先進ワークホールディング・デバイス: 精密機械加工のためのリアルタイム計測と監視

接続性とデータ収集は、機械加工と製造における包括的なテーマとなっています。工作機械OEMとアクセサリー・サプライヤーは、自社装置に自動フィードバック/監視機能を組み込み続け、工場がショップフロア・プロセスをより強力に制御できるようにしています。例えば、Hainbuch America Corp.は、TopPlus IQチャックとマンドレルにインテリジェント機能を提供しています。これらのインテリジェント・ワークホールディング・デバイスは、部品計測とワークホールディング・パラメータ監視機能を含むセンサーと統合されています。測定手順時間の短縮とスクラップ削減によりワークフローを改善し、データを工作機械コントローラーに伝送して分析とプロセス調整を行うよう設計されています。

同社の他のワークホールディング製品と同様、IQテクノロジーは、デバイスを最適に設計する方法を決定するための顧客入力に基づいて作られました。「製品の完全性を維持しつつ、将来の成長に適応させなければなりません」とHainbuchアプリケーション・エンジニアのJim McCraw氏。「IQチャック/マンドレル・システムは、センサーの配置と取得を試みたデータのタイプを含め、顧客フィードバックに基づいて前進しています」

同氏は、顧客の協力により、同社R&D部門がチャック/マンドレルを開発しながら、将来の製品成長の余地を残してテストできると付け加えます。

自動計測と監視

機械工場は、チャックやワークホールディング・デバイス内部で何が起きているか、それがワークピースの結果にどう影響するかに常に関心を持っていますとMcCraw氏は言います。したがって、IQチャックとマンドレルの自動計測と監視機能は、同社ワークホールディング製品ラインナップの自然な進化です。

IQチャックは完成ワークピース径の計測に使用可能。このデータはコントローラーまたはマスター・コンピュータで処理され、チャックのLEDリングにも表示されます。写真提供：Hainbuch America Corp.

従来、機械オペレーターは温度、クランプ圧力、剛性、ワークホールディング・デバイスとワークピースの振動などのプロセス特性に細心の注意を払い、将来の使用のために所見を記録する必要がありましたとMcCraw氏は説明します。潜在的なヒューマン・エラーとオペレーター経験への依存が問題となり得ることを認識し、HainbuchエンジニアはIQワークホールディング・デバイスを、これらのデータを自動的に、かつより正確に取得し、データベースに伝送するよう設計しました。

「これにより、オペレーターは機械内部で何が起きているかを消化し、どう修正すべきか判断しようとする必要がなくなります」とMcCraw氏。IQテクノロジーでは、ワークホールディング・プロセスの重要な側面がデバイスにプログラムされ、正確な情報が出力され、工作機械制御装置に報告されます。

TopPlus IQワークホールディング・デバイスの計測と監視の可能性には以下が含まれます：

• クランプと計測を1ステップで実行、スタンドアロン計測機を使用せず。この特性により、上流加工で正しい径が生産されたかを検出可能。
• 基本本体のセンサーとワークピース・エンドストップの3点支持接触を通じたワークピース接触検出。センサーは、ロータリー・ユニットと配管を伴う複雑なエア・センシング制御なしで、ワークピース・エンドストップ上のチップを潜在的に検出可能。
• クランピング・デバイスの温度計測。加工プロセスによる漸進的な温度変化を検出可能。
• クランピング・デバイスの回転数（RPM）計測。速度を知ることは、RPMベースの分析図作成のための状態監視、慣性損失検出に最適。
• ワークピース上の継続的なクランプ力監視。校正済みクランプ力値からの偏差をこの方法で判定。絶対測定ではないが、油圧ユニット/クランピング・シリンダーのクランプ力がワークピースに適切か検出可能。さらに、クランプ力測定データの分析により信頼性の高いプロセス製造が可能で、必要に応じたメンテナンスの重要な構成要素となります。

これらすべての情報を収集可能ですが、多くの機械工場は自社アプリケーションで最も有用だと感じる特定情報のみを収集することを選択します。このプロセスは、回転クランピング・デバイスとヘッドストックに固定されたステーター間の、非接触データとエネルギー伝送です。

IQワークホールディング・デバイスが計測/監視に使用できる3つの方法：1) 機械上で；2) ワークピース取り扱い時；3) 計測ステーションで。写真提供：Hainbuch America Corp.

