最高の加工パフォーマンスを引き出す7つの必須原則

今日の「より低コストで高品質な製品」という要求は、私たち全員に製造オペレーションをより深く見直すことを迫っています。製造プロセスの最適化は単なる良い目標ではなく、私たちの未来のための必須条件です。最適化加工は、固定パラメータセットに従うことで達成されるものではなく、原則に従うことで達成されます。これらの原則を「最適化加工のための7つの要件」と呼びます。すべての7つが揃って初めて、最適化加工条件の達成と維持が可能です。また、これらは現行オペレーションの評価や、最適化済みオペレーションの見直しによる継続的成功の確認にも使えます。

これら各要件は、あらゆる最適化加工アプリケーションの成功に不可欠です。

1. 高品質なツーリング

高品質工具の要件：

• 適正価格。 最も高価なものが必ずしも最高品質とは限りません。
• 製品の一貫性。 最適化加工には一貫した工具が必要です。
• 製品サービス。 世界一の工具でも、メーカーがサポートできなければ価値がありません。
• 専用設計工具。 アプリケーション専用に設計された特殊工具は、生産性を数倍に高め、単位部品コストを下げられます。

2. 適切な機械状態

あらゆる加工オペレーションの成否は、適切な機械メンテナンスと、機械能力とオペレーションのマッチングにかかっています。

• 機械を元の稼働仕様通りに維持し、機械の能力を把握する。
  • メンテナンスプログラムを立て、定期的に実施する。
  • 壊れたら、正しく、一度で直す。
  • それより、壊れる前に直す（予防保全）。
• 機械を運用要件に合わせ、機械の長所を活かす。
  • 剛性の高い機械は重切削に使う。
  • 高速機は軽切削・複数オペレーションのマッチングに使う。
  • 仕事に必要な物理的能力（馬力等）があるか確認する。

3. オペレーションのシンプルさ

シンプルさに代わるものはありません。最適化を容易にするだけです。

• オペレーションセットアップをシンプルに。最適化加工にはセットアップ時間も含まれる。
  • セットアップまたはセットアップ手順を標準化する。
  • セットアップが運用要件（剛性等）を満たすか確認する。
• 常識とシンプルさでオペレーション順序を整理し、より良いフローを作る。
  • 工場内を右往左往しない。
  • シンプルなオペレーションほど製品一貫性を維持しやすい。
  • 必要なら複数オペレーションを分割する。スループット改善にもつながる。
• 他の要件を犠牲にしない。得るものより失うものが大きい。

4. 剛性

工具寿命、サイクルタイム、製品スループットは、剛性なしに最適化できません。

• 機械剛性（能力評価）
  • 機械がオペレーションに必要な剛性を持つか確認する。
  • クライミング加工（最長工具寿命）には、軸送りのアンチバックラッシが必要。
• ワークとセットアップの剛性（最適構成の評価）
  • 部品形状と加工姿勢を評価する。
  • 最大剛性のためのセットアップ設計。必要ならオペレーション数を減らす。
• ツーリングシステム剛性（最大剛性の評価）
  • 可能な限り大径・最短長の工具を使う。
  • 剛性重視で、最短オーバーハングを許容するツールホルディングシステムを使う。

5. 適切な切削速度と送りの関係

適切な速度-送り関係が達成されなければ、金属除去率を最適化できません。

速度-送り関係：

• 関係が離れすぎている（工具寿命不良）
  • 速度が高すぎ、送りが低すぎると、高摩擦熱と急速な刃先摩耗を招く。
  • まず速度を下げて調整。速度が高すぎてアプリケーションに対してアンバランスな状態で送りを上げると、工具が折損する恐れがある。
• 関係が近すぎる（破壊的故障）
  • 工具構造に対して送りが重すぎると、工具が粉砕し、ワークとツールホルディングシステムを損傷する可能性がある。
  • まず送りを下げて調整。速度も高すぎる可能性があるため。
• 適切な関係の決定（アプリケーションと共に作業）
  • 与えられたアプリケーションに対する中程度の速度から始める。初回パスで速度が高すぎれば、関係性を検証できない。
  • 中程度の送りから始め、加工条件が「関係が近すぎる」（チャタリング）を示すまで送りを上げ、そこから10〜20%送りを戻す（これで最適送りが確定）。
  • 速度と送りを比例して10〜20%ずつ上げていき、加工条件がそのアプリケーションの上限（チャタリング、仕上げ不良、過度振動）を示すまで続ける。
  • 速度と送りを比例して20%下げる（安全マージンを持った最適化加工レートが確定）。

6. 適切な切削液

• ドライ加工
  • 工具寿命が極めて悪化する。
  • 安全上の理由がない限り、決してドライで加工しない。
  • やむを得ずドライの場合、速度は低め（でも低すぎない）、送りは高めに。これにより摩擦熱を低く抑え、切りくず形成に熱を保持させる。

• 水溶性クーラント
  • 発熱が大きい用途では、水は油より熱をよく吸収する。
  • 軽い切りくず負荷が一般的な用途（仕上げエンドミル等）で使用。軽送りはより多くの熱を切削工具に伝えるため。
  • フラッド（溢流）システムはミストより遥かに効率的。ミストは精密な位置決めが必要。
• 油性クーラント
  • 重送り用途では、油は熱をあまり吸収しない。
  • 荒加工エンドミル等、重い切りくず負荷が一般的な重送り用途で使用。厚い切りくずは熱をよく吸収するが、生成により多くの潤滑を要する。
  • 冷却高圧システムはフラッドより優れる。ただし機械が密閉され、ミスト回収システムがある場合のみ。
• 天然植物油潤滑剤
  • 重送り用途のみ。クーラントではない。
  • 油性クーラント用途の代替として使用可能。潤滑性は油性クーラントの約3倍で、生分解性。
  • 通常ミストシステムで十分。フラッドではコストが高すぎる。

7. オペレーター教育

オペレーター教育は、最適化機械アプリケーションの達成と維持に不可欠です。

• オペレーターは最適化への取り組みの直接的な当事者でなければ成功しない。今後維持していくのは彼/彼女だから。
  • オペレーターの経験を活かす。その機械を一番知っているのは本人。
  • 機械能力と必要メンテナンスについてオペレーターの助言を聞く。初期段階で大いに役立つ。
  • 「自分のもの」と思えば大切にする。あなたがいない時も回し続けてくれる。
• オペレーターは、これまで何年もやってきたことと、最適化アプリケーションの違い、そしてそれが変化にどう反応するかを知らなければならない。高速・高送り域の加工条件は、低速・低送り域とは異なる反応を示す。
  • オペレーションの機能と反応を明確に知っていること（音と感覚）。
  • 何か変化があれば、適切にアプリケーションを調整する方法も知っていること。100%絶対に同じ状況などあり得ない。
• 彼らと自分自身を、この共通目標達成のために協力し合えるよう訓練する。
  • 協力と信頼がなければ、オペレーションは確実に失敗し、全員が損をする。
  • 過ちは人間の常、そこから成長する。
  • 適切な教育の欠如、または無教育は、非生産的で悪いビジネスだ。

原稿はNiagara Cutterのウェブサイトで以前公開されました。