高度なソフトウェアとインターフェースでCNCプログラミング生産性を向上

高速・スマートな制御が、困難なタスクを短時間でこなす。

コネクテッド製造とデジタル化技術が、CNC工作機械制御の主要イノベーションを促し、機械工場が可能な限り速く効率的に金属を切削し部品を創れるよう支援している。ほとんどの場合、ソフトウェアが先導し、CNCプログラマーとショップフロアのオペレーター双方が、最高精度で部品を容易に製造できるよう助けている。

今日のCNC装置は、より高速なプロセッサー、計算集約タスク用のより多くのオンボードRAM、ニアインスタントな起動時間と過酷なショップ環境での安心動作を可能にする新しいSSDオプションなど、最新ハードウェア進化を虎視眈々と搭載している。

しかし、コネクテッド製造アプリ、高度な3Dシミュレーション、タッチベースUIなどの機能を持つ最新ソフトウェア進化こそが、CNCビルダーが競合から差別化を図る最良の道を提供し続けている。

「制御ソフトウェアこそが、工作機械ビルダーにとってゲームチェンジングなイノベーションを導入できる唯一の場所だ」と、Hurco Cos. Inc.（インディアナポリス）の製品テクニカルスペシャリスト、マイケル・コープ氏。「新しい革新的なメカニカルソリューションは稀だ——新冶金技術のようなものがない限り。最先端ソフトウェアとGUI変更で、CNC制御をより強力に、より多機能に、より使いやすくすることが、各ビルダーが競合から差別化を図らなければならない領域だ。」

会話できるか？

製造業がデジタル化変革を遂げる中、CNC制御開発者と工作機械ビルダーは、最新センサー、プロセッサー、ソフトウェアで新機能と機能性を追加し続けている。IMTSでは、特にFANUCとシーメンスが、IIoT（産業用IoT）とインダストリー4.0実現に向け、自社制御と自動化を接続する新装置と戦略を披露した。

ミシガン州ロチェスターヒルズのFANUC America Corp. IMTSブースでは、最新IIoT技術をデモ。FANUC Intelligent Edge Link and Drive（FIELD）データ収集・監視システム、予測分析で予期せぬ故障によるダウンタイム防止を図るZero Down Time on ROBOT-LINKi（ZDT）など。

FANUCは新CNC機能も披露：5軸と複合加工機能向け改良型高解像度3Dモデル加工シミュレーション、次世代Series 0i-Model F Plus、CNCと自社ロボットをリンクするQuick and Simple Startup of Robotization（QSSR）機能。さらに、CNCに直接組み込まれたビジョン機能も追加された。

「CNCへのビルトインビジョンシステム活用への強い動きを見ています」と、FANUC Americaのイリノイ州ホフマンエステーツ拠点CNCユニットエンジニアリングマネージャー、ポール・ウェブスター氏。「リリースされたばかりで、ハードウェア技術はロボット側と同じだが、実装が異なる。CNCを通じたビジョンの柔軟な実装が可能になる。」

CNC工作機械を相互接続する最新トレンドは、メーカーにより高い生産性とより信頼性の高い品質を提供できると、シーメンス・マシンツールビジネスユニット（イリノイ州エルクグローブビレッジ）のSinumerik CNC製品マネージャー、ティアンスー・ジン氏。「シーメンスは、航空宇宙や自動車など主要分野を含むすべての製造領域に向け、多様な技術革新を提供しています。」革新は、強力なTIAポータルとSafety Integrated Plus導入によるマシンビルダーのエンジニアリング速度向上だけでなく、「デジタル化製品の『アート』——エンドユーザーが機械を接続、監視、分析、最適化する方法を提供するもの——にも焦点を当てています。」

「スマートマニュファクチャリング/インダストリー4.0、『デジタル化』とも呼ばれるものは、製造業におけるゲームチェンジャーです」とジン氏続ける。「機械を接続することで、多くの新しい可能性と新しいビジネスモデルが生まれます。顧客により良いサービスを提供するため、メーカーは生産性と品質を高め、より良い製品をより短いリードタイムで提供する必要があります。同様に、市場での競争力を強化するため、企業は新製品設計にかかる時間を短縮する必要があります。」

機械技師は常に切削作業をより容易かつ速くする方法を探しているとジン氏。「さまざまな機械向けに、異なる機能でこの目標を実現する必要があります。例えば、金型・ダイ切削でより短時間でより良い表面品質を得る『Top Surface』、工具破損による機械ダウンタイムを減らすため全工具を容易に管理する『Tool Manager』など。」