データ分配

機械工場は、IQテクノロジーからどのデータを収集し、そのデータをどうするかを、手動または自動で決定できます。例えば、IQチャック/マンドレルがグラフィカル・ユーザー・インターフェースやディスプレイに特定情報を表示する（センサーからオペレーターへ直接送信されるデータで、彼/彼女が対応する）というオプションがあります。または、IQワークホールディング・システムをプログラミングしてデータを工作機械制御装置にフィードバックし、応じて工作機械が設定値に基づいて調整を行ったり、摩耗ポイント到達時にバックアップ・ツーリングを実装したりできます。顧客は工作機械ビルダーと協力し、工作機械の制御装置を通じてアクティブ化される望ましい経路（または応答）を設定します。

「一部の工場はプロセスを可能な限り自動化・リモート化したいと考えています」とMcCraw氏。「プロセスがどれだけクリティカルか、オペレーターにどれだけのインターフェースを持たせたいかによります」

また、McCraw氏によると、機械工場はシステムで選択する接続ループのタイプを考慮する必要があります。企業はデータを送信・共有するだけでなく、共有情報を受信することもできます。

IQチャックは機械上でワークピース径、温度、RPM、ワークピース接触、ワークピース・クランプ力を計測可能。データはコントローラーまたはマスター・コンピュータで処理され、機械パネルに表示されます。写真提供：Hainbuch America Corp.

IQテクノロジーで収集されたデータは、社内、企業グループ内、または選択したネットワークと共有して保持できます。データ共有と情報プライバシーは、システム内で慎重に検討し監視する必要があります。

選択された接続ループのタイプがデータ伝送機能を決定します。しかし一般的に、IQセンサーはFieldbusシステムで情報を直接工作機械コントローラーまたはグラフィカル・ユーザー・インターフェースに送信します。データはファクトリー・ネットワークの中央システムにも送られ、他のファクトリー・ワークセンターから送られた他のデータとともに、工場全体のプロセスと出力をデジタルにオーケストレーションするために使用できます。この中央制御システムは、外部サプライヤーとリソースとインターフェースし、それらのデータを使用して内部運用の調整を助けることができます。

「ここがゲートウェイがIoTに拡張し、このデータをリモート・リソースと共有したり、他のソースからの関連共有データを取り込んだりできるポイントです」とMcCraw氏。

オペレーターの役割

IQチャック/マンドレル・システムは自動と見なされますが、オペレーターによって何をすべきか教えられるため、完全なハンズオフ・デバイスではありません。また、特定のアプリケーションによっては、人間の入力が非常に有益です。例えば、特定のテクノロジーが正しく動作していないことをオペレーターが認識し、必要時に介入しなければなりません。

このIQマンドレルは完成ワークピース内径の計測用。データ処理はコントローラーまたはマスター・コンピュータで行われ、計測ステーションのディスプレイ経由で出力可能。写真提供：Hainbuch America Corp.

これらの自動化システムの多くでは、顧客はプロセスの制御を目指し、対処が必要な症状に対して一貫した反応を持っています。「センサーからフィードバックされた症状に手動で対応する場合、IQテクノロジーの最終効果は、そのオペレーターが問題修正にどれだけ信頼できるかにのみ依存します」とMcCraw氏は説明します。しかし、工作機械コントローラー内の自動補償では、機械は常にプログラムされた事実に基づいて決定します。テクノロジーが私たちに依存するほど、私たちはテクノロジーに依存します。互いの精度に依存し合っているのだと氏は付け加えます。

少しずつ自動化を

HainbuchのTopPlus IQワークホールディング・テクノロジーは、工場が記述された自動化プロセスを段階的に統合できるようにします。1つまたは2つのセンサー、チャック、計測ステーションを一度に工作機械に統合できるため、自動化を一度にすべて行う必要はありません。

「小規模での自動化導入メリットをより多くの人が認識すれば、より大きな投資の正当化も容易になります」とMcCraw氏は説明します。

これらのインテリジェント・ワークホールディング・デバイスのメリットは明確で、特に大量生産アプリケーションで顕著です。自動IQチャックとマンドレルは機械生産性とプロセス能力を向上させ、必要なメンテナンス・スケジュールを確保し、規定クランプ力を監視し、結果を文書化してリピート・プロジェクトを複製可能にします。

Hainbuch America Corp. | hainbuchamerica.com