ビビリを排除：機械セットアップを最適化し、より速くクリーンな生産を実現

ビビリが貴社の生産性を低下させていませんか？ 機械加工部品製造における振動を最小化する新アプローチについて専門家に聞きました。これにより、より多くの部品を、より速く、より少ない廃棄で市場に送り出せます。

過剰な加工振動、いわゆるビビリは、効率的な金属加工業務の天敵です。

この望ましくない振動は、ワークと切削工具の相対的動きに対応し、工具と機械に過度の摩耗を与え、加工プロセスが仕様外製品を生産するリスクを高めます。テネシー大学ノックスビル校の機械・航空宇宙・生物医工学教授、トニー・シュミッツ氏が語ります。

過去2年間、シュミッツ氏と製造業ベテランのデイブ・バートン氏は、オークリッジ国立研究所のエンジニアチームと共に、機械振動の最適化を支援するツールの導入に取り組んできました。

「フライス加工では、回転カッターがチップを除去します」と、ORNLのジョイントファカルティでもあるシュミッツ氏は説明します。「切削力は刃の噛み合いごとに増減します。心拍のように、刃が接触し離れるたびに力が上下し、それが振動の原因となります。」

ビビリを賢く抑制し、リズミカルな加工「心拍」を維持することは、単なる速度制御ではなく、工具先端でワーク材料や各機械の特定セットアップに対して起きている振動を理解し、機械を最適化することでもあるとバートン氏は説明します。

課題は、すべての機械・工具セットアップが固有の振動周波数を持つことです。そのため、製品ごとに各ツールホルダ・スピンドル・機械セットアップをテストすることが不可欠ですが、それは往々にして工場にとって時間のかかる作業です。しかし、この情報こそが、コストのかかる試行錯誤なしで最適な加工パラメータを見つけるために必要です。

MSC MillMaxの詳細をご覧ください。

工場が一般的に行っているビビリ対策

ほとんどの機械技師と工場にとって、ビビリ管理は試行錯誤のプロセスであり、要するに推測に過ぎませんとバートン氏は言います。

工具メーカーが推奨する設定や、詳細な切削条件表に頼ってビビリを抑えるのが一般的だとシュミッツ氏。その上で、必要に応じて設定を調整します。「課題は、書籍やオンラインの切削条件が、あなたの機械とセットアップの動特性を考慮していないことです。」

通常、機械・工具メーカーは、高・中・低速の切削速度と送りパラメータを公開していますと、MSCの金属加工イノベーションディレクター、ジェイミー・ゲトラー氏は言います。

その情報に基づき、多くの機械技師は「真ん中を選ぶ」とゲトラー氏。「問題やビビリがあれば、安定するまで条件を下げていきます。」

このアプローチでは、新材料や新製品ごとにテストランを行うのが一般的です。メーカー推奨の速度・送り・切込みで開始し、複数のテストパスでこれらパラメータを直感的に調整していきます。

セットアップ最適化に丸一日シフトを費やす工場も珍しくありませんとゲトラー氏。企業がこの時間をかけるのは、最大生産性、廃棄抑制、工具・機械寿命延長を目指すからです。

ツーリングセットアップの組み合わせごとに詳細なログやスプレッドシートを管理しても、次回使用時にビビリが発生するケースもあります。元の知見が堅牢で再現性がなかったためです。他の工場では、手動オーバーライドや別工具の試用で日々ビビリと戦っています。

ビビリを低減する新しい工具技術

バートン氏とシュミッツ氏が開発したフライスパラメータ選定ツール「MSC MillMax」は、最適化をより速いプロセスに変えます。

最も重要なのは、工具先端がどう切削しているかだとシュミッツ氏。「工具先端での『特定の振動挙動』を測定することで、各セットアップ組み合わせを完璧にするために必要な重要データが得られます。各ツールホルダ・スピンドル・機械の組み合わせは、ユニークな『動的フィンガープリント』を持つと考えられます。MillMaxはそのフィンガープリントを測定し、その組み合わせを最大限に活用できます。」

MillMaxは小型キットで、センサーを用いて振動周波数データを収集し、デジタルダッシュボードにニアリアルタイムで表示します。この情報により、工場は最速速度で部品を生産し、金属除去量を最大化するセットアップを構築できますとバートン氏。

「工具先端に小型センサーを取り付け、計装ハンマーで叩いて振動データを取得します」と同氏。「MillMaxシステムには、数十億通りの潜在的なフライスシステム組み合わせがあります。」

特定製品の特定機械でのセットアップが一度完了すれば、再度叩く必要はありませんとシュミッツ氏。工具長や使用機械を変更した場合のみ、再計測が必要です。

「特定の工具を売り込むのではなく、彼らが適切な工具を見つけられるよう支援します」とバートン氏。本質的に、「真実の検出器」として、独自セットアップでの振動周波数の実態や、複数セットアップの比較を示します。「それも数分で。」

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