CNC制御のソフトウェア要素により、専用ルーチンとマクロの容易な追加が可能になり、大手メーカーと小規模ジョブショップ双方の生産性を向上させている。

「メーカーは常に高い生産性とより良い品質を求めています」とジン氏。「工具材料と機械メカニクスで制約されるため、切削速度を劇的に短縮するのは難しい。したがって、完全な生産バリューチェーンのより良い管理——タスクを異なる機械に分配、工具配置の最適化、実切削前のシミュレーションで設計検証、機械コンポーネント（工具含む）のオンライン分析など——に新たな生産性向上の可能性がある。」

「シーメンスは、大手メーカーと中小メーカーがバーチャルツインを構築し、製品設計から納品まで生産を分析・最適化できるよう、完全な製品ラインを提供しています」とジン氏続ける。シーメンスソフトウェアには、Manage MyMachine、Analyze MyPerformance、Analyze ToolPath、Run MyVNCKがあり、設計検証、プログラム最適化、切削シミュレーション、機械を最適パフォーマンスレベルで稼働させる機能を提供する。

インダストリー4.0とスマートマニュファクチャリングで機械を接続することで、業界はゲームを変え、今日の製造業に存在するスキルギャップを埋められると、Hurcoのコープ氏。「これらの新標準により、機械と制御が相互作用し、機械が大規模製造セル内で『ヘルパー』になれる——特定のジョブやプログラムを、特定機械が空くのを待たずに次の利用可能な工作機械へ送れる。ジョブや機械のフィードバックを指定メールやテキスト受信者へ送ることも可能。」

「自動化と協働する力と多機能性が、今後数年間であらゆる規模のショップにとって、ますます貴重なものになる」とコープ氏続ける。「従業員数が少ない小規模ショップほど、この技術の恩恵を受けられる可能性がある。第2・第3シフトを延長しなくても、1日のより多くの時間を活用できるからだ。」

HurcoはIMTSブースで、協働ロボット、多軸シリアルロボット、パレットシステムを用いた自動化を展示。多品種少量部品生産向け自動化で、多くのジョブショップで見られるものだとコープ氏。自動化展示はHurco、Erowa、Universal Robots、FANUC、Online Resources、Industrial Controls & Automationの協働努力だった。

「Hurcoは、特許取得済みのソフトウェア駆動モーション制御システム『UltiMotion』の発明に多大なエンジニアリングリソースを注ぎ込んできました」とコープ氏。「UltiMotionでは、大量のメモリとNCブックルックアヘッド（すべて当社制御の標準機能）により、すべての業界が恩恵を受けますが、特に金型メーカーと航空宇宙ショップで効果的です。速度、スループット、軸応答性の向上が、より短いサイクルタイムと優れた仕上げ面で、顧客が可能な限り最高の部品を生産できるよう保証します。」

シングルセットアップとシミュレーションを重視

多軸機でシングルセットアップをより効率的に活用することは、今日のCNCのトレンドだと、Heidenhain Corp.（イリノイ州シャウムバーグ）のTNCビジネス開発マネージャー、ギスベルト・レドボン氏。「可能なら1台の機械でより多くのことをやりたいと皆考えるため、5軸はフル5軸だけでなく3+2[加工]でも大きく前進した。競争力を維持する必要があるからだ。」

「今やっていることを続ければ、競争力は維持できない。」

一部加工仕事が米国に戻ってきているが、簡単な加工は戻っていないと氏。「複雑な案件が戻っている。1台の工作機械でより多くのことをやりたいというトレンドがある——5軸か、フライス盤で旋削/フライス複合加工をやりたい。自動化にも少し踏み込みたい——シンプルなパレットチェンジャー管理と優先順位設定の簡単な機能を制御装置に求める。」

シービングと複雑歯車切削の加工オペレーションが、Heidenhain TNC制御の新しいソフトウェアの助けを借りてカムバックしていると氏。複雑加工オペレーションには、Heidenhainが最近TNCのツールボックスに追加したDynamic Collision Monitoringのような、高精度3Dモデリングシミュレーションソフトウェアが必要だ。

「CAMやVericutなどのプログラムで外部衝突監視があっても——プログラムを検証し衝突がないことを確認する——人々は、それが機械[制御装置]上でもできるならやりたがる」とレドボン氏。「機械が視覚的に衝突問題があるかどうかを見せられれば、機械のキネマティクスの3Dモデルを見て、プログラミングしているなら二重チェックしたいと思う。」

CNC制御上での部品シミュレーションがより一般的になり、FANUCなどがIMTSで新しいCNCベースシミュレーションを発表。FANUCのシミュレーションはフル3D部品シミュレーションを提供し、加工中の部品ソリッドボディを表示するとウェブスター氏。

