効率的なCNCツールホルダーラック：工具収納と自動化を最適化

自動化の趨勢に伴い、CNCツールホルダーラックは通常、自動工具交換システムや対応する器具・部品と統合CNC工作機械システム内で連携します。システムは一般的に制御ユニット、切削ユニット、スピンドルセット、マガジンユニット、ロボットアーム、その他小型搬送装置で構成されます。

開発と歴史

CNCツールホルダーラックと自動工具交換装置の研究開発は、かつてオンサイトオペレータがワークピース用の適切な切削ツールを探したり交換したりする際に発生していた非生産時間を削減することを目的としています。この種の装置が発明される以前の旋盤では、従来の工作機械は単一のツールしか使用できませんでした。タレットの追加により多数の切削ツールを収容可能になりましたが、タレットに取り付けられるツール数は依然として制限されています。

この制約に対処するため、ツールホルダーラックをタレットと接続する発明がなされ、ツール交換プロセスにおける手動操作を不要にしてプロセス全体をスムーズにすることが可能になりました。この観点から、切削ツール、ツールホルダー、スピンドル、排出ユニット、把持機構などの設計は、手動操作と人的判断機構が排除されるため、よりシンプルな構造で設計できます。CNC制御のツールホルダーラックは、異なる規格・仕様のツールホルダーを自動的に格納可能です。

旋盤への適用

CNC旋盤およびターニングセンタのツールホルダーラックは、ツールマガジンユニットの設計と比較するとシンプルです。CNCシステムの制御下では、各ツールホルダーに固有の番号がコーディングされ、CNCシステムが対象加工プロセスに最適なホルダーを把握できます。CNC旋盤用ツールホルダーラックは通常、機械本体の近くに配置され、機械内部には設置されません。

手動操作の壁掛けツールホルダーラックと比較しても、このタイプは列ごとに特定数の穴を備え、切削ツールホルダーを収納する構造です。従来型はCNC機械本体に直接取り付けたり、適切なスペースの壁に取り付けたりできます。また、HSK63Aだけでなく、HSK80BやHSK80Dなど多くのサイズ仕様に対応可能です。

フライスベース機械への適用

フライスベース機械にATCシステムとツールホルダーラックを搭載するケースは稀です。現代のフライス盤の多くは、ラックではなくツールマガジンをすべてのツール、ツールホルダー、その他ツーリング関連ユニットの最適な保管装置として採用しているためです。

マガジンユニット、自動工具交換装置、対応するツーリングコンポーネントはすべて、統合CNCシステムの制御下にあり、フライス盤サプライヤー提供のコンピュータプログラムによりすべてのリソースを適切に調整し、人的エラーを最小限に抑制できます。作業ステーションが大規模な場合、通常サイズのツールマガジンでは必要なツールホルダー数を満たせないため、フライスベース機械の脇にマウント型CNCツールホルダーラックが併設されることがあります。

一部のマシニングセンタにはパレットチェンジャーと、製造タスクに関わるすべてのツール関連ユニットを格納できる大容量の自動機械式収納スペースが装備されています。この自動倉庫ユニットを運用するには、シンプルなCNCシステムでは不十分です。より大規模なスマート製造システムを導入し、すべての機械ユニットの作業ステータスを制御する必要があります。スマート監視システムがすべてのパーツと詳細の運用ステータスをオンサイトオペレータに表示し、画面上のスマートERPシステムから提供される情報に基づいて計画的な作業管理を実行できます。

この種の製造ERPシステムを導入する場合、マウント型従来CNCツール・ツールホルダーラックも必要に応じて統合・管理されます。システムは管理者のために多くの潜在的状況を監視・シミュレーション可能で、工場全体で少量多品種受注（今日のビジネス界のトレンド）に対応できます。

研削盤への適用

CNC研削用ツールホルダーラックの適用は、フライスベース機械と比較して比較的シンプルです。通常、研削プロセスは全体の作業スケジュールにおいて後工程に位置づけられるためです。

現在、一部の研削盤メーカーがCMMシステムを研削盤内に組み込み、円筒外径・内径、表面品質の研削プロセスを半完成品段階で高精度化しています。CMMは座標測定機の略称で、このシステムは研削ヘッドマガジンと統合されることが多いです。このタイプの先進研削盤では、ツールホルダーラックもマガジンユニットに統合され、あらゆる研削要件に対応できる完全統合型ストレージシステムを形成することがあります。

研削プロセスには研磨・バフ研磨ツールも関与する場合があり、対応する潜在的ユニットには、ルーズコットン、カンタンネル、処理済みスパイラル縫い、処理済みベント、ストリングバフ、サイザルロープ、サイザルなどが含まれますが、これらに限定されません。これらはユーザーがバフ研磨要件に基づいて選択する作業ツールであり、研磨プロセスも同様です。

タイプ

ツールマガジンのケースとは異なり、ほとんどのツール予備ラックは、壁に一列ずつマウントされ互いに整列する同一設計です。一方、ツールマガジンの形状については状況が大きく異なります。ドラム型チェンジャーとチェーン型チェンジャーがあります。ドラム型は30セット未満のツールを収容し、チェーン型は30ユニット以上のツールを収容することが多いです。30という数値は一般的な値であり、実際の数は状況により異なります。

ドラム型ツールチェンジャーのツール数は、チェーン型より少ない傾向があります。チェーン型はより多くのツールを収容できますが、大量のツールユニットと長い移動軌跡により、ツール検索速度は大幅に遅くなります。

これらすべてのシステムの産業ユーザーは、機械とラックを購入する前に自社の具体的な加工ニーズを把握しておく必要があります。そうすることで、ツールホルダーがアイドリング状態の際、ストレージ装置内部と各資本財で何が起きているかを把握できます。