径まで多岐にわたります。プロトタイプ数量は1〜5,000個で、平均50個です。工作機械では、仕事の約65〜70％が旋削、残りがフライス加工です。2軸CNC旋盤、5軸二重主軸旋盤、3〜5軸フライス盤で加工を行っています。

Jaktoolの機械・電気エンジニア10名全員が、図面から完成品まで部品を担当できると、製造エンジニアリングマネージャーのライアン・ハリウッド氏は語ります。「ここは、プログラマー2名がいて残りを機械オペレーターに渡す典型的なジョブショップではありません。部品を作る人たちが同じ人たちがプログラミングします。各人が1つの部品を所有し、旋削、ホーニング、研削、タップ加工など、部品が完成するまであらゆる製造プロセスを追います。各人がプログラミングと2台同時稼働など多くの役割を担うため、全員がジョブを回せるよう、製品をショップ内で迅速かつ効率的に流す必要があります。」

CNC Softwareは、リセラーネットワークを通じて、経験とMastercamマニュアル、フォーラム参加で largely self-taught（主に独学）のJaktool従業員のトレーニングに貴重なリソースとなっています。同ショップはMastercam 2017のベータサイトとなり、試行錯誤を通じてその強力な新プログラミング機能を発見しました。例えば、新機能を初めて実装したとき、通常の1.5倍のプログラミング時間がかかりました。しかし2回目には、サイクルタイムを約25％、セットアップ時間を約25％削減できました。

Jaktoolは強力でやりがいのあるインターンシッププログラムを維持しています。強み、興味、時間を費やす意欲に基づき、インターンにはボタン操作と仕上げ作業を超えることを奨励しています。両方とも製造プロセスの学習と理解に重要な役割を果たしますが、インターンが問題解決者になるとき、将来のエンジニアとしての真の価値が発見されます。電気工学専攻のケビン・ゼンは典型的です。彼はツールパスのプログラミング方法を常に探求し、工作機械を最大限に追い込みます。そして彼は切りくずを出すのが本当に好きです。

ショップにいるとき、ゼンはフライス加工にフルタイムで専念します。彼は、Mastercamの多くの機能を調査するよう挑戦させる、非反復的なプロジェクトを好みます。大学4年生でインターンを始めたとき、Jaktoolはサーフェシングに最適な4軸ジョブを行っていました。ハリウッド氏がゼンをソフトウェアで自由にさせると、彼らは更なる機能を学び、4軸工作機械でより複雑なジョブに取り組めるようになりました。

以前は、4軸ポジショニングを手作業でプログラミングしていました。初期のプロジェクトでは、放射状パターンで配置されたフィーチャーを持つ部品設計で、4軸加工が必要でした。Mastercamの「トランスフォーム」機能を使い、ゼンは既存ツールパスを平行移動、回転、ミラーリングして、全く同じ複数の部品（または穴）を加工できました。「この部品をバイスに固定して4〜5回の異なるオペレーションで加工することもできましたが、4軸で1オペレーションでできるか試したかったのです。各角度から切削するための平面を作成することで実現しました。プログラミングに時間はかかりますが、何度も再段取りしないため、より精度の高い部品になります」とゼン氏。

ハリウッド氏によれば、Mastercam 2017は、部品をソリッドからプログラミングする必要があるとき、SolidWorks設計ソフトウェアからMastercamへの移行を容易にします。さらに、SolidWorksで設計された部品が製造時に補正を必要とする場合、Mastercamで再描画します。

「これは特に米陸軍案件で役立ちます。受注フォーマットの関係上です。IGESまたはソリッドからワイヤーフレームを作成するとき、ツールパスを最適化するために再描画が必要になることがあります。旋削とフライスでは、非常に複雑な部品を除き、多くの部品を再描画します。非常に複雑な場合、IGESをCAD/CAMソフトにインポートし、座標をリセットして正しい平面に配置し、XYZ軸を適切な位置に合わせます。」

Mastercamの「ダイナミックモーション」技術は、Jaktoolの製造時間大幅削減に大きく貢献したと評価されています。「フライス加工では、書くすべてのプログラムに何らかのダイナミックモーションを入れています。材料除去がはるかに容易だからです」とゼン氏。材料を選び、ワイヤーフレーム、工具、ステップオーバーを決め、高速ツールパスにプログラミングし、複雑な形状の荒加工と仕上げ加工を同時に作成することが多いです。ダイナミックモーションは、材料変化をインテリジェントに検知する独自アルゴリズムにより、工具が材料と常に接触し、ステップオーバーがほぼゼロで材料を高速除去します。工具が常に材料と接触しているため、工具折損も減ります。

「ダイナミックモーションなしでやる方法を学んでから、この技術を使い始めると、荒加工リピートでサイクルタイムが半分になりました。工具寿命が20〜30％延びました」とハリウッド氏。Jaktoolは毎日同じ仕事をするわけではないため、ダイナミックモーションで可能な高速加工により、チームは工作機械を最大限に追い込み、製造プロセス全体を効率化できます。例えば、910個のリピートジョブがあり、従来12〜13分かかっていました。最近、二重主軸工作機械で、Mastercamで左主軸と右主軸をプログラミングし、ワーク移送を完了させたところ、サイクルタイムが20％短縮。「長い目で見れば、分が積み重なって日になり、約1週間半の時間短縮を実現しました」とハリウッド氏。

Jaktoolが引き受けたより難易度の高い仕事の一つは、薄肉の小さな筒状形状で、120個の放射状ポケットが必要なもの。すべてのポケットが軸外で切削されるため、フライス加工は1個あたり約1時間かかりました。ハリウッド氏によれば、他社なら断る案件でした。若く経験豊富なチームは、予測不能なため50〜60分と見積もりました。約1週間前、ゼン氏がソフトウェアの「トランスフォーム/回転」機能を習得し、120個のポケットを手作業でプログラミングする代わりに、1列あたり7〜8個、約24〜36の角度位置をプログラミングできるようになりました。

「一度プログラミングして、列方向にリピート、さらに全周にリピートするように設定するだけでした」とゼン氏。「サイクルタイムを15分に短縮し、全工程で工具を1本も折らずに完了しました。」約200ポンド（90kg）の材料を使用したとハリウッド氏。セットアップ時間はソリッドプログラミングの3〜4倍でしたが、すべてのトランスフォーム/回転機能を活用し、サイクルタイムを元の見積もりの25％に削減しました。

軍事仕様で要求される厳しい公差は、旋削作業で特有の課題をもたらします。多くの案件で、直径10〜12インチ（254〜305mm）の部品で±0.001インチ公差が要求されます。仕上げ要件も厳格です。「私たちが作る部品には多くの科学が詰まっています。単なる±0.005インチの標準部品ではありません。異なる部品で多くの課題に取り組み、チームとして団結し、解決し、他のショップが敬遠するような部品を作れるようになりました。ソフトウェアがそれを可能にしてくれます。」

Mastercam/CNC Software Inc.の詳細については、www.mastercam.com、または電話860-875-5006まで。