最適化モジュールが難削材加工に精密さをもたらす

機械工場で一定期間働いたことがある人なら、誰でも一度は展示会や工作機械ディーラーのオープンハウスに参加したことがあるでしょう。そこで、CNC工作機械が真鍮、軟鋼、アルミニウムの塊を名刺入れや三目並べゲームに忙しく削り出す缶詰デモを見ることができます。これらの景品は楽しいものですが、難削材から実際の部品が加工される様子を見られる方が、ずっと新鮮ではないでしょうか。

それが、工作機械メーカーOkumaが主催する年次イベント「Okuma Winter Showcase」で実現しました。600名以上の参加者を迎えるこのイベントで、参加者は2ダース以上の稼働中CNC工作機械を見学し、その多くが切削中でした。レーザー金属積層搭載のMU-8000V LASER EXスーパーマルチタスカー、小型フットプリントと驚きの低価格で高生産性を実現するトライユニオン型5軸立形マシニングセンタGENOS M460V-5AXなどが含まれます。

バー送り振動検知付きLB3000 EX-II旋盤、協働ロボット部品搬送付きMULTUS B300II複合加工機、MA-500HII横形とMCR-A5CII門形マシニングセンタ、MULTUS U3000マルチタスキングマシンもありました。

印象的なラインナップですが、セットアップ担当者を含め多くの来場者の話題をさらったデモが一つありました。「チタンという非常に硬く難削な材料を切削していたことを考えると、かなりクールな光景でした」と、OkumaアプリケーションエンジニアのLee Johnston氏。

同氏が語るのは、CGTechのForceによるデモです。Forceは、同社の旗艦ツールパスシミュレーションソフトウェアVERICUT内で動作する物理ベースのNCプログラム最適化モジュール。CGTechとSandvik Coromantの担当者と協力し、Johnston氏は航空宇宙顧客向けのTi-6Al-4Vチタンブラケットをプログラミングし、VERICUT Forceで工具パスを最適化しました。

「同じデモを2つのバイスで並行実行し、一方は標準プログラム、もう一方は最適化プログラムで走らせました」とJohnston氏。「サイクルタイムを1時間から40分弱に短縮でき、工具の切削状態の違いが音と見た目で明確にわかり、最適化プログラムの方が機械に優しいことがわかりました。これはトロコイダル工具パス以来、プログラミングにもたらされた最高の出来事かもしれません」

VERICUTプロダクトスペシャリストのPete Haas氏は、ForceがNC工具パスを分析し、変化する切削条件を評価し、任意の材料に対する理想的なチップ厚を達成するために送り速度を増減させることで動作すると説明。CAMシステムやオンライン加工計算機が平均チップ厚を求めてそれに基づいて送り速度を決めるのに対し、Forceは加工コードの毎単一行に対する最適送り速度を計算します。

「毎朝の通勤を想像してください」とHaas氏。「直線区間、曲線、急カーブがあり、路面状況に応じて減速・加速します。加工も常に変化する条件を含みますが、一部のCAMシステムはこれを考慮しません。単一の送り速度を生成し、急カーブでは過度にアグレッシブで、直線では遅すぎる可能性があります。一方Forceは、物理学を用いて変化する条件全体でカットごとに計算し、最適送り速度を決定します」

Haas氏によると、結果はサイクルタイムの大幅短縮、工具寿命向上、部品品質改善、CNC工作機械の摩耗軽減。あらゆる材料、あらゆる機械で機能し、レガシープログラムにも使用可能です。

Johnston氏だけでなく、CGTechテクニカルサポートエンジニアのChris Davala氏（機械技師・プログラマーとして20年の経験を持ち、現在は全国のVERICUT顧客と働く）もデモに驚きました。「正直、少し懐疑的でした」と同氏。「この製品との最初の実地体験で、開発者への信頼がなかったわけではありませんが、潜在的な利益について大胆な主張がありました。Forceを実際に見て、私は信者になりました」

製品開発元の社員がそう言うのは簡単ですが、Sandvik CoromantのMTSスペシャリスト、Richard Howard氏がそれを裏付けます。彼がデモのセットアップでDavala氏とJohnston氏と共に作業し、切削工具とツールホルダーを供給し、初期加工パラメータを指定しました。

「工具スペシャリストとして、Forceソフトウェアがいかに『的確』であるか、極めて感銘を受けました」と同氏。「CGTechは、工具形状とその結果生じる負荷を考慮しながらプログラムを最適化する驚異的な仕事をしました。より高い効率と工具寿命延長に関心がある人は、これを検討すべきです」

Okuma機械技術に精通している人なら、Forceは不要だと考えるかもしれません。OSP制御がMachining Navi、SERVONAVI、Super-NURBS、適応加工技術などの高度な機能を提供しているからです。サードパーティソフトウェアが一流工作機械をさらに高性能にできる理由はいくつかあります：

• ForceはNCコードをより小さな塊に分割し、チップ厚を最大化して一定に保つよう送り速度を調整できます。
• 最適化機能がプロアクティブ（予防的）でありリアクティブ（事後対応）ではないため、サイクルスタートボタンを押す前に何が起こるか誰でも把握できます。
• パフォーマンス課題が事前に明確に特定され、プログラマーは予測切削力、チップ厚、送り速度、工具たわみなどを示すForceチャートを検証できます。

新材料、新工作機械、新カッター、さらには新人プログラマーの場合でも、Forceはその他発生する推測作業を排除します。

結果として、工具折損やスクラップ部品のリスクが低く、より安全で予測可能なNCプログラムが得られます。オペレーターの信頼度が向上。無人加工も自信を持って実行可能。利益率が改善。Force最適化工具パスは「荒加工で大幅な時間短縮を実現する」とSandvik CoromantのHoward氏。部品がより速く加工され、切削工具が長持ちします。

Haas氏はこう総括します：「Forceチャートは、NCプログラマーがこれまで持てなかった有用な情報を提供します。工具が材料内を移動する際、カットごとに何が起きているかを迅速かつ容易に可視化でき、過剰な力、非効率な切削パラメータ、金属除去率、消費電力、トルク、工具たわみを可視化可能。Forceチャートは切削条件改善の機会も露出させます。Forceチャートをワンクリックするだけで、プログラムの正確な場所とグラフィカルレビューウィンドウに移動し、更なる分析が可能。最終結果は、切削工具と工作機械の完全活用です」

OkumaのLee Johnston氏も同意。「イベントではチタンを切削し大幅な改善を見ましたが、Forceはアルミニウムのような加工しやすい材料や、その他の汎用作業にも同様に適していると思います。今後のプロジェクトで活用するのを楽しみにしています」