DMG Moriとジーメンスが提供する航空宇宙加工向けフルCAD/CAM/CAE/CNCソリューション

DMG Mori（イリノイ州ホフマンエステーツ）は、ジーメンスインダストリー（イリノイ州エルクグローブビレッジ）からのCAD/CAM/CNCハードウェア、ソフトウェア、エンジニアリングサービスのパッケージによって支援され、航空宇宙OEMと生産ショップへ製造技術を提供している。ジーメンスとは長年のパートナー関係にあり、DMG Moriは様々な従来型チップ切削と超音波加工マシニングセンタを製造している。

航空宇宙業界では、望ましい精度と全体的な生産効率を達成するため、航空宇宙加工プロセスにおいて綿密な注意と計画が求められる。典型的なコンポーネントには、チタンおよび関連合金、アルミニウムワークピースなど、軽量だが硬い材料で作られたものが含まれ、大量の材料除去が発生する。長いサイクルタイムと高い原材料コストにより、これらのコンポーネントの加工は困難を極める。

ここでは、DMG Moriがジーメンスを活用して部品生産を改善した2つの最近の事例を紹介する。設計から部品までのプロトコル短縮、航空宇宙加工時間、工具寿命、表面粗さ、寸法精度、全体的な生産効率の改善が含まれる。

最初の事例では、ジェットエンジンのリバーススラストコンポーネントをTi-6Al-4Vから製造する必要があった。この材料は弾性剛性が高いため航空宇宙でよく使用される。CADファイルから開始し、ジーメンスPLM（製品ライフサイクル管理）チームがプログラムをNX CAMで実行し、VoluMillアドオン機能で最大材料除去率を計算。NXプログラム内のユーザー定義イベント（UDE）機能により、クーラント圧力、振幅、超音波発生器設定などのポストプロセッサ参照用チェックボックスが可能になり、手動プログラミングを排除。その結果、プログラム移行時間が最大2日から約30分に短縮された。

プログラムが制御系へ準備できると、Sinumerik 840D sl CNCの機能により、実際の切削パスのより合理化されたシミュレーションが可能になった。3Dクイックセットコンプレッサ機能は、すべてのパス動作のパラメトリックな項目別データファイルを提供し、NCカーネルと工作機械上のPLCと連携して衝突を排除し、最適な工具パスを確保する。

ジーメンスのテクニカルアプリケーションセンターマネージャー、ランディ・ピアソン氏は次のように観察している：「この機能はお客様にとって巨大なタイムセーバーです。テストボールとスピンドル機構内のプローブをサイクルの任意の時点で実行し、実際の機械キネマティクスをいつでもテストできます。この手順は、テーブル上で所定の時間間隔で自動実行することも可能です。」

ハイピード加工機能は、Cycle 800によってハイライトされる。これは静的平面変換により、5軸機械が空間内で回転した作業平面を定義できるもので、業界では一般的に「3+2プログラミング」として知られる。このサイクルは、実際のワークゼロと工具オフセットを回転面を参照するように変換する。特筆すべきは、このサイクルが特定の機械キネマティクスに対応し、物理軸を作業平面に垂直に位置づけることだ。これはTRAORI（変換方向）と呼ばれる。

一方、機械上のSinumerik CNC Operateユーザーインターフェースにより、オペレータは統合ツール管理と情報管理機能を実行でき、これらはUSBやネットワーク接続で持ち運び可能だ。

シミュレーションでは、ワークのロードと固定がNX CAMでバーチャルに実行され、これらの大量材料除去アプリケーションでクリチカルな一貫したチップロードも計算される。シミュレーションはさらに、すべての切削セクションでの工具長を検証し、プログラムが機械稼働のために最終確定される。これはまさに機械の「デジタルツイン」と共に作業しているようなものだ。

生産中、このプロセスによりこの非常に硬い材料で工具寿命が2.25倍向上したと、DMG Moriのナショナルプロダクトマネージャー、ルーク・イヴァスカ氏。「NX CAMと機械上のSinumerik 840D slの組み合わせにより、当初は課題もありました。多くのソフトウェアプログラムは誰でも速く簡単に使える目的別CAMパッケージですが、ソフトウェアが工具パスを駆動し、オペレータの制御がほとんどないという大きな制約があります。NX CAMとSinumerikなら、工具パス作成により多くのインプットが可能です。NXで解決できない問題にまだ出会っていません。」その結果、完成部品は4.5時間で加工され、超音波アクチュエータにより表面粗さが62.5 Raから35 Raへ改善された。

2つ目の事例では、エントリーレベルの従来型チップ切削5軸マシニングセンタDMU 50を用い、直径7インチ（177.8mm）×高さ2インチ（50.8mm）の6061アルミニウムブロックからインペラファンを航空宇宙向けに切削し、90%以上の材料除去を達成した。同じNX CAMソフトウェアでこのプロセスチェーンを開始し、5軸セットアップの大幅な時間短縮と、包括的なGコードシミュレーションと検証を単一システムで実現という初期メリットがあった。

このインペラファンコンポーネントのブレード構造により、加工中は部品とツールホルダの間でわずか0.5mmのクリアランスしか許容されなかった。NX CAMでのシミュレーションが工具と部品の衝突を防止した。DMG Moriエンジニアリングは、もう一つの長年のツーリングパートナーであるHaimerとそのスリムラインホルダに目を向け、このアプリケーションへの実行可能なソリューションを得た。一方、補間工具軸と断面ビューをNX CAMで実行し、狭いワークスペースでの工具動作を検証した。

Sinumerik 840D slでは、同じ3Dクイックセットコンプレッサ機能が適切な工具パスを確保し、ハイピード加工セットアップとCycle 800が再び活用された。Sinumerik Operate、CNCのグラフィカルユーザーインターフェースにより、エンドユーザーのオペレータと製造エンジニアリング担当者は、すべての荒加工と仕上げデータをプレーンテキストで、さらに全5軸変換方向データをログとして取得でき、いかなる中断後も手動再起動が可能だ。

機械の可変ストリームライン動作と補間ベクトルの組み合わせにより、ブレード面を単一工具パスで加工する際により滑らかな仕上げが得られる。機械は角から丸への加工へ移行し、ブレード内部を精密に加工するために必要な極端な角度パスへと移る。単一ブレードフィン部分のプログラムが自動的に取得され、ステップアンドリピートプログラムが構築された。

各ブレードフィン切削パスのシミュレーションはNX CAMとCNCプログラムの両方で実行された。このベクトル化されたプログラムは、同等の結果で比較可能なあらゆる機械へ移植可能だと、ランディ・ピアソン氏とジーメンスのPLMビジネス開発ディレクター、マティアス・ラインバーガー氏はコメントする。「機械キネマティクスが既知であるがゆえに、一度作成されたこのプログラムは、同一施設内の複数機械へ転送可能であり、世界中のショップでコントローラによって結ばれて実行可能です。オペレーション、データ取得プロトコル、生産分析のためのフィードバック受信の間に完全な連続性があります。」

これら両プロジェクトは、DMG Mori機械に新搭載されたCELOSを用いて実行された。CELOSはこれらのアプリケーションでオペレータと機械のインタラクションを促進する。実際の状態の即時呼び出し、CAD/CAM製品へのリンクによる完全なデータ比較、顧客企業のERPシステムへの完全インターフェース（ログ記録と分析、インプロセスリモート調整用）など、多数のアプリを備える。これら航空宇宙顧客の場合、グローバル生産ネットワークへのインタラクティブな通信も提供される。