ソリッドモデルのCNC開発者提供への採用も増えているとHurcoのコープ氏。「一部制御が採用し始め、確実に成長するトレンドは、ソリッドモデルを直接制御装置へインポートし、そこからプログラムを生成できる機能だ。STLファイルをストックジオメトリ用にインポートできたのは数年前からだが、HurcoはIMTS 2018で新機能『3D Import with enhanced 3D DXF』を発表し、来場者から大好評だった」とコープ氏。「多くのユーザーが顧客からソリッドモデルファイルを受け取るため、CAMシステムなしでそのファイルを制御装置にロードし部品プログラムを作成できるのは大きなメリットだ。」

機械技師にとって最も重要なこと

使いやすさはほとんどの機械技師のウィッシュリストで上位を占め、CNC開発者たちはこの分野で着実な進歩を遂げている。FANUCが近年UIを刷新し、多くの開発者がより使いやすいタッチスクリーンインターフェースを採用している。

「彼らは速さを求め、待ちたくなく、精度を求める」と、Mazak Corp.（ケンタッキー州フローレンス）のソフトウェアエンジニア、ロビン・ケーブ氏。「我々のWindowsマシンのグラフィックスは非常に良く、切削開始前にコードを検証するのに役立つ、かなり良いシミュレーションで全てを表示する。」

MazakのMazatrol SmoothシリーズCNC（SmoothX、SmoothG、SmoothC）は、約3年前に日本で三菱ハードウェアを使用しWindows 8組み込みOSを採用して刷新された。これらのCNCは、スライダーバーなどのグラフィカル入力で部品プロセスを調整できるタッチスクリーンにより、ユーザーに直感的な操作性を提供する。

「叫ぶほど速い制御だ」とケーブ氏はSmooth CNCについて語る。ジョージア工科大学がテスト済み。「これまでより速く処理し、SSDが速度を大きく助ける。常に高速が必要なわけではないが、ボールノーズエンドミルを補間する際は大量のコードを速く処理する必要がある。金型と航空宇宙工作でそういう場面に多く遭遇する。」

「もう一つ、顧客にとって本当に大きいのがSMC——Smooth Machine Configurationだ」とケーブ氏続ける。「顧客が欲しかったのは、機械をよりフレキシブルにすること。時には極めて高精度が必要、時にはそうではない。」SMCにより、機械技師がスライダーを簡単に調整し、加工条件に応じて機械をより高精度にも低精度にもできる。オンマシンプログラミング作業を容易にする。

すべてのためのシングルプラットフォーム

加工の汎用性は今日のCNCユーザーにとって鍵トレンドだと、Fagor Automation-USA（イリノイ州エルクグローブビレッジ）のマーケティングマネージャー、トッド・ドレイン氏。「メーカーは、製造フロアにあるあらゆるアプリケーションに対応できるシングルCNCプラットフォームを望んでいる」とドレイン氏。「一度CNCプラットフォームを学べば、新しいプロセスへの個人の統合は、運用プラットフォームが新しいプロセスでも同じままなら、遥かに容易になる。」

最新開発の中で、Fagorの8065 CNCプラットフォームは、高速加工に必要な独自先進機能を備えつつ、最高の加工面品質と最大精度を維持するよう設計されているとドレイン氏。FagorのAdaptive Real-Time Feed and Speed（ARFS）機能は、主軸負荷、サーボパワー、工具先端温度などの加工条件を分析し、軸送り速度と主軸回転数の両方を最大加工パフォーマンス生産性向上のために適応させるとドレイン氏。「結果はサイクルタイム短縮と優れた部品仕上げ。主軸とサーボモーター寿命延長、工具利用率向上も達成される。」

Fagor 8065 CNCは、航空宇宙向けHigh Speed Surface Accuracy（HSSA）加工機能も搭載。機械への機械的ストレスを低減し、工作機械寿命を延ばす。また、機械振動が低いため、よりスムーズな動きと高送り速度が可能だ。「さらに、オンボードボード線図ツールで機械の周波数応答を測定でき、様々な運用条件と環境で生じる機械振動を実際にフィルタリングする可能性を開く。」

Fagorはまた、Fagor Machining Calculator（FMC）アプリケーションを提供。8060と8065両CNCプラットフォームで利用可能。被削材データベース、加工オペレーション（フライスと旋削）、適切な切削条件（各オペレーションの軸加工送り速度と主軸回転数）を選択するインターフェースで構成される。Fagor CNCのもう一つの進歩は、制御ラインのコンパクトなハードウェア設計だとドレイン氏。「今日の製造業では、ある顧客が言ったように『スペースは金』だ。したがって、FagorはコンパクトなCNCだけでなく、コンパクトなドライブ、さらにはモーターも創った。ニーズにフィットするリーンなソリューションを提供する——クッキーカッター的アプローチではない。」